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基于UDEC的隧道掘进机滚刀破岩数值模拟研究 被引量:41
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作者 莫振泽 李海波 +4 位作者 周青春 何恩光 邹飞 朱小明 赵羽 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第4期1196-1202,1209,共8页
现今全断面隧道掘进机(TBM)施工方法在长大深埋隧道工程中已被广泛采用,对滚刀破岩关键技术的进一步认识具有重要的工程价值。为了研究滚刀破岩机制,分析刀圈断面形态、岩石强度和节理角度对其的影响,运用UDEC方法建立了滚刀贯切岩石的... 现今全断面隧道掘进机(TBM)施工方法在长大深埋隧道工程中已被广泛采用,对滚刀破岩关键技术的进一步认识具有重要的工程价值。为了研究滚刀破岩机制,分析刀圈断面形态、岩石强度和节理角度对其的影响,运用UDEC方法建立了滚刀贯切岩石的二维数值系列模型,对TBM滚刀破岩过程进行了仿真。分析表明:滚刀破岩是滚刀下岩石拉破坏和剪破坏的综合反映,拉破坏是裂纹萌生与扩展的主要驱动机制;刃宽较大的平刀与刃角较大的楔刀破岩效果较好;平刀与楔刀在软岩中破岩效果相近,平刀在硬岩施工中比楔刀的破岩效果好;滚刀对节理角度为30°~60°的岩石破坏效果较好,由于楔刀的"劈裂"作用,楔刀比平刀更适合用于贯切含有节理的岩石。 展开更多
关键词 隧道掘进机 滚刀 破岩机制 UDEC 数值仿真
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冲旋钻井条件下的岩石破碎机理 被引量:34
2
作者 朱海燕 刘清友 +2 位作者 邓金根 王国荣 廖建华 《应用基础与工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期622-631,共10页
冲旋钻井因其具有较高的钻速和较小的井斜,而广泛应用于矿山、石油与天然气领域的钻井工程中.为了揭示冲旋钻井的破碎机理,考虑静压、冲击和旋转的耦合作用,分别建立了牙齿和12 1/4″全尺寸平底钻头与岩石的三维冲击动力学模型.对所建... 冲旋钻井因其具有较高的钻速和较小的井斜,而广泛应用于矿山、石油与天然气领域的钻井工程中.为了揭示冲旋钻井的破碎机理,考虑静压、冲击和旋转的耦合作用,分别建立了牙齿和12 1/4″全尺寸平底钻头与岩石的三维冲击动力学模型.对所建立的模型进行有限元求解,结果显示:拉应力破碎是岩石破碎的主要形式,剪切应力、压应力破碎次之;岩石的破碎主要发生在岩石的拉应力失效阶段和卸载后的静压-旋转剪切破岩阶段;岩石在单齿的作用下可以显著地分成4个半球形区域;全尺寸钻头的破岩过程可以分成5个破碎阶段;边齿倾角越大,破岩侵深越小,破碎体积越大,齿顶应力越高;钻头边齿齿顶和齿孔应力均远高于中心齿,极易最先破坏;岩石越硬,牙齿侵入深度越小,破岩体积越大.研究结果与一系列的室内实验研究结果一致,可用于冲旋钻井钻头的优化设计及冲旋钻井参数的优选. 展开更多
关键词 冲旋钻井 破岩机理 有限元 边齿 平底钻头
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旋冲钻井技术的破岩及提速机理 被引量:29
3
作者 祝效华 刘伟吉 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期216-222,共7页
深部硬地层钻井效率低、成本高的问题是现阶段深井、超深井钻井过程中长期面临的难点问题。旋冲钻井技术由于其具有提高硬地层钻进效率、降低定向钻进中黏滑振动以及提高钻压传递效率等优点而得到认可,但旋冲钻井技术的破岩提速机理尚... 深部硬地层钻井效率低、成本高的问题是现阶段深井、超深井钻井过程中长期面临的难点问题。旋冲钻井技术由于其具有提高硬地层钻进效率、降低定向钻进中黏滑振动以及提高钻压传递效率等优点而得到认可,但旋冲钻井技术的破岩提速机理尚不够明晰,且与冲击器配合的钻头使用寿命尚达不到工业要求。基于岩石力学、岩石破碎学、损伤力学等理论结合有限元方法建立了单齿旋冲破岩的三维有限元模型,分析了单齿旋冲作用下岩石的裂纹扩展、岩屑形成、损伤演化以及破岩比功等问题。研究发现,硬地层岩石在旋冲作用下更易发生脆性破碎,旋冲钻井技术能够改善钻齿的受力状态,更好地保护切削齿,提高钻进效率;冲击幅值对破岩比功的影响程度不大,这与扭冲钻井技术不同;冲击频率对于破岩比功的影响较大;旋冲钻进技术不适用于软地层。 展开更多
关键词 旋冲钻进 破岩机理 提速 硬地层 有限元法
