镶齿滚刀的破岩机理及分形研究

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复杂地层盾构机刀盘刀具优化设计研究

复杂地层盾构机刀盘刀具优化设计研究摘要：在盾构法隧道穿越江河过程中，刀盘刀具是保证盾构施工的重要部件，在盾构施工时，选用何种刀具配备通常取决于盾构机掘进的地层条件。

本论文以西气东输二线北江盾构穿越工程为例，介绍了盾构机刀具的种类和切削原理，并针对广东地区特殊地质情况，优化设计泥岩等复杂地层盾构机刀盘刀具的配置。

关键词：北江盾构；刀具种类；切削原理；优化设计Abstract: In the process of shield tunnel across the river, cutter head is the guarantee of the importantcomponents of shield construction . Choose tools type In shield tunnel usually depends on shieldconstruction machine tunneling formation conditions. This paper introduces the type of shield constructionmachine tools and cutting principle on the basis of the west-east second line of shield beijiang river projectand according to situation of guangdong area complex stratum, it optimize Cutter head configuration whenshield tunnelling in shale and sandy1 盾构机刀具种类刀具是是盾构机重要的部件，在盾构施工时选取何种刀具通常取决于盾构机掘进的地层条件。

为了适应从软土到硬岩不同地层的切削，开发了不同种类的切削刀具。

TBM滚刀破岩机理与影响因素数值模拟研究

收稿日期：2017-05-16基金项目：国家自然科学基金项目（51609266）；国家重点研发计划课题（2016YFC0401804）；国家重点基础研究发展计划项目（2013CB035401）；中国水利水电科学研究院基本科研业务费专项项目（GE0145B452016，GE0145B822017）作者简介：刘立鹏（1983-），男，安徽六安人，高级工程师，主要从事岩石力学与岩土工程体稳定性研究。

E-mail ：liulip@文章编号：1672-3031（2017）05-0346-09中国水利水电科学研究院学报第15卷第5期TBM 滚刀破岩机理与影响因素数值模拟研究刘立鹏1，汪小刚1，刘海舰2，孙兴松1（1.中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京100038；2.北京城建设计发展集团股份有限公司，北京100037）摘要：为研究全断面岩石掘进机（TBM ）滚刀破岩机理与破岩效果影响因素，采用颗粒流程序（PFC ）建立滚刀破岩模型，通过单轴压缩与巴西劈裂试验结果，标定PFC 程序参数，模拟滚刀破岩过程并对岩石强度、围压等破岩效果影响进行研究分析。

结果表明：滚刀破岩历经前期压密、中期挤压剪切、后期挤压张拉破坏的组合破岩模式，整个破岩过程中滚刀出现反复加-卸荷交替及跃进破岩现象。

岩石强度过高难以产生径向裂纹、强度过低侧向裂纹扩展不明显，破岩效果均不佳，TBM 滚刀只对于中等强度范围内岩石较为合适。

围压影响裂纹生成与扩展，较高时将抑制径向裂纹发育，降低破岩整体效果。

研究成果可为TBM 选型及滚刀设计提供一定参考。

关键词：隧道工程；滚刀破岩机理；颗粒流程序；影响因素中图分类号：TU452文献标识码：A doi ：10.13244/ki.jiwhr.2017.05.0031研究背景1856年，美国约翰·威尔森制造出世界上第一台全断面岩石掘进机（Full Face Rock Tunnel BoringMachine ，TBM ），并在马萨诸塞州Hoosac 铁路隧道中进行了掘进试验。

盾构机刀具的破岩机理

5.2.3 刀具的破岩机理
5.2.3.1 硬岩的破岩机理
盾构机的切削装置由刀具（滚刀）、刀盘、刀盘驱动装置以及推进装置构成，这些组成因素对提高切削效率十分重要，滚刀破岩时，当其对岩石的挤压力超过岩石本身强度后，刀刃部分的合金刀片使岩石破碎，形成一道切削沟槽，刀刃继续挤压，岩石便产生龟裂，向周围扩散，切削沟槽两侧的岩石剥离破碎，通过刮刀刮除，快捷进入土仓。

见图5-5滚刀的破岩机理图和图5-6滚刀切削面状况图。

5.2.3.2 软岩的破岩机理
软岩的切削主要是刀具直接对土层进行剪切破坏来进行切削的，具体详见图5-8。

图5-7 软岩切削刀具的切削原理
图5-5 滚刀的破岩机理图图5-6 滚刀切削面状况图。

TBM盘形滚刀破岩机理的试验与模拟研究的开题报告

TBM盘形滚刀破岩机理的试验与模拟研究的开题报告一、研究背景盘形滚刀破岩机是一种高效、快速、安全的用于岩石爆破和地下挖掘的机械设备，被广泛应用于隧道、地铁、矿山等工程领域。

