深部硬岩截割特性与机械化破岩试验研究

为了研究深部采矿应力条件对硬岩矿体可截割性和采矿效率的影响,针对深部采矿过程中独头掘进掌子面、采场半岛或全岛型矿柱以及矿岩松动区内的应力环境,通过真三轴实验平台在方块花岗岩样上分别构建双轴、单轴、较低甚至无受限应力条件,开展镐型截齿破岩试验;采用悬臂式掘进机、挖掘机载铣挖头、挖掘机载高频冲击头和铲运机载高频冲击头4种机械破岩设备对松动区矿体进行破岩实验。实验结果表明:硬岩在较低的单轴受限应力下需要的破岩峰值载荷和截割功最低,具有最优的可截割性;通过开挖深部诱导工程,增加矿体的临空面数量,将双轴受限应力改变为单轴受限应力,同时伴随矿岩松动区的形成,受限应力大幅降低,可有效提高硬岩矿体的机械化破碎适用性;在试验采场,通过高清钻孔电视监测诱导工程围岩的松动区分布情况,测得半岛型矿柱的松动区厚度范围为1.84~2.54 m,松动区呈“U”形分布;基于多截齿旋转切割破岩的悬臂式掘进机采矿平均工效为107.7 t/h,采矿过程连续性强,具有最高的采矿效率和较强的机械稳定性。