采掘机械第1篇2章.ppt
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1、第二章煤岩破碎理论,1、煤和岩石都是非均质的物质,内部还含有多种杂质; 2、被层理和裂缝(节理)等分割,具有明显的脆性; 3、上述原因表现为煤、岩的各项异性。煤岩的破碎过程具 有随机性和较大的动载;至今还没有一种理论可以用来 研究和计算采掘机械的载荷; 4、只能主要是实验和数理统计的方法研究煤、岩的破碎问题;,从四个方面扼要介绍煤岩破碎方面的一些情况,1、了解煤、岩力学特性; 2、煤、岩破碎理论和截割过程; 3、截割刀具与截割阻力; 4、截槽形状与截割参数。,第二章 煤岩破碎理论,采掘机械的工作对象是煤和岩石,工作机构破碎煤岩矿体是采掘机械最主要的功能。 煤岩破碎理论是研究机械破落煤岩过程中,
2、刀具与煤、岩体相互作用的有关能量转换、破碎机理和受力分析等问题的一门学科。研究煤岩破碎理论,对设计、制造和使用采掘机械起着理论指导作用。,一、煤岩的物理性质 密度、孔隙度、含水量、松散性、稳定性、导电性、传热性等,与采掘机械的工作密切相关的性质有:,第一节 煤岩的物理机械性质,1密度 单位体积煤岩在干燥状态下的质量。 在1.31.45t/m3变化,计算时取1.35 t/m3。,2湿度 煤岩的湿度用其含水率表示。含水率指在煤岩的缝隙中存留的水的质量与煤岩固体质量之比。 含水率高的煤岩体,结构被弱化,强度明显降低。开采时功率消耗会明显降低,粉尘也将减少。但巷道围岩易产生变形,巷道维护的难度增加。,
3、第一节 煤岩的物理机械性质,3松散性 煤岩被破碎后其容积增大的性能。 破碎后与破碎前煤岩的容积之比松散比(或松散系数)。,4稳定性 煤岩暴露出自由面以后,不致塌陷的性能。,二、煤岩的机械性质 煤岩体受到机械施加的外力时所表现的性质。 在破碎煤岩时,借助于煤岩的机械性质选择对煤岩体作用力的形式、破岩工具的种类和形状。 煤岩的机械性质主要包括弹性、塑性、脆性、强度、硬度、坚固性、截割阻抗、磨砺性等。,第一节 煤岩的物理机械性质,1. 强度 煤岩体在一定条件下受外力作用开始破坏时所具有的极限应力值。, y: j : l=1:(0.10.4):(0.030.1),在设计采煤机械时,应尽量利用拉伸或剪切
4、破坏,以减少刀具受力和能耗。 层理和节理发育的煤岩体,其强度要低于层理和节理不发育的煤岩体;沿垂直层理方向的强度要高于平行层理方向的强度。,煤岩为非均质材料,各向异性,抗压、抗剪和抗拉强度关系:,第一节 煤岩的物理机械性质,2. 硬度 煤岩抵抗尖锐工具侵入的性能。 反映煤岩体在较小的局部面积上抵抗外力作用而不被破坏的能力,大小取决于煤岩体的结构、组成颗粒的硬度、形状和排列方式等。 硬度越大,截割、钻凿越困难。,第一节 煤岩的物理机械性质,接触强度在掘进机设计与使用中经常遇到。 前苏联根据接触强度值的大小,岩石分六类:松软,次中等坚固,中等坚固,坚固,很坚固和极坚固。,4弹性、塑性与脆性 弹性、
