采掘機(jī)械第1篇2章煤巖破碎理論

1、第二章煤巖破碎理論第二章煤巖破碎理論1、煤和巖石都是非均質(zhì)的物質(zhì)，內(nèi)部還含有多種雜質(zhì)；2、被層理和裂縫（節(jié)理）等分割，具有明顯的脆性；3、上述原因表現(xiàn)為煤、巖的各項(xiàng)異性。煤巖的破碎過(guò)程具 有隨機(jī)性和較大的動(dòng)載；至今還沒(méi)有一種理論可以用來(lái) 研究和計(jì)算采掘機(jī)械的載荷；4、只能主要是實(shí)驗(yàn)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法研究煤、巖的破碎問(wèn)題；從四個(gè)方面扼要介紹煤巖破碎方面的一些情況1、不詳細(xì)研究煤、巖的物理力學(xué)特性，只求對(duì)其力學(xué)特性有、不詳細(xì)研究煤、巖的物理力學(xué)特性，只求對(duì)其力學(xué)特性有 所了解；所了解；2、煤、巖破碎理論和截割過(guò)程；、煤、巖破碎理論和截割過(guò)程；3、截割刀具與截槽基本參數(shù)；、截割刀具與截槽基本參數(shù)；4、

2、其他落煤方法；、其他落煤方法；第二章第二章 煤巖破碎理論煤巖破碎理論 采掘機(jī)械的工作對(duì)象是煤和巖石，工作機(jī)構(gòu)破碎煤巖采掘機(jī)械的工作對(duì)象是煤和巖石，工作機(jī)構(gòu)破碎煤巖礦體是采掘機(jī)械最主要的功能。礦體是采掘機(jī)械最主要的功能。 煤巖破碎理論煤巖破碎理論是研究機(jī)械破落煤巖過(guò)程中，刀具與煤、是研究機(jī)械破落煤巖過(guò)程中，刀具與煤、巖體相互作用的有關(guān)能量轉(zhuǎn)換、破碎機(jī)理和受力分析等巖體相互作用的有關(guān)能量轉(zhuǎn)換、破碎機(jī)理和受力分析等問(wèn)題的一門(mén)學(xué)科。研究煤巖破碎理論，對(duì)設(shè)計(jì)、制造和問(wèn)題的一門(mén)學(xué)科。研究煤巖破碎理論，對(duì)設(shè)計(jì)、制造和使用采掘機(jī)械起著理論指導(dǎo)作用。使用采掘機(jī)械起著理論指導(dǎo)作用。 第一節(jié)第一節(jié) 煤巖的物理機(jī)械性

3、質(zhì)煤巖的物理機(jī)械性質(zhì) 煤巖是非均質(zhì)、非連續(xù)和各向異性的脆性物質(zhì)，賦存煤巖是非均質(zhì)、非連續(xù)和各向異性的脆性物質(zhì)，賦存地下的煤巖體內(nèi)部還受地應(yīng)力的作用。地下的煤巖體內(nèi)部還受地應(yīng)力的作用。 nSPpniik1 一、煤巖的物理性質(zhì)一、煤巖的物理性質(zhì) 密度、孔隙度、含水量、松散性、穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、密度、孔隙度、含水量、松散性、穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、傳熱性等，與采掘機(jī)械的工作密切相關(guān)的性質(zhì)有：傳熱性等，與采掘機(jī)械的工作密切相關(guān)的性質(zhì)有：第一節(jié)第一節(jié) 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì)煤巖的物理機(jī)械性質(zhì) 1密度密度 單位體積煤巖在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量。單位體積煤巖在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量。 在在1.31.45t/m3變化，計(jì)算時(shí)取變化，計(jì)

4、算時(shí)取1.35 t/m3。 2濕度濕度 煤巖的濕度用其含水率表示。含水率指在煤巖的縫隙煤巖的濕度用其含水率表示。含水率指在煤巖的縫隙中存留的水的質(zhì)量與煤巖固體質(zhì)量之比。中存留的水的質(zhì)量與煤巖固體質(zhì)量之比。 含水率高的煤巖體，結(jié)構(gòu)被弱化，強(qiáng)度明顯降低。開(kāi)含水率高的煤巖體，結(jié)構(gòu)被弱化，強(qiáng)度明顯降低。開(kāi)采時(shí)功率消耗會(huì)明顯降低，粉塵也將減少。但巷道圍巖采時(shí)功率消耗會(huì)明顯降低，粉塵也將減少。但巷道圍巖易產(chǎn)生變形，巷道維護(hù)的難度增加。易產(chǎn)生變形，巷道維護(hù)的難度增加。 第一節(jié)第一節(jié) 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì)煤巖的物理機(jī)械性質(zhì) 3松散性松散性 煤巖被破碎后其容積增大的性能。煤巖被破碎后其容積增大的性能。 破碎后與破

