周向超前割缝辅助碟形滚刀楔裂破岩性能

碟盘滚刀基于底切破岩模式而具有较好的硬岩破碎性能,为进一步提高煤矿井下硬岩巷道机械化掘进效率,以碟盘滚刀为对象,探究了周向超前割缝预裂岩石辅助碟盘滚刀楔裂破岩性能.通过碟形滚刀楔裂破岩实验,明确了碟形滚刀楔裂破岩机理,揭示了周向超前割缝对岩石断裂特性的影响机制,并以滚刀载荷、岩石破碎体积和破岩比能耗为指标综合评价了切削参数和割缝参数对滚刀破岩性能的影响,采用正交试验得到了各因素对破岩性能的影响显著性及滚刀最优破岩性能时对应的参数匹配关系.结果表明:根据滚刀载荷波动和岩石断裂造成的声发射振铃变化特征可将碟形滚刀楔裂破岩过程划分为3个阶段,即压密阶段、应力积聚阶段和崩落阶段;相同切削厚度条件下,与无割缝条件相比,割缝深度和割缝宽度分别为16mm和3 mm时碟形滚刀破岩载荷和滚刀应力分别降低40％和20％.基于三因素四水平正交试验得到的破岩性能最优条件下切削厚度、割缝深度和割缝宽度的匹配关系为30、16和3 mm,其中切削厚度对碟形滚刀破岩性能的影响最为显著,割缝深度次之,割缝宽度的影响程度最小.滚刀破岩载荷和岩石破碎体积均与切削厚度呈正相关关系,破岩比能随着切削厚度的增加先减小后增大,在30mm切削厚度下得到最小值;各指标随着割缝深度的增加均呈现出先减小后增大的变化规律,最佳割缝深度为16mm;当割缝宽度超过3 mm时,各指标受缝宽的影响不显著.周向超前割缝预裂岩石对提高碟形滚刀楔裂破岩性能具有较好提升效果,同时益于改善碟形滚刀受载条件、延长刀具服役寿命,进而为碟形滚刀掘进装备的设计提供一定的指导和参考.