镐形截齿截割参数及几何参数研究

 摘要：基于镐形截齿拉坏破岩模型,在考虑岩石性质的情况下推导出了镐形截齿合金头的理论长度和最佳截槽间距的表达式,并推导出了考虑破岩摩擦力情况下的镐形截齿破岩截割阻力的表达式,经计算与相关研究结果基本一致,且计算精度有所提高,分析表明摩擦力对截割阻力有一定的影响。这些对镐形截齿和采掘机械工作机构的设计选型具有理论指导意义。     

基于Evans截割模型的镐型截齿峰值截割力的计算

为了能对镐型截齿在平面截割截槽对称条件下的峰值截割力进行较为准确的预测,基于Evans的截割模型,通过分析截割时齿头的锥形表面因岩石的夹制效应而接触应力分布有所不同,理论推导出了一个新的峰值截割力计算公式以及公式应满足的截割边界条件。相比现有其他截割力计算公式,除了考虑截齿半锥角θ、煤岩抗拉强度σt及齿岩之间摩擦因数f等参数的影响,且将煤岩的脆性指数m引入其中,计算结果与试验值更为接近。公式所应满足的截割边界条件,可用截深h和加载位置与相邻自由边界垂直距离s比值的最低限值smin/h表示,且值大小受截齿半锥角θ影响较小,而主要与煤岩脆性指数m有关,当m介于5~15时,smin/h介于2~3,符合既有试验所得结果。所得公式和结论可为进一步分析和推导镐型截齿在实际采掘条件下包含更多参数的峰值截割力提供理论基础和指导。     

截割参数对镐型截齿截割比能耗的影响

为了研究相关截割参数对截割比能耗的影响,基于直线截割试验装置,在不同截割角条件下,使用5种不同锥角的镐形截齿对一种砂岩进行截割试验,研究了相关角度参数对截割力和比能耗的影响;在截割角为55°时,使用锥角80°的截齿,在不同截割厚度和截线距条件下进行截割试验,探讨了截割厚度和截线距对截割力和截割比能耗的影响。试验结果表明,清理角对截割力和截割比能耗有显著的影响,当清理角过小时,截齿与岩石之间产生严重的摩擦使截割力明显较大,从而使截割比能耗较大。当清理角小于等于10°时,平均截割力随截齿锥角的增大呈线性增大,随前角的增大呈线性减小,此时截割比能耗明显小于清理角大于10°时的截割比能耗,但锥角和前角对截割比能耗未见明显的影响趋势。平均截割力随截割厚度和截线距的增大呈线性增大。截割比能耗随截割厚度的增大呈幂函数减小。截线距与截割厚度的比值存在一个最优值使截割比能耗最小,此时截割比能耗相对无截槽影响时约降低65.1%。截线距与截割厚度比值的最优值为2或3,且该比值不受截割厚度和截线距的影响。这些结论对镐型截齿工作角度的设计及采掘机械工作机构截齿布置有重要的指导意义。     

截齿顺次破岩机制的细观数值模拟及截线间距优化研究

为优化镐型截齿在截割头上的布置以提高掘进机截割效率, 借助PFC^3D颗粒离散元数值模拟软件构建了两把截齿顺次截割岩石的三维模型, 对不同截割深度和截线间距组合工况进行了模拟试验, 分析了镐型截齿顺次破岩机制和最优截线间距与截割深度的比值(s/h)。结果表明, 岩石在截齿作用下的破坏模式以张拉破坏占主导, 并伴随挤压和剪切的综合破坏; 截齿顺次截割时, 两相邻截齿之间存在明显的协同作用, 前刀在岩石内残留的裂纹使得岩石易于截割, 可以提高后刀的截割效率; 在模拟试验范围内, 随着s/h值增加, 比能耗呈先减小再增加的变化规律, 模拟结果表明最优s/h值约为3。该研究可为掘进机截割头排布设计提供参考依据。     

EBZ-260型掘进机截割头几何结构分析研究

为了提升同煤宏泰矿山EBZ-260型掘进机截割头的截割效率,降低掘进机运行能耗,对截割头几何结构分析计算,确定圆柱-圆锥形头体结构和配合齿座的镐形截齿结构,计算截割头长度、平均直径等参数。经掘进比能耗对比,优化后截割头比能耗值在任何截线距选择下都远低于原截割头。     

连采机截齿安装角对截割性能的影响研究

为研究连采机截齿的截割受力情况,综合考虑煤岩的拉压强度及煤岩之间的黏结度,采用EDEM软件建立了镐形截齿仿真模型,研究了截齿安装角在动态截割煤过程中对连采机截割比能耗及截割阻力的影响规律。结果表明:截割阻力随着截齿安装角的增大变化幅值不同,安装角从35°～45°时变化幅值较小,45°～50°时截割阻力急剧增大;截割比能耗随安装角的增大呈现先减小后趋于平稳的趋势。综合考虑,当截齿安装角为45°时,截割比能耗和截割阻力最小,研究结果为提高连采机的截割效率、减少截齿的损耗提供了参考依据。     

