岩石切削机理模型分析及实验研究.pdf

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1、2014年第41卷第9期探矿工程(岩土钻掘工程)85岩石切削机理模型分析及实验研究何录忠，周琴，李斌斌，杜矗森(1．中国地质大学(北京)工程技术学院，北京100083；2．中国地质大学(北京)国土资源部深部地质钻探技术重点实验室，北京100083；3．中国地质科学院勘探技术研究所，河北廊坊065000)摘要：切削机理模型是研究岩石钻进切削过程中的切削力以及切削热的基础。在分析岩石切削机理模型的基础上，基于摩尔理论和裂纹扩展理论，分析中硬岩石切削状态，认为在中硬岩石切削过程中岩石存在着脆性切削和延展性切削2种方式，在此基础上得到新的中硬岩石切削机理模型。

2、以砂岩、大理岩和花岗岩为钻进对象，开展微钻实验研究。结果表明：切削过程为岩石在刀具的扭矩和推进力作用下发生破坏，导致小岩屑、大切屑不断循环产生的过程，小大切屑形成主要源于岩石挤压变形和裂纹生成扩展。实验结果与岩石切削机理表现出较好的一致性。关键词：岩石切削；切削机理模型；切屑；实验研究中图分类号：TE21；P634．1文献标识码：A文章编号：1672—7428(2014)09—0085—04AnalysisonRockCuttingMechanismModelandtheExperimentalStudy~HELu—zhong一，ZHOUQin一．LI

3、Bin一6，DUYao—sen(1．SchoolofEngineeringandTechnology，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China；2．KeyLaboratoryonDeepGeodrillingTechnologyofMinistryofLandandResources，ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100083，China；3．TheInstituteofExplorationTechniques，CAGS，LangfangHebei065

4、000，China)Abstract：Cuttingmechanismmodelisthefoundationofanalysisonrockdrillingcuttingforceandcuttingheat．Thearticlerevealsanewmechanisminmediumhardnessrockcuttingmodelwhichbasedonamolartheoryandthetheoryofcrackpropagation．Thebrittlenessandductilitycuttingexistinmediumhardnessro

5、ckcuttingprocess．Takesandstone，marbleandgranitefordrillingtargets，micro—drillingexperimentsstudyiscarriedout．Theresultsshowthattherockcuttingprocessmeanstherockdamagetakingplaceunderthecuttertorqueandpushingforceandresuhinginsmalldebrisandlargecuttingsgeneratedduringcontinuousdr

6、illingcycle．Cuttingsformationismainlyduetotheextrusiondeformationandcrackgenerationexpansionofrock．Theexperimentalresultsandtherockcuttingmechanismmodeldisplaygoodconsistency．Keywords：rockcutting；cuttingmechanismmodel；cuttings；experimentalstudy1概述切屑。其提出的切削机理模型如图3所示。藤霖Ⅲ4j近几十年来，就岩

7、石切削加工机理进行了不少通过对中硬岩切削过程研究，观察到了岩石核前面研究，提出了若干岩石切削机理模型。1958年，I．的微裂纹区，得出切削机理模型如图4所示。他认Evans⋯通过对煤岩的刨削实验研究，首次提出了如为当切削深度小于或等于刀尖圆弧半径时，切削过图1所示的切削机理模型。他认为当应力超过材料程为碾压作用机理；当切削深度大于刀尖圆弧半径压缩强度时，刀具压入，拉应力作用下产生圆弧形龟时的切削过程为切削作用机理，刀尖切人产生压实裂，切屑以裂纹线末端为中心回转断裂。Y．Nishi-核，压实核代替刀尖切削，沿切削合力方向及水平方matsu(西松裕)对煤岩

8、、砂岩、水泥切削过程的研向各产生一条裂纹，切削合力方向产生的裂纹扩展究，提出了如图2所示的切削