煤炭学报

作者：张强, 田莹, 王聪,

关键词：冲击截齿, 时空关系, 破煤特性, 离散元, 坚硬煤体,

近年来硬质煤层比例不断上升，传统机械截割方法在硬煤条件下的效率低下一直是我国煤炭生产行业的攻坚难题，寻求一种对硬质煤层具有强适用性的破碎方法成为煤矿智能化建设的重要科学问题。冲击与截割协同破煤技术是一种新型硬煤开采方式，其通过利用截齿在运动切线方向上的往复冲击使煤体内部产生破坏，降低硬煤开采难度。而考虑到截齿冲击的时空差异可能对破煤性能产生影响，将冲击截齿应用至采煤机滚筒，设计了具有截齿冲击功能的采煤机改造结构，基于该结构建立了不同截齿冲击时空关系的运动模型，并利用离散元方法分析了不同冲击时空关系的滚筒破煤特性，模拟结果表明，同步冲击方式在各硬度下的破煤效率均优于异步冲击的破煤效率，滚筒受力均值与峰值均低于异步冲击，且相对异步冲击更稳定；此外同步冲击在各硬度下的破煤性能相对传统滚筒均有较大提升，2种方式下的破煤效率差距最大接近24%，滚筒受力差距最大达到60 kN。为测试冲击与截割协同破煤技术的实际性能，设计了简化试验装置，开展了井下破煤测试，测试结果表明，截齿冲击与未冲击状态下的平均截割阻力分别为4 473,5 390 N，截齿冲击较未冲击时可降低截割阻力约17.22%以上，所得结果虽与模拟结果有偏差，但综合截割机构减小、煤体硬度减小因素，仍可认为冲击与截割协同破煤的实际性能取得了理想效果，并体现了冲击与截割协同破煤对坚固性系数煤层的有效性，同时也可以认为截割载荷降低程度的变化规律与模拟所得变化规律相似，验证了同步冲击时空关系对硬煤具有更高适用性的结论。

来源：2022年第2期

《煤炭学报》期刊编辑部

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