网格化磨料射流割缝辅助截齿破岩试验研究

针对煤矿岩巷掘进过程中截齿破岩能力不足、效率低、磨损快等问题,提出了网格化磨料射流割缝辅助截齿破岩方法,并进行了正交化物理模拟试验,研究了工况参数对破岩效果的影响。结果表明:(1)磨料射流对岩石预制割缝,能够显著提高截齿单位时间的破岩体积,且试验中网格尺寸和割缝深度取值越大,破岩效率越高。(2)当射流割缝辅助破岩时,截齿等效应力峰值和均值均显著降低,有效减少截齿磨损。(3)网格化磨料射流辅助截齿破岩参数的优选工况组合为:横向和纵向网格尺寸分别为44、30 mm,喷嘴进给速度为600 mm/min。研究成果为网格化磨料射流辅助机械截齿破岩技术推广应用提供了理论基础与数据支撑。

高压水射流辅助锥形PDC齿破碎花岗岩试验研究

深部地层岩石硬度高、研磨性强、可钻性差,地质条件复杂、施工难度大,高压水射流辅助钻井可有效延长钻头寿命,提高钻进效率。采用室内试验与理论分析相结合的方法,开展了高压水射流辅助锥形PDC齿破碎花岗岩试验,分析了高压水射流辅助锥形PDC齿和常规PDC齿破碎花岗岩特性,揭示了射流压力、喷射距离、喷嘴直径及喷射角度等因素对锥形PDC齿破岩效果的影响规律。研究结果表明:在高压水射流辅助破岩条件下,锥形PDC齿与常规PDC齿的破岩比能分别降低了17.36%与19.63%;射流压力越大,射流辅助锥形PDC齿破岩效果越好;在研究条件下,喷距范围为5~10 mm可使水射流辅助锥形PDC齿破岩效果最佳;当喷嘴直径为2 mm时,切削力离散系数最小;喷射角度为30°时,锥形PDC齿切削力与破岩比能达到最小值;喷射角度为20°时,切削力离散系数最小,切削力最稳定。研究结果可为适用于深部硬岩钻井的锥形PDC钻头水力结构设计与优化提供理论支撑。

水射流切根装置设计与试验研究

切根已成为退化羊草草原恢复的重要改良方法之一。针对传统牧草切根机存在的扰动大、刀盘入土困难、易损伤等技术难题,设计了一种水射流切根装置。通过理论分析确定了喷嘴的直径范围为0.25~0.5mm,水射流装置射流速度为400m/s,对土地表面的冲击压强为16MPa。试验结果表明,水射流切根装置的切割深度与喷嘴直径和装置作业速度密切相关:当速度相同时,直径越大,流量越大,切割深度越大;当直径相同时,切割速度越小,切割深度越大。

水射流辅助碟盘刀具截割煤岩载荷特性

针对机械刀具截割煤岩效率低的问题,将水射流辅助截割技术应用到碟盘刀具截割煤岩。构建了水射流辅助刀齿截割煤岩的理论载荷模型,通过LS-DYNA软件分析了不同条件下水射流辅助刀齿破碎单位体积煤岩载荷。结果表明:理论和模拟径向载荷变化规律保持一致;适当增大水射流入口压力和喷嘴直径,减小入射角度,有利于提高水射流辅助效果,且影响程度从大到小依次为喷嘴直径、入口压力和入射角度。

切缝辅助滚刀破岩临界间距试验及预测模型研究

提高坚硬岩石条件下滚刀破岩能力是隧道施工的长期追求目标,而采用水射流辅助滚刀破岩可有效降低岩石开挖难度和刀具载荷,是一种很有前景的新型破岩技术。针对水射流切缝辅助滚刀破岩这一方式,首先采用破岩试验验证了切缝间距对切缝辅助滚刀破岩效果的影响,证明在岩石材料、贯入度、切缝深度一定条件下,切缝辅助滚刀破岩存在一个临界间距,当切缝间距小于临界间距时,切缝侧才能发生贯通破碎;然后采用岩石剪切破坏理论分析并提出了一个线性化临界间距计算模型,该模型表明临界间距的大小与切缝深度L和贯入度H的差值(L-H)线性线性相关。

侧向环形聚能切割器射流成型特性研究

为获得侧向环形聚能切割器射流成型的特点和规律,运用LS-DYNA有限元软件模拟大口径侧向环形切割器两点对称起爆射流成型过程,借助综合性仿真平台Altair Hyper Works,揭示侧向环形射流3个方向速度和形态随切割器圆心角θ的变化规律。结果表明:侧向环形切割器内外侧微元质量不对称性和爆轰时间不同步性是环形射流偏斜和形态不稳定的主要原因;射流轴向速度、径向速度、切向速度随圆心角θ的变化呈不同的规律;随θ增大,射流扭曲变形越来越严重。将电脑仿真技术应用到模拟环形射流成型的高速复杂过程中,研究结果为环形切割器的优化设计提供重要依据。