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单个磨料颗粒冲击岩石过程的数值模拟研究 被引量:16
4
作者 王明波 王瑞和 陈炜卿 《石油钻探技术》 CAS 北大核心 2009年第5期34-38,共5页
根据连续介质力学和有限元理论,给出了磨料水射流破岩系统中磨料颗粒和岩石的控制方程及相应的有限元列式,建立了适用于磨料水射流破岩全过程分析的岩石损伤模型。数值计算的结果较真实地反映了磨料水射流破岩过程中岩石动态响应特性的... 根据连续介质力学和有限元理论,给出了磨料水射流破岩系统中磨料颗粒和岩石的控制方程及相应的有限元列式,建立了适用于磨料水射流破岩全过程分析的岩石损伤模型。数值计算的结果较真实地反映了磨料水射流破岩过程中岩石动态响应特性的演化过程,普通磨料水射流破碎岩石的主要形式是磨料颗粒冲击压力波所产生的拉伸破坏。数值计算与相关试验结果基本吻合,表明该分析方法是可行的,可用来指导磨料水射流破岩理论的进一步研究及应用。 展开更多
关键词 磨料射流 磨料颗粒 岩石破碎 有限元法 数值模拟
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等离子体电脉冲钻井破岩机理的电击穿实验与数值模拟方法 被引量:18
5
作者 祝效华 罗云旭 +3 位作者 刘伟吉 高锐 贾玉丹 刘呈君 《石油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期1146-1162,共17页
等离子体电脉冲钻井技术为一种高效破岩钻井技术。对4种岩石在80 kV固定输出电压、重频率为2.5 Hz下进行了电脉冲击穿实验。实验发现,电脉冲破碎结果中存在贯穿破碎和未贯穿破碎2种状貌,并针对产生这两种状貌的原因进行了分析。从电击... 等离子体电脉冲钻井技术为一种高效破岩钻井技术。对4种岩石在80 kV固定输出电压、重频率为2.5 Hz下进行了电脉冲击穿实验。实验发现,电脉冲破碎结果中存在贯穿破碎和未贯穿破碎2种状貌,并针对产生这两种状貌的原因进行了分析。从电击穿角度明确了单次脉冲破岩效率的评价指标——能量转换效率η_e,并提出了一种新的岩石介质击穿模型——概率发展模型(PDM),借助PDM和简化的电击穿电路研究了单脉冲击穿时电路结构参数对破岩能耗分配的影响规律。基于电脉冲击穿实验参数和PDM生成的等离子体通道轨迹提出了等离子体电脉冲钻井破岩机理研究的数值模拟方法,利用该数值模拟方法研究了在地层压力为0~30 MPa下、直径为41 mm的电极钻具在加载峰值电压为60 kV时的破岩规律。 展开更多
关键词 等离子通道钻井 高压电脉冲 破岩机理 电击穿 数值模拟方法 电脉冲钻具
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脉冲射流破岩规律的数值试验 被引量:13
6
作者 倪红坚 王瑞和 《石油钻探技术》 CAS 2002年第6期15-17,共3页
利用非线性动力有限元方法和岩石的动态损伤模型,系统研究了脉冲射流的速度、长度、频率以及脉冲的数量等参数对破岩效果的影响,并用试验进行了验证。研究结果表明,脉冲射流的速度、长度和脉冲数量增大时,岩石的破碎效率迅速增大;射流... 利用非线性动力有限元方法和岩石的动态损伤模型,系统研究了脉冲射流的速度、长度、频率以及脉冲的数量等参数对破岩效果的影响,并用试验进行了验证。研究结果表明,脉冲射流的速度、长度和脉冲数量增大时,岩石的破碎效率迅速增大;射流的破岩效果随脉冲频率的增大,呈现先增大后减小的趋势,存在一个最优频率范围。在此基础上分析了脉冲射流的破岩机理,所得结论为脉冲射流的设计提供了依据。 展开更多
关键词 脉冲射流 数值试验 岩石破碎 数学模型 有限元法 石油钻井
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自控水力截齿破岩机理的混沌动力学特征 被引量:10
7
作者 段雄 余力 程大中 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 1993年第3期222-231,共10页
本文应用混沌理论研究了高压水射流与机械刀具结合破岩过程中水楔作用发挥程度的识别方法。基于截割力信号所展示的不规则的非周期混沌现象,将一个破碎强度时间序列纳入了非线性耗散动力系统。应用时间延迟方法反演了该系统的动态,其结... 本文应用混沌理论研究了高压水射流与机械刀具结合破岩过程中水楔作用发挥程度的识别方法。基于截割力信号所展示的不规则的非周期混沌现象,将一个破碎强度时间序列纳入了非线性耗散动力系统。应用时间延迟方法反演了该系统的动态,其结果表明,系统的长时性态为一具有自相似分形结构的奇怪吸引子,分维数就是岩石破碎机理改变的一个灵敏度量。 展开更多
