采掘机械第1篇2章煤岩破碎理论

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煤岩的破碎方式分

煤岩的破碎方式分

煤岩的物理性质: 1、容重:单位体积煤岩在干燥状态下的重 量(质量)。 2、湿度:用含水率表示。含水率高的煤岩体, 结构被弱化,强度低。采掘时,功率消耗 低,粉尘少,但是巷道围岩易变形,维护 难度大。 3、松散性:煤岩被破碎后,其体积增大的 性能。


4、稳定性:煤岩暴露出自由面后,不致塌陷的 性能。 煤岩的机械性质:煤层受到机械施加的外力时,所 表现的出的性质和抵抗外力的能力。 强度、硬度、接触强度、弹性、塑性、脆性、坚固 性、截割阻抗、摩擦与磨蚀性、蠕变与松弛、破碎 特性、截割可碎性、可钻性等。

的煤推向输送机,为防止滚筒端盘与煤壁发生碰 撞,滚筒端盘边缘的截齿向煤壁侧倾斜,由于端 盘上截齿截入煤岩体,其工作条件恶劣,故截线 距较小,越往煤壁截线距越大。

采煤机的大部分功率都消耗在螺旋滚筒上,滚筒 的受力分析是设计和研究采煤机的基础,滚筒上 的作用力主要为参与截割的截齿力与力矩的代数 和,由于煤岩的物理性质的变化、截齿分布的不 均匀以及单位时间内截齿工作数量的不同,滚筒 上载荷的大小很难定量的计算。
班 级:机械Z1015 姓 名:李瑞琦 学 号:2010000009
1.煤岩破碎的基本理论及主要内容 2.现有采煤机及其破煤机理 3.未来采煤机的破煤方式的发展
煤岩破碎理论是采掘机械学科所特有的重 要研究领域.它的研究内容主要有2个方面: 1、研究采掘机械的工作对象—煤岩的可破 碎性(可截割性、可刨性)研究; 2、研究采掘机械工作机构及其截割刀具在 破碎煤岩过程中的工作机理及作用载荷。

电控部:由电动机和电气控制部分组成,电动机 提供动力,用于驱动截割和牵引两个部分,电气 控制部分主要用以控制电动机的起动和停止、正 反转以及电动机的功率调节等。 附属装置主要包括底托架、电缆水管脱移装置、 灭尘冷却装置和防滑装置等。

第二章岩石的破碎理论PPT课件

第二章岩石的破碎理论PPT课件
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二、液压凿岩机
液压凿岩机是一种以液压为动力的新型凿岩机。由于油压比压气压力大得多,通 常都在10 MPa以上,并有粘滞性、几乎不能被压缩也不能膨胀做功,以及油可以循环 使用等特点,因而使液压凿岩机的构造与压气凿岩机的基本部分既相似又有许多不同 之处。液压凿岩机也是由油缸冲击机构、转钎机构和排粉系统所组成。
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(一)钎头
钎头形状
钎头结构参数
1、刃角;2、隙角;3、钎刃、 4、钎头直径;5、排粉沟。
钎头材料
原来用40号、45号钢,现凿岩机钎头通常使用的硬质合金牌号(牌号表示 硬质合金的成分和性能)为YG8C,YG10C、YG11C、YGl5X。Y表示硬质合金 ,G表示钴,其后数字表示含钻的百分数,C表示粗晶粒合金,X表示细晶粒 合金。
钎尾是承受和传递能量的部位。其长度和断面尺寸应与配套的凿岩 机转动套相适应。气腿式凿岩机钎尾长108mm。 钎肩形状有两种 ,六角形钎杆用环形钎肩,圆钎杆用耳形钎肩,。向上式凿岩机用 的钎子没有钎肩,因机头内有限定钎尾长度的砧柱。
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四、电钻钻具
煤电钻的钻具如图由钻头1和麻花钻杆4组成。钻杆前部的方槽2和 尾孔3,是用来插入钻头的,钻头插入后,从尾孔3上的小圆孔中插入销 钉固定钻头。麻花钻杆尾部5车成圆柱形,用以插入电钻的套筒内。套筒 前端有两条斜槽,可以卡紧在麻花螺纹上.以传送回转力矩。
爆炸的分类:
▪ 物理爆炸(不发生化学变化 ) ▪ 核爆炸 (核裂变或核聚变 ) ▪ 化学爆炸(有新的物质生成 )
2
炸药爆炸的三要素
1
2
3
反应的放热性
反应过程的高速度
反应中生成大量气 体产物
炸药爆炸必须的能 源
爆炸反应区别一般 化学反应的重要标 志

矿山机械复习资料2

矿山机械复习资料2

矿山机械复习资料第一章煤岩截割理论松散性:表示煤岩被破碎后其容积增大的性能。

破碎后与破碎前煤岩的容积之比称为松散比或者松散系数。

强度:煤岩体在一定条件下受外力作用开始破坏时具有的极限应力值称为煤岩强度。

硬度:煤岩的硬度指煤岩抵抗尖锐工具侵入的性能,他反应煤岩体在较小的局部面积上抵抗外力作用而不被破坏的能力,其大小取决于煤岩体的结构、组成颗粒的硬度、形状和排列方式等。

坚固性:表示煤岩破碎难以程度的综合指标,它是煤岩体抵抗拉压、剪切、弯曲和热力等作用的综合表现,反应了各种采掘作业的难易程度。

坚固性系数:又称普氏系数,表示煤岩的坚固性大小,可以用捣碎法测量,也可以根据煤岩的极限抗压强度近似确定。

磨砺性:煤岩磨损钢铁和硬质合金的烈度。

其磨砺性与石英含量、石英核直径和抗拉强度有关。

磨砺性系数:用直径8mm的标准钢棒,以150N的力压在未经加工的岩石式样表面,试棒以64r/min 定速转动,试棒两端分别研磨10min,以试棒质量的减少量作为磨砺性系数。

