The understanding of tool-rock interaction mechanism is of high essence for improving the rock breaking efficiency and optimizing the drilling parameters in mechanical rock breaking. In this study, the tool-rock interaction models of indentation and cutting are carried out by employing the discrete element method (DEM) to examine the rock failure modes of various brittleness rocks and critical indentation and cutting depths of the ductile to brittle failure mode transition. The results show that the cluster size and inter-cluster to intra-cluster bond strength ratio are the key factors which influence the UCS magnitude and the UCS to BTS ratio. The UCS to BTS strength ratio can be increased to a more realistic value using clustered rock model so that the characteristics of real rocks can be better represented. The critical indentation and cutting depth decrease with the brittleness of rock increases and the decreasing rate reduces dramatically against the brittleness value. This effort may lead to a better understanding of rock breaking mechanisms in mechanical excavation, and may contribute to the improvement in the design of rock excavation machines and the related parameters determination.
Xiaokang Shao;Yusheng Jiang;Zongyuan Zhu;Zhiyong Yang;Zhenyong Wang;Jinguo Cheng;Quanwei Liu
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.1
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pp.103-113
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2023
This study focused on understanding the relationship between the design of a tunnel boring machine disc cutter ring and its rock-breaking efficiency, as well as the applicable conditions of different cutter ring types. The discrete element method was used to establish a numerical model of the rock-breaking process using disc cutters with different ring types to reveal the development of rock damage cracks and variation in cutter penetration load. The calculation results indicate that a sharp-edged (V-shaped) disc cutter penetrates a rock mass to a given depth with the lowest load, resulting in more intermediate cracks and few lateral cracks, which leads to difficulty in crack combination. Furthermore, the poor wear resistance of a conventional V-shaped cutter can lead to an exponential increase in the penetration load after cutter ring wear. In contrast, constant-cross-section (CCS) disc cutters have the highest quantity of crack extensions after penetrating rock, but also require the highest penetration loads. An arch-edged (U-shaped) disc cutter is more moderate than the aforementioned types with sufficient intermediate and lateral crack propagation after cutting into rock under a suitable penetration load. Additionally, we found that the cutter ring wedge angle and edge width heavily influence cutter rock-breaking efficiency and that a disc cutter with a 16 to 22 mm edge width and 20° to 30° wedge angle exhibits high performance. Compared to V-shaped and U-shaped cutters, the CCS cutter is more suitable for soft or medium-strength rocks, where the penetration load is relatively small. Additionally, two typical case studies were selected to verify that replacing a CCS cutter with a U-shaped or optimized V-shaped disc cutter can increase cutting efficiency when encountering hard rocks.
Min Hyung-Dong;Jeong Min-Su;Park Yun-Seok;Hwang Ui-Jin;Park Jun-Ho
Explosives and Blasting
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v.24
no.1
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pp.49-56
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2006
There are many restrictions with a rock breaking method by using explosives in the urban area due to such safety problems as vibration, noise, and flying rock. Therefore, the use of FINECKER Plus which is mainly used as a rock breaking method (Ministry of Construction and Transportation, 2003) is gradually increasing. Accordingly, construction cases applying FINECKER Plus to the construction sites in the urban area was introduced in case studies. In addition, a comparative test on the same volume of charge applied to 360g of 1 new product 1 set and 180g of the existing FlNECKER Plus 2 sets was conducted. As a result of the test, the two cases were equivalent in breaking efficiency and the level of noise and vibration, and as for the method, the working time decreased by 32%, thus, it was proven to be excellent in terms of construction.
There is cattle shed and house structure of a country village in the vicinity of the construction site. that is why the environmental effect evaluation on blasting had been done in advance to prevent any harm to those from the work. As the result, it is impossible to apply to the blasting method, and the Super wedge method, a kind of a rock-splitting method which there is no secondary breaking by a breaker of the methods breaking &excavating rock according to the classification of the blasting method by the ministry of construction & transpotation, applied to decrease noise and vibration, and to the work classification, the extent of noise and vibration measured with the instrument only for noise(SC-310c) and with the instrument only for vibration(BLASTMATE) respectively. A drilling, splitting, collecting, loading works at the closest point(about 10m) is barely possible on the consideration of vibration to the result of measurement, but carefulness needs on moving of equipment. On the case of noise, even drilling, collecting, loading work except splitting at the comparatively close point(about 20m) is difficult. So, the method breaking &excavating rock according to the classification of the blasting method by the ministry of construction & transpotation has to apply in consideration of noise level in accordance with the work processing.
