7　结论

随着地下工程开凿量的不断加大，如何提高硬质岩石采掘效率，降低设备损耗等问题，一直是专家学者不断研究的方向。截割效率的高低直接影响工程进度的快慢，与此同时，为了降低机械式掘进硬岩时设备损耗，本文提出了诱导卸荷与多截齿协同破岩的方案，应用大型有限元分析软件ABAQUS，对深部高应力花岗岩进行了从钻孔卸荷到截齿截割的整个工作过程的模拟研究分析，并确定一系列的最优参数。

①在同一深度的工况下，随切片深度的增加，应力集中区先减小后增大，在不同深度的工况下，随钻孔深度的增加，应力集中区先增大后减小。最大应力在钻孔后急剧减小，后呈上下波动变化，最大应力保持在－10～10MPa，最后，对比各工况残余最大应力可知，120cm为最优钻孔深度。

②在同一钻孔直径的工况下，随切片深度的增加，应力集中区先减小后增大，在不同钻孔直径时，应力集中区随钻孔直径的增加而增大。最大应力随钻孔的产生迅速下降，岩体成孔后的残余最大应力保持在较小值的一个范围内，但钻孔直径为80mm时，各切片的最大应力更接近于0MPa，所以，80mm为最优钻孔直径。

③对比钻孔直径为50mm、钻孔深度为120cm与钻孔直径为80mm、钻孔深度为120cm时应力集中区和卸荷后最大应力，确定后者钻孔周围应力集中区最大，卸荷后的最大应力最小，所以，钻孔直径为80mm、钻孔深度为120cm为50MPa地应力下单孔最优钻孔参数。

④当地应力为50MPa时，以正四方形的钻孔布置方式钻孔且钻孔间距为100mm时，最大卸荷残余主应力占整个岩体面积比例最小，最小卸荷残余主应力占整个岩体面积比例最大，分别为6％和41％；同时，在该工况下最大卸荷残余垂直应力占岩体面积比例最小，最小卸荷残余主应力最大，分别为17％和7％。所以，钻孔布置方式为正四边形、钻孔间距为100mm为地应力为50MPa时钻多孔的最佳钻孔参数。

⑤对比分析不同地应力时钻多孔的最佳钻孔参数，正四边形的钻孔方式为最佳钻孔布置方式，不随地应力的变化而变化；当地应力为40MPa和55MPa时，最佳钻孔间距为200mm，地应力为45MPa和60MPa时，最佳钻孔间距为250mm，在该工况下，各地应力的最大卸荷残余主应力最小，占整个岩体面积比例为6％，同时，最大卸荷残余垂直应力最小，占岩体面积比例为17％，以此为依据，可确定为各地应力的最优钻孔参数。

⑥对比不同地应力工况下破岩情况，确定不同地应力时的最优钻孔参数，最优钻孔参数随地应力的增大呈波动变化，最后趋于稳定；由于地应力向深部转移的特性，使得应力集中区随地应力的增大而先增大后减小，最大应力与地应力无明显变化关系，但是，可以得出钻孔卸荷对于深部高应力花岗岩有明显的卸荷效果的结论。

⑦对比分析不同地应力时的钻多孔最大主应力分布云图和垂直应力分布云图，在钻孔周围以及岩体中间部分，最小卸荷残余应力分布较多，在岩体两侧中间部分，最大卸荷残余应力分布较多，说明岩体中间更易卸荷，卸荷后的应力分布与岩体形状无关。

⑧当截割角度为30°时，由于截割角度较小，使得截齿大部分体积深入到岩体中，截齿所受Z方向应力迅速变大，同时导致X方向应力和Y方向应力都增大，三向应力特征值远远大于其他工况。由于截齿所受三向应力变大，会大大降低截割效率，提高截齿磨损率和比能耗，所以，截割角度为30°不适宜截齿截割岩体。

⑨当截割角度为45°和60°时，截齿三向应力降低，特征值变小。当截割角度为60°，截割速度为2m/s，截割深度为70mm时，截齿所受三向应力最小，变化波动相对最小，所以，该工况下的截割参数为截齿截割含孔卸荷后的深部高应力花岗岩的最优参数。

⑩对含孔卸荷后的深部高应力花岗岩，即实验组，进行4种截割间距模拟分析可知，由于钻孔导致应力集中，使得接近钻孔的1号截齿所受应力大于远离于钻孔的2号截齿。当截割间距为75mm时，1号截齿与2号截齿所受三向应力最合理，所以，75mm为多截齿截割深部高应力花岗岩最优的截割间距。

根据对照组模拟结果与实验组对比分析可知，钻孔诱导卸荷可以降低深部高应力花岗岩的应力，从而可以提高截齿截割效率，降低截齿磨损率和截割比能耗。根据实验组最优截割数据对对照组进行模拟分析，模拟结果与实验组对照发现，对照组截齿所受三向应力远大于实验组，说明钻孔诱导卸荷可以大大降低高应力岩体所受地应力，从而提高截齿截割率，降低截齿磨损率和比能耗。

通过对钻孔截割协同破岩系统结构及工作原理进行分析，证明钻孔截割协同破岩过程包含了大量的连续变量和离散驱动事件，是一个典型的混杂系统。基于混杂系统理论，运用混杂Petri建模方法对钻孔截割协同破岩系统进行建模，能够更好地描述和分析同时具有离散和连续特性的钻孔截割协同破岩过程。