反井鉆井是井工礦物開采和地下工程重要施工方法,用于暗斜井、暗立井以及其他具有下部巷道的井筒工程,實現(xiàn)了煤炭、金屬、非金屬礦物開采,水利發(fā)電和抽水蓄能電站建設(shè),公路、鐵路隧道工程中一些井筒的非爆破機械破巖鉆進。工作人員不再需要下井作業(yè),保障了施工人員的安全。從上個世紀(jì)八十年代開始至今,我國在反井鉆機、鉆具破巖刀具方面研究取得長足的發(fā)展,但對滾刀破巖機理和鉆井工藝參數(shù)等影響鉆進效率的重要技術(shù)問題,還是多停留在實際生產(chǎn)經(jīng)驗總結(jié),缺乏理論、實驗室和現(xiàn)場深入研究和總結(jié)。本論文在破巖機理理論分析和數(shù)值模擬基礎(chǔ)上,以山東沂蒙抽水蓄能電站為背景進行現(xiàn)場實驗實測,采用動態(tài)測試分析系統(tǒng)對反井鉆機鉆進參數(shù)鉆壓、轉(zhuǎn)速、扭矩和鉆速等參數(shù)進行測試,得到了鉆速與鉆壓、鉆速與轉(zhuǎn)速、扭矩與轉(zhuǎn)速之間的相互關(guān)系,對反井鉆機設(shè)計和反井鉆井工程參數(shù)選擇有一定指導(dǎo)價值。本論文主要開展了以下內(nèi)容的研究:一、以北京中煤研制的鑲齒滾刀為基礎(chǔ),通過分析反井鉆機鑲齒滾刀的運動狀態(tài),得到了滾刀的運動軌跡為圓柱螺旋線,得到了滾刀的運動距離和轉(zhuǎn)速、鉆速之間的關(guān)系。分析了刀齒的受力情況,依據(jù)能量守恒原理,得出了反井鉆機擴孔狀態(tài)下總鉆壓、總扭矩、轉(zhuǎn)... 

【文章來源】：煤炭科學(xué)研究總院北京市

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

等效滾刀的破巖軌跡示意圖

2鑲齒滾刀破巖理論研究12a)豎井井筒b)滾刀運動軌跡c)滾刀運動軌跡線展開式圖2.3井筒及滾刀運動軌跡Fig.2.3Wellboreandhobmovementtrack將滾刀的運動軌跡線按平面展開，滾刀的運動距離為s，鉆進高度（進尺）為h，s在水平方向上的投影為，為升角，滾刀運動軌跡展開線如圖1c所示。則l、h、s滿足下列關(guān)系：{=2·=·s=√(2)2+()2·=·sin(2-2)鑲齒滾刀破巖過程中，刀齒與巖石相互接觸，鉆機通過鉆桿傳遞給滾刀一定的鉆壓、轉(zhuǎn)速和扭矩，從而沖擊、擠壓、刮削巖石，最終使巖石破碎，形成井筒。2.2.2鑲齒滾刀破巖受力分析鉆頭的旋轉(zhuǎn)帶動刀座的轉(zhuǎn)動，使壓入巖石的滾刀發(fā)生滾動。鑲齒滾刀破巖時的受力主要來源于鉆頭、刀座和巖石，其互為作用力與反作用力，符合大小相等、方向相反的基本原則，可以分解到垂直于巖石表面和平行于巖石表面2個方向，如圖2.4所示。圖2.4鑲齒滾刀受力示意圖Fig.2.4SchematicdiagramoftheforceofthecobhobhlsPTT"P"

2鑲齒滾刀破巖理論研究14（6）卸載階段荷載去掉以后，巖石內(nèi)儲存的變形能和應(yīng)變能逐步釋放，巖石內(nèi)部由受壓狀態(tài)變?yōu)槭芾瓲顟B(tài)，形成環(huán)狀裂紋。密實核的一小部分能量轉(zhuǎn)化為表面能，剩余大部分轉(zhuǎn)換成動能，并將破碎巖渣拋出，形成破碎凹坑，完成破碎過程。a)密實核出現(xiàn)階段；b)密實核儲能階段；c)徑向裂紋和崩裂階段圖2.5滾壓破巖示意圖Fig.2.5Schematicdiagramofrollingrockbreaking從鑲齒滾刀滾壓破巖的各個階段可以看出，滾刀刀齒的侵入深度存在局部卸載過程，而不是隨著載荷的增加而不斷增加。當(dāng)密實核周圍的巖石破碎時，荷載將暫時減小；隨著刀齒繼續(xù)壓入巖石時，荷載將再次增加，刀齒到巖石的滾動和破碎過程可能包括上述幾個“加載-局部卸載”循環(huán)，并在達到最大侵入深度后最終停止加載，此過程稱為刀齒對巖石的躍進式侵入。赫茲裂紋是躍進式侵入的首要原因。赫茲裂紋產(chǎn)生的條件是拉伸應(yīng)力下的局部脆性破壞。因此，對于脆性巖石，滾壓破巖時躍進式侵入效應(yīng)比較明顯。[77]以單排齒滾刀為研究對象，鑲齒滾刀破巖過程中主要會出現(xiàn)三種情況：單齒接觸、雙齒接觸和多齒接觸（巖石很軟，并且齒間距很�。鐖D2.6所示。a)單齒接觸b)雙齒接觸c)多齒接觸圖2.6刀齒與巖石的接觸類型Fig.2.6TypeofcontactbetweenthecutterandtherockPPPP1P1P2P1P2P3TTTT1T1T2T1TT32

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3571171