5、碎前煤巖的容積之比破碎后與破碎前煤巖的容積之比松散比松散比(或松散或松散系數(shù)系數(shù))。4穩(wěn)定性穩(wěn)定性煤巖暴露出自由面以后，不致塌陷的性能。煤巖暴露出自由面以后，不致塌陷的性能。 二、煤巖的機(jī)械性質(zhì)二、煤巖的機(jī)械性質(zhì) 煤巖體受到機(jī)械施加的外力時(shí)所表現(xiàn)的性質(zhì)。煤巖體受到機(jī)械施加的外力時(shí)所表現(xiàn)的性質(zhì)。 在破碎煤巖時(shí)，借助于煤巖的機(jī)械性質(zhì)選擇對(duì)煤巖在破碎煤巖時(shí)，借助于煤巖的機(jī)械性質(zhì)選擇對(duì)煤巖體作用力的形式、破巖工具的種類(lèi)和形狀。體作用力的形式、破巖工具的種類(lèi)和形狀。 煤巖的機(jī)械性質(zhì)主要包括彈性、塑性、脆性、強(qiáng)度、煤巖的機(jī)械性質(zhì)主要包括彈性、塑性、脆性、強(qiáng)度、硬度、堅(jiān)固性、截割阻抗、磨礪性等。硬度、堅(jiān)固性

6、、截割阻抗、磨礪性等。 第一節(jié)第一節(jié) 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì)煤巖的物理機(jī)械性質(zhì) 1. 強(qiáng)度強(qiáng)度 煤巖體在一定條件下受外力作用開(kāi)始破壞時(shí)所具有的煤巖體在一定條件下受外力作用開(kāi)始破壞時(shí)所具有的極限應(yīng)力值。極限應(yīng)力值。 煤巖為非均質(zhì)材料，各向異性，抗壓、抗剪和抗拉強(qiáng)煤巖為非均質(zhì)材料，各向異性，抗壓、抗剪和抗拉強(qiáng)度關(guān)系度關(guān)系 y： j ： l=1：(0.10.4)：(0.030.1) 在設(shè)計(jì)采煤機(jī)械時(shí)，應(yīng)盡量利用拉伸或剪切破壞，在設(shè)計(jì)采煤機(jī)械時(shí)，應(yīng)盡量利用拉伸或剪切破壞，以減少刀具受力和能耗。以減少刀具受力和能耗。 層理和節(jié)理發(fā)育的煤巖體，其強(qiáng)度要低于層理和節(jié)層理和節(jié)理發(fā)育的煤巖體，其強(qiáng)度要低于層理和節(jié)理

7、不發(fā)育的煤巖體；沿垂直層理方向的強(qiáng)度要高于平行理不發(fā)育的煤巖體；沿垂直層理方向的強(qiáng)度要高于平行層理方向的強(qiáng)度。層理方向的強(qiáng)度。第一節(jié)第一節(jié) 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì)煤巖的物理機(jī)械性質(zhì) 2. 硬度硬度 煤巖抵抗尖銳工具侵入的性能。煤巖抵抗尖銳工具侵入的性能。 反映煤巖體在較小的局部面積上抵抗外力作用而不反映煤巖體在較小的局部面積上抵抗外力作用而不被破壞的能力，大小取決于煤巖體的結(jié)構(gòu)、組成顆粒的被破壞的能力，大小取決于煤巖體的結(jié)構(gòu)、組成顆粒的硬度、形狀和排列方式等。硬度、形狀和排列方式等。 硬度越大，截割、鉆鑿越困難。硬度越大，截割、鉆鑿越困難。 3接觸強(qiáng)度接觸強(qiáng)度 按實(shí)驗(yàn)測(cè)壓頭上的載荷值與壓頭下表面積

8、之比計(jì)算按實(shí)驗(yàn)測(cè)壓頭上的載荷值與壓頭下表面積之比計(jì)算 nSPpniik1 pk巖石接觸強(qiáng)度，巖石接觸強(qiáng)度，MPa；Pi巖石材料脆性破壞瞬間的壓頭載巖石材料脆性破壞瞬間的壓頭載荷，荷，N；n壓頭下壓次數(shù)；壓頭下壓次數(shù)；S壓頭下表面積，壓頭下表面積，mm2。 第一節(jié)第一節(jié) 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì)煤巖的物理機(jī)械性質(zhì) 接觸強(qiáng)度在掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)與使用中經(jīng)常遇到。接觸強(qiáng)度在掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)與使用中經(jīng)常遇到。 前蘇聯(lián)根據(jù)接觸強(qiáng)度值的大小，巖石分六類(lèi)：松軟，前蘇聯(lián)根據(jù)接觸強(qiáng)度值的大小，巖石分六類(lèi)：松軟，次中等堅(jiān)固，中等堅(jiān)固，堅(jiān)固，很堅(jiān)固和極堅(jiān)固。次中等堅(jiān)固，中等堅(jiān)固，堅(jiān)固，很堅(jiān)固和極堅(jiān)固。 4彈性、塑性與脆性彈性、塑性與脆