然而，在实际应用中，盘形滚刀的破岩效率、破岩速度、破岩质量等指标均受到材料的物理和力学性质的影响。

因此，对盘形滚刀破岩机理的研究和优化有着重要的意义。

二、研究目的本研究旨在通过试验和模拟方法，深入探究TBM盘形滚刀破岩机理，分析滚刀与岩石之间的物理相互作用，并优化破岩效率、破岩速度和破岩质量等指标。

三、研究内容1. 破岩机理分析：研究盘形滚刀的运动规律、破岩时的作用力与破岩岩石的反应力等机理问题。

2. 试验研究：通过搭建实验台架和破岩试验装置，分析盘形滚刀的破岩效率、破岩速度、破岩质量等指标，并对试验结果进行数据处理和分析。

3. 模拟计算：建立基于有限元法的盘形滚刀破岩模型，模拟盘形滚刀在不同岩石中的破岩情况，分析破岩效果并优化滚刀结构设计。

四、研究方法1. 文献资料法：搜集、整理TBM盘形滚刀破岩相关文献资料，了解研究背景和现状，明晰研究目标。

2. 实验法：设计盘形滚刀破岩试验装置，选用不同材质的岩石进行实验，研究滚刀与岩石之间的物理相互作用，获得试验数据并进行分析。

3. 数值模拟法：借助有限元软件建立盘形滚刀破岩模型，采用数值模拟方法分析盘形滚刀在不同材料中的破岩情况，为优化滚刀设计提供依据。

五、研究意义本研究对TBM盘形滚刀破岩机理的深入探究和优化具有重要意义，不仅可以提高盘形滚刀破岩效率和质量，还可以为岩石爆破和地下挖掘工程的实际应用提供技术支撑和参考。