大型钢结构物聚能切割爆破技术研究

上钢一厂钢结构厂房拆除工程是我国首次采用聚能切割爆破技术进行的大型钢结构物的爆破拆除。爆破拆除的钢结构厂房总面积3.87万平方米。爆破拆除工程解决了线性聚能切割器的设计与定型、爆破预处理设计与施工、钢结构聚能切割爆破的方案设计、爆破安全防护等多项关键技术。工程爆破效果良好,爆破危害效应得到了很好的控制。

高压水射流联合机械截齿清理粘底矿车装置的研制

介绍高压水射流联合机械截齿清理粘底矿车装置的工作原理,说明了新研制的清理装置的结构、技术参数及试验效果。

线型聚能切割器在工程爆破中的应用研究

以线型聚能装药切割器技术在某爆破工程中应用的实例 ,分析了线型聚能射流切割目标的原理及影响因素 ,提出了对于一般常用钢构件材料条件下工程爆破采用线型聚能切割器的参数设计方法 。

用于串联战斗部的环形切割器优化设计

为了优化设计用于串联战斗部前端的环形切割器,通过ANSYS进行环形切割器建模,利用LS-DY-NA对相等装药条件下多个药型罩开口角度方案、三种装药形状的环形切割器对靶板的切割效果进行后效仿真分析。仿真结论表明,60°锥角、柱锥体装药形状的环形切割器对靶板的切割效果更为理想。通过与相关试验数据的对比,初步验证了数值仿真的准确性。该结论有助于新型环形切割器的优化设计。

高压CO_(2)射流—PDC齿复合破岩流场及携岩增强机理

对于深井难钻地层采用欠平衡气体钻井技术,可以显著提高机械钻速、延长钻头寿命、减轻地层损害,但现有的欠平衡空气钻井技术存在着井底燃爆风险较大、喷嘴低喷射压力的破岩及携岩效率差等问题。为此,提出了高压CO_(2)气体射流—PDC齿复合破岩技术,并采用CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟软件与实验室试验相结合的方法,分析了喷嘴直径、喷距、压降对高压CO_(2)射流—PDC齿复合破岩井底流场的影响,进而分析了井底高压CO_(2)射流携岩增强的机理。研究结果表明:(1)提高喷嘴压降和增大喷嘴直径有利于增强射流对岩石的打击效果,增大喷嘴直径还可以增加射流冲击范围;(2)增大喷距会导致高压CO_(2)射流对岩石表面打击力大幅度降低;(3)岩屑的运移轨迹规律在有、无射流切削的情况下差别明显,花岗岩在射流的作用下,切削齿前部的累积岩屑很少,岩屑在射流携带作用下沿切削齿两侧呈扇形向后运移;(4)高压气体射流可以显著提高岩屑的排出,进而提高PDC齿切削效率。结论认为,该研究成果可以指导高压CO_(2)射流—PDC齿复合破岩工具的研制,有助于欠平衡高压气体钻井技术的进一步完善。

线型聚能切割器在塔状钢质构筑物爆破拆除工程中的应用研究

以在塔状钢质构筑物周壁上开口使其定向倒塌为目的,分析了线型聚能切割器对目标进行切割侵彻的基本原理与影响因素,结合实际情况设计出适合本次工程的技术参数指标,成功地完成了国内首次同种类型爆破施工。文中总结出了一系列的工程应用经验,对将来类似工程的方案设计与施工细节都具有参考价值。

多向线性聚能切割弹的研究与应用

针对油气井、矿井卡钻问题,设计一种多向线性聚能切割弹,其结构特点是:圆柱形炸药的四周均匀布置12根空心铜管。采用LS-DYNA程序中的Lagrange算法对该切割弹的爆炸作用原理及侵彻钢管过程进行数值模拟研究,并将计算结果与实验相比较。数值模拟结果表明:12根铜管在爆轰压力作用下形成12股金属射流刀以及伴随其运动的杵体和"尾翼",12股射流刀分别沿着炸药及12根铜管的中轴线形成的12个平面(各平面之间夹角为30°)向四周运动,其头部速度高达3 530 m/s,杵体速度约1 180 m/s;钢管首先受到爆轰产物的作用发生膨胀和断裂破坏,然后受到12股射流刀的侵彻作用(侵彻速度约2 550 m/s),最终在钢管上形成12条切缝。数值模拟得到的钢管切割变形效果及切缝数量与实验结果十分吻合,所设计的切割弹在处理某铜矿300 m深度的钻井卡钻事故中得到成功应用,与目前常用的切割弹相比装药量减少了80%以上,成本降低至少50%,且具有结构简单、加工方便的特点。数值模拟、实验及工程实践结果表明:该切割弹结构设计合理,切割效果理想,大大提高了能量利用效率和安全性。

