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结合外载碎岩基本现象,对旋挖碎岩基本过程进行分析,得出其在回转钻进情况下的螺旋破碎的碎岩形式。然后根据岩石破碎时的压入条件,以单个截齿为研究模型,得出轴向压力的理论计算公式,继而参考库伦纳维的内摩擦理论,得出了切削力的理论计算公式。根据不同钻具形式,将单个截齿的计算公式扩展,得到了旋挖钻机压力和扭矩参数的计算公式。将轴向力与切削力计算公式中在特定工况下的影响因子简化,得出了旋挖钻机钻进过程中进尺速度与切削力的理论关系。最后利用LS-DYNA动态分析软件模拟了单个截齿在不同侵深条件下的切削力变化曲线,并将曲线与同等工况下理论计算的曲线进行对比,得出单个截齿的入岩参数理论计算公式。可为入岩旋挖钻机设计提供参考。 相似文献
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PDC锚杆钻头回转钻进的力学特性与试验 总被引：1，自引：0，他引：1
针对煤矿巷道锚固孔快速精准钻进的施工需求,通过建立PDC锚杆钻头回转钻进力学模型,对其主要力学影响因素进行了理论分析。结果表明:PDC切削齿轴向力随压入深度的增大而增大,随切入角的增大表现出先减小后增大的趋势;当煤系岩石摩擦系数f为0.20~0.43时,可得最优切入角为15.0°~18.3°,此时在相同压入深度条件下轴向力和切向力最小。并进一步结合煤系岩石的力学特性,提出了PDC切削齿作用下的岩石破碎条件,得出不同压入深度时轴向力和切向力的关系。利用自主研发的钻进试验台对模拟岩样进行了钻进试验,试验结果验证了PDC锚杆钻头回转钻进力学模型的正确性。研究结果为PDC锚杆钻头优化设计,锚固孔钻进效率与精度的提高,以及钻进轴向力和切向力的变化预测等提供了理论依据。 相似文献
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地表钻参仪在深孔岩心钻探中可以实时检测和监控钻进参数,优越性明显,其中大钩位置是钻参仪检测的难点。研究了一套大钩位置检测装置,在天车上安装双通道霍尔开关,接收定滑轮上磁钢的脉冲信号,经过数显表头的微处理系统转换,再通过RS232串口通信连接PC机,基于LabVIEW平台实现数据的采集、分析、显示和存储等工作。该检测装置可以直接测量机上余尺或者方钻杆余尺,计算大钩位置防止撞顶天车,计算二层台位置便于挂卸提引器。深钻现场试验表明,该装置安装简便,测试精度高,可用于检测立轴式钻机和转盘式钻机大钩位置。 相似文献
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传统充填沿空留巷工艺繁琐﹑留巷速度慢,与现代化高强度开采要求不相适应,由此提出了切顶沿空成巷无煤柱开采新技术,其中关键参数设计是该技术的核心问题之一,对留巷的稳定性具有较大影响。以城郊煤矿21304工作面为研究背景,采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,对切顶沿空成巷关键参数进行了系统研究。基于岩石碎胀自承特性和围岩结构“S-R”稳定原理,推导出切顶高度﹑切顶角度的理论计算公式;建立了聚能爆破力学模型,并结合数值模拟和现场试验,确定了聚能爆破装药量及钻孔间距。研究结果表明：合理的切顶参数能够切断巷道顶板与采空区岩层间的力学关系,使采空区顶板沿切缝顺利垮落,碎胀的矸石可有效支撑上覆顶板,限制其回转下沉,减弱覆岩运动对留巷的扰动作用,沿空巷道围岩变形量明显减小。根据理论计算﹑数值分析和现场试验研究成果,确定了城郊煤矿21304工作面切顶沿空成巷关键参数,并在现场进行了应用,回采后沿空巷道侧向顶板能够迅速切落形成巷帮,留巷稳定后各项指标均能满足现场使用要求。 相似文献
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传统的超前钻探地质预报常以某个钻进参数的变化率作为地层识别的主要依据。钻头破岩是一个复杂的力学过程,应考虑多个参数的协同作用,仅采用单钻进参数识别地层的不确定性较大。首先,对超前钻探数据进行预处理,包括标准化、频数分布分析和敏感性分析,筛选出对地层变化敏感的关键钻进参数;其次,基于能量守恒、二元无序逻辑回归分析和多参数变异性分析原理分别建立了破岩能量、逻辑回归概率和地层硬度3种地层识别综合指标;最后,采用基于贝叶斯原理的概率分类方法建立地层识别模型,利用ROC分析方法得到模型参数,实现基于多钻进参数和概率分类方法的地层识别。以地质条件复杂的隧道工程为例,介绍了该地层识别方法的应用,结果表明：3种地层识别综合指标均具有较好的跨孔地层识别能力,识别准确率超过80%;破岩能量和逻辑回归概率指标适用于较近距离的跨孔地层识别,平均识别准确率分别为86.3%和84.1%;逻辑回归概率指标对软弱夹层识别能力较强,准确率达到94.2%;地层硬度指标适用于较远距离的跨孔地层识别;灰岩识别准确率最大达到93.2%。 相似文献