9、性 彈性、塑性與脆性反映煤巖受外力作用與其變形之彈性、塑性與脆性反映煤巖受外力作用與其變形之間關(guān)系的性質(zhì)。間關(guān)系的性質(zhì)。 彈性：彈性：所受外力撤消后煤巖恢復(fù)原來(lái)形狀的性能。所受外力撤消后煤巖恢復(fù)原來(lái)形狀的性能。破碎彈性較高的煤巖，消耗的能量較多，且由于彈性變破碎彈性較高的煤巖，消耗的能量較多，且由于彈性變形，破碎也比較困難。形，破碎也比較困難。 塑性：塑性：所受外力消失后煤巖不能恢復(fù)原來(lái)形狀的性所受外力消失后煤巖不能恢復(fù)原來(lái)形狀的性能。破碎塑性高的煤巖，消耗的能量較多。能。破碎塑性高的煤巖，消耗的能量較多。 脆性：脆性：煤巖破碎時(shí)不帶殘余變形的性能。脆性高的煤巖破碎時(shí)不帶殘余變形的性能。脆性高

10、的煤巖，容易破碎，消耗的能量也較小。煤巖，容易破碎，消耗的能量也較小。第一節(jié)第一節(jié) 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì)煤巖的物理機(jī)械性質(zhì) 5堅(jiān)固性堅(jiān)固性 表示煤巖破碎難易程度的綜合指標(biāo)，是煤巖體抵抗拉表示煤巖破碎難易程度的綜合指標(biāo)，是煤巖體抵抗拉壓、剪切、彎曲和熱力等作用的綜合表現(xiàn)。壓、剪切、彎曲和熱力等作用的綜合表現(xiàn)。 堅(jiān)固性系數(shù)堅(jiān)固性系數(shù)(普氏系數(shù)普氏系數(shù))表示煤巖的堅(jiān)固性大小。表示煤巖的堅(jiān)固性大小。搗碎法測(cè)量堅(jiān)固性系數(shù)搗碎法測(cè)量堅(jiān)固性系數(shù) 根據(jù)煤巖的極限抗壓強(qiáng)度根據(jù)煤巖的極限抗壓強(qiáng)度(MPa)近似確定近似確定 330yyf f4為煤，為煤，f=48為中等堅(jiān)固巖石，為中等堅(jiān)固巖石，f8為堅(jiān)固巖石。為堅(jiān)固巖

11、石。 煤分三級(jí)，軟煤煤分三級(jí)，軟煤f3。第一節(jié)第一節(jié) 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì)煤巖的物理機(jī)械性質(zhì)6截割阻抗截割阻抗 截割阻抗比普氏系數(shù)更能確切地反映煤的可截割性能，截割阻抗比普氏系數(shù)更能確切地反映煤的可截割性能，作為采掘機(jī)械設(shè)計(jì)和選型的主要技術(shù)參數(shù)。作為采掘機(jī)械設(shè)計(jì)和選型的主要技術(shù)參數(shù)。 截割阻抗：截割阻抗：?jiǎn)挝唤馗钌疃茸饔糜诘毒呱系慕馗钭枇?，單位截割深度作用于刀具上的截割阻力，A(kN/m)表示。表示。 nSPpniik11，9-立柱；立柱；2-刀桿；刀桿；3-卡緊器；卡緊器；4-刀具；刀具；5-測(cè)力傳感器；測(cè)力傳感器；6-記錄儀；記錄儀；7-電動(dòng)機(jī)；電動(dòng)機(jī)；8-絞車(chē)絞車(chē) nSPpniik1第一節(jié)

12、第一節(jié) 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì)煤巖的物理機(jī)械性質(zhì) 為得到工作面的為得到工作面的A值，在工作面接近頂板、底板、截值，在工作面接近頂板、底板、截高中間處，以及沿煤層傾斜方向不同部位進(jìn)行多次測(cè)量，高中間處，以及沿煤層傾斜方向不同部位進(jìn)行多次測(cè)量，取其平均值作為該工作面的取其平均值作為該工作面的A值。值。 煤層按截割阻抗分：煤層按截割阻抗分： A180kN/m的煤為軟煤，適合用各種刨煤機(jī)特別是的煤為軟煤，適合用各種刨煤機(jī)特別是脆性煤層適于刨煤機(jī)；脆性煤層適于刨煤機(jī)； A=180240kN/m的煤為中硬煤，其中韌性煤適合用的煤為中硬煤，其中韌性煤適合用采煤機(jī)，脆性煤適于滑行刨煤機(jī)；采煤機(jī)，脆性煤適于滑行刨煤