5、塑性与脆性反映煤岩受外力作用与其变形之间关系的性质。 弹性:所受外力撤消后煤岩恢复原来形状的性能。破碎弹性较高的煤岩,消耗的能量较多,且由于弹性变形,破碎也比较困难。 塑性:所受外力消失后煤岩不能恢复原来形状的性能。破碎塑性高的煤岩,消耗的能量较多。 脆性:煤岩破碎时不带残余变形的性能。脆性高的煤岩,容易破碎,消耗的能量也较小。,第一节 煤岩的物理机械性质,5坚固性 表示煤岩破碎难易程度的综合指标,是煤岩体抵抗拉压、剪切、弯曲和热力等作用的综合表现。,坚固性系数(普氏系数)表示煤岩的坚固性大小。 捣碎法测量坚固性系数,根据煤岩的极限抗压强度(MPa)近似确定,f3。,第一节 煤岩的物理机械性质
6、,6截割阻抗,截割阻抗比普氏系数更能确切地反映煤的可截割性能,作为采掘机械设计和选型的主要技术参数。,截割阻抗:单位截割深度作用于刀具上的截割阻力,A(kN/m)表示。,第一节 煤岩的物理机械性质,为得到工作面的A值,在工作面接近顶板、底板、截高中间处,以及沿煤层倾斜方向不同部位进行多次测量,取其平均值作为该工作面的A值。,煤层按截割阻抗分: A180kN/m的煤为软煤,适合用各种刨煤机特别是脆性煤层适于刨煤机; A=180240kN/m的煤为中硬煤,其中韧性煤适合用采煤机,脆性煤适于滑行刨煤机; A=240360kN/m的煤为硬煤,韧性煤须用大功率采煤机,脆性煤可用滑行刨煤机。,截割阻抗与坚
7、固性系数关系:A=150f 统计资料,也存在A=100f,第一节 煤岩的物理机械性质,7磨砺性 刀具在截割过程中接触煤岩而被磨损,引起截割阻力和生产费用增加,使采掘机械工作性能和开机率降低。 煤岩对金属、硬质合金或其他固体磨蚀的能力磨砺性(研磨性)。 煤岩的磨励性与其石英含量、石英核直径和抗拉强度有关。,表征煤岩磨砺性参数:,磨蚀系数,磨砺性指标,第一节 煤岩的物理机械性质,8破碎特性指数,在碎煤总量中块度分布服从统计分布规律,W直径不超过d(mm)的碎煤占试样总量的百分比; 由截割方法和参数决定的破碎程度参数; m破碎特性指数,对于具体煤层为常数,一般为0.41.3,与截割工况无关。,破碎特
8、性指数是确定脆性程度指数的基础,也用于煤层煤尘生成能力的分级。,第一节 煤岩的物理机械性质,10截割可碎性指标,用于评价截割时煤层的可破碎性。,kWhcm/m3,指标与截割的工况和参数无关,仅取决于煤层的截割阻抗和脆性,综合反映煤层在稳定的工况参数下破碎的可能性。 按照截割可碎性指标,原苏联将煤层分七类,极软04,软4.19,中硬9.116,超中硬16.125,硬25.136,极硬36.149,特硬49。,9脆性程度指数:,第二节 煤岩破碎理论,钻孔爆破: 机械破碎:滚筒采煤机、刨煤机、掘进机等都是用刀具采用切削方法截割破碎煤岩。 切削破岩;冲击破岩。,第二节 煤岩破碎理论,2剪裂说 日本学者
9、西松裕一建立的切削破岩模型,认为岩石的切削破落遵守库仑莫尔准则。,第二节 煤岩破碎理论,二、冲击破岩机理,凿岩机活塞往复运动产生冲击力,使钎头侵入岩体,形成破碎坑,又由于钎头的转动,使破碎坑扩展成孔眼,并逐渐形成一定深度的钻孔。,第二节 煤岩破碎理论,岩体脆性破碎形成破碎坑步骤: 压碎钎头前岩石上的小突起,形成压痕; 岩体产生弹性变形并产生径向主裂纹; 钎头前的岩石被压碎,形成粉碎体; 粉碎体挤压周围岩体,使裂纹沿着剪切应力或拉伸应力的迹线延伸扩展到岩体自由面,崩落大的碎片; 重复循环上述过程,最终形成破碎坑。,第二节 煤岩破碎理论,载荷与钎头侵入岩体深度关系曲线: 钎头凿岩的过程一般是脆性破
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