牙轮钻头破岩原理

牙轮钻头破岩原理
牙轮钻头是一种常用的岩石钻探工具，它通过旋转和冲击来破
碎岩石，实现岩石的钻孔作业。

牙轮钻头的破岩原理是基于其特殊
的结构和工作方式，下面我们来详细介绍一下牙轮钻头的破岩原理。

首先，牙轮钻头的结构包括钻头体、切削结构和牙轮。

钻头体
是整个钻头的主体部分，通常由合金钢制成，具有足够的硬度和耐
磨性。

切削结构是钻头上的切削刃，通常呈锥形或圆锥形，用于切
削岩石。

牙轮是钻头上的齿状结构，可以增加钻头与岩石之间的摩
擦力，提高钻进效率。

其次，牙轮钻头的工作方式是通过旋转和冲击来破碎岩石。

当
钻头旋转时，切削结构不断切削岩石，同时牙轮产生的冲击力也在
不断作用于岩石表面。

这种旋转和冲击的组合作用，可以有效地破
碎岩石，使得钻头能够顺利地钻进岩层。

最后，牙轮钻头的破岩原理可以总结为旋转切削和冲击破碎的
综合作用。

旋转切削主要是通过切削结构对岩石进行切削，而冲击
破碎则是通过牙轮产生的冲击力对岩石进行破碎。

这两种作用相互
配合，使得牙轮钻头能够高效地完成岩石钻探作业。

综上所述，牙轮钻头的破岩原理是基于旋转切削和冲击破碎的综合作用，通过钻头结构和工作方式的设计，实现对岩石的高效钻探。

牙轮钻头在矿山、隧道、地下工程等领域有着广泛的应用，对于岩石钻探作业具有重要的意义。

TBM滚刀破岩过程及细观机理颗粒流模拟

TBM滚刀破岩过程及细观机理颗粒流模拟杨圣奇;黄彦华【摘要】采用颗粒流再现了锦屏大理岩脆—延—塑性转化特征,利用获得的细观参数建立TBM滚刀破岩离散元模型,模拟了单个TBM滚刀侵入断续单裂隙岩体过程,分析了裂隙倾角和围压对滚刀破岩效果的影响规律,最后从细观层面探讨了滚刀破岩机理.结果表明:含单裂隙岩体在单刀作用下,总体上表现为压缩性破坏、规则裂纹萌生与扩展、粉核区形成和主裂纹贯通4个阶段;当裂隙水平时翼裂纹萌生于裂隙中部,裂隙倾角较小时翼裂纹萌生于距尖端一定距离处,随着裂隙倾角的增大翼裂纹在裂隙尖端萌生.随着围压的增大,粉核区的范围逐渐变大,在高围压作用下出现侧向裂纹向自由面扩展;裂隙岩体比完整岩石更容易发生破坏,而且不同倾角裂隙岩体破坏难易程度也有所不同,总体上表现为:15°＜45°＜60°＜0°＜30°＜90°＜75°破岩由易到难.有围压条件下破岩难于无围压条件,且困难程度随着围压的提高而增大.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2015(040)006【总页数】10页(P1235-1244)【关键词】TBM;滚刀破岩;颗粒流模拟;细观机理;大理岩【作者】杨圣奇;黄彦华【作者单位】中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州221116;中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州221116【正文语种】中文【中图分类】U451.2杨圣奇,黄彦华. TBM滚刀破岩过程及细观机理颗粒流模拟[J].煤炭学报,2015,40(6):1235-1244. doi:10. 13225/ j. cnki. jccs. 2014. 3036Yang Shengqi,Huang Yanhua. Particle flow simulation on rock fragmentation process and meso-mechanism by a single TBM cutter[J]. Journal of China Coal Society,2015,40(6):1235-1244. doi:10. 13225/ j. cnki. jccs. 2014. 3036全断面岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)具有施工快、质量高和操作环境好等优点,已被应用与公路隧道、水利隧洞等岩石工程中。

水电建设工程中反井钻井硬岩滚刀的试验研究

适用于中硬及硬岩的新型刀齿及其布齿结构，于加快反井对钻井施工速度．低工程成本有重要意义降
维普资讯
水力发电
第３４卷第６期２００８年６月
文章编号：５９９４｛０８０ — ０２００５ — ３２２０）６０６— ３
水电建设工程中反井钻井硬岩
滚刀的试验研究
武士杰，恩涛，守业，Ｐａ李程￣－Ｌ
石，碎岩屑尺寸较大，破实现体积破碎，较低能耗下进尺较在
快．而提高钻进效率。但当承超负荷受载，轴扭矩增大，时钻头受此
于水电站地质条件多为火成岩．岩石单轴抗压强度较高．属中硬及硬岩，遇此类岩层时，有破岩滚刀钻进效率低，钻现使用寿命短．重影响了反井钻井施工的效率。此，制开发严为研
Ｋｅｏｄ：ａｓｏｎｃｉｅｒｃｒａｉｇｅｆｉｎｙｃｔｒ；ｙｒｐｗｅｏｓｒｃｉｎｙＷｒｓｒｉｂｒｇｍａｈｎ；ｏｋｂｅｋｎｆｃｅｃ；ｕｔｓｈｄｏｏｒｃｎｔｔｅｉｉｅｕｏ
（京中煤矿山工程有限公司．北北京１０１）００３
关键词：井钻机；岩效率；刀；电站建设反破滚水
摘
要：了解决在水电建设中采用反井钻机施工钻进硬岩时出现的破岩效率低、刀寿命短等问题研制了新型为滚

PDC_钻头齿的破岩机理和性能测试方法研究现状

PDC钻头齿的破岩机理和性能测试方法研究现状李彦操（中石化胜利油田分公司, 工程技术管理中心, 山东东营 257000）摘要　聚晶金刚石复合片（polycrystalline diamond compact，PDC）钻头，是钻井工程中主要破岩工具之一。

PDC钻头切削齿的破岩效率、耐磨性、热稳定性和抗冲击性等性能指标对PDC钻头的使用效果影响很大，相关研究在国内外备受关注。

本文总结了国内外有关PDC钻头齿破岩机理和性能测试的实验装置、测试方法等代表性成果，按照PDC钻头齿与岩石相互作用的方式，相关实验主要包括5大类：PDC钻头齿直线切削实验、旋转切削实验、落锤冲击实验、PDC钻头单齿静压实验以及全尺寸PDC钻头实验；按照测试目的，又可分为PDC钻头齿的破岩机理和性能测试2大类。

