截齒破巖過程的力學(xué)行為試驗(yàn)研究.pdf

1、截齒破巖過程是截齒-煤巖體相互作用的復(fù)雜過程。截齒破巖與破巖參數(shù)、截割模式、煤巖物理力學(xué)性質(zhì)等密切相關(guān)。截齒破巖機(jī)理是采掘裝備截割機(jī)具設(shè)計、截割參數(shù)規(guī)劃、采掘裝備選型的重要理論依據(jù)。本文以截齒破巖機(jī)理為基礎(chǔ)，主要進(jìn)行了煤巖截割力學(xué)行為及其斷裂機(jī)理研究，應(yīng)用試驗(yàn)方法及PFC2D離散元仿真方法從宏觀、微觀去解釋截齒破巖過程；進(jìn)行了不同截割模式破巖性能的研究以及截齒破巖比能耗的研究。本論文主要得出的結(jié)論如下：
　　(1).截齒破巖過程包

2、括:初始擠壓階段，載荷及溫度呈線性增加，巖石表面幾乎無碎屑產(chǎn)生；穩(wěn)定擠壓階段，載荷呈鋸齒狀增加，巖石表面產(chǎn)生少量的碎屑，溫度曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)；大塊巖石崩落階段，載荷急劇下降，溫度減小，巖石表面產(chǎn)生大塊粒度。截齒破煤過程：截齒初始擠壓階段，載荷及溫度線性增加，煤表面產(chǎn)生少量碎屑；穩(wěn)定擠壓階段，載荷及溫度線性均出現(xiàn)拐點(diǎn)，呈增加趨勢，煤表面產(chǎn)生大量碎屑；大塊巖石剝離階段，載荷平緩減小，溫度減小，有大塊碎粒產(chǎn)生。
　　(2).截割參數(shù)對煤巖截

3、割過程的影響：截割載荷與粒度分布指數(shù)隨著截割比能耗的增加而增加；截割比能耗與截割溫度隨著截割厚度的增加而減??；截割載荷與截割厚度呈線性關(guān)系，粒度分布指數(shù)、截割比能耗與截割厚度呈冪函數(shù)關(guān)系，并且都具有較高的相關(guān)性；在截齒安裝角為55°時，截割載荷、比能耗和截割溫度最大，粒度分布指數(shù)的值最??；在截齒安裝角為45°時，截割載荷、比能耗和截割溫度最小，粒度分布指數(shù)的值最大；粒度分布指數(shù)越大，大塊碎屑所占的比例越大，比能耗的值越小，截割溫度越低，

4、粒度分布指數(shù)越小得到相反的結(jié)果。
　　(3).截齒破巖PFC2D離散元仿真，截齒破巖微觀失效以受拉失效為主。截割厚度對巖石的破壞形式有很重要的影響，當(dāng)截割厚度d=2mm，d=3mm時，截齒破巖過程巖石主要以顆粒狀破壞，并且裂紋以微觀裂紋為主，破碎形式為延性破壞；當(dāng)d=4mm，d=5mm時，截齒與巖石在齒尖出產(chǎn)生應(yīng)力集中，并且產(chǎn)生了宏觀裂紋，巖石以塊狀形式崩落，截割厚度越大，產(chǎn)生的宏觀裂紋的數(shù)量越多，煤巖的破碎形式從延性破壞向脆性破

5、碎轉(zhuǎn)化。
　　(4).半封閉截割模式是一種耗能的截割模式，并且不利于大塊碎粒的形成；自由截割模式是一種省能的截割模式，有利于大塊碎粒的形成且截齒的磨損較少；重復(fù)截割模式結(jié)果表明：最佳的截割間距與截割厚度的比值（S/d）為約5。
　　(5).通過研究得出比能耗與煤巖力學(xué)性能之間的相關(guān)性，得出比能耗與單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量、抗拉強(qiáng)度、點(diǎn)載荷的相關(guān)性比較好，與泊松比的相關(guān)性較差；通過相關(guān)性分析得出，表明影響比能耗SE的關(guān)鍵影響因素