全断面硬岩地层盾构刀具使用寿命延长研究

针对长距离全断面硬岩地层掘进工况下,盾构刀具易发生磨损失效,缩短刀具工作寿命的问题,结合穗莞深城际铁路机场站-固戍工作区间,分析9 m级泥水盾构机掘进过程中,刀具磨损的基本规律以及磨损失效的原因。为延长盾构刀具的使用寿命,基于硬岩地层下刀具磨损的基本规律,从刀具更换标准、刀具防松装置、刀具零部件替换以及刀具耐磨工艺等多方面加以改进,提出一系列减少刀具磨损的有效措施。

模块化布齿的新型PDC钻头破岩特性

针对现有PDC钻头破岩过程中比压会随着磨损增加而迅速减小的特点,设计一种比压可控的模块化PDC钻头(模块钻头)。首先进行模块钻头切削单元布置方法设计,分析和优化钻头的有效切削刃长,在此基础上建立模块钻头切削齿破岩过程的力学模型,分析切削面积、切削深度、切削齿半径、载荷之间的关系。通过对比现场试验与算例结果,验证模块钻头的破岩特性。研究结果表明:模块钻头能减小有效切削刃长,保证切削单元的钻进比压,增加切削齿的切削深度、切削面积和切削载荷,提高钻头的有效破岩体积,增加钻头的总进尺。通过模块化布齿设计布置,模块钻头可填补常规PDC钻头与孕镶钻头之间的空白。

磁处理提高钎杆服役寿命的研究

本研究对钎杆中的残余应力采用了一种崭新的处理方式———磁处理方法,通过动态磁场与材料中残余应力的相互作用,来达到改善钎杆中残余应力分布、提高钎杆寿命的目的。钎杆的对比寿命实验结果表明:材料为55SiMnMo的钎杆和材料为95CrMo的钎杆在磁处理后平均使用寿命都得到了提高,其中材料为55SiMnMo的钎杆更加明显。进一步研究表明,磁处理对钎杆的破断形式影响不大。

2000m地质岩心钻探关键技术与装备

经过4年的攻关,国家"863"计划重点项目"2000 m地质岩心钻探关键技术与装备"研制取得了多项创新成果,主要包括:完成了地面钻探设备及孔内钻探取心器具集成配套,形成了深部岩心钻探施工和示范能力;完成了山东金青顶矿区危矿专项ZK43-1钻孔施工,终孔深度2212.80 m。全孔平均钻进时效为1.65 m,岩心采取率为98.6%,钻孔质量优良;创造了3项钻深和套管下入深度全国记录;在大项目运作机制、产学研合作模式及钻探技术示范方式等方面积累了一些经验。详细介绍了项目的研制情况及取得的主要成果。

发挥钨矿资源优势 建设钎钢钎具强国

建设以“新型硬质合金钎具”和“长寿命冲击凿岩钎杆”为标志的有中国特色的现代化钎钢钎具工业,是我国新一代“资源-高科技-外向型”民族工业一个具有战略意义的新的生长点。我国已具备发展现代化钎钢钎具工业所需的人力资源与学科优势,以及雄厚的技术和产业基础,建议在深化体制改革的基础上,将钎钢钎具列为我国重点发展的支柱产业之一,希望政府主管部门着力予以关注、引导和支持。

采用随钻扩眼技术提高海相气藏盐岩夹层套管服役的安全性

随着以南方海相碳酸盐岩储层为主要勘探目标的中国石油工业二次创业的展开,气井服役套管全寿命期内的完整性管理必将成为长期、高效开采海相气藏资源过程中一个不可回避的难点。为此,基于四川盆地川东地区三叠系现场地质资料和岩心蠕变试验数据建立了套管、水泥环和盐岩夹层耦合三维力学模型,耦合应力场、温度场及非线性蠕变,研究了深部海相气藏盐岩夹层服役套管的安全性变化规律;提出了采用随钻扩眼技术提高海相气藏盐岩夹层服役套管安全性的新思路、基于附加载荷和等效抵抗强度的扩眼尺寸设计方法,以及海相气藏盐岩夹层服役套管剩余强度和剩余寿命的定量预测方法,研究了扩眼对套管服役安全性的影响情况。结果表明:(1)扩眼可增大服役套管的剩余强度,扩眼率40%时的完整套管剩余强度为无扩眼时的1.57倍,且在一定程度上能改善腐蚀套管应力集中的状况;(2)套管设计服役寿命越长,扩眼对提高服役套管安全性的贡献就越明显。该研究成果可为海相气藏井服役套管全寿命期内的完整性管理提供新的思路及定量决策依据。

