PDC钻头前角对岩石钻孔过程影响研究

针对锚杆支护中常用的双翼PDC钻头,通过有限元法研究了钻头前角对岩石钻孔过程的影响。借鉴金属切削刀具的相关知识,对PDC钻头的前角的定义、正负进行了界定。开展了二维静力学分析,建立了一种评价岩体内应力集中的方法并在此基础上研究了不同负前角的影响,认为-15°负前角时应力集中最明显,该角度下岩体内最大应力值最高,因此认为该前角时有利于岩石切削。建立了钻头钻进3层不同岩性岩体的模型,通过显式动力学分析方法研究了钻头前角对钻头切削力的影响,发现轴向力平均值随负前角绝对值的增加整体呈增加趋势,扭矩平均值的变化呈M形,前角在-25°前后时扭矩较小。综合分析结果后认为,钻头的前角取值在-25°~-15°时更合理。