网格化磨料射流割缝辅助截齿破岩试验研究

针对煤矿岩巷掘进过程中截齿破岩能力不足、效率低、磨损快等问题,提出了网格化磨料射流割缝辅助截齿破岩方法,并进行了正交化物理模拟试验,研究了工况参数对破岩效果的影响。结果表明:(1)磨料射流对岩石预制割缝,能够显著提高截齿单位时间的破岩体积,且试验中网格尺寸和割缝深度取值越大,破岩效率越高。(2)当射流割缝辅助破岩时,截齿等效应力峰值和均值均显著降低,有效减少截齿磨损。(3)网格化磨料射流辅助截齿破岩参数的优选工况组合为:横向和纵向网格尺寸分别为44、30 mm,喷嘴进给速度为600 mm/min。研究成果为网格化磨料射流辅助机械截齿破岩技术推广应用提供了理论基础与数据支撑。

截割参数对采煤机截齿受力影响研究

分析了采煤机截割实际情况,确定了截割半径、牵引速度、滚筒转速、煤层介质等截割影响参数;运用仿真和试验的方法研究了采煤机截齿在实际工况下作业时受力情况。仿真和试验结果表明:不同截割参数下,采煤机截齿截割力均呈现先增加后减小的趋势;不同截割参数下,截齿截割力峰值不同;采煤机截齿截割力试验值与仿真值基本一致,且最大相对误差为5%,试验验证仿真分析准确性,该研究为采煤机截齿受力特性的改善和疲劳寿命的提高提供借鉴。

截齿截割角度对截割性能的影响研究

以悬臂式掘进机为主的机械开挖是实现金属矿山连续化开采、推动智能矿山建设的重要手段,截齿截割角度是影响截齿受力情况的重要参数,从而影响掘进机掘进效率。为了优化截齿参数,采用Rhino软件和PFC3D软件建立了截齿截割岩石模型,在对试验数据进行验证的基础上,开展了不同截割角度(45°、50°、55°、60°和65°)下截齿截割花岗岩数值模拟试验研究。结果表明:基于PFC3D软件的截齿模拟试验具有可靠的精度,模拟试验与室内试验结果之间的相对误差分别为13.59%和16.92%。同时,不同截割角度下截齿的受力情况不同,在55°时截齿截割角度能够得到较好的改善。

不同运动参数对截齿截割含夹矸煤岩性能影响模拟研究

我国薄煤层资源储量丰富,但其煤层赋含夹矸,截齿截割含夹矸煤岩时载荷波动比较剧烈,夹矸的存在使煤矿开采难度增大,也很大程度上影响着截齿的截割性能。为研究截齿截割含夹矸煤岩的截割性能,利用Pro/E构建截齿三维模型,运用有限元软件ABAQUS确定含夹矸模拟煤岩,建立截齿截割含夹矸煤岩的有限元模型,采用单因素研究方法,研究不同牵引速度、滚筒转速对截齿截割力均值、截割力峰值均值、单位时间落煤质量、载荷波动系数和比能耗的影响规律,分析煤层破碎的动态过程,研究不同运动参数下截齿截割性能。研究结果表明:随着牵引速度的增大,截齿截割力均值、截割力峰值均值和单位时间落煤质量呈增大趋势,比能耗呈减小趋势,载荷波动系数基本不变;随滚筒转速的增加,截齿截割力均值、截割力峰值均值和单位时间落煤质量呈减小趋势,比能耗呈增大趋势,载荷波动系数基本不变。该研究为提高复杂条件下采煤机截割破碎性能和研制截割复杂煤层的强力滚筒奠定了基础。

基于机器学习的镐型截齿截割力预测

截齿的截割力是衡量其能否实现破岩的重要参数,对掘进机械的设计选型至关重要。本文基于截割破岩试验数据,构建包含训练集和测试集的截割力特征集,研究了不同机器学习方法的镐型截齿截割力预测能力。采用均方误差和决定系数作为模型预测能力的评估指标,研究表明,多项式回归模型的预测模型效果最好,其性能优于传统计算模型,最适合用于建立截割力预测模型;线性回归类模型对截割力预测性能较差,不适合用于建立截割力预测模型;决策树类模型的性能相对于多项式模型略差,也有一定的应用前景。本研究为截齿截割力的预测提供了新的解决思路。