镐型截齿截割煤岩过程的截割力研究

为探究镐型截齿截割煤岩过程中截割力的变化及其影响因素,以Evans镐型截齿直线截割力模型为基础,提出了镐型截齿旋转截割力模型;利用滚筒采煤机镐型截齿截割煤岩轨迹表达式,推导了镐型截齿截割过程中,截割角及截割厚度变化的表达式;在截割参数范围内,计算出镐型截齿截割角在截割过程中最大变化可达±4°;根据镐型截齿旋转截割力模型,在截割厚度一定的条件下,计算并分析截割力与截割角及半锥角的关系,得出当镐型截齿半锥角为36°时,截割力在截割过程中最大截割厚度前后能够保持平稳变化;将截割角及截割厚度变化计入截割过程中计算截割力,发现影响截割厚度主要因素的牵引速度对截割力影响最大,而角速度与截割半径对截割力的影响依次减小。所得公式与结论可为镐型截齿及采煤机的设计提供理论参考。     

镐形截齿破煤截割力的计算及影响因素分析

根据煤岩体的抗压强度，给出了镐形截齿破煤过程中截割力的计算公式。煤岩截割试验结果证明了截割力公式基本正确，在此基础上对破煤过程中镐形截齿截割力的影响因素进行了分析。     

镐型截齿截槽非对称的峰值截割力计算

为了能够对平面截割截槽非对称条件下镐型截齿垂直截割煤岩时的峰值截割力P_c'进行预测,基于截槽非对称模型,通过理论推导得到了截割孔半径r、截深h_1,h_2及煤岩左、右崩裂角Φ_1,Φ_2关系的一般表达式。提出了r相对截深h_1,h_2可忽略时截槽对称的峰值截割力P_c的新的计算公式;基于截槽非对称与截槽对称条件下的峰值截割力与表面接触半径的等效概念,即通过换算等效截深hequ,并利用截槽对称的峰值截割力P_c推导得出了截槽非对称的峰值截割力P_c'计算公式。所得到的截槽非对称(h_1h_2=h)的镐型截齿垂直截割的峰值截割力P_c',能够考虑截齿半锥角θ、煤岩抗拉强度σ_t、脆性指数m以及齿岩摩擦因数f等参数对其的影响;在保持h_2=h不变的条件下,得到P_c'与h_1/h_2的变化近似呈线性关系的结果。理论计算结果得到了试验结果的验证。     

岩石截割性能及可截割性分级研究

 摘要：鉴于现有岩石可截割性表示方法不能合理的指导掘进机的设计和选型并且岩石可截割性分级定义不明确,致使如今岩巷掘进机使用时截割比能耗大、粉尘量大等问题突出;基于岩石截割比能耗本文给出了岩石可截割性定义并解释了其三层含义,初步制定了岩石可截割性分级标准,分析表明用抗压强度计算岩石可截割性级值具有明显优势;给出了岩石坚固性系数分级与可截割性级值的大致对应关系;基于岩石可截割性的定义和级值标准,推导出了给定纵轴式掘进机可经济截割岩石可截割性级值的理论估算公式,为掘进机的选型和工作能力评估建立了理论依据。     

深厚表土层冻结井筒高强钢筋混凝土内壁设计优化与实测分析

针对深厚表土层冻结井筒内壁设计厚度较大问题,对高强钢筋混凝土内壁的受力机理、设计优化方法、现场实测结果进行了分析研究。首先,采用相似理论设计出模型井壁并进行加载试验,实测得到高强钢筋混凝土内壁的应力、变形和承载力,研究了该种井壁结构的受力机理,结果表明深厚表土层冻结井筒内壁属于深埋于地下的厚壁圆筒结构物,由于内表面的圆形结构特征,在侧向压力作用下,井壁结构中混凝土由外缘的三向受压过渡到内缘的二向受压应力状态,其混凝土抗压强度提高了1.592～1.765倍,井壁承载能力得到显著提高。建立了混凝土抗压强度提高系数试验值的计算公式,获得了高强钢筋混凝土内壁的应力特性和强度特征。然后,基于我国现行混凝土结构设计规范关于混凝土多轴强度验算要求,根据模型试验结果和内壁受力机理,提出了深厚表土层高强钢筋混凝土内壁设计优化方法,给出了混凝土抗压强度提高系数设计取值。并将设计优化方法应用于潘三煤矿新西风井冻结段内壁控制层位,井壁厚度由原设计的1 150 mm优化为900 mm,厚度减薄达21.74%。最后,通过潘三煤矿新西风井工程现场实测表明,优化设计后的井壁结构中环向钢筋应力值为-125.8～-136.9 MPa、竖向钢筋应力值为-39.5～-53.2 MPa,远小于钢筋强度设计值300 MPa,井壁中混凝土环向应变为-730×10~(-6)～-790×10~(-6)、竖向应变为-380×10~(-6)～-390×10~(-6),远小于C70混凝土的极限压应变值,说明设计优化后的井壁结构不但经济合理,而且安全可靠。     

