截齿辅助冲击作用下坚硬煤体的破碎特性
张强1
张赫哲1
田莹2
王聪1
1.辽宁工程技术大学机械工程学院,辽宁阜新123000;山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛2665902.山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛266590
摘要：近年来硬质煤层比例不断上升,传统机械截割方法在硬煤条件下的效率低下一直是我国煤炭生产行业的攻坚难题,寻求一种对硬质煤层具有强适用性的破碎方法成为煤矿智能化建设的重要科学问题.冲击与截割协同破煤技术是一种新型硬煤开采方式,其通过利用截齿在运动切线方向上的往复冲击使煤体内部产生破坏,降低硬煤开采难度.而考虑到截齿冲击的时空差异可能对破煤性能产生影响,将冲击截齿应用至采煤机滚筒,设计了具有截齿冲击功能的采煤机改造结构,基于该结构建立了不同截齿冲击时空关系的运动模型,并利用离散元方法分析了不同冲击时空关系的滚筒破煤特性,模拟结果表明,同步冲击方式在各硬度下的破煤效率均优于异步冲击的破煤效率,滚筒受力均值与峰值均低于异步冲击,且相对异步冲击更稳定;此外同步冲击在各硬度下的破煤性能相对传统滚筒均有较大提升,2种方式下的破煤效率差距最大接近24％,滚筒受力差距最大达到60 kN.为测试冲击与截割协同破煤技术的实际性能,设计了简化试验装置,开展了井下破煤测试,测试结果表明,截齿冲击与未冲击状态下的平均截割阻力分别为4 473,5 390 N,截齿冲击较未冲击时可降低截割阻力约17.22％以上,所得结果虽与模拟结果有偏差,但综合截割机构减小、煤体硬度减小因素,仍可认为冲击与截割协同破煤的实际性能取得了理想效果,并体现了冲击与截割协同破煤对坚固性系数煤层的有效性,同时也可以认为截割载荷降低程度的变化规律与模拟所得变化规律相似,验证了同步冲击时空关系对硬煤具有更高适用性的结论.
关键词：冲击截齿时空关系破煤特性离散元坚硬煤体
分类号：TD421(矿山机械)
资助基金：国家自然科学基金(52174120)国家重点研发计划(2020YFB1314202)国家重点研发计划(2020YFB1302701)
论文发表日期：2022-02-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 1002-1016 )
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