13、機(jī)； A=240360kN/m的煤為硬煤，韌性煤須用大功率采的煤為硬煤，韌性煤須用大功率采煤機(jī)，脆性煤可用滑行刨煤機(jī)。煤機(jī)，脆性煤可用滑行刨煤機(jī)。截割阻抗與堅(jiān)固性系數(shù)關(guān)系：截割阻抗與堅(jiān)固性系數(shù)關(guān)系：A=150 統(tǒng)計(jì)資料，也存在統(tǒng)計(jì)資料，也存在A=100第一節(jié)第一節(jié) 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì)煤巖的物理機(jī)械性質(zhì) 7磨礪性磨礪性 刀具在截割過(guò)程中接觸煤巖而被磨損，引起截割阻刀具在截割過(guò)程中接觸煤巖而被磨損，引起截割阻力和生產(chǎn)費(fèi)用增加，使采掘機(jī)械工作性能和開(kāi)機(jī)率降低。力和生產(chǎn)費(fèi)用增加，使采掘機(jī)械工作性能和開(kāi)機(jī)率降低。 煤巖對(duì)金屬、硬質(zhì)合金或其他固體磨蝕的能力煤巖對(duì)金屬、硬質(zhì)合金或其他固體磨蝕的能力磨礪性磨礪

14、性(研磨性研磨性)。 煤巖的磨勵(lì)性與其石英含量、石英核直徑和抗拉強(qiáng)煤巖的磨勵(lì)性與其石英含量、石英核直徑和抗拉強(qiáng)度有關(guān)。度有關(guān)。表征煤巖磨礪性參數(shù)表征煤巖磨礪性參數(shù) 磨礪系數(shù)磨礪系數(shù) 磨礪性指標(biāo)磨礪性指標(biāo) 第一節(jié)第一節(jié) 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì)煤巖的物理機(jī)械性質(zhì)8破碎特性指數(shù)破碎特性指數(shù)在碎煤總量中塊度分布服從統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律在碎煤總量中塊度分布服從統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律 )exp(1mdW W直徑不超過(guò)直徑不超過(guò)d(mm)的碎煤占試樣總量的百分比；的碎煤占試樣總量的百分比；由截割方法和參數(shù)決定的破碎程度參數(shù)；由截割方法和參數(shù)決定的破碎程度參數(shù)；m破碎特性指數(shù)，對(duì)于具體煤層為常數(shù)，一般為破碎特性指數(shù)，對(duì)于具體煤層為

15、常數(shù)，一般為0.41.3，與截割工況無(wú)關(guān)。與截割工況無(wú)關(guān)。 破碎特性指數(shù)是確定脆性程度指數(shù)的基礎(chǔ)，也用于煤破碎特性指數(shù)是確定脆性程度指數(shù)的基礎(chǔ)，也用于煤層煤塵生成能力的分級(jí)。層煤塵生成能力的分級(jí)。第一節(jié)第一節(jié) 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì)煤巖的物理機(jī)械性質(zhì)10截割可碎性指標(biāo)截割可碎性指標(biāo)用于評(píng)價(jià)截割時(shí)煤層的可破碎性。用于評(píng)價(jià)截割時(shí)煤層的可破碎性。 138. 0BAR kWhcm/m3 指標(biāo)與截割的工況和參數(shù)無(wú)關(guān)，僅取決于煤層的截指標(biāo)與截割的工況和參數(shù)無(wú)關(guān)，僅取決于煤層的截割阻抗和脆性，綜合反映煤層在穩(wěn)定的工況參數(shù)下破割阻抗和脆性，綜合反映煤層在穩(wěn)定的工況參數(shù)下破碎的可能性。碎的可能性。 按照截割可碎性指

16、標(biāo)，原蘇聯(lián)將煤層分七類(lèi)，極軟按照截割可碎性指標(biāo)，原蘇聯(lián)將煤層分七類(lèi)，極軟04，軟，軟4.19，中硬，中硬9.116，超中硬，超中硬16.125，硬，硬25.136，極硬，極硬36.149，特硬，特硬49。 9脆性程度指數(shù)脆性程度指數(shù)第二節(jié)第二節(jié) 煤巖破碎理論煤巖破碎理論 鉆孔爆破：鉆孔爆破： 機(jī)械破碎：滾筒采煤機(jī)、刨煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)等用刀具采機(jī)械破碎：滾筒采煤機(jī)、刨煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)等用刀具采用切削方法截割破碎煤巖。用切削方法截割破碎煤巖。 切削破巖；沖擊破巖切削破巖；沖擊破巖。一、切削破巖機(jī)理一、切削破巖機(jī)理 楔裂說(shuō)、剪裂說(shuō)、密實(shí)核說(shuō)、斷裂力學(xué)說(shuō)和剪切變形楔裂說(shuō)、剪裂說(shuō)、密實(shí)核說(shuō)、斷裂力學(xué)說(shuō)和剪切變形

