张在兴 周琴 张凯 李龙 李耀

(中国地质大学(北京)工程技术学院；国土资源部深部地质钻探技术重点实验室)

0 引 言

在地质勘探、油气资源开采以及隧道挖掘等领域破碎岩石是重要的生产过程[1]，但在破碎岩石过程中经常发生切削齿失效，使施工效率降低甚至造成停机停产[2]。经统计，断裂、磨损以及微裂纹的形成是切削齿失效的主要形式，并且失效与切削齿温度有密切联系，因此进一步研究切削齿与岩石的作用机理、选择合适的切削参数对降低成本及提高施工效率具有实际意义。

已有研究证明，岩石的破碎过程和破碎模式都对切削齿温度变化产生影响。切削齿的结构参数、切削参数对岩石破碎过程都存在显著影响。切削齿圆弧半径的增大会加剧岩石的重复破碎，并影响切削齿的温度分布以及峰值温度[3]。切削参数是影响切削过程的重要因素，它影响岩屑的形成，而岩屑又反作用于切削齿，并影响切削齿磨损、温升以及使用寿命。P.L.MENEZES等[4-5]通过有限元分析切削参数对岩石破碎过程的影响，切削参数的改变会加剧岩屑与刀面的摩擦，影响岩屑的形成与逸散。仿真分析发现，切削速度的大小会改变岩石的破碎模式，并影响切削齿的温升、应力以及能量的转化[6]。

切削角度是钻头结构设计的重要参数，而且与破岩效果以及切削齿温升现象都存在密切关系[7-8]。S.YADAV等[9]通过粒子图像测速技术观察岩石的正交切削试验，发现切削角度影响裂纹的萌生及发展。……