粘弹性岩石凿力-凿深特性和能量传递研究.pdf

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1、第34卷第3期V01．34№3矿冶工程2014年06月MININGANDMETALLURGICALENGINEERINGJune2014粘弹性岩石凿力．凿深特性和能量传递研究①王建华，甘海仁(长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南长沙410012)摘要：针对冲击钻进过程中粘弹性岩石力一凿深特性和能量传递问题进行了研究，得出了杆体活塞模型情况下的冲击凿深函数和力一凿深曲线，进一步分析了其能量传递过程和效率。结果表明，弹粘性岩石的力一凿深曲线受速度阻尼的影响，随着粘度增大，其初始力从0点逐渐抬高，最大凿深／~rnax逐渐变小；由

2、于岩石粘性耗能的原因，传递到岩石中的总能量E加大，最大凿深减少，凿入效率降低。关键词：粘弹性岩石；能量传递；凿深；凿入效率中图分类号：TD313文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．0253—6099．2014．03，001文童编号：0253—6099(2014)03—0001-03StudyofForce-PenetrationCharacteristicandEnergyTransferofViscoelasticRockWANGJian—hua，GANHai—ten(ChangshaResearch

3、InstituteofMiningandMetallurgyCoLtd，Changsha410012，Hunan，China)Abstract：Theforce—penetrationcharacteristicandenergytransferofviscoelasticrockinpercussivedrillinghasbeenstudied，resultinginthepenetrationfunctionofrigidpistonmodelandforce-penetrationcurve．Thentheen

4、ergytransferprocessanditsefficiencywereallanalyzed．Theforce-penetrationcurveofelasticviscousrockshowedthatwithaninfluenceofthevelocitydamping，theinitialforcegraduallyincreasedfrom0withanincreaseintheviscosity，whilethemaximumpenetrationdepth(U)graduallydecreased．

5、Duetoviscousdissipationofrock，thetotalenergy(ER)beingtransferredtorockincreasedwithadecreaseinthemaximumpenetrationdepth，resuhinginalowerpenetrationeficiency．Keywords：viscoelasticrock；energytransfer；penetration；penetrationeficiency如何有效提高岩石钻进破碎效率是国内外矿业开模型应用于砂岩时则有

6、较大的歧义。其他领域研究发工作者面临的一个急需解决的问题。在冲击钻进过人员也分别在各自研究领域对这一问题进行了相应程中，岩石的力-凿深特性及其能量传递过程是凿岩机的研究。设计和应用的理论基础，它是完善结构、优化配置和预本文采用刚体活塞模型进行粘弹性岩石冲击过程测凿速的重要依据。的计算，得出了冲击凿深函数、最大凿入时间和最大凿岩石线性(纯弹性)力．凿深特性(F=ku)的研究深及相应的凿深一时间、侵入速度一时间和力一凿深曲线，工作已进行得比较系统1-2]，但试验结果表明：凿深进一步分析了其能量传递过程和效率，并与一般弹性U

7、并不是严格的正比于凿入力F，这促使研究人员进力一凿深模型凿入过程进行了对比分析。一步探讨更完善的力一凿深特性模型，以对冲击凿入1岩石的弹性和粘弹性模型过程给出更为确切的描述。20世纪80年代张庙康在瑞典Lulia大学采用弹粘性模型分别对花岗岩和岩石弹性和粘弹性模型如图1所示。弹性模型：砂岩进行了理论计算，并与实验结果进行了对比，发在加载过程中，将岩石视为纯弹性体(类似弹簧)，由现花岗岩的理论预测结果和试验结果很接近。但该简单的线性关系来描述，F=ku。粘弹性模型：将岩石①收稿日期：2014-01—05基金项目：国家重点

8、基础研究发展计划(973计划)项目(2012CB724205)作者简介：王建华(1968-)，男，湖南长沙人，工学博士，主要研究方向为岩石力学计算与应用。2矿冶工程第34卷视为伏葛脱体，F=k+'7。idu。两种模型达最大凿深d：。tJt()d(6)0、、(=0)后，其卸载过程按完全非弹性卸载，均保持最d,-it对于刚体活塞入射波