17、說(shuō)等。說(shuō)等。 1楔裂說(shuō)楔裂說(shuō)英國(guó)學(xué)者埃文斯提出。英國(guó)學(xué)者埃文斯提出。 澳大利亞學(xué)者洛克包洛夫通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，楔裂說(shuō)適用于澳大利亞學(xué)者洛克包洛夫通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，楔裂說(shuō)適用于切削砂巖、石灰?guī)r和硬石膏的過(guò)程。切削砂巖、石灰?guī)r和硬石膏的過(guò)程。 第二節(jié)第二節(jié) 煤巖破碎理論煤巖破碎理論 2剪裂說(shuō)剪裂說(shuō) 日本學(xué)者西松裕一建立的切削破巖模型，認(rèn)為巖石的切日本學(xué)者西松裕一建立的切削破巖模型，認(rèn)為巖石的切削破落遵守庫(kù)侖削破落遵守庫(kù)侖莫爾準(zhǔn)則。莫爾準(zhǔn)則。3密實(shí)核說(shuō)密實(shí)核說(shuō) 拉伸和剪切聯(lián)合作用的切拉伸和剪切聯(lián)合作用的切削破煤削破煤(巖巖)機(jī)理學(xué)說(shuō)，以俄羅機(jī)理學(xué)說(shuō)，以俄羅斯別隆為代表。斯別隆為代表。 第二節(jié)第二節(jié) 煤巖破碎

18、理論煤巖破碎理論二、沖擊破巖機(jī)理二、沖擊破巖機(jī)理 鑿巖機(jī)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生沖擊力，使釬頭侵入巖體，鑿巖機(jī)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生沖擊力，使釬頭侵入巖體，形成破碎坑，又由于釬頭的轉(zhuǎn)動(dòng)，使破碎坑擴(kuò)展成孔眼，形成破碎坑，又由于釬頭的轉(zhuǎn)動(dòng)，使破碎坑擴(kuò)展成孔眼，并逐漸形成一定深度的鉆孔。并逐漸形成一定深度的鉆孔。 第二節(jié)第二節(jié) 煤巖破碎理論煤巖破碎理論 巖體脆性破碎形成破碎坑巖體脆性破碎形成破碎坑步驟：步驟： 壓碎釬頭前巖石上的小突起，形成壓痕；壓碎釬頭前巖石上的小突起，形成壓痕； 巖體產(chǎn)生彈性變形并產(chǎn)生徑向主裂紋；巖體產(chǎn)生彈性變形并產(chǎn)生徑向主裂紋； 釬頭前的巖石被壓碎，形成粉碎體；釬頭前的巖石被壓碎，形成粉碎體

19、； 粉碎體擠壓周?chē)鷰r體，使裂紋沿著剪切應(yīng)力或拉伸粉碎體擠壓周?chē)鷰r體，使裂紋沿著剪切應(yīng)力或拉伸應(yīng)力的跡線(xiàn)延伸擴(kuò)展到巖體自由面，崩落大的碎片；應(yīng)力的跡線(xiàn)延伸擴(kuò)展到巖體自由面，崩落大的碎片； 重復(fù)循環(huán)上述過(guò)程，最終形成破碎坑。重復(fù)循環(huán)上述過(guò)程，最終形成破碎坑。 第二節(jié)第二節(jié) 煤巖破碎理論煤巖破碎理論 載荷與釬頭侵入巖體深度關(guān)系曲線(xiàn)：載荷與釬頭侵入巖體深度關(guān)系曲線(xiàn)： 釬頭鑿巖的過(guò)程一般是釬頭鑿巖的過(guò)程一般是脆性破碎脆性破碎。AB段形成粉碎體。段形成粉碎體。在在B點(diǎn)出現(xiàn)脆性崩裂，在點(diǎn)出現(xiàn)脆性崩裂，在BC段因崩出碎塊而粉碎體縮小，段因崩出碎塊而粉碎體縮小，載荷隨著降低。載荷隨著降低。CD段和段和EF段重復(fù)

20、段重復(fù)AB段的情況，在段的情況，在DE段段和和FG段重復(fù)段重復(fù)BC段的情況，直至在段的情況，直至在FG段形成破碎坑。段形成破碎坑。 某些條件下，鑿巖過(guò)程中巖石呈某些條件下，鑿巖過(guò)程中巖石呈塑性破碎塑性破碎。在。在AB段形段形成粉碎體，在成粉碎體，在BC段粉碎體破裂，在段粉碎體破裂，在CD段卸載形成破碎坑。段卸載形成破碎坑。整個(gè)過(guò)程比較平緩。整個(gè)過(guò)程比較平緩。第三節(jié)第三節(jié) 截割刀具截割刀具第三節(jié)第三節(jié) 截割刀具截割刀具刀具截割破碎煤巖。刀具截割破碎煤巖。 采掘機(jī)械應(yīng)用于截割煤巖的刀具采掘機(jī)械應(yīng)用于截割煤巖的刀具截齒。截齒。 截齒的結(jié)構(gòu)型式和幾何參數(shù)要適應(yīng)煤巖機(jī)械性質(zhì)和截截齒的結(jié)構(gòu)型式和幾何參數(shù)要