关键词 混沌理论 高压水射流 机械刀具 破岩过程 水楔作用 分维数 破碎机理 自控水力截齿
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脉冲水射流破岩的数值模拟研究 被引量:8
8
作者 倪红坚 王瑞和 《石油钻探技术》 CAS 2001年第5期12-14,共3页
根据连续介质力学理论 ,导出了脉冲水射流破岩系统的控制方程。并运用瞬时最小势能原理 ,建立了脉冲水射流破岩的有限元基本列式和离散方程。数值计算的结果较为真实地反映了脉冲射流破岩过程中岩石的动态响应的演化过程 ,揭示了射流破... 根据连续介质力学理论 ,导出了脉冲水射流破岩系统的控制方程。并运用瞬时最小势能原理 ,建立了脉冲水射流破岩的有限元基本列式和离散方程。数值计算的结果较为真实地反映了脉冲射流破岩过程中岩石的动态响应的演化过程 ,揭示了射流破岩过程中的机理。所得结论与相关试验规律吻合良好 ,探索了一种研究水射流破岩规律的有效方法 ,对脉冲水射流破岩的深入研究和应用具有重要的意义。 展开更多
关键词 脉冲 射流 岩石破碎 有限元法 数学模型 数值模拟
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Numerical and experimental investigation of rock breaking method under free surface by TBM disc cutter 被引量:10
9
作者 ZHANG Xu-hui XIA Yi-min +2 位作者 ZENG Gui-ying TAN Qing GUO Ben 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第9期2107-2118,共12页
To study the rock breaking method under the free surface induced by disc cutter,the rock breaking simulations were first conducted based on the discrete element method,and the dynamic process of rock breaking under th... To study the rock breaking method under the free surface induced by disc cutter,the rock breaking simulations were first conducted based on the discrete element method,and the dynamic process of rock breaking under the free surface was studied including stressed zone,crush zone,crack initiation and propagation.Then the crack propagation conditions,specific energy,etc.under different free surface distance(S)were also investigated combined with linear cutting experiments.The results show that the rock breaking process under the free surface induced by disc cutter is dominated by tension failure mode.There exists a critical S to promote crack propagation to free surface effectively.And this rock breaking method can improve the rock breaking force and breaking efficiency significantly when proper. 展开更多
关键词 free surface tunnel boring machine disc cutter rock breaking method
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截齿破岩阻力预测方法的对比分析 被引量:10
10
作者 张梦奇 贾少山 张建广 《煤矿机电》 2014年第4期24-28,共5页