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The rational use of drilling parameters is a hot issue in the field of geotechnical engineering and geological engineering. A new method, for evaluating the bearing capacity of soils using drilling parameters was proposed. First, through the mechanical analysis of the drill bit, the preconditions and theoretical formulas for calculating the bearing capacity of soils using the bit’s torque are clearly defined. Next, drilling tests and dynamic cone penetration tests were performed on miscellaneous fill, silty clay, sandy clay, medium coarse sand and gravel sand, and the empirical formula for calculating the bearing capacity of these soils were given. Then, using the new method and the empirical formula, the bearing capacity of the soil under the roadbed was examined. The test results show that the bit’s torque is a good parameter for the evaluation of the bearing capacity of the soil. Finally, the application scope of the new method and the empirical formula is discussed, and the subsequent research directions are pointed out. 相似文献
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钻孔布置参数的确定是大直径钻孔卸压防治冲击地压的关键之一。通过岩石力学试验、理论分析、现场实测等方法研究了工作面冲击危险区的卸压指标,提出了能量耗散指数的概念,推导出能量耗散指数与冲击能量指数之间的转换公式,得到以下结论：验证了能量耗散与冲击能量指数之间具有较好的相关性,可以将其作为煤层卸压后残余冲击危险性的评价指标;提出了工作面冲击危险区“分区分级”的防治理念,并以煤层有效卸压应变率分别为1.5‰、1.0‰、0.8‰作为新巨龙矿井高度、中度和一般冲击危险区的卸压标准;推导出了基于能量耗散指数的防冲钻孔参数定量计算方法,并在新巨龙矿井2302S工作面进行应用,取得了良好效果。研究结果对冲击地压防治具有参考意义。 相似文献
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PDC钻头综合受力模型的试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