21、適應(yīng)煤巖機(jī)械性質(zhì)和截割機(jī)構(gòu)的形式。割機(jī)構(gòu)的形式。 截齒應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，且固定簡(jiǎn)單可靠，截齒應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，且固定簡(jiǎn)單可靠，以減少更換截齒的時(shí)間。截齒是易損件，應(yīng)便于批量生以減少更換截齒的時(shí)間。截齒是易損件，應(yīng)便于批量生產(chǎn)，便于修磨復(fù)用，以減少生產(chǎn)費(fèi)用。截齒參予截割的產(chǎn)，便于修磨復(fù)用，以減少生產(chǎn)費(fèi)用。截齒參予截割的部分幾何形狀要兼顧強(qiáng)度、耐磨性和比能耗的要求。部分幾何形狀要兼顧強(qiáng)度、耐磨性和比能耗的要求。截齒組成：截齒組成：齒體和硬質(zhì)合金頭。齒體和硬質(zhì)合金頭。 齒頭和齒柄。齒頭和齒柄。nSPpniik1nSPpniik1第三節(jié)第三節(jié) 截割刀具截割刀具nSPpniik1nSPp

22、niik1 齒體：齒體：截齒不包含硬質(zhì)合金頭的母體部分。截齒不包含硬質(zhì)合金頭的母體部分。 齒頭：齒頭：截齒頭部伸出齒座的部分，頂部焊接截齒頭部伸出齒座的部分，頂部焊接(或鑲嵌或鑲嵌)硬質(zhì)合金頭。硬質(zhì)合金頭。 齒柄：齒柄：截齒可裝入齒座的部分，形狀有長(zhǎng)方體、圓柱截齒可裝入齒座的部分，形狀有長(zhǎng)方體、圓柱體。體。按截齒齒頭幾何形狀分按截齒齒頭幾何形狀分扁形截齒扁形截齒和和錐形截齒錐形截齒。第三章第三章 截割滾筒截割滾筒 nSPpniik1 截齒是用來(lái)截割煤體的刀具，其幾何形狀和質(zhì)量直接影截齒是用來(lái)截割煤體的刀具，其幾何形狀和質(zhì)量直接影響采煤機(jī)的工況、能耗、生產(chǎn)率和噸煤成本。響采煤機(jī)的工況、能耗、生產(chǎn)

23、率和噸煤成本。 經(jīng)驗(yàn)證明，改進(jìn)截齒結(jié)構(gòu)，適當(dāng)加大截齒長(zhǎng)度，增大切經(jīng)驗(yàn)證明，改進(jìn)截齒結(jié)構(gòu)，適當(dāng)加大截齒長(zhǎng)度，增大切削深度，可以提高煤的塊度，降低煤塵。削深度，可以提高煤的塊度，降低煤塵。按截齒安裝方式分徑向截齒和切向截齒。按截齒安裝方式分徑向截齒和切向截齒。 第二節(jié)第二節(jié) 煤巖破碎理論煤巖破碎理論 徑向截齒齒體軸線(xiàn)基本通過(guò)掘進(jìn)機(jī)截割頭橫截面的中徑向截齒齒體軸線(xiàn)基本通過(guò)掘進(jìn)機(jī)截割頭橫截面的中心或沿采煤機(jī)滾筒徑向安裝；心或沿采煤機(jī)滾筒徑向安裝； 切向截齒以齒體軸線(xiàn)與采煤機(jī)滾筒或掘進(jìn)機(jī)截割頭橫切向截齒以齒體軸線(xiàn)與采煤機(jī)滾筒或掘進(jìn)機(jī)截割頭橫截面的圓周切線(xiàn)成銳角安裝。截面的圓周切線(xiàn)成銳角安裝。 第三節(jié)第三