基于镐形截齿侵入试验的矿岩可截割性研究

判定矿岩可截割性是悬臂式掘进机机械连续开采技术在矿山研究应用的基础与关键问题,也是决定掘进机能否有效经济破岩的基本要素。针对国内可截割性的概念和指标缺少统一共识性结论的问题,提出了基于镐形截齿侵入试验的矿岩可截割性指标与评价方法。利用自主研发的截齿侵入试验平台,设计了标准截齿侵入试验方法与试验流程,对试验平台、岩样制备、侵入截齿、截割厚度、截割角、试验次数等均进行了标准化设计。通过对实际矿山悬臂式掘进机机械掘进工业试验数据和镐形截齿侵入试验获得的可截割性评价结果进行对比,证明了基于镐形截齿侵入试验评价矿岩可截割性的准确性。本方法中只要能够获取到用于开展截齿侵入试验的岩样即可评价出矿岩可截割性,创新了地下非煤矿山矿岩可截割性评价方法,弥补了传统仅靠岩石单体强度来经验判断矿岩可截割性的缺陷,适用于我国地下非煤矿山悬臂式掘进机机械破岩可行性的科学评价。

节理特征对截齿截割力影响的模拟研究

为探究节理参数对截齿截割力影响的变化规律,利用SolidWorks构建镐形截齿三维模型,运用有限元软件ABAQUS,建立截齿截割节理煤岩的有限元耦合模型,研究不同节理参数下截割力变化趋势。结果表明:随节理倾角增加,截割力均值、截割力峰值均值呈先增加后减小的趋势,其在节理倾角为30°时最小;随节理间距增加,截割力均值、截割力峰值均值呈增大的趋势。该研究可为复杂煤层工况下滚筒合理参数匹配奠定研究基础。

镐形截齿截割效率的影响因素研究及建议

镐形截齿是矿山采掘机械装备破岩落煤的关键性零件及易损件。针对影响镐形截齿截割效率的三方面因素:截齿材质、截齿外形和截齿排布,进行分析并提出相关建议。截齿材质方面通常采用熔覆耐磨层、调整碳化物颗粒度及钴粉比例、复合材质等方式提高截齿性能。分析了截齿不同部位的高度、直径、角度在截割煤岩时发挥的不同作用。总结了截齿排布因素中打击角、螺旋线、截割直径的参数范围以及对截割效率的影响。研究结果对于提高截齿的使用寿命、降低截齿消耗量、减少开采成本具有一定的理论和实际意义。

采煤机截割部截齿受力的变化分析

采煤机是进行煤矿自动化机械生产的重要设备,采煤机滚筒截割中截齿的受力作用较大,对截齿的使用寿命及磨损较大。针对截割部截齿的受力作用采用仿真计算的形式,分析不同因素对截齿受力的影响作用,从而在满足开采效率的同时,选取合适的参数,减小对截齿的截割力作用,从而提高截齿的使用寿命,减少截齿的更换修复时间,提高采煤机的截割效率。

掘进机截齿截割的受力分析及仿真

掘进机截齿是进行煤岩截割的直接构件,其受力作用对其使用寿命具有重要的影响,从而影响煤矿的开采掘进效率。针对截齿的作用力变化作用,建立截齿截割的结构模型,并进行网格划分处理,采用ANSYS仿真分析软件建立截齿截割的有限元分析模型。在2.5 mm、5 mm、7.5 mm三种不同的截深时对截齿受到的作用力进行分析。结果表明,截齿的截深与截线距对截齿的作用力具有重要的影响作用,不同截深时,截线距的变化对截齿作用力的变化影响作用不同;通过改变截线距与截深比值时,可以获得减小的截齿作用力,提高截齿的使用寿命。