介绍截齿破岩截割阻力的预测方法,并与实验数据进行对比,以确定各种预测方法的适用条件。N.Bilgin基于非相关截割条件下的切向力预测值和Goktan基于试验数据的修正公式计算值与试验数据基本一致;N.Bilgin和李晓豁对法向力的预测结果在... 介绍截齿破岩截割阻力的预测方法,并与实验数据进行对比,以确定各种预测方法的适用条件。N.Bilgin基于非相关截割条件下的切向力预测值和Goktan基于试验数据的修正公式计算值与试验数据基本一致;N.Bilgin和李晓豁对法向力的预测结果在截割深度3mm条件下基本一致。随着截割深度增加,李晓豁法向力预测值与实验数据偏差较大。对单向抗压强度为30-170MPa的岩石,在不同截深条件下,N.Bilgin的切向力和法向力预测公式以及Goktan的切向力修正公式均适用于采掘设备工作性能数值模拟分析。 展开更多
关键词 截齿 破岩 切向阻力 法向阻力 预测方法
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高压射流冲击破碎岩石的有限元计算 被引量:7
11
作者 张文华 汪志明 张永忠 《石油钻探技术》 CAS 北大核心 2006年第1期10-12,共3页
高压射流冲击破岩是一个复杂的非线性问题。通过MSC.Marc建立模型,分别使用动态接触作为非线性冲击载荷模拟高压水射流冲击岩石。通过动力计算分析,根据岩石内部应力的变化使用Hoffman失效准则研究了岩石的破碎过程。分析表明,增加射... 高压射流冲击破岩是一个复杂的非线性问题。通过MSC.Marc建立模型,分别使用动态接触作为非线性冲击载荷模拟高压水射流冲击岩石。通过动力计算分析,根据岩石内部应力的变化使用Hoffman失效准则研究了岩石的破碎过程。分析表明,增加射流冲击速度可以提高射流破碎岩石的效率,当射流速度达到某一临界值时,射流水锤作用使得岩石发生大块破碎。 展开更多
关键词 射流 岩石破碎 有限元法 数学模型 实验室试验
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不同岩性下TBM滚刀破岩过程离散元分析 被引量:7
12
作者 杨开新 蒋明镜 +1 位作者 陈有亮 廖优斌 《水资源与水工程学报》 CSCD 2019年第2期198-204,211,共8页
为了研究全断面岩石掘进机(TBM)的滚刀在不同岩性下的破岩机理,将考虑胶结尺寸的微观接触模型植入离散元软件,模拟了4种岩性下不同滚刀刃数的破岩过程,探究岩性、滚刀刃数对破岩效率的影响。模拟结果表明:不同滚刀刃数下的破岩过程可以... 为了研究全断面岩石掘进机(TBM)的滚刀在不同岩性下的破岩机理,将考虑胶结尺寸的微观接触模型植入离散元软件,模拟了4种岩性下不同滚刀刃数的破岩过程,探究岩性、滚刀刃数对破岩效率的影响。模拟结果表明:不同滚刀刃数下的破岩过程可以分为3个阶段,即加载阶段、卸载阶段及残余跃进阶段;胶结破坏类型主要呈拉剪破坏与压剪破坏两种;滚刀破岩过程中受到的阻力可以用峰值法向推力表示,阻力大小取决于岩性,破岩阻力随着岩石单轴抗压强度的增大而增大;通过胶结破岩比能耗来评价破岩效率,对于坚硬岩,三滚刀破岩效率最高,对于强度较低的岩石,采用单滚刀破岩效率更高。 展开更多
关键词 岩石 岩石掘进机(TBM) 岩性 滚刀刃数 破岩效率 离散单元法
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凿岩机钻头破岩机理分析及岩体可掘性预测 被引量:2
13
作者 尤明龙 谭飞 +2 位作者 焦玉勇 涂福彬 田湖南 《武汉大学学报(工学版)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期160-169,共10页
为分析凿岩机钻头的破岩机理,提高破岩效率,预测掘进岩体的等级,运用离散元方法对凿岩机钻头的破岩过程进行分析。模拟了不同级别围岩、不同地应力条件下的破岩过程,得到了不同类型围岩下的钻进破岩力及其破岩比功。对影响岩体等级的岩... 为分析凿岩机钻头的破岩机理,提高破岩效率,预测掘进岩体的等级,运用离散元方法对凿岩机钻头的破岩过程进行分析。模拟了不同级别围岩、不同地应力条件下的破岩过程,得到了不同类型围岩下的钻进破岩力及其破岩比功。对影响岩体等级的岩体主要参数进行敏感性分析,得到了峰值破岩力和均值破岩比功与岩体单轴抗压强度的关系、岩体单轴抗压强度与场切深指数(field penetration index, FPI)的关系。通过FPI值的范围对岩体进行可掘性预测和围岩质量分级。研究成果可为实际工程使用凿岩机开挖过程中的岩体可掘性评价及围岩动态分级提供一定参考。 展开更多
关键词 凿岩机 破岩机理 岩体分级 岩体可掘性 离散元
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油气钻井组合式破岩技术研究 被引量:5
