高壓水射流-截齒聯(lián)合配置方式及破巖性能研究.pdf

1、掘進機是煤礦機械化掘進的關(guān)鍵裝備,其截齒在截割硬巖過程中受力大、磨損快,導致掘進效率低,進尺成本增加,已經(jīng)成為影響我國煤炭資源高效開采的重要因素,因此,為提高掘進機截齒在截割堅硬巖體時的適應(yīng)性和工作高效性,在掌握截齒破巖系統(tǒng)動力學性能和破巖理論的基礎(chǔ)上,進行高壓水射流-截齒聯(lián)合配置方式及破巖性能研究,是解決堅硬巖石快速掘進問題,提高綜掘機械化程度,并最終實現(xiàn)煤炭資源高效開采的有效途徑。本文采用理論分析、仿真和試驗相結(jié)合的方法,對高壓水射

2、流-截齒不同配置方式破巖性能進行研究。
　　論文以機械破巖理論以及水射流破巖理論為基礎(chǔ),對高壓水射流-截齒的截割破巖機理進行研究,并研發(fā)高壓水射流-截齒聯(lián)合破巖試驗臺。在考慮巖石抗壓強度、密度的基礎(chǔ)上,研制試驗用巖樣,研發(fā)中心射流-截齒、前置式射流-截齒、側(cè)置式射流-截齒、后置式射流-截齒四種高壓水射流-截齒的配置方式。
　　為驗證研發(fā)的中心射流-截齒內(nèi)部流道的可靠性以及研究水射流沖擊破巖時巖石的損傷破壞機理,對所研發(fā)的中心

3、射流-截齒的內(nèi)部流道以及水射流沖擊破碎巖石的損傷過程進行仿真分析,研究表明,合金頭噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計較合理,水射流沖擊損傷主要由剪切破壞和拉伸破壞引起,水射流沖擊破碎巖石主要集中在沖擊點下方,隨著水射流壓力的增大,水射流的沖擊點下方損傷范圍逐漸增大。
　　采用SPH粒子法結(jié)合FEA有限元法對四種水射流與截齒聯(lián)合破巖配置方式進行水射流-截齒耦合破巖動力學仿真,分析四種配置方式下聯(lián)合破巖動態(tài)過程以及截齒載荷變化形式,研究不同射流入射角、壓力

4、、齒尖與射流沖擊點距離、截深等參數(shù)對聯(lián)合破巖截齒載荷的影響,得到不同配置方式破巖過程的巖石拉、壓應(yīng)力以及截齒載荷減小率。
　　在進行不同配置方式仿真分析基礎(chǔ)上,對四種配置方式進行試驗研究,研究結(jié)果表明,高壓水射流輔助截齒破巖具有較好的效果,截齒載荷明顯減小,從截齒載荷減小率表明四種配置方式最佳為中心射流-截齒,其次是后置式射流-截齒破巖,第三是前置式射流-截齒破巖,輔助效果最差的是側(cè)置式射流-截齒破巖,但后置式射流-截齒存在噴嘴容