三一旋挖钻机入岩探讨

入岩机理和能力提升
加压模式曲线
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入岩机理和能力提升
5.入岩钻机功能演示性试验和现场入岩试验成果
加压方式：不同的加压方式，岩石破碎有不同的形式。有研磨或疲劳 破碎；有跃进式破碎。 地质条件：不同的地质条件宜用不同的加压方式；不同硬度的岩石， 应选用合理的转矩和轴压匹配。 转速变化：转速快慢之间交替变化,有利于提高破碎效率。 转速会在快慢之间交替变换,此时截齿冲击凿削岩面可提高破碎效率。
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入岩机理和能力提升
动静组合载荷作用下岩石破碎试验研究
在动静态多功能岩石破碎试验台上 ,以花岗岩为试验对象 分别进行了单一静载、冲击载荷和动静组合载荷破岩试 验 ,结果表明 :静载 +动载组合模式能大幅度提高破岩效 果 ,在破碎深度与破碎体积等方面比单一冲击或压入具有 明显的优势 ,不同的动静组合载荷存在不同的破岩比能 , 合理选取动静载荷的比值 ,可使破岩比能最小 ,破碎效果 最优。
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入岩机理和能力提升 静压破岩、冲击破岩和组合破岩试验结果
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4.SR入岩钻机设计思路
机械设备方面：主要在动力头 加压方式上做重大改动，由静 加压方式改为动静耦合加载方 式。
钻具方面：通过合理布齿,使齿 间相互为对方创造自由面,为高 效碎岩创造条件。
工法方面：嵌岩筒钻和单头单 螺锥螺旋钻头交替钻进的工法
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6.面临的任务
入岩机理和能力提升
在入岩机理理论的支持下，经过不断深入的试验探索，针 对不同地质条件，寻找出一个的设备、工法等方面的合理 配置，全面提升旋挖钻具的入岩能力。
➢设备方面：加压力、脉冲形式、加压频率、扭矩、转速 以及与之相适应的底盘、结构的变化
➢工法方面：钻具、钻头、锥角参量变化、各种转具的配 合使用等。
入岩机理和能力提升
纯滚动牙轮齿形成的破碎坑
滚动加滑动的牙轮齿形成的破碎坑
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2. 岩石破碎基本概念
岩石破碎形式划分
传统岩石破碎理论将岩石随 轴压增加而呈现出的不同破 碎形式分成3 个区段:
➢ 研磨破碎区段; ➢ 疲劳破碎区段; ➢ 跃进破碎区段,
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不同轴压下岩石破碎的3 个区段
入岩机理和能力提升
轴压与钻头距自由面距离曲线
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入岩机理和能力提升
3.目前入岩资料检索情况说明
➢ 冲击载荷作用下岩石材料模型实验验证(模拟了岩石靶板在冲击载荷作用下的动态响应过程) ➢ 冲击载荷作用下岩石损伤的能量耗散(不同冲击荷载下岩石试件中的损伤能量耗散密度) ➢ 动静载荷耦合作用下岩石破碎理论分析及试验研究 ➢ 动静组合加载分析下岩石破坏的应变能密度准则及突变理论 ➢ 动静组合载荷作用下岩石破碎试验研究 ➢ 动载荷作用下岩石破坏过程的数值试验研究 ➢ 含裂纹岩石巴西圆盘试件在冲击载荷下断裂参数的有限元计算 ➢ 基于 LS2D YNA的冲旋钻头牙齿破岩机理仿真研究 ➢ 静态和动态载荷作用下岩石劈裂破坏模式的数值模拟 ➢ 岩石冲击破坏的数值流形方法模拟 ➢ 岩石冲击破坏分析及其数值模拟研究 ➢ 岩石冲击损伤演化规律数值流形方法模拟 ➢ 岩石料层动态冲击粉碎的应变率效应 ➢ 岩石在动载作用下破坏模式和强度特性研究 ➢ 岩体在冲击载荷作用下的各向异性损伤模型及其应用
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室内岩块单轴抗压强度经验数据表
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自由面岩石破碎试验
自由面岩石破碎试验, 在岩壁上先劈开一宽6 mm、深150 mm 的楔形自 由面槽。钻头用硬质合金 制造,端面积1 cm2 ,钻头 离自由面槽的距离不同, 侵入岩石时所需要的轴压 也不同。随着离自由面槽 的距离增加,钻头侵入岩 石所需轴压也逐渐增大。
入岩机理和能力提升
旋挖钻机入岩机理和能力提升的思考
北京桩机旋挖钻机研究院 2010年6月
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入岩机理和能力提升
❖ 机械岩石破碎机理 ❖ 岩石破碎基本概念 ❖ 入岩资料检索情况说明 ❖ 入岩钻机设计思路 ❖ 入岩钻机功能演示性试验和现场入岩试验成果 ❖ 面临的任务 ❖ 入岩能力提升工作的整体思路
与切削破岩密切相关的主要破岩 机械有各种挖掘机、截煤机、刨煤机 、切削型掘进机和天（竖）井钻机、 锯石机、旋挖钻机等。
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入岩机理和能力提升
辉绿岩切削机理 花岗岩切破碎的同时兼具 切削破碎效果；或者相反 ，在切削破碎的同时兼有 冲击行为的一类破碎方法 。其典型代表为牙轮钻头 钻孔，特别是由于牙轮产 生较大滑移时的牙轮钻头 钻井；其次为天井和井巷 掘进时各种滚刀钻头钻孔 或扩孔。
岩石强度：当加压压力大于岩石的抗压强度极限的30%～50%时，会 呈现出碎岩最高效的破碎形式— ——跃进式破碎；
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入岩机理和能力提升
轴向加压力：随着钻压的增加截齿的磨损量也随之增加，当压力增大 到截齿的抗压强度时，截齿的磨损明显加剧，呈现破坏性磨损。轴向 加压力应考虑截齿的抗压强。 钻具结构形式：螺旋钻头锥角参量的变化、点式刀具截齿的不同排列 方式、嵌岩筒钻的环切参量等对提高破碎岩石的效率具有重要影响。 钻头的使用：不同钻头的交替使用,对入岩效果有至关重要的影响。
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1. 机械岩石破碎机理
入岩机理和能力提升
➢ 冲击破岩机理 ➢ 切削破岩机理 ➢ 冲击 - 切削破岩机理
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冲击破岩机理
冲击破岩时，常由冲击机构间接或直 接经由钻头刃给岩石以一个集中的冲击载 荷，使刃尖垂直岩面侵（凿）入岩石，形 成破碎坑；再由一个一个的破碎坑连接构 成孔（井）眼。
破碎坑的宏现形成过程大致为： （1）压碎岩面的微小不平， （2）弹性变形； （3）在刀具下方形成压实体； （4）沿着剪切或拉伸应力迹线形成大体
积崩裂，或所谓的跃进式破碎； （5）重复前述破碎过程。冲击机(如凿岩
机、潜孔钻机和钢丝绳冲击钻机以 及碎石机等)
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入岩机理和能力提升
里治马斯破碎机理模型 夕卡斯基破碎机理模型
切削破岩机理
切削破岩是通过在轴压力和扭矩 作用下连续旋转或往复运动的钻头截 齿或其它刀具，沿螺旋形，弧线或直 线等轨迹，一层一层地切割破碎岩石 的一种机械破岩方法，并被广泛用于 旋转切削钻孔（井）、采石、采矿、 采煤、表土剥离和石材加工等行业．