14
作者 张正禄 刘运荣 +1 位作者 胡琼 任小玲 《石油钻探技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第6期49-52,共4页
为了提高钻井效率,对油气钻井组合式破岩技术进行了深入研究,摩擦热-机械破岩、微波-机械破岩、激光-气体机械破岩等新型组合破岩技术较常规机械破岩方法能明显提高破岩效率,但也有各种技术瓶颈需要突破,距工业化应用还存在一定距离,机... 为了提高钻井效率,对油气钻井组合式破岩技术进行了深入研究,摩擦热-机械破岩、微波-机械破岩、激光-气体机械破岩等新型组合破岩技术较常规机械破岩方法能明显提高破岩效率,但也有各种技术瓶颈需要突破,距工业化应用还存在一定距离,机械破岩仍是高效破岩的主体。在研究岩石热物理特性、空气钻井装备工具、高温材料等的基础上,提出燃烧热能-机械能综合破岩方法是最有发展前景的新型破岩方法。采用燃烧热能-机械能综合破岩,双壁钻杆及双通道水龙头提供燃料通道,耐热材料用于研制高温钻头,高温造壁器将破岩形成的井眼井壁玻璃化,可实现深井和超深井钻井,并保护储层。 展开更多
关键词 破岩方法 机械破岩 热能 岩石强度 燃烧热能
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盾构机扁齿型和球齿型镶齿滚刀破岩性能对比研究
15
作者 陈辰 郭宏海 +1 位作者 傅杰 罗星臣 《人民长江》 北大核心 2024年第8期174-179,186,共7页
盾构机在复杂地质条件下施工时,易出现刀具磨损严重、刀具消耗量大和掘进效率低等一系列问题。为了明晰不同岩石特性下镶齿滚刀破岩性能变化规律,提高镶齿滚刀破岩效率和使用寿命,保证水利隧洞工程安全高效施工,基于非线性有限元动力学... 盾构机在复杂地质条件下施工时,易出现刀具磨损严重、刀具消耗量大和掘进效率低等一系列问题。为了明晰不同岩石特性下镶齿滚刀破岩性能变化规律,提高镶齿滚刀破岩效率和使用寿命,保证水利隧洞工程安全高效施工,基于非线性有限元动力学软件,开展了不同岩石特性下扁齿型和球齿型镶齿滚刀破岩仿真模拟。通过多组仿真模拟,探究了不同岩石特性下两种镶齿滚刀和贯入度的最优组合,并通过室内破岩试验对仿真结果进行了验证。研究结果表明:凝灰岩地质条件下扁齿型和球齿型镶齿滚刀破岩载荷差异性较小,但球齿型镶齿滚刀破岩效率更高;砂岩和花岗岩地质条件下,扁齿型镶齿滚刀贯入岩石能力更强,可进一步提升滚刀破岩效率。此外,在不同岩石特性下,两种镶齿滚刀破岩比能耗均随着贯入度的增大而呈现出先减小后增大的趋势,并在贯入度6 mm左右出现最小值。研究结果可为隧道工程的盾构机刀具选型提供参考。 展开更多
关键词 盾构机 镶齿滚刀 岩石特性 破岩性能 有限元方法
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基于离散元法的砾岩地层三棱齿切削破岩数值模拟 被引量:5
16
作者 刘笑傲 邹德永 +3 位作者 王庆 刘洪山 黄勇 陈雅辉 《特种油气藏》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期149-155,共7页
三棱齿因具有强抗冲击性与高耐磨性,可提高PDC钻头在砾岩地层中破岩效率及寿命,但在砾岩地层中的破岩机理及破岩效果不明确,导致砾岩地层中三棱齿PDC钻头设计缺乏理论依据。针对上述问题,基于离散元法建立了三棱齿切削破碎砾岩的数值仿... 三棱齿因具有强抗冲击性与高耐磨性,可提高PDC钻头在砾岩地层中破岩效率及寿命,但在砾岩地层中的破岩机理及破岩效果不明确,导致砾岩地层中三棱齿PDC钻头设计缺乏理论依据。针对上述问题,基于离散元法建立了三棱齿切削破碎砾岩的数值仿真模型,研究不同砾石与胶结物基质黏结强度差情况下砾岩破岩形式与过程,并分析了三棱齿直径及后倾角对三棱齿切削力及砾岩破碎过程中岩石裂纹拓展的影响。结果表明:在黏结强度差大于70 MPa时,砾石会直接被剥离,而强度差小于40 MPa时,砾石直接被破碎;2种黏结强度差情况下,三棱齿直径为16 mm,后倾角为15°时,切削破碎砾岩效率均能达到最高。该研究对三棱齿PDC钻头设计具有理论意义。 展开更多
关键词 三棱齿 PDC钻头 砾岩地层 破岩机理 切削齿直径 后倾角 离散元法
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临空面辅助滚刀破岩的数值模拟研究 被引量:5
17
作者 汪珂 《铁道工程学报》 EI 北大核心 2020年第10期96-102,共7页