破碎特性指数:该指标与截割的工况和参数无关,仅取决于煤层的截割阻抗和脆性,他综合反映煤层在稳定的工况参数下破碎的可能性。

截割阻抗:单位截割深度作用于刀具上的截割阻力称为截割阻抗。

截割阻抗的测定方法:一、现场测定:标准刀具装载刀杆2上,绞车8牵引刀杆2绕立柱1摆动作弧形切割。

移动卡紧器3调节刀杆位置和刀具伸出刀杆的长度,就可以进行不同截距和截深度的截割测试。

在顶底板、截高中间处,以及沿煤层倾斜方向不同部位进行多次测量,取其平均值。

测量信号是刀具的截割阻力,由此可得截割阻抗A=Z/h Z:刀具截割阻力的平均值,h:截割深度。

二、经验公式:截割系数和坚固性系数关系A=150f截割比能耗:切割单位体积煤或岩石所消耗的能量。

截割比能耗决定着截割阻力及效率、煤尘、煤炭品级。

降低截割比能耗的途径:减小切割深度;更换截齿齿形,如切向扁形截齿比径向扁形截齿和切向锥形截齿的切割阻力小,块煤率、煤尘、截齿消耗量、硬质合金消耗量都有明显改善。

采掘机械(机电)ch2_2_11.2.2.2 电子教案

采掘机械(机电)ch2_2_11.2.2.2 电子教案

第二节 煤岩破碎理论
2.剪裂说 日本学者西松裕一建立的切削破岩模型,认为岩石的切 削破落遵守库仑—莫尔准则。
3.密实核说
拉伸和剪切联合作用的切 削破煤(岩)机理学说,以俄罗 斯别隆为代表。
第二节 煤岩破碎理论
二、冲击破岩机理
凿岩机活塞往复运动产生冲击力,使钎头侵入岩体, 形成破碎坑,又由于钎头的转动,使破碎坑扩展成孔眼, 并逐渐形成一定深度的钻孔。
载荷与钎头侵入岩体深度关系曲线: 钎头凿岩的过程一般是脆性破碎。AB段形成粉碎体。 在B点出现脆性崩裂,在BC段因崩出碎块而粉碎体缩小, 载荷随着降低。CD段和EF段重复AB段的情况,在DE段 和FG段重复BC段的情况,直至在FG段形成破碎坑。 某些条件下,凿岩过程中岩石呈塑性破碎。在AB段形 成粉碎体,在BC段粉碎体破裂,在CD段卸载形成破破碎坑步骤: ①压碎钎头前岩石上的小突起,形成压痕; ②岩体产生弹性变形并产生径向主裂纹; ③钎头前的岩石被压碎,形成粉碎体; ④粉碎体挤压周围岩体,使裂纹沿着剪切应力或拉伸 应力的迹线延伸扩展到岩体自由面,崩落大的碎片; ⑤重复循环上述过程,最终形成破碎坑。
第二节 煤岩破碎理论
第二节 煤岩破碎理论
钻孔爆破: 机械破碎:滚筒采煤机、刨煤机、掘进机等用刀具采 用切削方法截割破碎煤岩。 切削破岩;冲击破岩。
一、切削破岩机理 楔裂说、剪裂说、密实核说、断裂力学说和剪切变形
说等。
1.楔裂说 英国学者埃文斯提出。 澳大利亚学者洛克包洛夫通过实验证实,楔裂说适用于 切削砂岩、石灰岩和硬石膏的过程。

煤矿开采技术专业《采掘机械使用与维护》教学大纲

煤矿开采技术专业《采掘机械使用与维护》教学大纲

煤矿开采技术专业《采掘机械使用与维护》教学大纲第一篇:煤矿开采技术专业《采掘机械使用与维护》教学大纲煤矿开采技术专业《采掘机械使用与维护》教学计划:150课时项目一:采煤机的操作与维护30学时任务一:采煤机的基本操作 4课时知识点:1.采煤机的类型、结构;2.采煤机司机职责;3.采煤机操作安全知识。

能力目标:1.能阐述采煤机的类型、结构、性能、原理;2.会操作采煤机启动、牵引、停机;3.会绘制滚筒式采煤机总体结构示意图、供电系统图及编制采煤机安全操作规程。

情感点:熟悉工作场景,增强责任意识。

授课方法:项目教学作业:5道。

任务二:采煤机截割部维护 8课时知识点:1.采煤机截割部的组成及工作原理;2.采煤机截割部完好质量标准;3.采煤机截割部日常维护内容及要求。

能力目标:1.能阐述采煤机截割部的组成、结构、原理;2.会对采煤机截割部日常维护、运行状态检测、故障处理;3.会制定各项工作的实施方案及安全措施。

情感点:培养学生自主学习方法和认真负责的工作态度;授课方法:项目教学作业:7道。

任务三:采煤机牵引部维护 10课时知识点:1.采煤机液压牵引部和电牵引部的组成及工作原理;2.采煤机牵引部完好质量标准,日常维护内容及要求。

能力目标:1.能阐述液压牵引部和电牵引部的组成及工作原理;2.会对采煤机牵引部日常维护、性能调整运行状态检测、常见故障处理;3.会绘制液压系统原理图;4.会制定各项工作的实施方案及安全措施。

情感点:培养学生树立认真负责精益求精的工作态度;授课方法:项目教学作业:8道。

任务四:采煤机辅助装置维护 4课时知识点:1.采煤机电气系统的组成及工作原理;2.主要设备完好质量标准;3.采煤机电气系统的日常维护内容及要求。

能力目标:1.能阐述采煤机辅助装置的类型、结构、原理及选用的原则;2.会对采煤机辅助装置进行安装使用、维护、故障处理;情感点:培养学生树立良好的职业道德意识和安全生产意识。

