42、岩石磨蚀性与刀具状态监测研究

岩石磨蚀性与刀具状态监测研究

在隧道挖掘和机械加工等工程领域，岩石的磨蚀性以及刀具的状态监测至关重要。岩石的磨蚀性会影响隧道掘进机（TBM）刀具的磨损，而刀具的状态直接关系到加工质量和生产效率。下面将详细探讨岩石磨蚀性对TBM刀具的影响以及如何利用声学信号处理来监测刀具状态。

岩石磨蚀性对TBM刀具的影响

在隧道建设中，TBM的应用越来越广泛。然而，刀具的磨损会显著增加项目成本和工期。研究表明，刀具盘的消耗及其速率主要受地层（地质）和机器参数的控制。虽然机器参数在我们的控制范围内，但地质构造的类型及其特性需要深入研究，以便设计和部署合适类型的TBM。其中，磨蚀性是一个关键特性，它会导致刀具因与岩石的相互作用而逐渐磨损。

岩石磨蚀性测试

在众多分析岩石磨蚀性的测试中，CERCHAR磨蚀性指数（CAI）因其简单性而被广泛使用。该测试由法国煤炭研究中心实验室于1973年开发，通过钢针在岩石样本表面划痕来测量磨蚀性。最初的设备设计是在1秒内用承载70N静载荷的针在静止的岩石标本上划出10mm的划痕。后来，West提出了改进设计，让岩石样本以1mm/s的速度移动，在静止的针上划痕，测试持续10秒。之后，检查钢针的磨损情况以计算CAI。

实验材料与方法

• 样本采集与制备 ：本研究使用花岗岩岩石样本，样本来自中央矿业与燃料研究所发送到维斯瓦拉亚国家技术学院采矿工程系的岩芯标本。使用岩芯切割机将岩芯样本切割成合适的长度，并确保样本的长度和属性符合美国材料与试验协会（ASTM）和国际岩石力学学会（ISRM）的标准和方法。
• 物理力学性能测试