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作 者
张 强1,2,3,4,5，王 聪1，田 莹2
1. 辽宁工程技术大学 机械工程学院；2. 矿物加工科学与技术国家重点实验室；3. 山东科技大学 机械电子工程学院；4. 辽宁工程技术大学 煤炭资源安全开发与洁净利用工程研究中心；5. 辽宁工程技术大学 辽宁省矿产资源开发利用技术及装备研究院
研究背景
随着我国煤炭资源的大规模持续开采,硬质煤层和黏性煤层的比例不断上升,导致破煤岩难度加大。预裂辅助冲击截齿针对复杂煤岩条件,在牵引截割过程中加入截齿的高强度往复冲击运动,以使煤体内部实现同步预裂,降低硬煤的截割阻抗或黏煤的黏性,从而令采煤工作的效率得到提升,因此对预裂辅助冲击截齿这种新型技术进行其破煤特性的研究具有重要意义。
对于预裂辅助冲击截齿,由于破煤机制与传统截齿不同,其截齿与齿座整体形成一个闭式液压回路,截齿在液压驱动作用下进行切线方向上的冲击运动,故无法按照传统截齿或气液射流等方式的破煤机理进行分析,且目前较为缺乏在复杂煤层条件下的破煤性能评价体系,需要针对新型破煤技术及新的煤层地质条件进行综合分析。
摘 要
近年来我国煤炭资源持续性大规模开采,如今国内的整体煤炭开采难度与日俱增,硬质煤层和黏性煤层的比例增加是制约煤炭开采效率的主要因素,而传统机械破煤技术很难实现硬煤、黏煤的高效截割。
因此针对传统截齿在硬质和黏性煤岩破煤效果不佳的问题,从煤壁辅助预裂与截割相结合的角度出发,利用理论分析和数值模拟的方法研究了冲击预裂与截齿截割煤岩破碎特性,在综合考虑实际工作中的牵引、回转与冲击运动,提出了截齿运动轨迹模型,建立了预裂辅助冲击截齿的破煤轨迹数学模型,得到了截齿破煤运动轨迹的解析解。
并根据分析结果建立了预裂辅助冲击截齿与传统截齿的单截齿滚筒破煤离散元模型,从破煤颗粒实际占比、破煤难易程度、截齿受力波动等角度对两种截齿的破煤特性进行了对比分析。
研究结果表明:在破煤颗粒实际占比上,预裂辅助冲击截齿在煤体硬度同为f6时提高了31%,当黏度黏聚力为2.6MPa时预裂辅助冲击截齿的效率提升接近14%;在破煤难易程度上,预裂辅助冲击截齿在硬度值为f6时可降低50%的破煤难度,当黏度黏聚力为1.88MPa时,预裂辅助冲击截齿可降低约12%的难度;在截齿受力波动上,预裂辅助冲击截齿在硬质煤或黏性煤均能够减小近7000N的力,因此,开展预裂辅助冲击截齿的研究,将有利于破碎硬质和黏性等特殊煤岩介质。
张强，男，1980年8月26日生，辽宁岫岩人，教授，博士生导师，山东科技大学机械电子工程学院院长，辽宁省振动工程学会常务理事，中国热带农业科学院特聘研究员，佳木斯大学客座教授。获国家科技进步奖和省部级科技奖励20余项，近五年发表学术论文60余篇。
研究方向
煤岩高效截割与精准煤岩识别
主要成果
致力于煤岩高效截割与精准煤岩识别的研究，取得多项创新性成果，形成了煤岩高效截割理论体系，为煤矿提供了安全高效的采掘技术；在煤岩精准识别方面，获得多项专利，取得明显创新性成果，为煤矿高效、安全生产提供了有力的技术保障。
文中图片
预裂辅助冲击截齿的破煤轨迹模型
截齿破煤轨迹的数学模型
单截齿滚筒模型
煤壁整体形状
煤壁模型
单截齿滚筒的破煤模型
传统技术破煤仿真过程
液压冲击技术破煤仿真过程
截齿破煤颗粒实际占比随煤岩硬度的变化拟合曲线
截齿破煤难度随煤岩硬度的变化拟合曲线
各工况下截齿受力随时间变化趋势
截齿破煤颗粒实际占比随煤岩黏度的变化拟合曲线
截齿破煤难度随煤岩黏聚力的变化拟合曲线
各工况下截齿受力随时间变化趋势
张强,王聪,田莹. 预裂辅助冲击截齿的破煤特性[J]. 煤炭学 ,2019,44(10):3209-3222.
ZHANG Qiang,WANG Cong,TIAN Ying. Coal breaking characteristics of presplitting assisted impact pick[J]. Journal of China Coal Society,2019,44(10):3209-3222.
审 核：常琛
End
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