授课方法:项目教学作业:5道。

1第一章 煤岩截割理论

1第一章 煤岩截割理论

• • • • •
• 煤岩的机械性质—— 煤岩体受到机械施加的外力时所表现的 性质。 • 强度:煤岩体在一定条件下受外力作用开 始破坏时所具有的极限应力值。 • 硬度:煤岩抵抗尖锐工具侵入的性能。 • 接触强度: • 弹性:当撤消所受外力后,煤岩恢复原来 形状和体积的性能。 • 塑性:当作用于煤岩体上的外力消失后, 其形状和体积不能得到恢复的性能。
• •
• 为了提高破落效果,还可采用高频电磁波、超声 波、热力和水射流等辅助手段。 • 存在的问题:比能耗较高,经济性较差;高压水 射流发生装置、回转接头和管道等制造技术要求 高,使用寿命短。 • 破落机械的结构和参数对破落过程的影响主要研 究:破落机构的结构和参数对载荷、比能耗、破 碎块度分布规律、粉尘生成率、刀具使用寿命吧 及运转平稳性等的影响。 • 煤岩破碎理论研究方法主要有:①现场试验法;② 模化试验法 ;③“纯”化试验法
• 一、切削破岩机理 • 关于切削破落煤岩的过程,流行的机理学 说主要有楔裂说、剪裂说、密实核说、断 裂力学说和剪切变形说等。 • 密实核说是拉伸和剪切联合作用的切削破 煤(岩)机理学说,截割机理如图1-2所示。

截齿刀刃接触煤体时产生集中应力,当 达到极限值时,煤岩体会被局部粉碎成粉 末,形成处于体积压缩状态的核,称为密 实核。密实核位于紧贴刀具前面的煤岩体 内,使煤岩受到向自由表面作用的拉伸力。 刀具继续向前移落 而使煤岩表面形成缺口。密实核中的少量 粉末沿着刀具的前面高速喷出,使密实核 的体积缩小,压强降低。刀具继续向前移 动,密实核又重新发育,其体积和压强又 逐渐增大,导致小块Ⅱ崩落。如此反复多 次,崩落的块率渐渐变大,最后沿着裂纹 ED崩落大块Ⅳ,使密实核消失。

为了合理地设计、制造和使用新型采掘机械,以及探 求高效低能耗破碎煤岩,必须研究煤岩的物理、机械 性质。 煤岩的物理性质 容重(密度):单位体积煤岩在干燥状态下的重量(质 量)。它在很大程度上反应了煤岩的机械强度。 湿度:用其含水率表示。 松散性:煤岩被破碎后,其容积增大的性能。 稳定性:煤岩暴露出自由面以后,不致塌陷的性能。

石油钻井设备与工具王镇全 第二节 岩石破碎机理PPT课件

石油钻井设备与工具王镇全 第二节  岩石破碎机理PPT课件
片状是剪切类钻头齿的常用形状。
2、球形
二)加载方式简化
1、剪切和磨削
牙齿以压入力和切削力 联合作用于岩石。
P
钻头是在钻压和旋转扭矩
M
的联合作用下钻进。
P
Q
对于每一个切削齿,其受力可简化为受压入力和切 削力的作用。
2、冲击作用
牙齿以瞬间力 作用于岩石。
pfx,t
3、滚压作用 牙齿以冲击和剪切两种形式联合破岩。
由于压头下部岩石应力状态的变化,导致压头下部岩石的破碎区 出现不对称性,在水平力作用方向压头前方出现大体积的剪切破坏, 密实核的趋向也向水平作用力方向偏移,压头后部出现拉应力破坏但 范围较小。形成的破碎坑的形状示意如图:
崩切区
作用力
拉应力破坏区 压 头
压碎形成的密实核
三、实际钻井过程中影响破岩效果的因素
2、在岩石性能一定的条件下,破岩体积的大小与破岩工具 的形状、尺寸有关。
例如:某内摩擦角为=32°砂岩,采用圆柱压头压入。 由弹性力学分析可知其θ近似可取0°; 计算得: ψ =29°;也即形成破碎坑的内锥角为122°。
压头压入岩石形成破碎坑后,一个破碎过程结束。接下来破碎 过程进入第二循环,过程重复上述步骤。但由于围岩的限制破岩体 积减小。
压碎形成的密实核作用力拉应力破坏区可行性研究勘察初步勘察及详细勘察三个阶段工作深度和精度应分别符合选择场址要求初步设计要求及施工图设计要求三实际钻井过程中影响破岩效果的因素地层因素钻井参数钻头结构几何参数可行性研究勘察初步勘察及详细勘察三个阶段工作深度和精度应分别符合选择场址要求初步设计要求及施工图设计要求地层岩石的力学性质环境等对破岩效果影响很大此为不可控因素
(其中u为泊松比)
根据上述结论,随着力的进一步增加,在压头下方深度为Zm处, 剪应力极值达到岩石的抗剪强度,此处形成剪应力破坏点。

煤岩截割理论

煤岩截割理论

A(kN/m)
煤岩性质 采煤机械
<180
软煤 刨煤机
180~240 中硬煤 采煤机
>240 硬煤 大功率煤机
7.摩擦与磨蚀性
煤岩磨损钢铁和硬质合金的烈度称为 磨蚀性,它是煤岩对金属、硬质合金和其 他固体磨蚀能力的度量。
8.蠕变与松弛
• 煤岩体在长时间持续不变化的载荷作用下, 其变形增加的过程称为煤岩体的蠕变。 • 煤岩体在一定的载荷作用下保持其变形量 为常数而应力下降的现象,称为煤岩体的 松弛。
– 截齿的形状
• 若压实核的体积与同时被破碎的体积之比 达到最小,破碎过程也是最优的。
– 低速强力截割,采下大块煤。
二、冲击破岩机理
• 凿岩机的活塞往复运动产生冲击力,使钎头侵入岩体,形 成破碎坑,又由于钎头的转动,使破碎坑扩展成孔眼,并 逐渐形成一定深度的钻孔。
三、截齿的截割阻力和比能耗
•靠近切削刃处的作用力最高,远离切削岩截割理论 第一节 煤岩的性质
一、煤岩的物理性质
煤岩的物理性质主要是指容重、湿度、松 容重、湿度、 容重 散性、孔隙性、导电性和热胀性以及稳定性等, 散性、孔隙性、导电性和热胀性以及稳定性 其中与采掘密切相关的有以下几种: 1.容重 煤岩的容重是指单位体积煤岩在干燥状 态下的重量(质量)。它在很大程度上反映了煤 岩的机械强度。
f =
σy
300
+
σy
30
• 对于具有不同坚固性系数的岩石,应选用与之相适应 的破碎方法和采掘机械。
普氏系 数F
F<4 F=4~8 F<1.5 F=1.5~3 F>3 中等坚 坚固岩 固岩石 石 F>8
煤岩性 质
软煤
中硬煤