模拟钻头上的切削齿的不同的切削断面形状、重叠切削状态及磨损状态,利用PDC切削齿对多种岩样进行了切削试验,研究了切削面积、接触弧长、切削齿后倾角、岩石抗钻强度、切削齿磨损高度等因素对PDC切削齿受力的影响规律。结果表明,切削面积相同情况下切削齿受力随接触弧长、岩石可钻性极值、切削齿磨损高度分别呈线性,幂函数和指数函数趋势变化;切削齿受力最小的后倾角在5～10°区间内。引入弧长系数、磨损高度系数,建立了PDC切削齿综合受力模型。根据力的平衡原理,推导得出完整的PDC钻头受力计算模型,为PDC钻头优化设计和合理使用提供了理论依据。 相似文献
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可靠地识别掌子面前方地层是保证隧道工程稳定与安全的重要因素之一。传统的超前地质预报方法不能同时保证有高识别精度、低实施成本和占用少的施工时间,对于不同地质情况的地层识别通用性不强。在传统超前钻孔的同时获取掌子面前方围岩钻探测试数据,实时获取不同深度岩层情况,将大大提高超前预报效率,方便快捷,不影响施工,但目前缺乏客观、准确的地层识别方法。提出了一种基于神经网络的钻探测试数据智能分析和地层识别方法,对楚大高速公路九顶山隧道超前钻探测试数据进行了深入分析,通过隧道开挖后所揭示地层对分析方法进行了验证。结果表明：单一钻进参数用于地层识别的错误率在35%左右,打击能和打击数、送水压力和送水流量的参数组合不能显著提升地层识别准确率;钻进速度、扭矩、回转数、推进力的参数组合可降低地层识别错误率至22%。在神经网络模型中引入钻进参数的标准差,可大幅降低错误率,可使地层划分错误率下降9%～12%;多参数组合下的神经网络钻探测试神经网络模型对随机抽样的地层识别错误率小于10%,对单个钻孔的地层识别错误率小于14%。 相似文献
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通过机械比能对煤矿瓦斯抽采钻孔过程中的围岩进行可钻性分级,可为钻机调整钻进参数提供依据。针对瓦斯抽采钻孔过程中人工判层难度大、效率低的问题,提出一种以机械比能为可钻性评价指标,结合极限学习机的煤岩可钻性分级方法。采用ABAQUS建立了PDC钻头破岩仿真模型,从材料类型、钻头转速和钻压力三个方面研究了PDC钻头破岩过程中钻进速度和机械比能的变化规律。同时,获得了钻进参数及机械比能的训练数据,采用极限学习机分别对钻进参数和机械比能数据进行学习,最后,对这两种可钻性分级指标下的分级准确率进行对比。结果表明:以机械比能作为可钻性指标时的分级准确率达到90%以上,高于以钻进参数作为可钻性指标时的准确率。分级结果可以为钻机调整钻进参数、实现自适应钻进提供理论依据。 相似文献
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煤矿井下智能化钻探技术及装备是煤炭生产企业急需的先进技术装备。文章介绍了相关科研院所及企业在研制自动化钻机方面取得的一些阶段性成果。由于钻探施工环节多、工艺复杂、现场条件多变,许多关键技术仍未解决,智能化程度、可靠性、适应性和实用性还需进一步提高。文章分析了钻机装备适应性、工艺复杂性及需求的多样性问题、防爆问题和钻杆连接及钻杆补充问题。指出需要开展导航与定位、程序控制自动钻进、自动装卸钻杆、参数实时监测及传输等技术攻关,从而达到智能钻机功能实用、施工高效及性能稳定的目标。同时指出真正意义上的智能化钻机大量应用还需要持续的研发投入和数年的时间过程,并提出逐步按全自动钻机阶段、智能化钻机阶段和钻孔机器人3个阶段分级实现井下智能化钻探较为适宜。 相似文献
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钻机钻进过程中钻头旋转产生的扭矩以及作用于钻头的轴推进力是破碎岩石的能量来源,当钻进条件确定时,可用破碎单位体积岩石的实际能耗来反映岩石的物理力学性质。基于此原理在青岛胶州湾海底隧道FK4+375.5的上断面进行了超前地质探孔作业,得到凝灰岩地层中的钻进参数及钻进能量随钻头位移的变化曲线,并利用能量理论对钻进过程中监测的钻机参数进行分析,研究发现：在凝灰岩中,数字钻机参数与围岩岩性响应程度较高,围岩完整、坚硬、无裂隙水时,整体钻进参数值较高;围岩裂隙发育、含水或有断层、夹泥层时,钻进速度、推进力、转速、扭矩、打击能等数据会突变,其值变小。分析所得结果与钻孔取芯、TSP超前预报等物探手段得到的结果基本一致。并采用能量法对围岩进行分析,利用钻进比能划分相应的岩体区段,判断出围岩等级。通过对能量曲线的分析发现,在凝灰岩地层中,当钻进能量小于0.95 kJ时会出现断层或较大的节理裂隙区。 相似文献
