矿业研究与开发

作者：张鹏，赵腾跃，李元龙，刘勃龙

关键词：岩石隧道掘进机;结泥;能量;破岩机制;掘进参数

岩石隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)在泥岩地层掘进过程中,渣土易形成泥浆黏附在滚刀和刀盘表面,出现刀盘结“泥饼”现象,严重降低掘进效率。为了揭示结泥对TBM 滚刀破岩效率的影响,防止滚刀结泥,使用离散元程序PFC3D 模拟TBM 滚刀回转切割泥岩过程,计算了系统总能量E、弹性应变能Ee、摩擦能Eμ、阻尼能Eβ、动能Ek和黏结能Ea,从能量演化角度研究结泥条件下TBM滚刀破岩机制.随后分析了不同刀盘推力、滚刀刀刃角和刀刃宽度下的TBM 滚刀破岩过程中的能量特征,根据“累积热量和累积黏结能最低,且滚刀表面黏附的泥化物质量最小”的原则,对上述掘进参数进行优化。 研究结果表明,PFC3D中的黏聚滚动阻力线性模型可实现滚刀结泥过程;在结泥情况下,泥化物的形成将显著提高机械做功,消耗大量能量,降低滚刀破岩效率;提高刀盘推力可以促进泥化物的形成,导致刀盘升温,诱发泥化物黏附在滚刀表面。选用刀刃角为40°的V形滚刀,设最优刀刃宽度为13 mm,可减小滚刀结泥情况.研究结果可为相关工程中预防刀盘结“泥饼”提供理论参考。

来源：2024年第5期

《矿业研究与开发》期刊编辑部

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