通过调研分析这些实验研究的优缺点，以期为PDC钻头齿的研究与优化、PDC钻头的整体个性化设计等提供参考。

关键词　PDC钻头齿；直线切削实验；旋转切削实验；落锤冲击实验；PDC单齿静压实验；全尺寸PDC 钻头实验中图分类号　TQ164; TG74; TG58　文献标志码　A 文章编号　1006-852X(2023)05-0553-15DOI码　10.13394/ki.jgszz.2023.0155收稿日期　2023-08-01　修回日期　2023-08-16自2000年起，随着科研人员对PDC钻头齿破岩机理的深化理解和超硬材料科学与生产工艺的不断进步，PDC钻头在石油和天然气钻井工程中的应用逐渐普及。

如今，PDC钻头在油气钻井领域占据了超过80%的市场份额，贡献了90%以上的全球钻井进尺，几乎成为全球高端钻头市场的主导力量[1]。

PDC钻头齿的技术进步极大地推动了油气钻井工程的效益增长，然而，其有限的耐磨性、热稳定性和抗冲击性仍是制约PDC钻头齿更广泛应用的因素。

因此，研究PDC钻头齿本身的材料特性及其破岩机理，存在着广阔的创新空间和潜力巨大的工业应用前景。

滚刀组合破岩关键因素的数值研究

2017年第24卷第6期协同切削模式，滚刀处于非协同切削模式时，岩石破碎以剪切破碎为主，协同切削模式下，侧向裂纹发生交汇，岩石破碎体积瞬间增大，此时岩石破碎主要由剪切和张拉破坏引起，即岩石的破碎体积会大大增加，导致破岩比能耗相对较低。

现假设盘形滚刀破岩处于协同破碎模式，由图1中的破岩几何模型可知，滚刀破碎形成的岩石体积可以表示成分段函数的形式：[Alps 0 < s ^22 + TV =\ ^ 2(2)[I • (T p +p tan /3) s >22 + T式中：T 是滚刀刀刃宽度；为贯入度；为滚刀的切削行程；V 为岩屑的体积；为岩石的自然破碎角；为岩碴破碎的厚度比。

根据Rostami 滚刀破岩的三向力预测模型，得到破岩过程中的垂直力与滚动力，最终可得到滚刀破岩比能耗为：SE 二T p P 0[cos (爹）+sin (爹)p(Alps )T p P 0[cos ((2)) +s i n (|)p0 < 5 ^ 22 + Ts 22 + T()2(Tpl + p 2 /tann )滚刀破岩的有限元建模过程选用标准常截面盘形滚刀，其三维模型如图2 ( a )所示。

为了能节省计算时间，同时真实反应滚刀破岩情况，模拟过程只保留刀圈，其刀圈截面主要尺寸如图2( b )所示。

Q SU 19-8 ^(a )常截面盘形滚刀（b )滚刀简化截面尺寸图2盘形滚刀结构示意图引言近年来，随着城市化水平的不断提高，地下空间技术的高速发展，全断面隧道掘进机(TBM )施工技术以其施工中掘进速度快、安全性高、环境危害小等诸多优点而得到广泛应用[1_2]。

TBM 盘形滚刀是掘进过程中破碎剥离岩体的主要工具，也是隧道掘进机研究的关键部件和易损件，滚刀组合破岩效率对整机的掘进效率与能耗有较大影响[34。

目前国内刀盘刀具的设计制造主要借鉴国外技术，缺乏针对我国特有地质条件的刀盘刀具研制，这必然会引起所生产的滚刀在工程施工中对地质条件的适应性不足[5^]，因此，研究滚刀组合破岩关键因素与特定地质的匹配性，对于提高盘形滚刀对复杂地质条件的适应性，降低隧道掘进机能耗具有积极的现实意义。

TBM盘形滚刀破碎岩石机理及影响破岩力因素的研究共3篇

TBM盘形滚刀破碎岩石机理及影响破岩力因素的研究共3篇TBM盘形滚刀破碎岩石机理及影响破岩力因素的研究1TBM盘形滚刀破碎岩石机理及影响破岩力因素的研究随着基础设施建设需要和城市地下空间利用需求的日益增长，地下工程的规模和复杂度不断提高。

作为地下工程中重要的、高效的、安全的施工方法，盾构掘进技术已经成为地下工程中的常见施工方法，其中，TBM（盾构机）作为盾构掘进技术的重要设备，在世界各地得到了广泛的运用。

