›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (8): 2172-2179.doi: 10.16285/j.rsm.2016.08.007

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

截齿破岩机制及截线间距优化试验研究

张倩倩1,韩振南1,张梦奇2,张建广2   

  1. 1.太原理工大学 机械工程学院,山西 太原 030024;2.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,山西 太原 030006
  • 收稿日期:2014-07-22 出版日期:2016-08-11 发布日期:2018-06-09
  • 通讯作者: 韩振南,男,1958年生,教授,博士生导师,主要从事机械设计理论及方法、振动与噪声控制及齿轮故障诊断方面的研究工作。 E-mail: zhennan_han@hotmail.com E-mail:zhangqian_tyut@163.com
  • 作者简介:张倩倩,女,1987年生,博士研究生,主要从事掘进机设计及岩石破坏机理方面的研究工作。
  • 基金资助:

    山西省基础研究计划项目(No. 2015011061);国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(No. 2012AA06A405);山西省煤矿装备研究生教育创新中心项目(No. MKY2011-004)。

Experimental study of breakage mechanisms of rock induced by a pick and associated cutter spacing optimization

ZHANG Qian-qian1, HAN Zhen-nan1, ZHANG Meng-qi2, ZHANG Jian-guang2   

  1. 1. College of Mechanical Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan, Shanxi 030024, China; 2. Taiyuan Institute of China Coal Technology and Engineering Group, Taiyuan, Shanxi 030006, China
  • Received:2014-07-22 Online:2016-08-11 Published:2018-06-09
  • Supported by:

    This work was supported by the Basic Research Project Program of Shanxi (No. 2015011061), the National High-tech R&D Program of China (863 Program) ( 2012AA06A405) and the Coal Mine Equipment Research of Postgraduate Education Innovation Center of Shanxi Province (MKY2011-004).

摘要: 根据截齿侵入岩石的断裂特征和相关试验数据,分析了破岩机制及不同截线间距对破岩效果的影响。在单刀旋转截割试验平台上,以不同切削深度和截线间距进行组合试验,并结合比能耗、粗度指数及截割载荷3个评价指标,对截线间距进行优化,研究截割该类型砂岩时截线间距与切削深度的最佳比值。试验结果表明,岩石在单齿旋转截割作用下的破碎过程大致可以分为初始压碎区细粒岩屑生成、密实核形成并储能、各向裂纹的扩展与连通、断裂体崩落、二次压碎区细粒岩屑生成5个阶段,且岩屑的断裂是以拉伸为主并伴随着挤压和剪切的共同作用;在最佳截割条件下,粗度指数较高,岩屑成块率增加,且比能耗低。通过分析岩石破碎过程及对截线间距的优化,可为掘进机破岩机制研究及截齿布置提供参考。

关键词: 旋转截割, 破岩机制, 刀间距优化, 比能耗, 粗度指数

Abstract: According to fracture characteristics of rock caused a pick and its related data, breakage mechanisms and breaking effects of rocks influenced by different cutter spacing are analyzed. Cutting tests with different cutting depths and cutter spacing are performed using a rotary cutting machine with a single pick. The cutter spacing is optimized by three indicators, i.e. specific energy, coarseness index and cutting force, and the optimum ratio of cutter spacing to cutting depth for one type of sandstone is determined. Experimental results show that breaking process of the sandstone is divided into five phases, i.e. the generation of fine chips in a primary crushed zone, the formation of nucleus and its energy accumulation, the extension and connection of cracks, the falling of fracture and the regeneration of fine chips in a secondary crushed zone. The fracture is dominated by tensile failure and meanwhile accompanied by squeezing and shearing failure. Under the optimum cutting conditions, the higher coarseness index occurred when the rate of blocks is increased, and specific energy is lower. Through analyzing rock breaking process and the optimization of cutter spacing, it provides reference for breakage mechanism of rock by the roadheader and its pick arrangement.

Key words: rotary cutting, rock breakage mechanism, cutter spacing optimization, specific energy, coarseness index

中图分类号: 

  • TU 454

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