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

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

2、。
　　本文對(duì)采煤機(jī)滾筒與高壓水射流的結(jié)構(gòu)特性分別進(jìn)行了闡述分析,對(duì)二者自身結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)及其對(duì)截割效果的影響進(jìn)行了總結(jié),并推導(dǎo)了高壓水射流紊流時(shí)均運(yùn)動(dòng)方程。對(duì)堅(jiān)硬煤巖的物理參數(shù)和孔裂隙度進(jìn)行了研究分析,總結(jié)了常用的復(fù)合型斷裂判據(jù),為聯(lián)合截割堅(jiān)硬煤巖機(jī)理研究打下基礎(chǔ)。
　　基于截齒、水射流破巖機(jī)理,將截齒與高壓水射流對(duì)堅(jiān)硬煤巖聯(lián)合截割的過(guò)程分為四個(gè)階段,用以指導(dǎo)聯(lián)合截割堅(jiān)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(jiān)硬煤巖理論研究的基礎(chǔ)上,從水射流破巖經(jīng)典理論、沖擊動(dòng)力學(xué)及損傷力學(xué)入手,結(jié)合分形理論,研究聯(lián)合截割堅(jiān)硬煤巖機(jī)理,揭示聯(lián)合沖擊動(dòng)載、煤巖體應(yīng)力分布變化規(guī)律以及煤巖損傷本構(gòu)關(guān)系,得到了聯(lián)合截割系統(tǒng)在堅(jiān)硬煤巖內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力波疊加方程和含有夾矸層堅(jiān)硬煤巖體內(nèi)的應(yīng)力波疊加方程,為判別堅(jiān)硬煤巖內(nèi)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(diǎn)對(duì)堅(jiān)硬煤巖受到聯(lián)合截割的沖擊崩落損傷進(jìn)行了宏觀上的分析,解決了靜載、動(dòng)載條件

4、下各種破巖強(qiáng)度理論之間觀點(diǎn)不一致所帶來(lái)的爭(zhēng)論,并得到了聯(lián)合截割崩落堅(jiān)硬煤巖的沖擊能量判別式。同時(shí),從突變、采動(dòng)滲流等理論的角度,建立起全新的、能夠更加準(zhǔn)確描述堅(jiān)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(yàn)臺(tái)”進(jìn)行單截齒—噴嘴聯(lián)合截割試驗(yàn),對(duì)聯(lián)合截割試驗(yàn)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(diǎn)與截齒齒尖的橫向間距等參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的試驗(yàn),研究各個(gè)參數(shù)組合對(duì)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(jié)構(gòu)參數(shù);搭建“滾筒—水射流聯(lián)合截割試驗(yàn)臺(tái)”進(jìn)行采煤機(jī)滾筒—高壓水射流聯(lián)合截割試驗(yàn),解決了系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)密封問(wèn)題,完成了聯(lián)合截割試驗(yàn)滾筒的設(shè)計(jì)制造,對(duì)比驗(yàn)證了不同截割方式的截割效果,探尋出聯(lián)合截割運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)聯(lián)合截割部截割的影響規(guī)律。
　　試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文關(guān)于聯(lián)合截割過(guò)程的理論分析,證實(shí)了滾筒采煤機(jī)—高壓水射流聯(lián)合截割系統(tǒng)對(duì)堅(jiān)硬煤巖體實(shí)施截割作業(yè)的可行性和有效性。本文相關(guān)的理論和試驗(yàn)研