煤岩截割理论

煤岩截割理论
第一章 煤岩截割理论
§1-1概述
采掘机械的工作对象是煤和岩石,工作机构破碎 煤岩矿体是采掘机械最主要的功能。研究刀具与煤、 岩体相互作用的有关能量转换、破碎机理和受力分析 等问题。 采掘机械最主要的功能是破碎并剥落煤岩体,采 掘机械消耗的功率,主要与截割及牵引机构剥落煤岩 体所遇到的阻力有关。可借助于煤岩的机械性质选择 对煤岩体作用力的形式、破岩工具的种类和形状,计 算截割机构载荷,合理选择机械结构的形式和参数, 保证机械设备的工作可靠性。
2.7810 ZL / G
4

式中 L——截割长度,m; 3 —— 煤岩的实体密度, t/m
G——剥落煤量,kg;
§1-3
煤岩截割理论
比能耗HW与截割深度h的关系近似双曲线。当h增大时,被 截割的体积增大,这足够大的体积包容了大量的裂缝,截割时易 从应力弱的裂缝处破碎,于是比能耗明显减小。试验可知h>5~ 10cm时,H趋于稳定,并具有最小值区间,如图中影线区所示。 比能耗决定着截割阻力及效率、煤尘、煤炭品级(粒度),比能耗 是最佳截割中的首要准则。 分析------ 对切向扁形截齿同径向 扁形截齿和切向锥形截齿的对比 试验表明,切向扁形截齿比其他 两种截齿的截割阻力小,块煤率、 煤尘、截齿消耗量、硬质合金消 耗量都有明显改善。 截齿变钝后,截割阻力、推进 阻力和侧向力比锐齿增加很多。 只能在试验基础上估算,但对定 性和定量分析具有一定的意义。
1.密度 单位体积煤岩在干燥状态下的质量。 在1.3~1.45t/m3变化,计算时取1.35 t/m3。 2.湿度 煤岩的湿度用其含水率表示。含水率指在煤岩 的缝隙中存留的水的质量与煤岩固体质量之比。 含水率高的煤岩体,结构被弱化,强度明显降 低。开采时功率消耗会明显降低,粉尘也将减少。 但巷道围岩易产生变形,巷道维护的难度增加。

第一章煤岩截割理论教程

第一章煤岩截割理论教程

切向截齿——以齿体轴线与采煤机滚筒或掘进机截割头横截
上午3时41分
截齿几何参数
21
扁形截齿齿柄在齿座内不能回转。锥形截齿在截割过程中可
在齿座内回转,自动磨锐齿尖。 刀身轴线位于齿头阻力R作用方向的变化范围λmin~λmax→齿 柄弯矩比径向截齿小,不易折断。 切向截齿工作时的截角较小,有利于降低比能耗,且形状简 单,便于制作。但齿柄和齿座的长度限制截齿安装得较稀, 且只能装在滚筒轴线的垂直平面内,而不宜装在滚筒端盘上。
上午3时41分
截割刀具
16
截割刀具——截割破碎煤岩。 采掘机械的截割刀具——截齿。
截齿是用来截割煤体的刀具,其几何形状和质量直接影响采
煤机的工况、能耗、生产率和吨煤成本。
经验证明,改进截齿结构,适当加大截齿长度,增大切削深
度,可以提高煤的块度,降低煤尘。
上午3时41分
截割刀具
17
也有尖劈作用。 锥形截齿——没有切削刃,是利用点击和尖劈作用来破煤。 两种截齿刀头形状不同,破碎方式不同,但破碎机理一样。
上午3时41分
截割刀具
20
按截齿安装方式分径向截齿和切向截齿。 径向截齿——齿体轴线基本通过掘进机截割头横截面的中心
或沿采煤机滚筒径向安装; 面的圆周切线成锐角安装。
门学科。
破碎并剥落煤岩体,是采掘机械最主要的功能。采掘机械消
耗的功率,主要与截割及牵引机构剥落煤岩体所遇到的阻力
有关。
研究煤岩的力学性质,合理选择机械结构的形式和参数,计
算截割机构载荷,是选用电机功率、计算机械强度和可靠性 的基础。
上午3时41分
第一节 概述
5
煤岩是非均质、非连续和各向异性的脆性物质,赋存于地下

采机第2章

采机第2章

3
2.2 煤岩物理机械性质
1.煤岩的物理性质
• 与煤岩破碎相关的物理性质
容重
煤岩 花岗岩 砂岩 石灰岩 页岩 煤
容重 2.56~2.67 2.11~2.54 2.16~2.5 (t/m3)
2.16
1.3~1.5
湿度,即煤层含水率(水煤质量比) • 水的作用:弱化煤岩体,降低能耗,减少 粉尘。
4
2.2 煤岩物理机械性质
原生性构造特点原生性构造特点2121煤层固有的特性煤层生成时条件决定层理煤层的层状结构与倾斜方向平行节理与层理相交的微小裂隙煤层的非均质性非单一性材料22
采掘机械
第2章 煤层构造特点 及煤岩物理机械性质
Constructional Feature of Coal Seam & Physical and Mechanical Properties of Ingredient
2.煤岩机械性质(只讲与煤岩破碎相关的)

(1)强度:抗压强度 y,抗剪强度 j,抗拉 强度 L ,其间的关系为:
y : j : L 1: 0.3: 0.1
一般 砂岩 坚固 砂岩
部分煤岩抗压强度 y :
煤岩 无烟 烟煤 褐煤 泥岩 煤 花岗 岩
y
(Mpa)
10~15 12~18 20~35 30~70 80~110 120~150 160~240
5
2.2 煤岩物理机械性质
2.煤岩机械性质(只讲与煤岩破碎相关的) 对强度的影响因素: • 煤岩材料的非均质性 • 煤岩体构造特性、层理、节理、断裂、裂 隙 y1
y1 : y 2 1.3 ~ 1.5
• 湿度:水使煤岩体强度弱化 • 井深H对煤岩强度的影响不明显

