【摘要】：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(jì)、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(shì),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(duì)煤巖截割過程的影響: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小;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(shí),截割載荷、比能耗和截割溫度最大,粒度分布指數(shù)的值最小;在截齒安裝角為45°時(shí),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,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(duì)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(shí),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(shí),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)鍵影響因素是單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量,進(jìn)而建立了比能耗與單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量的多元回歸關(guān)系式SE=exp(aσc+bE+c),其中:a的值間于0.158到0.247;b的值等于0.01;c常數(shù),大小與截割參數(shù)相關(guān)。通過研究比能耗SE與粒度分布指數(shù)CI的相關(guān)性得出,比能耗SE與粒度分布指數(shù)CI存在冪函數(shù)關(guān)系,并且比能耗SE隨著粒度分布指數(shù)CI的增加而減小,可以將粒度分布指數(shù)CI作為評(píng)價(jià)煤巖可截割性的一個(gè)指標(biāo)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD31;TD421

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本文編號(hào)：2308041