鉆孔劈裂器破巖機理的數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文應(yīng)用先進的數(shù)值計算軟件對鉆孔劈裂法破巖機理進行重新認(rèn)識，分析巖石劈裂過程中的巖石破碎機理，并研究劈裂器的機械性能參數(shù)和施工參數(shù)以及邊界條件等因素對劈裂效果的影響，這對劈裂器的研制、設(shè)計與優(yōu)化以及指導(dǎo)劈裂器現(xiàn)場施工，提高破碎效率等有著重要的理論價值和實際的工程意義。 研究中以德國DADAR公司生產(chǎn)的C9N型徑向液壓劈裂器和加拿大拉瓦勒大學(xué)(Laval University)研制的用于研究的軸向一徑向劈裂器為對象，模擬兩種劈裂器

2、在硬巖開采和剝離中的破巖機理。針對目前劈裂器破巖理論研究中存在的不足，建立了劈裂器翼片與巖體的三維接觸模型，以有限元分析程序ANSYS9.0為模擬運算工具，詳細(xì)計算了兩種劈裂器在各種邊界條件、機械性能參數(shù)及施工參數(shù)下應(yīng)力分布與變化規(guī)律，并運用彈性力學(xué)和斷裂力學(xué)理論對其破巖機理進行分析，探討邊界條件和各種參數(shù)變化對破巖效果的影響。主要研究內(nèi)容和結(jié)論包括： (1)建立了劈裂器翼片與巖體的三維接觸模型，解決了模擬中在劈裂器作用下孔壁受

3、力分布形式未知的力的加載問題，通過計算結(jié)果分析，得出了孔壁的受力分布規(guī)律。 (2)分析了在徑向劈裂器和軸向一徑向劈裂器作用下，鉆孔附近應(yīng)力沿徑向、環(huán)向和軸向的分布規(guī)律。在徑向劈裂器作用下，應(yīng)力的最大值并不是發(fā)生在孔口，而是出現(xiàn)在θ=0°和θ=180°，深度為137mm的孔壁上，應(yīng)力集中因子為1.14；在軸向一徑向劈裂器作用下，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在孔底軸向桿邊緣處，第一主應(yīng)力最大值σ<,max>與加載在翼片上的壓力常數(shù)σ<,N>的比值

4、σ<,max/σ<,N>>為0.9。 (3)模擬研究了徑向劈裂器和軸向一徑向劈裂器在多個自由面下的巖石劈裂機理以及兩個徑向劈裂器共同作用下的劈裂效果。分析結(jié)果顯示，隨著自由面的增加，巖體內(nèi)的應(yīng)力最大值有增大的趨勢，且均出現(xiàn)自由面方向的孔壁上。兩個徑向劈裂器共同作用時，兩鉆孔連心線上出現(xiàn)明顯的應(yīng)力疊加，且其數(shù)值大于單個劈裂器作用時同一位置應(yīng)力值的2倍。 (4)模擬研究了軸向一徑向劈裂器的破巖機理，根據(jù)不同機械性能參數(shù)和施工