基于离散元的反井钻机镶齿结构参数优化分析

作者：王凯 段玉昌 陈小攀 郜永勤 刘杰    单位：国网新源集团有限公司；江苏句容抽水蓄能有限公司；河南天池抽水蓄能有限公司；中国水利水电第十二工程局有限公司

关键词：超大直径反井钻机；镶齿滚刀；花岗岩及砂岩；破岩模式；截割深度

摘  要：针对抽水蓄能电站超大直径直 / 斜井高效开挖问题，以花岗岩及砂岩为研究对象，利用离散元分析软件 PFC3D 建立岩石细观数值模型，并结合单轴压缩试验进行细观力学性能参数标定，对比分析镶齿滚刀破岩模式及镶齿结构参数对破岩性能的影响。结果表明，所建立岩石仿 真模型与实际力学性能的误差小于 4%。为降低能耗和镶齿受力，大角度镶齿 D（90° 夹角）适用于花岗岩，小角度的镶齿 A 适用于砂岩。镶齿 D 的能耗峰值随着压入深度增加而逐渐下降，在穿透深度约 3 mm 时能耗较小且破岩能力较强，有助于提高破岩效率。