轴流风机叶轮结构设计及轮盘强度校核

在煤矿轴流通风机的设计过程中,为了保证风机运行的可靠性和安全性,需要对叶轮结构进行合理的设计,并需对轮盘强度进行校核计算。在总结轴流风机叶轮及轮盘设计原则基础上,完成上述结构的设计计算和强度校核,计算方法简单可行,提高了设计的可靠性,具有重要的指导意义和应用价值。     

基于点荷载试验的岩石抗压强度特性研究

点荷载试验是一种比较简易的测定岩石抗压强度的方法,自国际岩石力学协会建议采用以来,得到了广泛的利用。为了探究点荷载试验确定抗压强度的相关性,以某大型矿山竖井工程白云岩为研究对象,开展了大量点荷载与单轴抗压强度试验,利用正态分布对试验结果的准确性进行检验,并探讨了试件尺寸对点荷载强度标准值的影响。最后将得到的点荷载强度标准值与单轴抗压强度值进行线性拟合分析,这种拟合关系表明两者之间高度正相关。也就是说可以相互换算,换算得到的抗压强度值可以为该矿山以后的设计参数提供依据。     

冻结粉质黏土强度同温度和含水率的关系

通过对不同温度、不同含水率下的人工冻结粉质黏土单轴无侧限抗压强度试验,得出其抗压强度随冻结温度和含水率的变化规律,试验结果对冻土工程的设计和施工具有一定的参考价值。     

基于FLAC3D的桥坝基础沉降变形规律研究

为了研究桥坝结构在建设过程中整体结构桥坝基础沉降变形规律,确保桥坝的设计结构最优以及坝体配筋、坝体强度满足要求,采用FLAC^3D数值模拟软件,分析了桥梁结构基础场地地基概况、基础底面特征值计算、地基承载力容许值确定、荷载组合验算以及桥梁基础沉降变形规律,研究得出:在整个结构施加压力之后,整体结构出现较大的沉降,结构的不均匀沉降较小,因此需要进一步优化桥坝的设计结构。研究为类似工程条件的桥坝设计提供一定的理论依据。     

矿井喷射混凝土抗压强度的现场试验研究

为真实还原混凝土的喷射工艺和养护环境,通过在井下现场将施工用的喷射混凝土制成标准试块,开展不同龄期条件下的单轴压缩试验,测定煤矿真实环境下的喷射混凝土强度参数。试验结果表明,喷射混凝土24 h早期抗压强度随时间呈指数式增长规律,前期增长缓慢、后期增长迅速,24 h强度终值为3.68 MPa,占设计强度的18.4%;现场试验测得的喷射混凝土28 d抗压强度数据离散性小,强度最大值为28.2 MPa,最小值为25.2 MPa,平均为26.6 MPa,是设计强度的106.4%;现场测试得到的喷射混凝土抗压强度与实验室测试结果存在0.8%~3.3%的差异,前者更接近真实值。试验方法为获取喷射混凝土真实强度提供了一条理想的途径。     

刮板输送机推移梁的受力分析与优化设计

介绍了刮板输送机推移梁在综采工作面的重要作用与分类。根据煤矿的实际工况,对刮板输送机推移梁进行受力分析与计算并进行强度校核,并对此结构进行受力仿真分析,最后根据强度校核与仿真分析结果对推移梁进行优化设计。分析结果对推移梁的优化设计具有重要参考价值,同时对相似结构件的设计分析计算具有借鉴意义。     

“抗张强度”名词规范性与测试方法探讨

抗张强度是《煤矿防治水规程》中防水煤柱重要的计算参数,准确地确定其值对矿井的安全生产和合理开发煤炭资源都具有十分重要的意义。然而,抗张强度和抗拉强度是否指的同一个参数,如何对其进行测试,至今仍困惑着国内很多研究人员。为了说明这个问题,对《煤矿防治水规程》中涉及到抗张强度计算的2个模型进行了受力分析和公式推导,研究得出了规程中所用到的抗张强度参数实质上是指的《岩石力学》中的抗拉强度,规范了该参数的名称,并对岩石和岩体抗拉强度的测试方法进行了评述。     

煤矿对旋风机轮毂强度校核与模态分析

在完成矿井对旋风机设计的过程中,针对风机主要受力部件轮毂进行了强度校核计算,并采用有限元分析方法针对轮毂进行了模态分析。通过在矿井通风机设计过程中将理论计算与有限元仿真方法有机结合在一起,提高了设计的可靠性,具有重要的指导意义和应用价值。     

煤矿巷道锚杆预应力井下试验研究

为研究煤矿井下巷道锚杆预应力的影响因素，在塔然高勒煤矿井下巷道开展顶帮六组锚杆预紧扭矩与预应力的相关试验。结果表明，锚杆预应力随锚杆预紧扭矩增加而增大，呈现良好的正相关变化趋势|锚杆偏斜度严重影响锚杆预应力的大小，锚杆安装偏转角度越大，则锚杆预应力就越小|煤岩层强度也影响到锚杆预应力大小，其强度越高则锚杆预应力就越大。研究结果可为煤矿回采巷道锚杆预应力参数设计提供参考。