PDC钻头破岩机理及围岩状态识别技术研究

发布时间：2017-04-11 12:16

  本文关键词：PDC钻头破岩机理及围岩状态识别技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：布置钻孔是煤矿生产常用而且行之有效的预防和治理地质灾害的措施,钻孔的施工过程蕴含了丰富的地质信息,如地层岩性、瓦斯灾害、冲击地压等,但目前对于这些信息的利用较少。本文首先运用理论分析和数值模拟方法对钻齿压入岩体做了系统的研究,然后根据煤矿常用全液压钻机的特点自主制作了随钻参数采集设备,并进行了现场试验,应用量纲分析法提出了基于随钻参数的岩性判别方法,论文取得了如下研究成果:(1)结合运用弹性力学和接触力学理论,得到了钻齿压入岩体时压入力与压入深度的对应关系,结果表明:随压入深度增大,压入力呈指数型增大。运用数值模拟技术分析了钻齿压入角对压入力的影响,给出了相同压入深度下压入力与压入角的对应关系,结果表明:钻齿压入角在16°左右时,压入相同深度所需的压入力最小。(2)依据煤矿常用全液压钻机特性自主制作了随钻参数采集设备,并应用于现场试验进行了随钻参数监测,监测数据表明:随着钻进深度加大,钻头钻压和扭转力矩都增大;运用量纲分析方法,提出了基于随钻参数的围岩特性判别方法,计算结果表明:围岩特性指标值越低,围岩越坚硬。(3)借助有限元动力分析软件LS-DYNA,建立了PDC钻头破岩数值计算模型,仿真了钻头的钻孔过程,得到了钻进速度和旋转速度对钻头钻压及扭转力矩的影响关系,结果表明:随着钻进速度的增大,钻头钻压及扭转力矩呈指数型增大;随着旋转速度的增大,钻头钻压和扭转力矩呈反比例型减小。研究了岩性对钻压及扭转力矩的影响,分析得到了相应的围岩特性指标值,分析结果与试验结果具有较好的印证性。
【关键词】：钻压 扭转力矩 钻进速度 旋转速度 围岩状态
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD421
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-18
• 1 绪论18-26
• 1.1 研究背景及意义18-19
• 1.2 国内外研究现状19-23
• 1.3 本文主要研究内容及方法23-26
• 2 PDC钻头破岩力学分析26-44
• 2.1 矿用液压钻机及PDC钻头简介26-29
• 2.2 钻头的载荷作用分析29-31
• 2.3 影响切削齿受力的主要因素31-32
• 2.4 切削齿与岩体相互作用分析32-38
• 2.5 切削齿压入岩体仿真分析38-41
• 2.6 切削齿的破岩作用分析41-43
• 2.7 本章小结43-44
• 3 随钻试验及围岩状态分析44-64
• 3.1 随钻参数采集仪研制44-48
• 3.2 现场随钻试验48-57
• 3.3 围岩状态分析57-63
• 3.4 本章小结63-64
• 4 PDC钻头破岩仿真分析64-84
• 4.1 仿真软件简介64-65
• 4.2 模拟方案及模型创建65-69
• 4.3 PDC钻头破岩过程仿真69-73
• 4.4 PDC钻头钻进工况仿真73-82
• 4.5 本章小结82-84
• 5 结论及展望84-86
• 5.1 主要结论84-85
• 5.2 研究展望85-86
• 参考文献86-90
• 作者简历90-92
• 学位论文数据集92

【参考文献】

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本文编号：299089