钻齿齿形对潜孔钻头冲击凿岩效能的影响

谭 昊

(1. 北京中岩大地科技股份有限公司， 北京 100041； 2. 煤炭深井建设技术国家工程实验室， 北京 100013)

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潜孔钻头广泛应用于煤矿、交通和水电领域的锚杆孔、爆破孔和注浆孔工程。近年来，穿江越海隧道、川藏铁路等工程建设遭遇极端环境或复杂地质条件，需要研究新型钻孔破岩方法或对目前的钻头装备进行优化[1-3]，提升钻岩效能。潜孔钻头上镶嵌的硬质合金或金刚石聚晶钻齿齿形与所在地层岩石的适配性，是影响潜孔钻钻进速度和钻进效能的关键因素。

为优化潜孔钻头的钻齿齿形，目前常通过压痕试验得到钻齿作用下岩石的力学响应[4]。能量分析方法是研究潜孔钻头凿岩效能的重要手段。文献[5]研究了围压作用下使用锥形钻齿压入岩石时的峰值压力和侵入深度等。文献[6]通过压痕试验研究了围压对隧道掘进机滚刀破岩性能的影响。文献[7]基于Evans模型和压痕试验研究了钻进参数对锥形钻齿破岩比能的影响。Bao等[8]通过锥形钻齿和四面体钻齿对岩石边缘进行压入试验，研究了不同压入深度下的钻压和耗散能。文献[9]采用锥形截割齿对花岗岩、大理岩和红砂岩进行压痕试验，并通过对比峰值钻压、侵入深度、破岩能量和比能得到岩石的可切削性。刘和兴等[10]研究了不同齿形钻头侵入破碎非均质硬岩的效率差异，通过有限元模型为牙轮钻头、冲击钻头等钻具的选齿提供参考。胡培强等[11]采用数值模拟的方法研究了钻齿在不同冲程条件下冲击破坏不同抗拉强度砂岩的过程，发现受施工条件限制需要在低冲程条件下钻进较高强度岩石时，可优先采用三角棱柱齿。……