研究目的:TBM掘进硬岩地质时,常会遇到破岩效率低、掘进速度慢、刀具消耗大等问题,基于临空面辅助破岩机理的多级TBM刀盘,是一种解决以上问题的有效手段。针对临空面条件下的TBM滚刀破岩机理问题,本文使用颗粒簇离散元方法开展临空面辅... 研究目的:TBM掘进硬岩地质时,常会遇到破岩效率低、掘进速度慢、刀具消耗大等问题,基于临空面辅助破岩机理的多级TBM刀盘,是一种解决以上问题的有效手段。针对临空面条件下的TBM滚刀破岩机理问题,本文使用颗粒簇离散元方法开展临空面辅助滚刀破岩的数值模拟研究,旨在深入探究多级TBM刀盘的破岩机理,为多级TBM刀盘设计提供理论依据。研究结论:(1)岩体主裂纹是受密实核的压实和载荷传递的驱使而生长,侧向裂纹是在密实核破坏和膨胀效应的驱使下而生长;(2)针对岩石破碎模式的分析,发现了临空面高度和间距的两个临界值,建议均在第二个临界值附近选取高度和间距的设计值;(3)针对破岩载荷与比能的分析,发现法向力峰值和斜率主要受临空面间距的影响,而贯入比能主要受破岩模式和临空面高度的影响;(4)滚刀破岩载荷随着临空面间距的增大而迅速增大,滚刀破岩比能主要受临空面高度和岩石破碎模式的影响;(5)本研究结果可为临空面和多级TBM刀盘结构的设计提供依据。 展开更多
关键词 TBM 滚刀破岩 离散元
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超声波高频旋冲钻井技术破岩效果试验研究 被引量:5
18
作者 路宗羽 郑珺升 +1 位作者 蒋振新 赵飞 《石油钻探技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期20-25,共6页
为了研究超声波高频旋冲钻井技术相较于常规旋转钻井技术的提速效果,以及钻进条件和参数对超声波高频旋冲破岩效率的影响规律,设计了超声波振动发生短节,搭建了超声波破岩模拟试验台,采用控制变量法和正交试验法,开展了超声波破岩提速... 为了研究超声波高频旋冲钻井技术相较于常规旋转钻井技术的提速效果,以及钻进条件和参数对超声波高频旋冲破岩效率的影响规律,设计了超声波振动发生短节,搭建了超声波破岩模拟试验台,采用控制变量法和正交试验法,开展了超声波破岩提速试验及影响超声波破岩效率的试验,得到了钻压、超声波振幅、转速和钻头直径对超声波高频旋冲破岩效率的影响规律。结果表明:在实验室常规温度和压力条件下,与常规旋转破岩技术相比,超声波高频旋冲钻井技术的破岩效率更高,平均提高幅度达77.65%;影响超声波高频旋冲破岩效率的因素从大到小依次是钻压、振幅、钻头直径和转速;钻压和振幅对超声波高频旋冲破岩效率的影响显著,且振幅越大,超声波高频旋冲破岩的效率越高。研究结果表明,超声波高频旋冲钻井技术可为提高深部硬地层机械钻速提供一种新的破岩方法。 展开更多
关键词 超声波 振动短节 高频旋冲 正交试验 破岩方法
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Composite rock-breaking of high-pressure CO_(2)jet&polycrystallinediamond-compact(PDC)cutter using a coupled SPH/FEM model 被引量:3
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作者 Can Cai Pei Zhang +2 位作者 Daping Xu Xianpeng Yang Yingfang Zhou 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第5期1115-1124,共10页
CO_(2) drilling is a promising underbalance drilling technology with great advantages,such as lower cutting force,intense cooling and excellent lubrication.However,in the underbalance drilling,the mechanism of the cou... CO_(2) drilling is a promising underbalance drilling technology with great advantages,such as lower cutting force,intense cooling and excellent lubrication.However,in the underbalance drilling,the mechanism of the coupling CO_(2) jet and polycrystalline-diamond-compact(PDC)cutter