高效、低耗冲击式凿岩钎具——工业炸药发明后困扰世界采掘工业的百年难题

15 0年前瑞典诺贝尔父子继中国火药之后 ,发明了硝化甘油胶质炸药用于修路与采矿 ,引发了导致社会财富高速增长的“真正意义的工业革命” .192 3年德国施律泰尔发明WC -Co硬质合金 ,迅速形成了硬质合金切削刃具和硬质合金凿岩钎具两大产业 ,使机械和采掘工业飞速发展 ,被誉为“工业的牙齿” .迄今 ,现代化的凿岩爆破技术 ,已成为人类向岩石圈索取资源和向地下开拓生存与发展空间的主要手段 .其中 ,用在岩矿石中冲击凿孔的凿岩钎具 ,是人类所有机械工具中受力条件最苛刻、使用寿命最短、基础工业必备、技术含量很高的大量消耗性工具 .研制长寿命冲击凿岩钎具 ,已成为全球采掘工业高效、低耗凿岩必须解决的新世纪重大工程技术难题 .这需要凿岩、爆破、岩石破碎、矿业、材料、冶金、钢铁、机械、物理、化工、电子、数学、力学、生物 (仿生 )等各方面专家的长期通力合作 .建设以“新型硬质合金钎具”和“长寿命冲击凿岩钎杆”为标志的有中国特色的现代化凿岩钎具工业 ,是我国新一代“资源 -高科技 -外向型”

钎具钢使用寿命的综合评判

为了科学地优选钎具钢及其热处理工艺,依据模糊数学的原理,运用计算机,对四种钎具钢共12种热处理工艺的钎杆使用寿命进行了综合评判。由疲劳实验和钎杆的载荷谱,用成熟的“钎杆使用寿命预估”的方法检验评判结果。二者结果符合较好。

Φ38~Φ42mm三刃形钎头应逐步成为我国小直径凿岩用锥体连接钎头的主导产品(续)

采掘业是国民经济基础产业,凿岩技术是采掘业的先导。我国是火药和冲击凿井术("顿钻")的发明国,鸦片战争前夕的1835年,凿成了世界上第一口超千米深井(四川自贡燊海井深1001.42米,为国家重点保护文物),谱写了人类冲击凿岩技术的辉煌历史。由于晚清的政治腐败和民国以来的社会动乱,从1840年到1949年的109年,我国的凿岩技术基本上仍停留在铁锤+实心钢钎的时代。我国凿岩技术和凿岩机具工业的现代化建设,是新中国成立后从学习苏联技术开始的。经过六十年特别是改革开放三十多年来,全国钎钢钎具、凿岩机械以及钢铁和硬质合金等超硬材料工作者的共同努力,我国钎钢钎具、凿岩机械、硬质合金工业已拥有众多创新技术,国产凿岩钎具和凿岩机械的质量、品种与性价比指标大幅提升,不少产品已经可以和世界名牌公司的同类产品一争高下。我们长期面对的全断面隧道掘进机(TBM)、全液压凿岩钻车,以及钻车凿岩用重型钎杆和硬质合金整体钎子等长钎具"瓶颈",也已经或即将取得重要突破,正向着建设世界头号钢铁、硬质合金、凿岩机械、钎钢钎具生产强国的目标迈进。高效低耗凿岩也正成为全世界凿岩工程科技界与产业界,共同追求的永无止境的目标。本文就我国采掘工程钻爆法施工中占很大比重的小直径凿岩技术存在的问题和努力方向,提出了一些分析和建议。

