[发明专利]研究硬岩机械破碎岩屑颗粒级配影响的试验装置及方法

说明书

本发明公开研究硬岩机械破碎岩屑颗粒级配影响的试验装置及方法，包括：工作台开设有倒锥形槽，工作台上方设有刀座，刀座与工作台之间通过亚克力板形成封闭空间，刀座与工作台转动连接，倒锥形槽表面铺设有岩层，刀座上设有多个滚刀，滚刀底端与岩层接触，滚刀刀座固定连接，还包括多根进气管和主排渣管，进气管穿过刀座延伸至滚刀的上方，进气管一端连接有气源，主排渣管与刀座转动连接且设在倒锥形槽的正中间，主排渣管由多层套管组合而成，主排渣管的截面为八边形；通过进气管和排渣管的压力差引起气流，从而携带岩渣，装置各机构可涉及到岩屑块度与级配，气体流量与流速，滚刀布置与转速等多方面因素的调节。

技术领域

本发明属于采矿技术领域，具体涉及研究硬岩机械破碎岩屑颗粒级配影响的试验装置及方法。

背景技术

深地资源开采、国防与交通建设等都会涉及到竖井的钻进，深地硬岩竖向钻井的高效排渣是资源开采与建设的前提基础。随着机械化、智能化施工的推进，急需推广更加高效的排渣方式，气体洗井的优势突出，一般可提高钻井速度2-10倍，但相应参数的选择缺乏研究基础和理论依据。为此，急需开发设计一套有针对性的试验装置，实现上述多因素对气体携渣效率影响规律的模拟研究。

气体洗井实际是以气体代替水或泥浆来冲洗钻孔的孔底，冷却钻头，并将滚刀破碎下来的碎岩屑携带出去。由于气体的密度低、流速快、易压缩等属性，可减少成本费用，减少井底破碎面压力，减少地下污染等。采用气体反循环洗井，更是可以适用于较大口径的深立井。该技术在石油钻探、勘探孔等小直径钻井工程中十分成熟，但在大直径竖井钻进工程中的应用尚不十分成熟，仍待进一步的试验研究。例如：气流量与岩屑块度的相互影响规律，气体流速与滚刀布置形式的相互影响规律，岩屑颗粒级配与排渣管内径的相互影响规律，等等。只有把这些因素间的相互影响规律研究清楚后，才能得到选择合理参数的理论依据，有效提高气体洗井携渣的效率，提高竖井钻进的效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供研究硬岩机械破碎岩屑颗粒级配影响的试验装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：研究硬岩机械破碎岩屑颗粒级配影响的试验装置，包括：工作台，所述工作台开设有倒锥形槽，工作台上方设有可升降的刀座，刀座与工作台之间通过亚克力板形成封闭空间，刀座与工作台转动连接，倒锥形槽表面铺设有岩层，刀座上设有多个滚刀，滚刀底端与岩层接触，滚刀刀座固定连接，还包括多根进气管和主排渣管，进气管穿过刀座延伸至滚刀的上方，进气管一端连接有气源，主排渣管与刀座转动连接且设在倒锥形槽的正中间，所述主排渣管由多层套管组合而成，主排渣管的截面为八边形；

所述工作台上设有多个储存罐，储存罐设在倒锥形槽边缘侧，储存罐与倒锥形槽相通。

作为本发明进一步的方案，所述滚刀交错设置使其转动一圈的轨迹呈环形。

作为本发明进一步的方案，所述刀座上设有第一轴承和第二轴承，所述所述第一轴承和第二轴承内圈均与排渣管固定连接。

作为本发明进一步的方案，所述第二轴承外侧固定连接有齿轮，所述齿轮与电机的输出轴通过齿轮组啮合连接。

作为本发明进一步的方案，任一所述进气管上均安装有独立的进气流量监测仪和气流量调节阀。

作为本发明进一步的方案，所述排渣管顶端设有过滤组件。

作为本发明进一步的方案，所述排渣管顶端与电机输出轴之间通过链条连接。

作为本发明进一步的方案，所述第一轴承和第二轴承与刀座轴向之间设有防尘密封圈。

研究硬岩机械破碎岩屑颗粒级配影响的试验方法，其主要实验步骤如下：

步骤一：根据设计的刀盘布置形式，加工相对应的轴承中间的板部分，在滚刀位置的上方的对应位置打下穿孔；将中间板部分密封连接到第一轴承和第二轴承上；