第2章 爆破破碎机理

第2章 爆破破碎机理

有机玻璃中的爆炸裂纹
• 二图板尺寸相 同,仅仅右图 药量是上图的 3倍
内部 作用 示意 图
• 1—装药空腔;2—粉碎区; • 3—裂隙区;4—震动区
• 1.2 爆破的外部作用
反射拉伸为主造成自由面岩石片落
霍普金森效应破碎机理
反射拉伸应力波引起径向裂隙延伸
自由面改变了岩石中的准静态应力场
不足
• 裸露药包破碎大块:爆生气体都扩散到大 气中去了,并没有对大块破碎起什么作用。 (这时主要是冲击波的动压作用) • 准静态压力较低,能否引起初始破裂值得 怀疑。
1.2 冲击波拉伸作用理论(动作用理论) • 代表人物:日本:日野熊田(Kunao Nino) • 美国:戴维尔(Duvall W.L)
• ——抗拉强度的重要性 • ——Griffith研究脆性物体破坏时指出:脆性 物体的破坏是由内部存在的裂隙引起的。 由于固体内微小裂隙的存在,在裂隙尖端 产生应力集中,从而裂隙沿着尖端继续扩 张。 • ——基于杆件试验和平板试验中的应力波
岩石杆件爆破试验
板件爆破试验
(1)1947年, K.M.贝尔特 (K.M.Baird)用 高速摄影机实测了 冲击波的速度。用 电力引爆直径0.25 ㎜的铜丝在玻璃板 中爆炸,产生的冲 击波速度为 5600~11900m/s、 破坏的顺序是,爆 源附近→边界端→ 玻璃板中部。
• 冲击波反射阶段:片落、促进径向裂纹的 发展 • 爆生气体膨胀阶段:
通过以上对岩石爆破破碎机理的分析可知,岩石 的爆破破碎、破裂是爆炸(冲击波)应力波的压缩、 拉伸、剪切和爆生中爆破破坏过程
• a、径向压缩阶段;b、冲击波反射阶段;c、 爆炸气体膨胀阶段
爆破过程三阶段
• 冲击波径向压缩阶段:粉碎、引起切向拉 应力——径向裂纹、回弹——环状裂隙;

采掘机械第1篇2章煤岩破碎理论

采掘机械第1篇2章煤岩破碎理论

第一节 煤岩的物理机械性质
6.截割阻抗
截割阻抗比普氏系数更能确切地反映煤的可截割性能, 作为采掘机械设计和选型的主要技术参数。 截割阻抗:单位截割深度作用于刀具上的截割阻力, A(kN/m)表示。
1,9-立柱;2-刀杆;3-卡紧器; 4-刀具;5-测力传感器;6-记录仪; 7-电动机;8-绞车
Z A h
第二节 煤岩破碎理论
岩体脆性破碎形成破碎坑步骤: ①压碎钎头前岩石上的小突起,形成压痕;
②岩体产生弹性变形并产生径向主裂纹;
③钎头前的岩石被压碎,形成粉碎体; ④粉碎体挤压周围岩体,使裂纹沿着剪切应力或拉伸 应力的迹线延伸扩展到岩体自由面,崩落大的碎片; ⑤重复循环上述过程,最终形成破碎坑。
第二节 煤岩破碎理论
第一节 煤岩的物理机械性质
一、煤岩的物理性质 密度、孔隙度、含水量、松散性、稳定性、导电性、 传热性等,与采掘机械的工作密切相关的性质有: 1.密度 单位体积煤岩在干燥状态下的质量。 在1.3~1.45t/m3变化,计算时取1.35 t/m3。
2.湿度 煤岩的湿度用其含水率表示。含水率指在煤岩的缝隙 中存留的水的质量与煤岩固体质量之比。 含水率高的煤岩体,结构被弱化,强度明显降低。开 采时功率消耗会明显降低,粉尘也将减少。但巷道围岩 易产生变形,巷道维护的难度增加。
Pi
n
pk岩石接触强度,MPa;Pi岩石材料脆性破坏瞬间的压头载 荷,N;n压头下压次数;S压头下表面积,mm2。
第一节 煤岩的物理机械性质
接触强度在掘进机设计与使用中经常遇到。 前苏联根据接触强度值的大小,岩石分六类:松软, 次中等坚固,中等坚固,坚固,很坚固和极坚固。
4.弹性、塑性与脆性 弹性、塑性与脆性反映煤岩受外力作用与其变形之 间关系的性质。 弹性:所受外力撤消后煤岩恢复原来形状的性能。 破碎弹性较高的煤岩,消耗的能量较多,且由于弹性变 形,破碎也比较困难。 塑性:所受外力消失后煤岩不能恢复原来形状的性 能。破碎塑性高的煤岩,消耗的能量较多。 脆性:煤岩破碎时不带残余变形的性能。脆性高的 煤岩,容易破碎,消耗的能量也较小。

露天采矿学第02章矿岩松碎工作1.

露天采矿学第02章矿岩松碎工作1.

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2.3 爆破松碎矿岩爆破工作
(二)爆破工作
为后续的采装工作等提供合适的块度, 爆破质量对后续工作影响很大,同时又要 保证矿山生产的安全性和合理性,故应高 度重视。(中间涉及经济指标、对永久边 坡的保护等)
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好的爆破质量
➢ 合适的块度(低大块率) ➢ 爆堆形状(高度、宽度)、集中且有一定的松散
及数量计算? (3)露天开采中常使用的爆破作业方法有哪几种?在露天矿的生产过程中各起什
么作用? (4)简述露天矿深孔爆破参数有哪些? (5)简述微差爆破和挤压爆破的优点及技术要点。 (6)简述露天矿靠近边坡的爆破工作常用的方法与技术要点。 (7)简述矿床露天开采对爆破工作的基本要求。
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度 ➢ 没有根底、伞岩,台阶坡面平整 ➢ 没有后裂、挎坡,尤其对永久边坡 ➢ 较小的爆破振动 ➢ 无爆破飞石、空气冲击波等
能促使露天矿生产总成本最低
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2.3 爆破松碎矿岩
穿孔、爆破
采装、运 输、破碎
边坡稳定性影响 (安全)
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降低单位矿岩 的爆破成本
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2.3 爆破松碎矿岩
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2.3 爆破松碎矿岩
③穿孔设备数量计算及选择
计算公式:
钻机工作台数N:N k2Q
mnab1k
钻机在册台数N’:
N
'
N k3
注意:当矿岩性质差异较大,采矿和剥离工
作制度不同时,应分别计算所需台数,然
后再取总和。
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2.3 爆破松碎矿岩
选择孔径 特大、大型露天矿:D≥310mm 中型露天矿:D=150~250mm 小型露天矿:D≤150mm