牵引速度对截齿截割节理煤岩性能影响模拟研究

为研究截齿截割含节理煤岩的截割性能,采用CREO及ABAQUS软件建立有限元耦合模型进行数值模拟,分析牵引速度变化对截齿截割性能的影响规律。结果表明:截齿截割节理煤岩过程中,煤岩裂纹主要集中在煤岩与节理面交汇处,节理具有引导煤岩破碎的作用;牵引速度增加,截齿的截割力均值和峰均值皆增加,块煤率增大而比能耗降低。该研究可为提高采掘机械应对复杂地质条件的设计与研发提供一定的理论依据。

基于EDEM的采煤机冲击截齿截割特性研究

为了解决采煤机在硬质煤层截割时截齿磨损大、截割效率低的问题,提出了一种新的基于液压驱动的冲击预裂型截齿,利用仿真分析的方法对有截齿冲击和无截齿冲击情况下的截割滚筒截割特性进行了研究。结果表明,在采用新的冲击截齿后采煤机的截割效率提升了20.34%,截齿的截割力提升了20%,极大地提升了采煤机的截割效率和经济性。

镐形截齿截割煤岩过程的数值模拟分析

截齿是煤矿采掘机械的关键截割部件,为了研究截齿合适的截割参数,提高煤岩截割的效率,利用Drucker-Prager塑性本构模型与Shear Damage损伤模型建立了镐形截齿截割煤岩的三维有限元模型,分析了不同截割角度、截割深度及相邻截齿间距下,截齿受到的平均切向力、比能耗和煤岩体上的应力分布特征。为镐形截齿的截割工艺优化提供了理论参考,有利于缩短截齿优化设计周期。

截割厚度和截线距对镐型截齿破岩的影响研究

为了研究不同截割厚度和截线距对镐型截齿截割力和截割比能耗的影响,基于TRW-3000真三轴电液伺服测试系统及自主设计的创新型截齿加载平台,对炭质板岩和流纹质碎屑岩试样进行了室内直线截割试验。试验结果表明:截齿破岩呈现4种破坏模式,两相邻截齿之间存在显著的协同作用。平均截割力随截割厚度和截线距的增大呈线性增大。随着截割厚度的增大,截割比能耗呈幂函数减小;随着截线距和截割厚度的比值的增大,截割比能耗先减小后增大,且存在一个最小比能耗,即最优值,最优截割比能耗远小于无截槽影响的比能耗,此时截线距和截割厚度的比值为2或3。利用室内试验结论优化了悬臂式掘进机截割头上的截齿布置,并运用到掘进机非爆掘进现场工业试验,大幅提高了掘进效率并降低了掘进成本。

基于RBF-PID的掘进机截齿动载荷平稳性控制方法研究

依据实际情况,运用有限元仿真对掘进机截割头水平截割、垂直截割与纵向钻进工况进行仿真。通过对仿真结果进行统计,得到了各截齿在截割过程中截割阻力的大小,并运用仿真结果对截割阻力计算公式进行了修正。通过建立多目标优化模型,运用NSGA-Ⅱ算法进行求解,得到了不同煤岩硬度下的最优截割参数。以上述研究为基础,提出了基于RBF-PID的掘进机截齿动载荷平稳性控制方法。采用MATLAB与AMESim联合仿真,搭建了截割头转速与摆速控制模型,通过仿真并分析仿真结果,验证了所提出方法的可靠性。

截齿旋转破碎板状岩体性能研究

截齿是掘进机的关键刀具,截齿的破岩性能影响掘进机的破岩效率。通过建立截齿旋转破碎板状岩体数值模型,研究截齿不同截割深度和旋转速度对板状岩体裂纹、截齿峰值截割力和截割比能耗的影响。结果表明:随着截割深度的增大,截齿峰值截割力和截割比能耗逐渐增大,当截割深度为18~28 mm时,板状岩体横向裂纹扩展范围不断增大,当截割深度为30 mm时,板状岩体横向裂纹扩展范围相对较小,碎裂效果较差;随着旋转速度的增大,板状岩体横向裂纹扩展范围不断增大,峰值截割力和截割比能耗逐渐增大但截割比能耗增长速度减慢。研究通过优化截割参数,提高截齿破岩性能,得到更好的岩板碎裂效果。

