采煤机械——煤岩破碎理论3.pptVIP

采掘机械的工作对象是煤和岩石，工作机构破碎煤岩矿体是采掘机械最主要的功能。 煤岩破碎理论是研究机械破落煤岩过程中，刀具与煤、岩体相互作用的有关能量转换、破碎机理和受力分析等问题的一门学科。研究煤岩破碎理论，对设计、制造和使用采掘机械起着理论指导作用。 第一节 煤岩的物理机械性质 煤岩是非均质、非连续和各向异性的脆性物质，赋存地下的煤岩体内部还受地应力的作用。 一、煤岩的物理性质 密度、孔隙度、含水量、松散性、稳定性、导电性、传热性等，与采掘机械的工作密切相关的性质有： 第一节 煤岩的物理机械性质 1．密度 单位体积煤岩在干燥状态下的质量。 在1.3～1.45t/m3变化，计算时取1.35 t/m3。 2．湿度 煤岩的湿度用其含水率表示。含水率指在煤岩的缝隙中存留的水的质量与煤岩固体质量之比。 含水率高的煤岩体，结构被弱化，强度明显降低。开采时功率消耗会明显降低，粉尘也将减少。但巷道围岩易产生变形，巷道维护的难度增加。 第一节 煤岩的物理机械性质 3．松散性 煤岩被破碎后其容积增大的性能。 破碎后与破碎前煤岩的容积之比——松散比(或松散系数)。 4．稳定性 煤岩暴露出自由面以后，不致塌陷的性能。 二、煤岩的机械性质 煤岩体受到机械施加的外力时所表现的性质。 在破碎煤岩时，借助于煤岩的机械性质选择对煤岩体作用力的形式、破岩工具的种类和形状。 煤岩的机械性质主要包括弹性、塑性、脆性、强度、硬度、坚固性、截割阻抗、磨砺性等。 第一节 煤岩的物理机械性质 1. 强度 煤岩体在一定条件下受外力作用开始破坏时所具有的极限应力值。 煤岩为非均质材料，各向异性，抗压、抗剪和抗拉强度关系 ? y： ? j ： ? l=1：(0.1～0.4)：(0.03～0.1) 在设计采煤机械时，应尽量利用拉伸或剪切破坏，以减少刀具受力和能耗。 层理和节理发育的煤岩体，其强度要低于层理和节理不发育的煤岩体；沿垂直层理方向的强度要高于平行层理方向的强度。 第一节 煤岩的物理机械性质 2. 硬度 煤岩抵抗尖锐工具侵入的性能。 反映煤岩体在较小的局部面积上抵抗外力作用而不被破坏的能力，大小取决于煤岩体的结构、组成颗粒的硬度、形状和排列方式等。 硬度越大，截割、钻凿越困难。 3．接触强度 按实验测压头上的载荷值与压头下表面积之比计算 pk岩石接触强度，MPa；Pi岩石材料脆性破坏瞬间的压头载荷，N；n压头下压次数；S压头下表面积，mm2。 第一节 煤岩的物理机械性质 接触强度在掘进机设计与使用中经常遇到。 前苏联根据接触强度值的大小，岩石分六类：松软，次中等坚固，中等坚固，坚固，很坚固和极坚固。 4．弹性、塑性与脆性 弹性、塑性与脆性反映煤岩受外力作用与其变形之间关系的性质。 弹性：所受外力撤消后煤岩恢复原来形状的性能。破碎弹性较高的煤岩，消耗的能量较多，且由于弹性变形，破碎也比较困难。 塑性：所受外力消失后煤岩不能恢复原来形状的性能。破碎塑性高的煤岩，消耗的能量较多。 脆性：煤岩破碎时不带残余变形的性能。脆性高的煤岩，容易破碎，消耗的能量也较小。 第一节 煤岩的物理机械性质 5．坚固性 表示煤岩破碎难易程度的综合指标，是煤岩体抵抗拉压、剪切、弯曲和热力等作用的综合表现。 坚固性系数(普氏系数)表示煤岩的坚固性大小。 ①捣碎法测量坚固性系数 试样10块，手锤敲碎，取20～30mm试样5份，每份50g。 捣锤自由下落n次，过筛0.5×0.5mm。筛下物装量筒，测出高度l。 第一节 煤岩的物理机械性质 ②根据煤岩的极限抗压强度(MPa)近似确定 f4为煤，f=4～8为中等坚固岩石，f≥8为坚固岩石。 煤分三级，软煤f1.5，中硬煤f=1.5～3，硬煤f3。 第一节 煤岩的物理机械性质 6．截割阻抗 截割阻抗比普氏系数更能确切地反映煤的可截割性能，作为采掘机械设计和选型的主要技术参数。 截割阻抗：单位截割深度作用于刀具上的截割阻力，A(kN/m)表示。 1，9-立柱；2-刀杆；3-卡紧器； 4-刀具；5-测力传感器；6-记录仪； 7-电动机；8-绞车 第一节 煤岩的物理机械性质 为得到工作面的A值，在工作面接近顶板、底板、截高中间处，以及沿煤层倾斜方向不同部位进行多次测量，取其平均值作为该工作面的A值。 煤层按截割阻