第二章 岩石的破碎理论(1)

第二章 岩石的破碎理论(1)

1.影响稳定爆轰的主要因素
药卷直径 炸药密度 起爆冲能 其他因素
(1)药卷直径。炸药爆轰所产生的能量并未全部用于传 爆,有一部分径向逸散到药卷周围产生空气冲击波或 应力波。药卷直径越小,逸散出去的这部分能量所占 的比例越大。因此,当药卷直径小到一定程度时,就 完全不能传爆,这时的直径称为临界直径。将药卷直 径自临界直径逐渐增大,爆速也逐渐提高,最后达到 了稳定值。此后,药卷直径再增大,爆速也不会提高, 这时的直径称为极限直径。
测定炸药猛度的方法为铅柱压缩法,其实验设备及 装置如图所示。起爆后测量铅柱压缩尺寸作为猛度的 数据,单位为毫米。
(二)爆力 炸药爆炸时对周围介质做功的能力称为爆力,它是 由炸药能量转化而来的。测定炸药爆力的方法常用铅 柱扩孔法,试验装置如图所示,起爆后可用量筒向孔 内注水测得形容积,从中减去原孔眼体积和雷管扩孔 体积,即得炸药的爆力数据,其单位为毫升。
(三)爆速 爆速小于3000m/s,猛度小于10mm的炸药为低 威力炸药;爆速大于4000m/s,猛度小于16mm的 炸药为高威力炸药;界于二者之间的为中威力炸药。
如图所示,在药卷上A、B 两点并精确量出距离,用直径 0.1~0.3mm的漆包线双股权 成两根探针(下端剪开不通电), 分别插入A、B处,并连接在 爆速仪的导线上。药卷起爆后, 探针的漆包线被爆轰波高温烧 坏,先后向仪器输入记时开始 和终止信号,这段时间由数码 管显示出来。将距离除以爆轰 波通过它需要的时间,即得爆 速值。
殉爆距离一般可通过实验来确定。试验时,将同一种 炸药的两个药卷沿轴线隔一定距离平放在坚实的沙土上, 其中一个药卷装有雷管作为主动药卷,另一个药卷作被 动药卷,然后引爆。根据形成的炸坑以及有无残留的炸 药和药卷来判断殉爆情况。通过一系列实验,找出相邻 药卷能殉爆的最大距离。

第一章 煤岩截割理论解析

第一章 煤岩截割理论解析
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下午1时27分

轴向力和切向力共同作用时压头下方岩石的 应力状态
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轴向力作用时岩石内的 应力分布
轴向力和切向力共同作用时岩石内的应力分布 (a)等应力线图;(b)应力状态特征
Ⅰ-压应力区;Ⅱ-拉应力区;Ⅲ-过渡区
下午1时27分
切削破岩机理——密实核说
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压实核形成的原因是截齿排屑 时,前刃面上的摩擦力大于排 屑力,阻碍排屑而形成压实核。
的要求。
下午1时27分
截割刀具
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截齿组成:齿体和硬质合金头。 齿体:截齿不包含硬质合金头的母体部分。包括齿头和齿柄。 齿头:截齿头部伸出齿座的部分,顶部焊接(或镶嵌)硬质合
金头。 齿柄:截齿可装入齿座的部分,形状有长方体、圆柱体。
按截齿齿头几何形状分扁形截齿和锥形截齿。
下午1时27分
截割刀具
下午1时27分
切削破岩机理——密实核说
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密实核说——拉伸和剪切联合作用的切削破煤(岩)机 理学说,以俄罗斯别隆为代表
密实核:指截齿刀刃接触煤体时产生应力集中,当 达到极限值时,煤岩体会被局部粉碎成粉末,形成 处于体积压缩状态时产生的核。
下午1时27分
切削破岩机理——过程分析
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下午1时27分
切削破岩机理——过程分析
脆性岩体冲击破碎过程
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压碎钎头前岩石上的小突起,形成压痕; 岩体产生弹性变形并产生径向主裂纹; 钎头前的岩石被压碎,形成粉碎体; 粉碎体挤压周围岩体,使裂纹沿着剪切应力或拉伸应力的迹
线延伸扩展到岩体自由面,崩落大的碎片; 重复循环上述过程,最终形成破碎坑。
下午1时27分
第二节 煤岩的物理机械性质
为得到工作面的A值,在工作面接近顶板、底板、截高中间 处,以及沿煤层倾斜方向不同部位进行多次测量,取其平均 值作为该工作面的A值。

第一章 煤岩截割理论

第一章 煤岩截割理论

第二节 煤岩的物理机械性质
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为得到工作面的A值,在工作面接近顶板、底板、截高中间



处,以及沿煤层倾斜方向不同部位进行多次测量,取其平均 值作为该工作面的A值。 截割阻抗与坚固性系数关系:A=150f 统计资料,也存在A=100f 煤层按截割阻抗分: A≤180kN/m的煤为软煤,适合用各种刨煤机,特别是脆性 煤层适于刨煤机; A=18性煤适于滑行刨煤机; A=240~360kN/m的煤为硬煤,韧性煤须用大功率采煤机, 脆性煤可用滑行刨煤机。
《矿山机械》
1