TBM是把土（岩石）通过旋转机械工具开展撕裂或挤压形成碎块的机械设备。

其中，盘形滚刀是TBM中的一个重要破岩装置。

盘形滚刀的破岩效果很大程度上决定了TBM的施工效果，因此研究盘形滚刀的破岩机制和影响破岩力因素对于提高TBM的施工效率和安全性具有重要的意义。

在TBM施工中，盘形滚刀通过对岩石的撕拉和挤压，产生破碎效果，从而将岩石破碎成所需要的颗粒大小。

盘形滚刀的破岩机理包括机械原理和岩石物理学原理两个方面。

在机械原理方面，盘形滚刀的破岩作用主要是基于滚刀锋利的锋角和高转速的运动形成的撕裂和挤压作用。

在岩石物理学原理方面，盘形滚刀的破岩作用主要受到岩石物理参数的影响，如强度、韧性、断裂、岩石结构及质地。

影响盘形滚刀破岩力的因素包括滚刀结构参数、盘形滚刀集合模式、岩石物理参数、工作参数等。

滚刀结构参数包括滚刀角度、轮廓线、长度、钻头方向及排列方式等。

盘形滚刀集合模式包括盘形滚刀的数量、密度、形状及布局等。

岩石物理参数包括岩石的强度、韧性、断裂、岩石结构及质地。

工作参数包括盾构机的推进速度、转速、切削压力、刀盘压力、卸载器压力及进给速度等。

自上世纪80年代以来，许多学者对TBM盘形滚刀的破碎机理和影响因素进行了深入研究，并对其适用范围和技术性能进行了总结。

随着科技水平的不断提高，TBM盘形滚刀的结构设计和应用技术也不断创新，使得其施工效率和安全性得到更好的提高。

综上所述，TBM盘形滚刀作为TBM中的重要破岩装置，其破岩机理和影响因素的研究对于提高TBM的施工效率和安全性具有重要意义。

TBM破岩机理及刀圈改形技术研究_李亮

文章编号:1001-8360(2000)S0-0008-03T BM破岩机理及刀圈改形技术研究李　亮,　傅鹤林(长沙铁道学院科学研究处,长沙　410075)摘　要:通过地应力对破岩影响的分析,对T BM破岩机理进行了研究,着重考虑了岩石破裂角对破岩效果的影响。

在刀圈荷载一定的条件下,为提高破岩效果可以针对不同的岩石采用不同的刀圈外形。

结合秦岭隧道的工程实际,提出了提高工作效率的刀圈改形方案。

关键词:T BM;破岩机理;刀圈改形中图分类号:U455.6 文献标识码:ARock breaking mechanism by TBM and modification to pan knife ringLI Liang,　FU He-lin(Science Research Dep t.,Changs ha Railway Univer sity,C han gsha410075,Chin a)Abstract:T he effect o f earth pressur e to r ock breaking is studied.T he principle of rock breaking mechanism by TBM is discussed and the action o f ro ck breaking angle is emphasized.Efficiency of rock breaking can be increased by using proper pan knife for differ ent rock sedim entary w hen the thrust of machine is a constant.A modification o f pan knife is pr ovided for using in Qinling tunnel.Keywords:TBM;ro ck breaking mechanism;modification of pan knife 为了提高我国铁路隧道的装备水平和参与国际竞争的能力,铁道部从德国Wir th公司引进了两台TBM 掘进机在中国最长的秦岭隧道(18.4km)投入使用。

从反井钻机多刃镶齿盘形滚刀的发展谈标准的修订

２％一０，０３％同时滚刀还是损耗件，所以滚刀的质量和寿命影响着钻井的成本和工期，其质量控制也就显得格外重要。目前，内反井钻机上使用的滚刀国般采用镶齿结构，中又以多刃镶齿盘形滚刀为其
一
产品质量起到了一定的促进和推动作用，限于当但时的技术条件和其他一些因素，标准中存在着技术参数不够全面、内容尚有欠缺等不足。近年来我国经济和煤矿建设的发展、井机械化施工技术的完立善，国内立井钻机和反井钻进技术得到了快速发展，钻机的机型和性能参数都有了很大的改进和提高，
ｂｔｎｔｐ，ｉａａｙｅｉｏｍｓａｄｃｕｅｆｒｌｒｄｍａｅ，ａｌａｈｎｅｎｔｅｓｏｆｒｌｅｐｌｃｔｎｕｔｉｏｔｎｌｚｓｍａｎｆｒｎａｓｓｏｏｌａｇｓｓｗｅｌｓｃａｇｓｉｈｃｐｅｏｏｌｒａｐｉａｉｅｏ
ＳＵＮｕ－ｉｇＹｐｎ
（ａｎｒｎｈｏｈａＣａＲｓａｈＩｓｔｔ，ａｎ１０８ＣｉａＮｍｉｇＢａｃｆｉｏｌｅｅｒｎｔｕＮｍｉｇ０１，ｈｎ）Ｃｎｃｉｅ２ＡｂｔａｔＴｉｐｐｒｉｔｏｕｅｈｅｅａｉａｉｎｏｌ－ｌｄｏｌｒｃｔｒｗｔｎｅｔｃｍｅｔｄｃｒｉｅｓｒｃ：ｈｓａｅｎｒｄｃｓｔｅｇｎｒｌｓｔｔｆｍｕｔｂａｅｒｌｕｔｉｉｓｒｅｎｅａｂｄｕｏｉｅｅｈ
刀的切削性能直接影响钻机的钻进效率。在整套钻机设备成本中（含钻杆院南京研究所起草制订的Ｍ／４２１９（ＴＴ６－９５多（刃镶齿盘形滚刀》准开始发布执行，部标准的标这颁布对判别、规范和提高我国多刃镶齿盘形滚刀的