φ38~φ42mm三刃形钎头应逐步成为我国小直径凿岩用锥体连接钎头的主导产品

采掘业是国民经济基础产业,凿岩技术是采掘业的先导。我国是火药和冲击凿井术("顿钻")的发明国,鸦片战争前夕的1835年,凿成了世界上第一口超千米深井(四川自贡燊海井深1001.42米,为国家重点保护文物),谱写了人类冲击凿岩技术的辉煌历史。由于晚清的政治腐败和民国以来的社会动乱,从1840年到1949年的109年,我国的凿岩技术基本上仍停留在铁锤+实心钢钎的时代。我国凿岩技术和凿岩机具工业的现代化建设,是新中国成立后从学习苏联技术开始的。经过六十年特别是改革开放三十多年来,全国钎钢钎具、凿岩机械以及钢铁和硬质合金等超硬材料工作者的共同努力,我国钎钢钎具、凿岩机械、硬质合金工业已拥有众多创新技术,国产凿岩钎具和凿岩机械的质量、品种与性价比指标大幅提升,不少产品已经可以和世界名牌公司的同类产品一争高下。我们长期面对的全断面隧道掘进机(TBM)、全液压凿岩钻车,以及钻车凿岩用重型钎杆和硬质合金整体钎子等长钎具"瓶颈",也已经或即将取得重要突破,正向着建设世界头号钢铁、硬质合金、凿岩机械、钎钢钎具生产强国的目标迈进。高效低耗凿岩也正成为全世界凿岩工程科技界与产业界,共同追求的永无止境的目标。本文就我国采掘工程钻爆法施工中占很大比重的小直径凿岩技术存在的问题和努力方向,提出了一些分析和建议。

复合钎头暨新型钎杆显现强劲生命力

两种新型ZK40SiMnCrNiMoH22×108鄄2000mm、ZK55SiMnMoH22×108鄄2100mm锥体连接钎杆及三种规格的复合钎头在f=8～10的砂岩中与某型号的钎杆、钎头进行对比凿孔,结果表明:复合钎头的重磨周期接近一字、十字型钎头的2倍,平均寿命则为一字、十字型钎头的3倍以上,两种新型钎杆的平均寿命,都已稳定地超过了200m,并且还有进一步提高的空间。

长寿命冲击凿岩钎杆——工业炸药和凿岩机发明后困扰世界采掘工业的百年难题

150年前瑞典诺贝尔父子继中国火药之后,发明硝化甘油胶质炸药用于修路与采矿,引发了导致社会财富高速增长的“真正意义的工业革命”。1923年德国施律泰尔发明WC-Co硬质合金,迅速形成硬质合金切削刃具和硬质合金凿岩钎具两大产业,使机械和采掘工业飞速发展,被誉为“工业的牙齿”。迄今,现代化的凿岩爆破技术,已成为人类向岩石圈索取资源和向地下开拓生存与发展空间的主要手段。其中,用在岩矿石中冲击凿孔的凿岩钎杆,是人类所有机械工具中受力条件最苛刻、使用寿命最短、基础工业必备、技术含量很高的大量消耗性工具。研制长寿命冲击凿岩钎杆,已成为全球采掘工业高效、低耗凿岩必须解决的新世纪重大工程技术难题。这需要凿岩、爆破、岩石破碎、矿业、材料、冶金、钢铁、机械、物理、化工、电子、数学、力学、生物（仿生）等各方面专家的长期通力合作。建设以新型“硬质合金钎具”和“长寿命冲击凿岩钎杆”为标志的有中国特色的现代化凿岩钎具工业,是我国新一代“资源-高科技-外向型”民族工业一个具有战略意义的新的生长点。

气腿式凿岩机性能对H22钎杆的寿命影响

基于气腿式凿岩机性能参数测试结果,根据钎杆S-N特性和Miner累积损伤理论,推算出各种气腿式凿岩机配用H22钎杆的疲劳寿命系数,供凿岩机和H22钎杆的设计和生产使用者参考。

“松科二井”用硬岩长寿命钻头的设计与应用

为提高"松科二井"在深井硬岩钻进中的寿命与效率,选用了高性能胎体材料、高强度焊接材料,并采用了合理的钻头结构与水路结构设计,研制的φ216/124mm金刚石取心钻头在"松科二井"取得了良好的效果,本文介绍了适用于深井硬岩的金刚石钻头的设计及应用效果。