下午4时55分
题型和分数分配
2
填空:30分,每空一分 简答题:30分,每题6分, 论述计算题:40分, 考试时间:
考场:
下午4时55分
第一章 煤岩截割理论
3
下午4时55分
第一节 概述
4
煤岩破碎理论:研究机械破落煤岩过程中,刀具与煤、岩体
相互作用的有关能量转换、破碎机理和受力分析等问题的一
下午4时55分
截割刀具
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截割刀具——截割破碎煤岩。 采掘机械的截割刀具——截齿。
截齿是用来截割煤体的刀具,其几何形状和质量直接影响采
煤机的工况、能耗、生产率和吨煤成本。
经验证明,改进截齿结构,适当加大截齿长度,增大切削深
度,可以提高煤的块度,降低煤尘。
下午4时55分
截割刀具
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下午4时55分
切削破岩机理——密实核说
7
密实核说——拉伸和剪切联合作用的切削破煤(岩)机
理学说,以俄罗斯别隆为代表
密实核:指截齿刀刃接触煤体时产生应力集中,当
达到极限值时,煤岩体会被局部粉碎成粉末,形成 处于体积压缩状态时产生的核。
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第三节 截割刀具
滚压盘刀
全断面掘进机对称型滚压盘刀
采煤机非对称型滚压盘刀
第三节 截割刀具
非对称型滚压盘刀装在滚筒螺旋叶片外缘。 轴线垂直滚筒半径而平行滚筒轴线时,主要靠碾压和 楔劈作用碎落煤,目前较多采用。 轴线接近平行滚筒半径而垂直滚筒轴线时,主要作用 是截割,适用于较软的煤层。 处于两者中间状况时,兼有截割、碾压和楔劈作用。
第一节 煤岩的物理机械性质
6.截割阻抗
截割阻抗比普氏系数更能确切地反映煤的可截割性能, 作为采掘机械设计和选型的主要技术参数。 截割阻抗:单位截割深度作用于刀具上的截割阻力, A(kN/m)表示。
1,9-立柱;2-刀杆;3-卡紧器; 4-刀具;5-测力传感器;6-记录仪; 7-电动机;8-绞车
Z A h
第二节 煤岩破碎理论
岩体脆性破碎形成破碎坑步骤: ①压碎钎头前岩石上的小突起,形成压痕;
②岩体产生弹性变形并产生径向主裂纹;
③钎头前的岩石被压碎,形成粉碎体; ④粉碎体挤压周围岩体,使裂纹沿着剪切应力或拉伸 应力的迹线延伸扩展到岩体自由面,崩落大的碎片; ⑤重复循环上述过程,最终形成破碎坑。
第二节 煤岩破碎理论
从四个方面扼要介绍煤岩破碎方面的一些情况
1、不详细研究煤、岩的物理力学特性,只求对其力学特性有 所了解; 2、煤、岩破碎理论和截割过程; 3、截割刀具与截槽基本参数; 4、其他落煤方法;
第二章 煤岩破碎理论
采掘机械的工作对象是煤和岩石,工作机构破碎煤岩 矿体是采掘机械最主要的功能。 煤岩破碎理论是研究机械破落煤岩过程中,刀具与煤、 岩体相互作用的有关能量转换、破碎机理和受力分析等 问题的一门学科。研究煤岩破碎理论,对设计、制造和 使用采掘机械起着理论指导作用。 第一节 煤岩的物理机械性质 煤岩是非均质、非连续和各向异性的脆性物质,赋存 地下的煤岩体内部还受地应力的作用。
第一节 煤岩的物理机械性质
1. 强度 煤岩体在一定条件下受外力作用开始破坏时所具有的 极限应力值。 煤岩为非均质材料,各向异性,抗压、抗剪和抗拉强 度关系
y: j : l=1:(0.1~0.4):(0.03~0.1)
在设计采煤机械时,应尽量利用拉伸或剪切破坏, 以减少刀具受力和能耗。 层理和节理发育的煤岩体,其强度要低于层理和节 理不发育的煤岩体;沿垂直层理方向的强度要高于平行 层理方向的强度。
第一节 煤岩的物理机械性质
2. 硬度 煤岩抵抗尖锐工具侵入的性能。 反映煤岩体在较小的局部面积上抵抗外力作用而不 被破坏的能力,大小取决于煤岩体的结构、组成颗粒的 硬度、形状和排列方式等。 硬度越大,截割、钻凿越困难。 3.接触强度 按实验测压头上的载荷值与压头下表面积之比计算
p k i 1 nS
第二节 煤岩破碎理论
2.剪裂说 日本学者西松裕一建立的切削破岩模型,认为岩石的切 削破落遵守库仑—莫尔准则。
3.密实核说
拉伸和剪切联合作用的切 削破煤(岩)机理学说,以俄罗 斯别隆为代表。
第二节 煤岩破碎理论
二、冲击破岩机理
凿岩机活塞往复运动产生冲击力,使钎头侵入岩体, 形成破碎坑,又由于钎头的转动,使破碎坑扩展成孔眼, 并逐渐形成一定深度的钻孔。
第一节 煤岩的物理机械性质
3.松散性 煤岩被破碎后其容积增大的性能。 破碎后与破碎前煤岩的容积之比——松散比(或松散 系数)。 4.稳定性 煤岩暴露出自由面以后,不致塌陷的性能。
二、煤岩的机械性质 煤岩体受到机械施加的外力时所表现的性质。 在破碎煤岩时,借助于煤岩的机械性质选择对煤岩 体作用力的形式、破岩工具的种类和形状。 煤岩的机械性质主要包括弹性、塑性、脆性、强度、 硬度、坚固性、截割阻抗、磨砺性等。
第一节 煤岩的物理机械性质
一、煤岩的物理性质 密度、孔隙度、含水量、松散性、稳定性、导电性、 传热性等,与采掘机械的工作密切相关的性质有: 1.密度 单位体积煤岩在干燥状态下的质量。 在1.3~1.45t/m3变化,计算时取1.35 t/m3。
2.湿度 煤岩的湿度用其含水率表示。含水率指在煤岩的缝隙 中存留的水的质量与煤岩固体质量之比。 含水率高的煤岩体,结构被弱化,强度明显降低。开 采时功率消耗会明显降低,粉尘也将减少。但巷道围岩 易产生变形,巷道维护的难度增加。
第三节 截割刀具