反井钻井硬岩滚刀研制与开发

反井钻井硬岩滚刀研制与开发
反井钻井硬岩滚刀研制与开发
针对目前反井施工钻进硬岩出现的破岩效率低、滚刀寿命短、成本高等问题,研制了适用于硬岩钻进的新型镐形镶齿滚刀,并通过镐形刀齿与锥形刀齿的对比试验及工程应用,分析了破岩效果,验证了该齿形破碎硬岩的合理性,对于反井钻井法的推广应用起到积极的作用.
作者：李恩涛武士杰程守业徐广龙LI En-tao WU Shi-jie CHENG Shou-ye XU Guang-long 作者单位：北京中煤矿山工程有限公司,北京,100013 刊名：煤矿机械PKU英文刊名：COAL MINE MACHINERY 年，卷(期)：2007 28(10) 分类号：P634.4 关键词：反井钻井硬岩镐形镶齿滚刀破岩效率。

滚刀滚动切削岩石的数值及试验研究

近年来也有学者通过数值仿真研究滚刀切削岩石的工况并取得了一些成果.Bejari等人[6-7]采用UDEC研究了节理对刀具破岩的影响，研究表明节理间距增大会减小刀具的切入率.Sun等人[8]采用有限元法对盘形滚刀的最优刀间距进行分析，并解决了平面刀盘的布置问题.Labra等人[9]采用混合离散元/有限元法建立滚刀切削岩石模型并分析掘进参数下滚刀破岩过程.马洪素等人[10]通过两组试验对不同节理倾向下裂纹走向进行研究，并通过FLAC分析了裂纹走向与应力场分布的关系.孔晓璇等人[11]及孙金山等人[12]通过PFC2D研究双滚刀侵入不同节理间距及节理倾角的岩体时裂纹的走向，得到了节理特征对裂纹扩展的影响.张桂菊等人[13]采用二维颗粒离散元研究岩石温度对破岩的影响.Liu等人[14-16]采用PFC2D研究单、多滚刀垂直侵入岩石的效率与岩石裂纹扩展形态.Choi等[17]采用PFC2D研究节理间距与节理倾角对滚刀受力的影响.谭青等[18]采用PFC2D研究滚刀侵入不同围压与节理条件岩石时破碎模式与破岩比能耗的规律.
关键词：盘形滚刀；岩石力学；裂纹；节理；比能耗
中图分类号：TP391.9；U455.39文献标志码：A
Abstract：To study the cutting performance of disc cutter during breaking rock，the practical process of breaking rock by disc cutter was simplified. The particle discrete element method was employed to build twodimensional numerical models considering friction when disc cutter broke the jointed rock and intact rock. The variation of cutting force，crack growth and rock breaking format in the simulation were analyzed. Rotation cutting test bench was adopted to conduct rock breaking experiments，the changing and the recorded cutting force of cutter was compared with the simulation force to verify the numerical model. The study can be concluded as follow：For intact rock，the increase of the cutter penetration can increase the main crack depth and rock breaking area，and the increase of the cutting speed can increase the cutter normal force but have little influence on the rolling force. For jointed rock，higher joint strength leads to higher crack depth and cutting efficiency. The joint direction of rock has a certain impact on the specific energy of rock breaking，and the rock breaking efficiency for forward direction jointed rock is about 12% higher than that for the reverse direction jointed rock. Lower joint angle leads to bigger specific energy difference between forward and reverse direction. Reasonable selection of the cutter head rotating direction can improve rock breaking efficiency.

