煤巖截割理論課件

1、煤巖截割理論課件煤巖截割理論課件 第一章 煤巖截割理論 1-1概述 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。刀具與煤、巖體相互作用的有關(guān)能量轉(zhuǎn)換、破碎機(jī)理和受力分析等問(wèn)題。 采掘機(jī)械最主要的功能是破碎并剝落煤巖體，采掘機(jī)械消耗的功率，主要與截割及牽引機(jī)構(gòu)剝落煤巖體所遇到的阻力有關(guān)?？山柚诿簬r的機(jī)械性質(zhì)選擇對(duì)煤巖體作用力的形式、破巖工具的種類和形狀，計(jì)算截割機(jī)構(gòu)載荷，合理選擇機(jī)械結(jié)構(gòu)的形式和參數(shù)，保證機(jī)械設(shè)備的工作可靠性。 ?；囼?yàn)法:在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用試驗(yàn)臺(tái)按照相似理論的要求進(jìn)行試驗(yàn)和處理試驗(yàn)結(jié)果的方法。 第一章 煤巖截割理論 第一章 煤巖截割理論 1-1概述 采

2、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。刀具與煤、巖體相互作用的有關(guān)能量轉(zhuǎn)換、破碎機(jī)理和受力分析等問(wèn)題。 采掘機(jī)械最主要的功能是破碎并剝落煤巖體，采掘機(jī)械消耗的功率，主要與截割及牽引機(jī)構(gòu)剝落煤巖體所遇到的阻力有關(guān)。可借助于煤巖的機(jī)械性質(zhì)選擇對(duì)煤巖體作用力的形式、破巖工具的種類和形狀，計(jì)算截割機(jī)構(gòu)載荷，合理選擇機(jī)械結(jié)構(gòu)的形式和參數(shù)，保證機(jī)械設(shè)備的工作可靠性。 “純”化試驗(yàn)法:把煤、巖的力學(xué)特性單純化的試驗(yàn)方法。 第一章 煤巖截割理論 1-2 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)，賦存地下的煤巖體內(nèi)部還受地應(yīng)力的作用。 一、煤巖的物理性質(zhì) 密

3、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：1-2 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì) 煤巖是非均質(zhì)、非 1密度 單位體積煤巖在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量。 在1.31.45t/m3變化，計(jì)算時(shí)取1.35 t/m3。 2濕度 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。 含水率高的煤巖體，結(jié)構(gòu)被弱化，強(qiáng)度明顯降低。開采時(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。 1-2 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì) 1密度 2濕度1-2 煤巖的物理 3松散性 煤巖被破碎后其容積增大的性能。 破碎后與破碎前煤巖的容積之比松散比(或松

4、散系數(shù))。4穩(wěn)定性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) 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)煤巖體作用力的形式、破巖工具的種類和形狀。 煤巖的機(jī)械性質(zhì)主要包括彈性、塑性、脆性、強(qiáng)度、硬度、堅(jiān)固性、截割阻抗、磨礪性等。 1-2 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì) 3松散性4穩(wěn)定性 二、煤巖的機(jī)械性質(zhì)1 1. 強(qiáng)度 煤巖體在一定條件下受外力作用開始破壞時(shí)所具有的極限應(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)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，以減少刀具受力和

5、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)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。1-2 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì) 1. 強(qiáng)度 y： j ： l=1：(0. 2. 硬度 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。 硬度越大，截割、鉆鑿越困難。1-2 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì) 2. 硬度1-2 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì) 3彈性、塑性與脆性 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)。 彈性：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，