齿体:截齿不包含硬质合金头的母体部分。 齿头:截齿头部伸出齿座的部分,顶部焊接(或镶嵌) 硬质合金头。 齿柄:截齿可装入齿座的部分,形状有长方体、圆柱 体。
按截齿齿头几何形状分扁形截齿和锥形截齿。
第三章 截割滚筒
截齿是用来截割煤体的刀具,其几何形状和质量直接影 响采煤机的工况、能耗、生产率和吨煤成本。 经验证明,改进截齿结构,适当加大截齿长度,增大切 削深度,可以提高煤的块度,降低煤尘。
第三节 截割刀具
截齿径向外伸长度限制了可能达到的最大截割深度。 截齿径向外伸长度:对径向截齿来说是从截刃到齿座顶 面的距离;对于切向截齿,必须考虑相对于滚筒径向的安 装角度。 齿柄矩形截面的宽高比约为0.5~0.7,以保证抗纵向弯 曲的截面模量足够大。截割岩石的截齿,除采用较大截角 和整个前面覆盖硬质合金片外,齿柄常为圆形截面。
第节 截割刀具
后角γ对截割阻力Z和牵引阻力Y的影响,仅在小于10o 时显著表现出来。 后角小,截齿后面与煤岩体的接触面积大,后面上的 摩擦力大,截割和牵引阻力同步增大——后角γ和侧后 角ε小于10o不合理。 为提高刀头强度,可适当小一些。
第三节 截割刀具
截刃宽度b对截割阻力和截割比能耗的影响规律: 不论截割深度大小,随截刃宽度增大,截割阻力不断 增大,截割比能耗先下降到最低值,再升至稳定值。 大块剥落时截割深度可能达100mm,与截割比能耗最 低值对应的截刃宽度约为20~30mm。
Pi
n
pk岩石接触强度,MPa;Pi岩石材料脆性破坏瞬间的压头载 荷,N;n压头下压次数;S压头下表面积,mm2。
第一节 煤岩的物理机械性质
接触强度在掘进机设计与使用中经常遇到。 前苏联根据接触强度值的大小,岩石分六类:松软, 次中等坚固,中等坚固,坚固,很坚固和极坚固。
4.弹性、塑性与脆性 弹性、塑性与脆性反映煤岩受外力作用与其变形之 间关系的性质。 弹性:所受外力撤消后煤岩恢复原来形状的性能。 破碎弹性较高的煤岩,消耗的能量较多,且由于弹性变 形,破碎也比较困难。 塑性:所受外力消失后煤岩不能恢复原来形状的性 能。破碎塑性高的煤岩,消耗的能量较多。 脆性:煤岩破碎时不带残余变形的性能。脆性高的 煤岩,容易破碎,消耗的能量也较小。
第二节 煤岩破碎理论
钻孔爆破: 机械破碎:滚筒采煤机、刨煤机、掘进机等用刀具采 用切削方法截割破碎煤岩。 切削破岩;冲击破岩。 一、切削破岩机理 楔裂说、剪裂说、密实核说、断裂力学说和剪切变形 说等。 1.楔裂说 英国学者埃文斯提出。
澳大利亚学者洛克包洛夫通过实验证实,楔裂说适用于 切削砂岩、石灰岩和硬石膏的过程。
第三节 截割刀具
径向截齿几何参数
径向截齿齿头由前面K、后面L、两个侧面M和截割刃N 等构成。截齿以截割速度v和牵引速度vq截割出平面BB。
arctg(vq / v)
第三节 截割刀具
截割阻力Z随截角δ增大的趋势,在δ>90o时越显得急 烈——齿头向下的挤压作用增强,破碎的煤岩块难以排 出。 截角大,刀头强度高——采煤机截齿δ=70o~75o,开 采含坚硬夹石层的煤层的截齿δ≈90o,截割硬岩的截齿 δ>90o。
第三节 截割刀具
扁形截齿齿柄在齿座内不能回转。锥形截齿在截割过 程中可在齿座内回转,自动磨锐齿尖。 刀身轴线位于齿头阻力R作用方向的变化范围λmin~ λmax→齿柄弯矩比径向截齿小,不易折断。 切向截齿工作时的截角较小,有利于降低比能耗,且 形状简单,便于制作。但齿柄和齿座的长度限制截齿安 装得较稀,且只能装在滚筒轴线的垂直平面内,而不宜 装在滚筒端盘上。
第一节 煤岩的物理机械性质
为得到工作面的A值,在工作面接近顶板、底板、截 高中间处,以及沿煤层倾斜方向不同部位进行多次测量, 取其平均值作为该工作面的A值。 煤层按截割阻抗分: A≤180kN/m的煤为软煤,适合用各种刨煤机特别是 脆性煤层适于刨煤机; A=180~240kN/m的煤为中硬煤,其中韧性煤适合用 采煤机,脆性煤适于滑行刨煤机; A=240~360kN/m的煤为硬煤,韧性煤须用大功率采 煤机,脆性煤可用滑行刨煤机。 截割阻抗与坚固性系数关系:A=150 统计资料,也存在A=100
第一节 煤岩的物理机械性质
8.破碎特性指数 在碎煤总量中块度分布服从统计分布规律
W 1 exp(d )
m
W——直径不超过d(mm)的碎煤占试样总量的百分比; λ——由截割方法和参数决定的破碎程度参数; m——破碎特性指数,对于具体煤层为常数,一般为0.4~1.3, 与截割工况无关。
破碎特性指数是确定脆性程度指数的基础,也用于煤 层煤尘生成能力的分级。
按截齿安装方式分径向截齿和切向截齿。
第二节 煤岩破碎理论
径向截齿齿体轴线基本通过掘进机截割头横截面的中 心或沿采煤机滚筒径向安装; 切向截齿以齿体轴线与采煤机滚筒或掘进机截割头横 截面的圆周切线成锐角安装。
第三节 截割刀具
截齿齿柄固定在齿座中。 常用30~35CrMnSi、30~35SiMnV或40Cr优质合金钢 制造,并经调质。 齿头接触煤岩体,为提高耐磨性,镶嵌硬质合金片或核。 适用于截割中硬和硬煤岩的截齿,硬质合金片或核用 YG8或YG8C制作;适用于截割含坚硬夹杂物的煤层的截 齿,宜用YG11C或YG13C (钨,钴,钴含量,粗粒度) 。
第一节 煤岩的物理机械性质
5.坚固性 表示煤岩破碎难易程度的综合指标,是煤岩体抵抗拉 压、剪切、弯曲和热力等作用的综合表现。 坚固性系数(普氏系数)表示煤岩的坚固性大小。 ①捣碎法测量坚固性系数 ②根据煤岩的极限抗压强度(MPa)近似确定
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