24、節(jié) 截割刀具截割刀具 截齒齒柄固定在齒座中。截齒齒柄固定在齒座中。 常用常用3035CrMnSi、3035SiMnV或或40Cr優(yōu)質(zhì)合金鋼優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，并經(jīng)調(diào)質(zhì)。制造，并經(jīng)調(diào)質(zhì)。 齒頭接觸煤巖體，為提高耐磨性，鑲嵌硬質(zhì)合金片或核。齒頭接觸煤巖體，為提高耐磨性，鑲嵌硬質(zhì)合金片或核。 適用于截割中硬和硬煤巖的截齒，硬質(zhì)合金片或核用適用于截割中硬和硬煤巖的截齒，硬質(zhì)合金片或核用YG8或或YG8C制作；適用于截割含堅(jiān)硬夾雜物的煤層的截制作；適用于截割含堅(jiān)硬夾雜物的煤層的截齒，宜用齒，宜用YG11C或或YG13C (鎢，鈷，鈷含量，粗粒度鎢，鈷，鈷含量，粗粒度) 。nSPpniik1第三節(jié)第三節(jié) 截割

25、刀具截割刀具徑向截齒幾何參數(shù)徑向截齒幾何參數(shù) 徑向截齒齒頭由前面徑向截齒齒頭由前面K、后面、后面L、兩個(gè)側(cè)面、兩個(gè)側(cè)面M和截割刃和截割刃N等構(gòu)成。截齒以截割速度等構(gòu)成。截齒以截割速度v和牽引速度和牽引速度vq截割出平面截割出平面BB。 第三節(jié)第三節(jié) 截割刀具截割刀具 截割阻力截割阻力Z隨截角隨截角增大的趨勢(shì)，在增大的趨勢(shì)，在90o時(shí)越顯得急時(shí)越顯得急烈烈齒頭向下的擠壓作用增強(qiáng)，破碎的煤巖塊難以排齒頭向下的擠壓作用增強(qiáng)，破碎的煤巖塊難以排出。出。 截角大，刀頭強(qiáng)度高截角大，刀頭強(qiáng)度高采煤機(jī)截齒采煤機(jī)截齒=70o75o，開(kāi)，開(kāi)采含堅(jiān)硬夾石層的煤層的截齒采含堅(jiān)硬夾石層的煤層的截齒90o，截割硬巖的截

26、齒，截割硬巖的截齒90o。 第三節(jié)第三節(jié) 截割刀具截割刀具 后角后角對(duì)截割阻力對(duì)截割阻力Z和牽引阻力和牽引阻力Y的影響，僅在小于的影響，僅在小于10o時(shí)顯著表現(xiàn)出來(lái)。時(shí)顯著表現(xiàn)出來(lái)。 后角小，截齒后面與煤巖體的接觸面積大，后面上的后角小，截齒后面與煤巖體的接觸面積大，后面上的摩擦力大，截割和牽引阻力同步增大摩擦力大，截割和牽引阻力同步增大后角后角和側(cè)后和側(cè)后角角小于小于10o不合理。不合理。 為提高刀頭強(qiáng)度，可適當(dāng)小一些。為提高刀頭強(qiáng)度，可適當(dāng)小一些。 第三節(jié)第三節(jié) 截割刀具截割刀具 截刃寬度截刃寬度b對(duì)截割阻力和截割比能耗的影響規(guī)律：對(duì)截割阻力和截割比能耗的影響規(guī)律： 不論截割深度大小，隨截

27、刃寬度增大，截割阻力不斷不論截割深度大小，隨截刃寬度增大，截割阻力不斷增大，截割比能耗先下降到最低值，再升至穩(wěn)定值。增大，截割比能耗先下降到最低值，再升至穩(wěn)定值。 大塊剝落時(shí)截割深度可能達(dá)大塊剝落時(shí)截割深度可能達(dá)100mm，與截割比能耗最，與截割比能耗最低值對(duì)應(yīng)的截刃寬度約為低值對(duì)應(yīng)的截刃寬度約為2030mm。 第三節(jié)第三節(jié) 截割刀具截割刀具 截齒徑向外伸長(zhǎng)度限制了可能達(dá)到的最大截割深度。截齒徑向外伸長(zhǎng)度限制了可能達(dá)到的最大截割深度。 截齒徑向外伸長(zhǎng)度：截齒徑向外伸長(zhǎng)度：對(duì)徑向截齒來(lái)說(shuō)是從截刃到齒座頂對(duì)徑向截齒來(lái)說(shuō)是從截刃到齒座頂面的距離；對(duì)于切向截齒，必須考慮相對(duì)于滾筒徑向的安面的距離；對(duì)于

28、切向截齒，必須考慮相對(duì)于滾筒徑向的安裝角度。裝角度。齒柄矩形截面的寬高比約為齒柄矩形截面的寬高比約為0.50.7，以保證抗縱向彎，以保證抗縱向彎曲的截面模量足夠大。截割巖石的截齒，除采用較大截角曲的截面模量足夠大。截割巖石的截齒，除采用較大截角和整個(gè)前面覆蓋硬質(zhì)合金片外，齒柄常為圓形截面。和整個(gè)前面覆蓋硬質(zhì)合金片外，齒柄常為圓形截面。nSPpniik1nSPpniik1第三節(jié)第三節(jié) 截割刀具截割刀具 扁形截齒扁形截齒齒柄在齒座內(nèi)不能回轉(zhuǎn)。錐形截齒在截割過(guò)齒柄在齒座內(nèi)不能回轉(zhuǎn)。錐形截齒在截割過(guò)程中可在齒座內(nèi)回轉(zhuǎn)，自動(dòng)磨銳齒尖。程中可在齒座內(nèi)回轉(zhuǎn)，自動(dòng)磨銳齒尖。 刀身軸線(xiàn)位于齒頭阻力刀身軸線(xiàn)位于齒

