PDC鉆頭破巖機理及圍巖狀態(tài)識別技術(shù)研究.pdf

1、布置鉆孔是煤礦生產(chǎn)常用而且行之有效的預(yù)防和治理地質(zhì)災(zāi)害的措施，鉆孔的施工過程蘊含了豐富的地質(zhì)信息，如地層巖性、瓦斯災(zāi)害、沖擊地壓等，但目前對于這些信息的利用較少。本文首先運用理論分析和數(shù)值模擬方法對鉆齒壓入巖體做了系統(tǒng)的研究，然后根據(jù)煤礦常用全液壓鉆機的特點自主制作了隨鉆參數(shù)采集設(shè)備，并進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，應(yīng)用量綱分析法提出了基于隨鉆參數(shù)的巖性判別方法，論文取得了如下研究成果：
　?。?）結(jié)合運用彈性力學(xué)和接觸力學(xué)理論，得到了鉆齒壓入

2、巖體時壓入力與壓入深度的對應(yīng)關(guān)系，結(jié)果表明：隨壓入深度增大，壓入力呈指數(shù)型增大。運用數(shù)值模擬技術(shù)分析了鉆齒壓入角對壓入力的影響，給出了相同壓入深度下壓入力與壓入角的對應(yīng)關(guān)系，結(jié)果表明：鉆齒壓入角在16°左右時，壓入相同深度所需的壓入力最小。
　　（2）依據(jù)煤礦常用全液壓鉆機特性自主制作了隨鉆參數(shù)采集設(shè)備，并應(yīng)用于現(xiàn)場試驗進(jìn)行了隨鉆參數(shù)監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：隨著鉆進(jìn)深度加大，鉆頭鉆壓和扭轉(zhuǎn)力矩都增大；運用量綱分析方法，提出了基于隨鉆參

3、數(shù)的圍巖特性判別方法，計算結(jié)果表明：圍巖特性指標(biāo)值越低，圍巖越堅硬。
　　（3）借助有限元動力分析軟件 LS-DYNA，建立了PDC鉆頭破巖數(shù)值計算模型，仿真了鉆頭的鉆孔過程，得到了鉆進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)速度對鉆頭鉆壓及扭轉(zhuǎn)力矩的影響關(guān)系，結(jié)果表明：隨著鉆進(jìn)速度的增大，鉆頭鉆壓及扭轉(zhuǎn)力矩呈指數(shù)型增大；隨著旋轉(zhuǎn)速度的增大，鉆頭鉆壓和扭轉(zhuǎn)力矩呈反比例型減小。研究了巖性對鉆壓及扭轉(zhuǎn)力矩的影響，分析得到了相應(yīng)的圍巖特性指標(biāo)值，分析結(jié)果與試驗結(jié)果具