are still unclear.Whereby,we established a coupled smoothed particle hydrodynamics/finite element method(SPH/FEM)model to simulate the composite rock-breaking of high-pressure CO_(2) jet&PDC cutter.Combined with the experimental research results,the mechanism of composite rock-breaking is studied from the perspectives of rock stress field,cutting force and jet field.The results show that the composite rock-breaking can effectively relieve the influence of vibration and shock on PDC cutter.Meanwhile,the high-pressure CO_(2) jet has a positive effect on carrying rock debris,which can effectively reduce the temperature rising and the thermal wear of the PDC cutter.In addition,the effects of CO_(2) jet parameters on composite rock-breaking were studied,such as jet impact velocity,nozzle diameter,jet injection angle and impact distance.The studies show that when the impact velocity of the CO_(2) jet is greater than 250 m/s,the CO_(2) jet could quickly break the rock.It is found that the optimal range of nozzle diameter is 1.5–2.5 mm,the best injection angle of CO_(2) jet is 60,the optimal impact distance is 10 times the nozzle diameter.The above studies could provide theoretical supports and technical guidance for composite rock-breaking,which is useful for the CO_(2) underbalance drilling and drill bit design. 展开更多
关键词 C0_(2)drilling High-pressure C0_(2)jet&PDC cutter Composite rock-breaking Experimental study SPH/FEM method
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我国竖井掘进机研究热点综述
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作者 付鸿鑫 徐颖 程琳 《建井技术》 2023年第5期83-88,共6页
向地球深部进军是资源开采的必然趋势,竖井掘进机作为深地开发的关键装备,逐渐备受关注。为了解竖井掘进机的研究情况,利用CiteSpace软件,对中国知网数据库的全部有关文献进行可视化分析。研究发现:竖井掘进机领域的相关研究正处于快速... 向地球深部进军是资源开采的必然趋势,竖井掘进机作为深地开发的关键装备,逐渐备受关注。为了解竖井掘进机的研究情况,利用CiteSpace软件,对中国知网数据库的全部有关文献进行可视化分析。研究发现:竖井掘进机领域的相关研究正处于快速发展阶段,研究热点主要侧重于竖井掘进机的破岩理论、装备研制和应用,并对这3点进行详细论述;而掘进效率的提升、智能化凿井以及绿色低碳建井是研究的前沿及发展趋势。可见,竖井掘进机领域的研究呈多学科融合态势,未来仍是广大学者关注的重点。 展开更多
关键词 竖井掘进机 机械破岩 智能化建井 文献计量法
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