新型超长、超粗暨高性价比重型螺纹连接钎杆的研发

2004年5月,《田野》第一条电加热＂热穿-热轧法＂钎钢生产线投产以来,所产《田野》牌H32、H35、D32、D38、D45、D51mm钻车凿岩钎杆,以其具有竞争优势的性价比,已为水电、交通、矿山等国内外采掘工程部门所接受。采用18Cr Ni3Mo V精炼钢轧制和生产的R38-H35×5525-R35隧道钻车用重型钎杆,花岗岩平均寿命已稳定在1500 m左右;采用价格较廉的22Si Mn Cr Ni2Mo A钢轧制和生产的T45（内）-D45×3660-T45（外）快换钎杆,花岗岩寿命已达1000 m左右;采用两端为22Si Mn Cr Ni2Mo A钢、中部为18Si2Mn Cr Mo A钢轧制和生产的T45（内）-D45×3660-T45（外）异质快换钎杆,硬岩平均寿命已稳定在1300 m左右。但仍存在较多的梢端螺纹根部外源断裂与非正常报废缺陷,使用寿命和质量稳定性,与瑞典Sandvik、Atlas Copco公司等国际同类先进产品比较,仍有较大差距。2005年6月至2013年12月,湖北嘉裕钎具公司采取产-学-研结合的办法,在原有工作的基础上,针对钎杆几何结构参数、钢种、钢质、钎钢轧制工艺、钎杆制钎工艺,进行了全方位的研究和创新,新建了一条＂Φ76 mm加强型三辊热穿-带芯热轧法重型钎钢生产线＂,完成了＂新型钻车凿岩用超长、超粗暨高性价比重型螺纹连接钎杆＂项目第一阶段的研发工作。可生产长度≤15 m、直径≤Φ108mm的＂双倍尺＂优质重型钎钢,能充分满足钻车凿岩用H28、H32、H35、H38、D32、D45、D51、D60、D68、D76mm重型钎杆的需要。采用Cr-Ni-Mo或Cr-Ni-W系列高压缩比超级钢（例如：18Cr Ni3Mo V、23Cr Ni3Mo、23Cr2Ni2W、18~25Cr2N4W）生产的均质或异质钻车凿岩钎杆,如隧道钻车用T38（内）-D39×6100-T38（外）,和露天钻车用T51（内）-D52×6095-T51（外）快换钎杆,硬岩（f=12~16,σD=150~200 MPa）平均寿命可达到2000m以上的国际先进水平。

H22-40SiMnCrNiMoA钎杆热处理工艺工业考核

给出了针对H22-40SiMnCrNiMoA锥体联接钎杆热处理工艺研究进行的一系列工业考核结果。结果表明钎杆经亚温正火处理后具有较长的使用寿命,该钎钢和钎杆亚温正火热处理工艺具有很好的推广应用价值。

凿岩机钎杆的寿命分析

用断裂力学的理论与方法,对凿岩机钎杆的寿命进行了定量分析,从而提出提高钎杆寿命的一些措施,提供了计算钎杆寿命的一种方法。

中空钢疲劳寿命的研究现状及展望

中空钢是制造凿岩钎杆的专用钢铁材料,也是钎钢工业的代表性产品。世界上优质钎杆所采用的中空钢,均具有较高疲劳寿命且质量稳定,是高技术含量和高附加值的精品钢铁材料。与进口高端中空钢相比,同类型的国产中空钢的疲劳寿命仍有较大提升空间。中国是钎钢工业大国,为实现高质量发展,应借鉴钢铁工业的新技术、新工艺,探索提高中空钢疲劳寿命的新方法,打造高疲劳寿命且质量稳定的精品中空钢。针对中空钢失效形式及影响其疲劳寿命的主要因素,对提升和预估其疲劳寿命的现有研究成果进行了综述。未来应采用电磁搅拌、脉冲电流作用等先进技术提升中空钢质量,并探索疲劳寿命智能化预测技术与裂纹修复技术相结合的应用条件。