钻机旋冲钻孔过程中破岩效率的研究

针对岩石钻机旋冲钻孔过程中破岩效率低的问题,基于岩石力学理论和有限元理论,建立了球形钻齿与岩石的相互作用受力模型以及旋冲钻孔破岩的有限元模型。采用了非线性有限元分析软件LS-DYNA来模拟不同参数下的旋冲钻孔过程,得到了钻头破岩过程中钻齿吃入深度与时间以及破碎体积、破碎比功随转速和频率的变化曲线;分析了转速与频率对破岩效率的影响规律。研究结果表明:转速对钻齿吃入深度影响不大,岩石破碎主要发生在冲击力卸载之后,当转速在30 r/min～35 r/min,频率在20 Hz～30 Hz范围内,破岩效率相对较高,能够充分提高能量利用率;该结果可以为钻头的合理设计以及岩石钻具的钻孔工艺参数选择提供依据。     

筒钻单齿切削岩石的力学特性研究

基于岩石力学理论建立了钻机筒钻单齿切削岩石过程的物理模型,通过对单齿的动力学分析得出影响单齿切削力的主要因素为切削深度和切削速度。应用离散元软件EDEM仿真分析切削深度和切削速度对单齿切削力的影响规律。结果表明:切削力具有明显的不规则波动特性,该波动特性是Evans密实核破碎理论最直接的反映;切削深度和切削速度越大,切削力不规则波动越明显。平均切削力随切削深度的增加而呈正比例增加,比例系数为29.64。随着切削速度的增加,平均切削力增加地越来越慢;当切削速度超过1.5m/s后,平均切削力基本保持稳定。研究结果对钻机切削参数的合理选择提供了参考依据,并为钻机的结构设计奠定了基础。