6、且由于彈性變形，破碎也比較困難。 塑性：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。 脆性：煤巖破碎時(shí)不帶殘余變形的性能。脆性高的煤巖，容易破碎，消耗的能量也較小。1-2 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì) 3彈性、塑性與脆性1-2 煤巖的物理機(jī) 4堅(jiān)固性 表示煤巖破碎難易程度的綜合指標(biāo)，是煤巖體抵抗拉壓、剪切、彎曲和熱力等作用的綜合表現(xiàn)。 堅(jiān)固性系數(shù)(普氏系數(shù))表示煤巖的堅(jiān)固性大小。搗碎法測(cè)量堅(jiān)固性系數(shù) 試樣10塊，手錘敲碎，取2030mm試樣5份，每份50g。 搗錘自由下落n次，過(guò)篩0.50.5mm。篩下物裝量筒，測(cè)出高度l。1-2 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì) 4堅(jiān)固性堅(jiān)固性系數(shù)(

7、普氏系數(shù))表示煤巖的堅(jiān)固性根據(jù)煤巖的極限抗壓強(qiáng)度(MPa)近似確定 f4為煤，f=48為中等堅(jiān)固巖石，f8為堅(jiān)固巖石。 煤分三級(jí)，軟煤f3。1-2 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì)根據(jù)煤巖的極限抗壓強(qiáng)度(MPa)近似確定 f49。-8.4韌性煤B2.1，脆性煤2.1B3.5。kWhcm/m31-2 煤巖的物理機(jī)械性質(zhì)式中 B煤巖的脆性1-3 煤巖截割理論1-3 煤巖截割理論1-3 煤巖截割理論一、切削破巖機(jī)理 流行的機(jī)理學(xué)說(shuō)主要有：楔裂說(shuō)、剪裂說(shuō)、密實(shí)核說(shuō)、斷裂力學(xué)說(shuō)、剪切變形說(shuō)等。 密實(shí)核：指截齒刀刃接觸煤體時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)達(dá)到極限值時(shí)，煤巖體會(huì)被局部粉碎成粉末，形成處于體積壓縮狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的核。 對(duì)應(yīng)的

8、力學(xué)特性是以壓應(yīng)力對(duì)實(shí)核起壓碎作用，以剪應(yīng)力產(chǎn)生裂縫，以拉應(yīng)力擴(kuò)大裂縫，直到煤塊飛出，具有脆性破碎的特性。 密實(shí)核說(shuō)是拉伸和剪切聯(lián)合作用的切削破煤(巖)機(jī)理學(xué)說(shuō)。1-3 煤巖截割理論一、切削破巖機(jī)理 流行的機(jī)1-3 煤巖截割理論二、沖擊破巖機(jī)理 沖擊破巖有砸碎、鑿巖、劈裂等多種方式，鑿巖是沖擊破巖最重要的應(yīng)用。鑿巖機(jī)的活塞以一定速度沖擊釬尾（或釬桿）時(shí)，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，并逐漸形成一定深度的鉆孔。1-3 煤巖截割理論二、沖擊破巖機(jī)理三、截齒的截割阻力和比能耗 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規(guī)律急劇衰減。1-3 煤巖

9、截割理論三、截齒的截割阻力和比能耗 試驗(yàn)研究表明，靠近切削刃處1-3 煤巖截割理論截割阻力平均值 Z=Ah kN 式中 A截割阻抗，kN/m；h截割深度，m。推進(jìn)阻力 Y=aZ 式中 a極脆煤0.5，脆性煤0.6，韌性煤0.7。X=(0.10.2)Z側(cè)向力G剝落煤量，kg；煤巖的實(shí)體密度，t/m3。HW=式中 L截割長(zhǎng)度，m；比能耗1-3 煤巖截割理論截割阻力平均值 Z=Ah 1-3 煤巖截割理論分析- 對(duì)切向扁形截齒同徑向扁形截齒和切向錐形截齒的對(duì)比試驗(yàn)表明，切向扁形截齒比其他兩種截齒的截割阻力小，塊煤率、煤塵、截齒消耗量、硬質(zhì)合金消耗量都有明顯改善。 截齒變鈍后，截割阻力、推進(jìn)阻力和側(cè)向力比銳齒增加很多。只能在試驗(yàn)基礎(chǔ)上估算，但對(duì)定性和定量分析具有一定的意義。 比能耗HW與截割深度h的關(guān)系近似雙曲線。當(dāng)h增大時(shí)，被截割的體積增