井下液压式选择性煤矸分离装备关键技术研究

摘要

煤炭开采伴随着大量矸石的产生，造成地面大量矸石山的堆积，为实现绿色开采目标，对井下开采出来的矸石直接分选，分选出的矸石直接用于采空区的充填，这样既可以减少矿区的环境污染也可以有效控制采空区塌陷带来的危害。根据煤和矸石的硬度特性的差异，提出一种新的井下液压式选择性煤矸分离装备。为此，本文结合了理论研究、实验数据和仿真模拟方法，对井下液压式选择性煤矸分选装备的关键技术进行研究。
　　基于井下液压式选择性煤矸分离装备结构和挤压破碎过程特点，在现有的破碎强度理论和破碎能耗理论基础上，建立了点载荷破碎力学模型，并建立了在拉应力下和剪应力作用下，煤矸发生破坏的破碎准则;建立了单颗粒煤岩挤压破碎的屈曲分析有限元模型，对实验数据和理论仿真结果处理，拟合得到物料的抗压强度和屈曲强度之间的关系。
　　基于评价煤矸破碎分选效果的两个指标—丢煤率和混矸率，给出了三种临界破碎载荷下的最大丢煤率和最大混矸率的计算公式，建立了煤矸选择性破碎分选准则;设计了井下液压式选择性分选装备，介绍了装备破碎分选原理和破碎分选液压回路工作原理;对物料挤压过程时装备的关键部件进行了力学分析，推导出了液压缸设置的压力值与煤矸颗粒的破碎载荷的关系式，对分离装备的偏心凸轮的运动学分析，给出了物料的挤压受力特性，通过对偏心凸轮上挤压点的位移、速率、加速度分析，研究了偏心凸轮运动特性。
　　通过ANSYS Workbench接触仿真分析，探究了一定范围下的压板倾角对煤或矸石破碎效果的影响，研究表明:压板倾角在15°时，煤和矸石的选择性破碎效果最好;为寻找特定设备的处理粒度范围，探究了一定范围的入料粒度对破碎效果的影响，对物料破碎前的分级处理具有一定指导意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 煤岩破碎理论研究

1．2．2 煤矸分离方法研究

1．3 井下液压式选择性煤矸分离方法

1．4 关键问题

1．5 论文主要研究内容

1．6 本章小结

2 井下液压式选择性煤矸分离装备的破碎机理研究

2．1 煤和矸石性质

2．2 破碎理论

2．2．1 影响破碎的主要因素

2．2．2 破碎的主要形式

2．2．3 破碎强度理论

2．2．4 破碎能耗理论

2．3 井下煤矸分离装备挤压破碎理论

2．3．1 点载荷破碎力学模型

2．3．2 破碎准则

2．4 本章小结

3 单颗粒煤岩挤压破碎仿真研究

3．1 单颗粒煤岩挤压破碎仿真研究方法概述

3．2 单颗粒煤岩挤压破碎实验

3．2．1 单颗粒煤岩挤压破碎实验数据的获取

3．2．2 实验结果参数的多元回归分析

3．3 单颗粒煤岩屈曲分析有限元模型

3．3．1 静力学分析

3．3．2 线性屈曲分析

3．4 本章小结

4 井下液压式选择性煤矸分离装备设计

4．1 煤矸的破碎效果评价指标

4．2 丢煤率和混矸率

4．2．1 丢煤率计算

4．2．2 混矸率计算

4．3 煤和矸石选择性破碎分选准则

4．4 井下煤矸石分选设备设计

4．4．1 分选设备设计要求

4．4．2 煤矸石液压分选设备实现

4．4．3 井下液压式煤矸分选设备工作原理

4．4．4 井下液压式煤矸分选液压回路原理

4．5 本章小结

5 物料挤压破碎分析与分离装备偏心凸轮的运动学分析

5．1 物料挤压破碎分析

5．1．1 物料挤压破碎模型

5．1．2 物料挤压过程分析

5．1．3 物料挤压过程受力分析

5．2 分离装备偏心凸轮的运动学分析

5．2．1 偏心凸轮的受力特性分析

5．2．2 偏心凸轮的运动特性分析

5．2．3 偏心凸轮与挤压挡板间距分析

5．3 本章小结

6 分离装备结构对破碎效果影响研究

6．1 物料挤压破碎接触分析

6．2 压板倾角对破碎效果的影响

6．3 入料粒度对破碎效果的影响

6．4 本章小结

7 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 创新点

7．3 不足与展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要成果