钢粒冲击岩石破岩效果数值分析

为了分析钢粒冲击岩石的破岩效果,应用动力瞬态非线性有限元方法,建立球形钢粒冲击岩石的计算模型,并对其破岩过程和破岩机制进行分析。钢粒冲击岩石的理论最优粒径为0.1-0.3 cm、冲击速度为100-250 m/s、入射角为0°-20°。室内钢粒冲击岩石试验结果表明：加入钢粒后岩石的冲击破碎体积是不加钢粒的4倍多;在常规钻井机械水力联合破岩的基础上,加入钢粒会大幅度提高硬地层的钻井速度;试验验证了数值模拟的正确性。

钢粒间干涉对冲击破岩效果的影响

相对于常规高压射流破岩方式,在高压射流中加入钢粒,使其高速喷出冲击岩石的方法,能够显著提高射流的能量利用率。应用瞬态非线性动力学有限元模拟软件,对多钢粒冲击破岩的过程进行仿真,并设计室内实验进行验证。钢粒冲击破岩的过程如下：0~20s,钢粒侵入深度迅速增加;20~80s,钢粒侵入深度继续增加,但增加幅度减小;80s后,钢粒侵入深度基本不变。另外,由于钢粒间干涉的影响,钢粒冲击破岩的体积与钢粒浓度并不是简单的正比关系。实验得出,当钢粒浓度为0.5%~3.0%时,随着钢粒浓度的增大,破岩体积明显增大;而当钢粒浓度大于3.0%后,钢粒浓度增加,破岩体积变化很小。