排齿间距对镶齿滚刀破岩效果影响试验研究

排齿间距对镶齿滚刀破岩效果影响试验研究邵方源;刘志强【摘要】镶齿滚刀的破岩效率是影响反井钻机钻进速度的关键因素,对反井钻机在坚硬岩石中的破岩过程进行了研究,介绍了镶齿滚刀的破岩机理,阐述了镶齿滚刀的试验设计及过程,最后对试验现象进行了分析.通过对破岩数据的整理和分析,得出了岩石表面的平整度对镶齿滚刀的单齿压入效果有显著影响,提出了针对此类岩石或同等硬度岩石破岩效率最高的多排镶齿滚刀的排齿间距值.【期刊名称】《中国煤炭》【年(卷),期】2016(042)007【总页数】4页(P59-62)【关键词】反井钻机;镶齿滚刀;排齿间距;比能【作者】邵方源;刘志强【作者单位】天地科技建井研究院,北京市朝阳区,100013;北京中煤矿山工程有限公司,北京市朝阳区,100013;煤矿深井建设技术国家工程实验室,北京市朝阳区,100013;天地科技建井研究院,北京市朝阳区,100013;北京中煤矿山工程有限公司,北京市朝阳区,100013;煤矿深井建设技术国家工程实验室,北京市朝阳区,100013【正文语种】中文【中图分类】TD421.53我国反井钻机采用镶齿滚刀破岩，属于机械破岩，这种非爆破式破岩方式具有对围岩扰动较小、形成的孔壁光滑、施工安全以及工作效率高等特点，目前已应用于煤矿、金属矿山、水电工程和交通工程等多个领域。

反井钻机施工过程中消耗的主要材料就是破岩滚刀，随着反井钻机应用领域的不断扩大，遇到的地层地质岩层更加复杂，因此针对不同岩石条件下的高效和低能耗滚刀的研究越来越重要。

镶齿滚刀的破岩效率是影响反井钻机钻进速度的关键因素，故高硬度岩石破岩滚刀的研制对于反井钻机技术和装备的发展具有重要意义。

科学高效地应用反井钻机进行破岩，降低施工成本，需要对滚刀破岩参数进行合理计算和分析，设计与典型地层岩石条件对应的滚刀，以减少刀具的磨损，降低破岩能耗，提高破岩效率。

反井钻机在钻进过程中存在滚刀破岩效率低等问题，刀具与岩石相互作用关系尚不明确。

硬岩地质下镶齿滚刀齿形对破岩性能影响研究

硬岩地质下镶齿滚刀齿形对破岩性能影响研究
刘毅;曹殿彬;崔建波;彭宇星
【期刊名称】《中国测试》
【年(卷),期】2024(50)3
【摘要】为了降低镶齿滚刀的破岩比能耗和刀齿接触面应力,提高镶齿滚刀在硬岩地质下的破岩效率和使用寿命,采用LS-DYNA建立显示动力学仿真模型,并通过实验验证模型的可靠性。

仿真分析镶齿滚刀的破岩机理及不同齿形的破岩效率,确定较优的齿形。

通过正交试验法,分析齿宽、齿高、齿顶半径和齿数对破岩效率以及接触面应力值的影响,确定齿形参数对破岩性能影响权重。

研究结果表明:在118 MPa硬岩地质下,镐齿滚刀的破岩效率最高,齿顶半径为破岩效率的最主要影响因素,权重达到50%,齿数与齿顶高为接触面应力值的主要影响因素,权重分别占31%、36%。

齿形最优参数组合是齿宽为11 mm、齿顶高为1 mm、齿顶半径为10 mm、齿数为36个。

该研究对于镶齿滚刀的齿形选择及参数优化具有参考价值。

【总页数】8页(P62-68)
【作者】刘毅;曹殿彬;崔建波;彭宇星
【作者单位】济南轨道交通集团有限公司;中南大学轻合金研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TU63;TB9
【相关文献】
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反井钻机镐形镶齿滚刀破岩效果的研究的开题报告

反井钻机镐形镶齿滚刀破岩效果的研究的开题报告一、研究背景现代建筑和建设活动中离不开对地下岩石的治理和开发，而基本的钻探技术和设备的发展已经达到瓶颈，所以需要新技术的应用和研究。