采煤机叶片提升角对截割滚筒的影响作用分析

采煤机是煤矿自动化综采的重要设备,滚筒的结构中叶片提升角是重要的设计参数,对滚筒截齿的数量及方向具有重要的影响,从而影响采煤机的开采效率及块煤率。针对采煤机滚筒受到的载荷作用进行分析,在不同的叶片提升角作用下,建立滚筒截割的数值分析模型,对滚筒受到的平均阻力、最大阻力、载荷波动系数及截割比能耗进行计算分析,从而为采煤机滚筒的设计使用提供参考。

截割间距对镐型截齿破岩特性影响的试验研究

镐型截齿是掘进机、采煤机等矿山机械上应用最广泛的截齿类型。在实际截割过程中,镐型截齿主要工作于多齿耦合截割工况下,截割间距是该工况下的重要参数。针对截割间距对破岩过程影响的研究未考虑干涉截割的弱化作用的问题,提出一种多齿耦合截割时截割力的计算方法。针对石灰岩、红砂岩和2种模拟岩样开展了全尺寸单齿截割试验,对比分析自由截割和干涉截割的破岩过程。试验采集了截割力数据并进行了降噪处理,同时收集了截割碎屑,分析了截割间距对截割载荷、截割碎屑粒度、截割能耗、截割沟槽的影响规律。试验结果表明:(1)截齿截割力随截割间距增加而增大,并逐渐接近自由截割状态,且干涉截割与自由截割条件下的截割力比值与截割间距/截割深度之间存在较好的线性关系,相关系数均大于0.95。说明干涉截割条件下截齿的截割载荷可利用自由截割载荷进行估算,进而得到了基于已有峰值截割力模型的干涉截割条件下的截割力估算方程。(2)分别采用碎屑粒度指数(CI)和截割比能耗(SE)评价截割试验的碎屑粒度分布和截割能耗。随截割间距增大,CI呈先增大后减小的趋势,而SE呈先减小后增大的趋势。(3)当截割间距较小时,截割沟槽干涉显著,截割沟槽间残余岩脊较小,截割载荷较小,但由于截割沟槽干涉会产生较多细小碎屑,消耗较多能量,所以能耗升高;随着截割间距增大,残余岩脊增大,截割力增大,但由于已有截割沟槽对岩石的弱化作用且截割沟槽间干涉较少,形成的大块碎屑占比增大,所以截割能耗降低;随着截割间距进一步增大,截割沟槽间无干涉,且已有截割沟槽对岩石的弱化作用降低,截割力增大,碎屑粒度减小,截割能耗上升,截割状态逐渐趋近于自由截割。

镐型截齿不同角度对掘进机截割性能的影响研究

镐型截齿在截割头上进行安装时的切削角及倾斜角对截齿的截割性能具有重要的影响作用,采用有限元仿真分析的形式,对不同的切削角及倾斜角的截割阻力进行分析。结果表明,在切削角度为45°、倾斜角度为15°时截齿作用的截割阻力最小,截齿的截割性能最好,在煤岩的截割过程中应尽量选取最优的角度,提高掘进机的效率。

夹矸参数对截齿截割力影响的模拟研究

为研究夹矸参数对截齿截割力影响的变化规律,利用Pro/E构建镐形截齿三维模型,运用有限元软件ABAQUS确定含夹矸的模拟煤岩,建立截齿截割含夹矸煤岩的有限元耦合模型,研究不同夹矸参数下截割力变化趋势。结果表明:夹矸强度及厚度增加,截割力均值、截割力峰值均值呈增加趋势;截齿截割上煤岩界面和下煤岩界面时,截割力增加和降低幅值均随夹矸强度增加而增加,煤岩界面附近截割力随夹矸厚度增加而减小。该研究可为复杂煤层工况下滚筒合理参数匹配提供参考。