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第一章 煤岩截割理论 主讲：冷军发 机械学院 lengjunfa@163.com 第一章 煤岩截割理论 §1-1概述 煤岩是非均质、非连续和各同异性的脆性物料，赋存地下的 煤、岩体内部还受地应力的作用。机械破落煤、岩有挤压、 冲击、弯折、劈裂和研磨等多种方法。在具体的破落过程 中，往往是多种破落方法共同作用。 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。 研究方法： 现场试验法：测量最基本参数，如功率。 模化试验法：相似理论要求。 “纯”化试验法：将煤岩力学特性单纯化。破碎过程的机理。 §1-2 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。 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： §1-2 煤岩的物理机械性质 1．密度 单位体积煤岩在干燥状态下的质量。 在1.3 ～1.45t/m3 3 变化，计算时取1.35 t/m 。 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。 §1-2 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。 §1-2 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  ： ： =1 ：(0.1～0.4)：(0.03～0.1) y j l 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。 §1-2 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。 §1-2 煤岩的物理机械性质 3．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