风化花岗岩地层旋转钻进中的能量分析

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1、第26卷第3期岩石力学与工程学报Vol.26No.32007年3月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringMarch，2007风化花岗岩地层旋转钻进中的能量分析1，231，2谭卓英，岳中琦，蔡美峰(1.金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京100083；2.北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083；3.香港大学土木工程系，香港)摘要：旋转钻进是岩土工程钻探的主要钻进方式，从能量守恒原理出发，对旋转钻进的能量进行分析。同时，在R–20液压

2、式回转钻机上安装数字式钻孔过程监测(DPM)系统，在风化花岗岩地基工程中进行试验，并在监测数据的基础上对钻进能量进行分析计算。研究结果表明，钻进过程中用于破碎岩石的能量主要来自钻进系统的动能，钻进系统用于破碎岩石的能量分配与地层强度特性有关。在风化程度较低或新鲜岩层中钻进时，破碎岩石98%以上的能量来自系统的动能，而轴压力推动钻头位移所给出的能量不到2%；在土层或全风化岩层中，轴压力所做的功达到22%以上，且明显随风化程度的增高而增大，说明钻进系统动能与轴力功可用以表征地层的可钻性，这为实时钻进

3、能量用于地层的识别提供理论依据。关键词：岩石力学；旋转钻进；钻进能量；风化花岗岩；地层识别中图分类号：TU45文献标识码：A文章编号：1000–6915(2007)03–0478–06ANALYSISOFENERGYFORROTARYDRILLINGINWEATHEREDGRANITEFORMATION1，231，2TANZhuoying，YUEZQ，CAIMeifeng(1.StateKeyLaboratoryofHigh-efficientMiningandSafetyofMetalMine

4、s(USTB)，MinistryofEducation，Beijing100083，China；2.SchoolofCivilandEnvironmentalEngineering，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083，China；3.DepartmentofCivilEngineering，UniversityofHongKong，HongKong，China)Abstract：Rotarydrillingisadomina

5、ntwayingeotechnicalengineeringboreholesurveying.Basedontheprincipleofconversationofenergy，theenergyforrotarydrillinghasbeenanalyzed.Besides，ahydraulicrotarydrillR–20instrumentedwithadrillingprocessmonitoring(DPM)systemhasbeenusedforsiteinvestigationo

6、nweatheredgraniteformation；anddrillingenergyisfurtheranalyzedbasedonthemonitoreddata.Theresultshowsthatthepenetratingenergyindrillingismainlykineticenergydependant.Thedistributionofenergyforrockfailureisrelatedwiththestrengthcharacteristicsofthepenet

7、ratedformation.Thekineticenergyismorethan98percentandenergyfromeffectivethrustforceislessthan2percentwhendrillinginslightlyweatheredrockorfreshrock.However，theenergyfromtheeffectivethrustforcereachestomorethan22percent，apparentlyincreaseswiththeincre

8、aseinweathereddegreeofrockwhendrillinginsoilorverystronglyweatheredrock.Itshowsthatkineticenergyofdrillingsystemandenergyofeffectivethrustforcecanreflectthecharacteristicsofthepenetratedformation，whichcanprovidetheoreticalfoundationforidentificationo