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为降低矿用钻机监测诊断系统开发成本,实现监测诊断系统的通用性和可移植性,简化操作流程,面向国内主流全液压钻机设计了一款嵌入式参数监测软件。软件以STM32F407微处理器为运行环境,利用C语言在Visual Studio 2013环境下开发完成。在emWin Simulation上完成GUI仿真测试后,将该软件安置在ZDY4000LR钻机上,并进行了软件功能验证实验。实验表明:该软件运行稳定可靠,可实时监测钻机参数;并具有数据存取功能;软件配置灵活,移植方便,成本可控;适用于不同型号、不同监测需求的全液压钻机。 相似文献
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实钻条件下井底岩石可钻性预测模型研究 总被引：3，自引：0，他引：3
标准岩石可钻性是在室内常压下测定的,主要反映岩石固有的力学性质,没有考虑围压对于可钻性的影响。实际钻井条件下岩石受到井底各种应力的作用,其可钻性会发生变化。根据对可钻性测定原理的分析,牙齿吃入深度是影响可钻性的重要因素,基于摩尔-库仑准则,在考虑岩石本身的力学性质和岩石围压的基础上,建立了牙齿吃入深度计算公式。通过对某油田岩芯进行可钻性试验测定,并计算出试验条件下各岩芯的牙齿吃入深度,经过拟合发现,两者可以建立较为密切的关系。由于牙齿吃入深度的计算公式中包含围压以及岩石的力学性质两方面的影响,因此,可以利用计算吃入深度来预测实际钻井条件下的岩石可钻性。 相似文献
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针对煤矿井下穿层钻孔硬岩钻进效率低的难题,基于冲击回转钻进机理和Wassara高压液动冲击器主要特点,分析柱齿在冲击荷载下形成的破碎坑形态,并将其划分为崩解区、密实区、开裂区和弹性区。在此基础之上,对柱齿连续破岩的大间隔冲击和小间隔冲击2种情况进行过程分析,结合淮南潘三矿现场试验条件讨论高压液动冲击回转钻进工艺参数,优选高压液动冲击回转钻进配套钻机、冲击器、钻杆、钻头和清水泵,及主要技术参数。试验结果表明：当清水压力在15 MPa以上时,高压液动冲击回转钻进的平均机械钻速为24.67 m/h,与采用该技术之前的8.48 m/h机械钻速相比提高了约1.9倍;并采用回归分析拟合得到机械钻速与水压之间的线性关系,经过数理统计的F检验,F=8.82大于F0.05(1,7),验证了回归结果是显著的,机械钻速随水压的增大而线性增大。高压液动冲击回转钻进技术可有效提高煤矿井下硬岩层钻进效率,保障煤矿安全高效生产。 相似文献
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岩石可钻性的分级是确定生产定额、设计钻头和选择最佳参数的依据。本文论述了作者在实验台上用微钻法进行岩石分级的研究成果。该实验台是自行设计并可以同时自动记录9个钻进参数的一种装置,微钻法可以很好地表示在两向力同时作用下,岩石破碎过程的主要力学特征。岩石抗破碎阻力是岩石机械性质的综合反映,因此,以往用单一的性质来进行分级并不完善,用微钻法进行分级、经野外实践,符合率可达85％以上。 相似文献
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为解决坑道钻机动力泵站重量大、搬迁运输难题,提出通过模块设计,将泵站进行拆分,采用小排量双动力双泵合流解决方案。化整为零,可有效减小单个泵站的运输尺寸及重量,并可根据工况需求选择单泵站或双泵合流提高钻机使用的灵活性,同时降低能耗。负载敏感系统具有节能、负载适应性好、调速方便等优点,然而双负载敏感泵系统合流时,2个泵的输出功率不平衡,钻机输出参数不符合设计要求是亟需解决的难题。理论分析指出,两个负载敏感泵与负载敏感阀之间的反馈管路差异影响2个泵的功率平衡,然后建立双动力双泵负载敏感系统动态模型。基于该模型,动态分析双负载敏感泵系统压力流量特性,重点分析反馈管路以及压力补偿器对双泵站功率平衡的影响,并提出双负载敏感泵系统功率匹配方法。通过台架实验对理论分析结果进行验证,结果表明, 管路差异对双泵双动力负载敏感泵合流系统输出特性有较大的影响。在反馈管路中设置阻尼并根据管路匹配阻尼参数,可实现双泵输出参数的基本平衡。通过微调压力补偿器弹簧预压缩量,可使系统达到较好平衡,消除管路差异影响。该方法解决了2个泵站输出功率不平衡问题,该方法有较强的普适性和应用价值,对坑道钻机液压泵站的模块化设计具有重要的参考意义。 相似文献