滾筒式采煤機—高壓水射流聯(lián)合截割系統(tǒng)的設計與研究.pdf

1、隨著煤炭資源的日漸減少,我國國有大中型煤礦對于堅硬煤巖的采掘技術越來越重視。由于一般采煤機截割堅硬煤巖的能力不足,因此現(xiàn)有技術條件下對堅硬煤巖開采難度較大。為了能夠安全高效地開采堅硬煤巖資源,本文提出一種新型的截割系統(tǒng),即對綜采機械化設備中的采煤機加裝聯(lián)合截割裝置,形成可以有效截割堅硬煤巖的滾筒式采煤機—高壓水射流聯(lián)合截割系統(tǒng)。該系統(tǒng)在采煤作業(yè)時還具有除塵、濕潤和冷卻截割區(qū)、減少發(fā)火危險等許多正面效應,是提高社會效益和經(jīng)濟效益的研究方向

2、。
　　本文對采煤機滾筒與高壓水射流的結構特性分別進行了闡述分析,對二者自身結構的各項指標參數(shù)及其對截割效果的影響進行了總結,并推導了高壓水射流紊流時均運動方程。對堅硬煤巖的物理參數(shù)和孔裂隙度進行了研究分析,總結了常用的復合型斷裂判據(jù),為聯(lián)合截割堅硬煤巖機理研究打下基礎。
　　基于截齒、水射流破巖機理,將截齒與高壓水射流對堅硬煤巖聯(lián)合截割的過程分為四個階段,用以指導聯(lián)合截割堅硬煤巖數(shù)理分析模型的建立。在截齒破巖和高壓水射流破

3、碎堅硬煤巖理論研究的基礎上,從水射流破巖經(jīng)典理論、沖擊動力學及損傷力學入手,結合分形理論,研究聯(lián)合截割堅硬煤巖機理,揭示聯(lián)合沖擊動載、煤巖體應力分布變化規(guī)律以及煤巖損傷本構關系,得到了聯(lián)合截割系統(tǒng)在堅硬煤巖內部產(chǎn)生的應力波疊加方程和含有夾矸層堅硬煤巖體內的應力波疊加方程,為判別堅硬煤巖內部損傷及孔裂隙發(fā)展情況提供了理論依據(jù)。
　　采用基于突變理論的能量觀點對堅硬煤巖受到聯(lián)合截割的沖擊崩落損傷進行了宏觀上的分析,解決了靜載、動載條件

4、下各種破巖強度理論之間觀點不一致所帶來的爭論,并得到了聯(lián)合截割崩落堅硬煤巖的沖擊能量判別式。同時,從突變、采動滲流等理論的角度,建立起全新的、能夠更加準確描述堅硬煤巖在聯(lián)合截割作用下失穩(wěn)條件的數(shù)理分析模型。
　　搭建“單截齒—噴嘴聯(lián)合截割試驗臺”進行單截齒—噴嘴聯(lián)合截割試驗,對聯(lián)合截割試驗中所涉及的截齒沖擊角、截割速度、切削厚度、水射流的靶距、入射角、水射流作用點與截齒齒尖的橫向間距等參數(shù)進行系統(tǒng)的試驗,研究各個參數(shù)組合對主要截割

5、性能的影響,探求聯(lián)合截割規(guī)律,確定聯(lián)合截割滾筒的最佳結構參數(shù);搭建“滾筒—水射流聯(lián)合截割試驗臺”進行采煤機滾筒—高壓水射流聯(lián)合截割試驗,解決了系統(tǒng)旋轉密封問題,完成了聯(lián)合截割試驗滾筒的設計制造,對比驗證了不同截割方式的截割效果,探尋出聯(lián)合截割運動參數(shù)對聯(lián)合截割部截割的影響規(guī)律。
　　試驗結果驗證了本文關于聯(lián)合截割過程的理論分析,證實了滾筒采煤機—高壓水射流聯(lián)合截割系統(tǒng)對堅硬煤巖體實施截割作業(yè)的可行性和有效性。本文相關的理論和試驗研