基于离散元方法的卵砾石地层条件下水泥土搅拌桩机钻头结构参数研究

卵砾石地层可压缩性低、抗剪强度大,水泥土搅拌桩工法在应用于卵砾石地层时存钻进困难、钻具磨损大等问题。为确定卵砾石地层条件下钻头形式的最优布置,基于离散元法(DEM),对不同切削叶片数量、切削叶片角度、截齿布置形式、钻头中心底部布置形式、机械压力工况下,搅拌桩机钻头钻进卵砾石地层的物理过程进行三维动态仿真模拟,并分析研究了不同钻头布置形式对钻进效果的影响。计算结果表明:钻头切削叶片数量的增加会提高钻进阻转矩,但是会增强钻头的定心能力。设置截齿的钻头钻进阻力矩并无明显提高,但钻进速度有一定程度的提高。钻头切削叶片角度的提高会增加钻进阻力矩,但过低或者过高的切削叶片角度均会降低钻进速度。适当提高钻进压力可提高钻进速度,但须考虑动力装置的功率及扭矩输出能力。三切削叶片、高切削叶片角度、设置三截齿的高效率钻头在应用于北京市某项目卵砾石地层时效果良好,文章提出的方法可以为其他工程的施工机械选型提供参照依据。

6-8级岩层PDC锚杆钻头的研究

由煤炭科学研究总院西安分院研制的PDC锚杆钻头。通过室内单齿切削试验和实钻试验，研究了PDC切削齿形状、钻头冠部形状及钻头结构参数与钻进性能的关系。设计出分别适应于软岩层（f≤6）、较硬岩层（6〈f≤8）和硬岩层（8〈f≤10）的具有相应优化结构参数的PDC锚杆钻头；通过室内的焊接、实钻等试验和现场试验中，进行了钻头体材质及热处理工艺的研究；研究了钻头的保径方式；

反向扩孔气动冲击器长距扩孔性能研究

为了改善反向扩孔气动冲击器长距离扩孔性能,从其结构和工作原理出发,建立工作过程数学模型和由冲击器排气孔到其后封头的排屑流场模型,运用微分数值求解和有限元方法,对其工作过程和气固两相流场进行仿真计算,并进一步优化长距扩孔时冲击器钻头结构参数,得到冲击器性能随扩孔距离变化曲线,排屑流场出口岩屑浓度分布规律和不同钻头结构参数时流场出口最大颗粒浓度变化情况。研究结果表明:随着扩孔距离的增长,应该增大冲击器入口压力;钻头排气孔直径D=28 mm、排气孔角度β=16°和出屑口直径d_1=60 mm时排屑流场岩屑浓度低于5%,岩屑能够顺利排出孔外。