The low rate of penetration and short lifetime of drilling bit served as the most common problems encountered in hard formation drilling, thus leading to severe restriction of drilling efficiency in oil and gas reservoir. This study developed a new local impact drilling method to enhance hard formation drilling efficiency. The limitation length formulas of radial/lateral cracks under static indentation and dynamic impact are derived based on the experimental research of Marshall D.B considering the mud column pressure and confining pressure. The local impact rock breaking simulation model is conducted to investigate its ROP raising effect. The results demonstrate that the length of radial/lateral cracks will increase as the decrease of mud pressure and confining pressure, and the local impact can result in a damage zone round the impact crater which helps the rock cutting, thus leading to the ROP increase. The numerical results also demonstrate the advantages of local impact method for raising ROP and the vibration reduction of bit in hard formation drilling. This study has shown that the local impact method can help raising the ROP and vibration reduction of bit, and it may be applied in drilling engineering.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.15
no.4
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pp.1-7
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2016
The pick cutter, which directly contacts and crushes the rock, is the expendable part of a roadheader. The arrangement and angle of attachment of the pick cutter are important factors that determine excavator performance. It is necessary to numerically calculate the contact between the pick cutter and rock. The rock is defined as a set of particles using the discrete element method. The parallel bond model is used to define the bonds between particles. The properties of granite that are measured by the uniaxial compressive test are applied to the numerical rock model. The pick cutter is defined by the polygon elements. The linear cutting simulation is considered to simulate the contact between the pick cutter and rock. The results of the simulation show the rock breaking due to contact with the pick cutter.
In the past, explosives like dynamite was used to blast rock. However, today it is difficult to use explosives in urban blastinglike excavation for subway, building, and housing land. According to Korea Department of Construction and Transportation's proposal for blasting design manual and test blasting, from TYPE I blasting to TYPE IV blasting are recommended when we determine 0.3cm/sec(centisec) as a maximum allowable ground vibration with a distance between $25m\~120m$ from structures. This article was written to introduce one of TYPE I (reck blasting within 25m from structures) blasting method, Nano-Plasma blasting method. When Nano-Plasma blasting method is applied in urban blasting job, ground vibration (15m away from blasting point) is expected 0.1cm/sec, which is only half of a ground vibration when low ground vibration blasting method is applied. By this unique characteristic, Nano-Plasma blasting method is epochal urban blasting technique.
Water-resisting key stratum (WKS) between coal seams is an important barrier that prevents water inrush from goaf in roof under multi-seam mining. The occurrence of water inrush can be evaluated effectively by analyzing the fracture of WKS in multi-seam mining. A "long beam" water inrush mechanical model was established using the multi-seam mining of No. 2+3 and No. 8 coal seams in Xiqu Mine as the research basis. The model comprehensively considers the pressure from goaf, the gravity of overburden rock, the gravity of accumulated water, and the constraint conditions. The stress distribution expression of the WKS was obtained under different mining distances in No. 8 coal seam. The criterion of breakage at any point of the WKS was obtained by introducing linear Mohr strength theory. By using the mechanical model, the fracture of the WKS in Xiqu Mine was examined and its breaking position was calculated. And the risk of water inrush was also evaluated. Moreover, breaking process of the WKS was reproduced with Flac3D numerical software, and was analyzed with on-site microseismic monitoring data. The results showed that when the coal face of No. 8 coal seam in Xiqu Mine advances to about 80 m ~ 100 m, the WKS is stretched and broken at the position of 60 m ~ 70 m away from the open-off cut, increasing the risk of water inrush from goaf in roof. This finding matched the result of microseismic analysis, confirming the reliability of the water inrush mechanical model. This study therefore provides a theoretical basis for the prevention of water inrush from goaf in roof in Xiqu Mine. It also provides a method for evaluating and monitoring water inrush from goaf in roof.
The specially-shaped Polycrystalline Diamond Compact (PDC) cutter is widely used in drill bit design due to its advantages of high rock cutting efficiency, strong impact resistance and long service life in hard and abrasive formation drilling. A detailed understanding of rock cutting behavior of worn specially-shaped PDC cutter is essential to improve the drilling efficiency and decrease the drilling costs. In this paper, the theoretical models of two new principles (loading performance (LP) and cutting performance (CP)) are derived for evaluating the cutting process of worn specially-shaped cutter, the theoretical models consider the factors, such as cutter geometry, aggressiveness, stress state, working life, and rock cutting efficiency. Besides, the numerical model of heterogeneous granite is developed using finite element method combined with Voronoi tessellation, the LP and CP of 12 kinds of worn specially-shaped PDC (SPDC) cutters are analyzed. The results found that the mechanical specific energy (MSE) of worn cutters first increase and then decrease with increasing the cutting depth, and the MSE increase with the increase of back rake angle except for Conical cutter and Wedge-shaped cutter. From the perspective of CP, the worn PDC cutters are more suitable for the smaller cutting depths, and the back rake angle has little effect on the CP of the specially-shaped worn PDC cutters. Conical cutter, Saddle-shaped cutter and Ellipse-shaped cutter have the highest CP value, while Rhombus-shaped cutter, Convex cutter and Wedge-shaped cutter have the lowest value in selecting cutters. This research leads to an enhanced understanding of rock-breaking mechanisms of worn SPDC cutters, and provides the basis to select of specially-shaped PDC cutters for the specific target formation.
Among the distance based algorithms in phylogenetic tree reconstruction, the neighbor-joining algorithm has been a widely used and effective method. We propose a new algorithm which counts the number of consistent quartets for cherry picking with tie breaking. We show that the success rate of the new algorithm is almost equal to that of neighbor-joining. This gives an explanation of the qualitative nature of neighbor-joining and that of dissimilarity maps from DNA sequence data. Moreover, the new algorithm always reconstructs correct trees from quartet consistent dissimilarity maps.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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