线型聚能切割器在不同连接角度下切割能力的研究

分析了线型聚能装药的切割原理,通过试验研究发现,线型切割器在不同连接角度下,连接处和相连的切割器具有不同的切割能力,能够实现不同的切割效果。经过多次试验,得出线型聚能切割器连接角度大于等于45°时,能满足爆轰传播的条件,但接头处未切断钢板;而连接角大于等于90°时,切割器可以完全切断所要切割的部位。从而切割器的正确连接可减少工程雷管的使用数量,简化起爆网路、提高可靠性,对工程爆破的设计具有一定的参考价值。

火箭喷管等倾角螺旋槽铣削加工中刀具干涉分析

为解决具有多种母线轮廓的喷管外表面上铣削加工等倾角螺旋槽 (斜航线 )的难题 ,研制和开发了专用的六轴控制、四轴联动的数控机床和专门的数据处理系统 .当用片铣刀进行铣槽加工时 ,由于是用直线段包络斜航线 ,存在刀具干涉问题 ;刀具干涉会引起螺旋槽长度方向和高度方向上的两种误差 .因此对刀具干涉问题进行了系统的分析和研究 。

端面效应对楔形罩切割器射流成型影响的试验和数值模拟

为了研究端面效应和装药长度对单角度楔形罩线型聚能切割器射流成型性能的影响特点和规律,运用ANSYS/LS-DYNA对方案进行了全尺寸三维数值模拟,并采用X光试验进行了成型照相,获得了不同时刻射流的成型图片。结果表明,X光试验和数值模拟获得的图像外形基本吻合,端面效应使得装药形成的射流质量和速度均有一定程度的下降;在装药长度不同的条件下,端面效应对射流成型的影响也不同;当装药长度小于20 mm时,基本不能形成射流;当装药长度大于20 mm小于70 mm时,对于某一装药长度,形成的射流最大速度逐渐增大至某一固定水平,装药长度范围内可以形成较稳定的射流。为了尽量降低端面效应对射流成型的不利影响,装药长度需要大于70 mm。

半正方形罩线型切割器的数值模拟研究

半正方形药型罩也可以看作两个楔角90°楔形药型罩相对排列在一起而演化出的一种线型聚能装药结构。应用LS-DYNA非线性有限元软件完成了爆炸载荷下半正方形罩线性切割器形成射流过程的数值模拟。结果表明,半正方形罩线性切割器能形成一股片状扇形聚能射流;半正方形罩线型切割器形成射流存在一个初始射流二次汇聚的过程,二次汇聚形成的射流速度比一次汇聚射流速度提高了33%以上;半正方形罩线型切割器形成射流速度要明显高于普通线型切割器;随药型罩厚度的增加,半正方形罩线型切割器形成射流速度降低。

磨料射流切割替代剪切闸板的可行性研究

在高含硫油气田钻井作业中,剪切闸板与H2S接触可能发生硫化物应力腐蚀开裂导致剪切闸板失效,不能快速剪断钻杆,将导致恶性事故发生。为避免这一现象,提出了采用磨料射流切割替代剪切闸板切割钻杆、钻铤的设想,通过分析磨料射流切割的机理及特点,得出此设想在理论上具备可行性的结论。只要选取适合的参数,将切割时间控制在闸板防喷器规定的关闭时间内,磨料射流切割就可以替代剪切闸板。

高压水射流对采煤机截煤性能的影响

为了探究水射流对煤壁的损伤规律,建立了水射流破煤有限元计算模型,应用软件Ansys/LS-DYNA对水射流破煤过程进行数值模拟,结果表明:煤壁冲击中心处受到的损伤最为严重,中心处周围煤壁损伤较小,说明水射流冲击波衰减较快;随着流速的增加,煤壁所受的应力随着水射流流速的增加而增大,但是冲击中心周围的损伤范围变化不大,说明增加流速对冲击波衰减的速度影响较小。为了探究水射流对采煤机截煤性能的影响,建立了采煤机滚筒在有、无水射流条件下截煤的有限元计算模型,对两种条件下的截煤过程进行数值模拟,结果表明:在有水射流的条件下,截齿受力减小,随着水射流流速的增加,截齿受力逐渐减小,当水射流流速为300 m/s时,水射流辅助截煤经济性最好。

线型药型罩材料及其结构参数对成形性能影响的数值研究

采用正交优化的方法,对某线型聚能装药切割器装药的主要参数进行优化设计,并利用ANSYS/LS-DYNA软件对各方案进行了数值模拟,对于同一正交优化表设计的方案采用不同的罩材进行对比计算,获得了各自的最佳参数组合,经分析得到了最佳的参数方案,达到了参数优化的目的。