相较于传统的钻击技术，反井钻机可以取代传统人工断岩作业，具有效率高、成本低等优点。

但是目前存在的反井钻机在破岩方面存在一些问题，如效率低、破岩能力不强等。

因此，如何提高反井钻机的破岩效果已成为我们研究的重要问题。

二、研究目的本研究的主要目的是探讨反井钻机镐形镶齿滚刀对破岩效果的影响，并通过实验的方法验证研究结果。

三、研究内容1.对反井钻机镐形镶齿滚刀的结构、工作原理进行分析和研究。

2.通过破岩实验，分析不同滚刀参数对破岩效果的影响。

3.分析实验结果，探讨反井钻机镐形镶齿滚刀对破岩效果的影响因素。

4.总结实验结果，提出改进反井钻机镐形镶齿滚刀的建议。

四、研究方法1.文献资料法：通过文献资料分析和研究，掌握反井钻机镐形镶齿滚刀的设计理念和工作原理。

2.试验法：研究不同的反井钻机镐形镶齿滚刀参数对破岩效果的影响，比对实验结果，探讨影响因素。

3.理论分析法：通过建立反井钻机镐形镶齿滚刀破岩模型，对破岩机理进行分析，探讨反井钻机镐形镶齿滚刀对破岩的作用原理。

五、研究意义本研究可以提高反井钻机镐形镶齿滚刀的破岩效果，并提高反井钻机的工作效率和经济效益。

同时，本研究对于推进矿山开采和隧道建设等领域的技术进步，也具有一定的意义。

六、研究进度安排1.学习相关领域的基础知识：12月1日-1月31日。

2.搜集文献资料，分析反井钻机的结构和工作原理：2月1日-3月30日。

3.设计破岩实验方案，进行实验：4月1日-6月30日。

4.对实验数据进行分析、总结，论文撰写：7月1日-10月31日。

5.论文修改、打印、答辩等：11月1日-12月31日。

七、预期结果本研究预计可以探讨反井钻机镐形镶齿滚刀对破岩效果的影响因素，提出改进措施，同时提高反井钻机的破岩效率和经济效益。

浅谈破岩滚刀结构设计

浅谈破岩滚刀结构设计摘要：破岩滚刀是钻井法施工中最为关键部件，其结构设计、材质选用直接影响钻进效率，以往我们只重视滚刀刀刃选材，对滚刀锥度很少研究分析，从滚刀自身锥度上讲，目前市面上也只有6°和20°两种形式滚刀，6°滚刀常用矿山大直径滚刀钻头上，20°滚刀常用于桥梁灌注桩施工滚刀钻头上，其实不论是矿山大直径钻头还是是桥梁桩基小直径钻头单纯采用6°或20°两种形式滚刀都是不科学的，将都会出现超顶或缩顶现象，本文提出的系列化标准化加工滚刀和选用滚刀，这将避免刀具布置出现超顶或缩顶，使每圈每把滚刀都处于最佳工作状态，大大提高滚刀、刀座使用寿命，大大提高钻进施工效率。

关键词：滚刀钻头；滚刀结构设计；超顶和缩顶；降低刀具事故率；快速破岩一、概述随着我国经济发展，桥梁工程逐渐从陆地、内河走向海洋，而且直径也越来越大，对桥梁灌注桩成孔时间要求越来越短，如何提高钻孔灌注桩尤其是大直径硬岩桩的施工效率成了目前钻孔施工行业共同探索和为之奋斗的目标；随着近几年机加工能力的提升，大功率钻机相继问世，高强度钻杆的应用，滚刀刀齿的更新，在一定成度上对钻进施工效率有了一定提高，但未达到目前社会经济发展速度要求，刀具使用寿命短、刀座受力不好，造成滚刀断轴、断齿，刀座断爪现象屡见不鲜，在很大成度上制约我们钻机能力发挥、缩短纯钻进时间，既加大安全分险又限制钻进效率，给企业带来经济损失，对行业发展也是一个瓶颈。

滚刀自身结构设计系列化标准化正是解决上述问题的根本。

二、原滚刀结构在钻孔施工中出现的超顶和缩顶现象1、6°或20°两种锥度形式滚刀在钻头上状态分析现以桥梁灌注桩和矿山井筒钻井法施工滚刀钻头常采用的12″滚刀钻头为类来分析，目前12″滚刀按滚刀锥度分类，有6°或20°两种锥度形式滚刀，6°滚刀最初用于矿山大直径滚刀钻头上，现在也有大直径桥梁灌注桩施工滚刀钻头采用，20°滚刀是桥梁灌注桩施工滚刀钻头最常用一种形式滚刀。