29、頭阻力R作用方向的變化范圍作用方向的變化范圍minmax齒柄彎矩比徑向截齒小，不易折斷。齒柄彎矩比徑向截齒小，不易折斷。 切向截齒切向截齒工作時(shí)的截角較小，有利于降低比能耗，且工作時(shí)的截角較小，有利于降低比能耗，且形狀簡(jiǎn)單，便于制作。但齒柄和齒座的長(zhǎng)度限制截齒安形狀簡(jiǎn)單，便于制作。但齒柄和齒座的長(zhǎng)度限制截齒安裝得較稀，且只能裝在滾筒軸線(xiàn)的垂直平面內(nèi)，而不宜裝得較稀，且只能裝在滾筒軸線(xiàn)的垂直平面內(nèi)，而不宜裝在滾筒端盤(pán)上。裝在滾筒端盤(pán)上。第三節(jié)第三節(jié) 截割刀具截割刀具滾壓盤(pán)刀滾壓盤(pán)刀 全斷面掘進(jìn)機(jī)全斷面掘進(jìn)機(jī)對(duì)稱(chēng)型滾壓盤(pán)刀對(duì)稱(chēng)型滾壓盤(pán)刀 采煤機(jī)采煤機(jī)非對(duì)稱(chēng)型滾壓盤(pán)刀非對(duì)稱(chēng)型滾壓盤(pán)刀 第三節(jié)第三節(jié)

30、截割刀具截割刀具 非對(duì)稱(chēng)型滾壓盤(pán)刀裝在滾筒螺旋葉片外緣。非對(duì)稱(chēng)型滾壓盤(pán)刀裝在滾筒螺旋葉片外緣。 軸線(xiàn)垂直滾筒半徑而平行滾筒軸線(xiàn)時(shí)，主要靠碾壓和軸線(xiàn)垂直滾筒半徑而平行滾筒軸線(xiàn)時(shí)，主要靠碾壓和楔劈作用碎落煤，目前較多采用。楔劈作用碎落煤，目前較多采用。 軸線(xiàn)接近平行滾筒半徑而垂直滾筒軸線(xiàn)時(shí)，主要作用軸線(xiàn)接近平行滾筒半徑而垂直滾筒軸線(xiàn)時(shí)，主要作用是截割，適用于較軟的煤層。是截割，適用于較軟的煤層。 處于兩者中間狀況時(shí)，兼有截割、碾壓和楔劈作用。處于兩者中間狀況時(shí)，兼有截割、碾壓和楔劈作用。第四節(jié)第四節(jié) 截齒的截割阻力截齒的截割阻力 ) /arctg(vvq截齒三向阻力變化曲線(xiàn)截齒三向阻力變化曲線(xiàn) 第

31、四節(jié)第四節(jié) 截齒的截割阻力截齒的截割阻力 試驗(yàn)研究表明，靠近切削刃處的作用力最大，遠(yuǎn)離切削試驗(yàn)研究表明，靠近切削刃處的作用力最大，遠(yuǎn)離切削刃處將按雙曲線(xiàn)規(guī)律急劇衰減刃處將按雙曲線(xiàn)規(guī)律急劇衰減在實(shí)際計(jì)算中用集中力在實(shí)際計(jì)算中用集中力代替測(cè)出的分布力，然后沿坐標(biāo)軸進(jìn)行分解。代替測(cè)出的分布力，然后沿坐標(biāo)軸進(jìn)行分解。 第四節(jié)第四節(jié) 截齒的截割阻力截齒的截割阻力 N-作用在前刃面上的摩擦力；作用在前刃面上的摩擦力；R-N和和N的合力；的合力；Y1-作用在后刃作用在后刃面上的法向力面上的法向力(近似沿近似沿Y軸的分力軸的分力)；Y1-作用在后刃面上的摩擦力；作用在后刃面上的摩擦力；N1和和N 2-作用在兩側(cè)面上的法向力；作用在兩側(cè)面上的法向力；X1，X2和和Y1，Y2- N1和和N 2沿沿X軸和軸和Y軸的分力；軸的分力；(N1+ N 2)- 兩側(cè)面的摩擦力；兩側(cè)面的摩擦力；-截齒的前角；截齒的前角；-截齒前刃面與煤的