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岩石切割破碎过程和切割基本参数

2013-03-31 阅读:814

一、岩石切割破碎过程
        链式锯是采用刀具截割破碎岩石的方法。由于岩石的机械性质,不同于钢铁等金属材料,切割破碎岩石的过程,完全不同于金属切割。不可能形成连续的切屑。
        为了理解岩石切割破碎过程的机理,下面介绍“密实核”学说。根据实验观察,在刀具连续运动的过程中,在刀尖接触岩体的极短时间时,刀尖接触的局部范围内产生弹性变形,接着产生集中接触应力并逐渐增大,当它超过某个极限值时,被挤压成很细的粉末而形成密实核。如图2-2所示。刀具继续向前移动,密实核集聚的能量越多,核的体积越扩大。量变积累到一定的极限而引起质变。在密实核与岩体表面交接点c处发生小块剥落。密实核中前部Ⅱ中的粉末高速喷出。由于摩擦力的作用,后部Ⅰ贴附在刀头前面,成为刀瘤,而对岩体有楔开的作用,并使刀头的前面不容易磨损。

小块剥落和部分粉末喷出后,密实核的体积缩小,压力降低。但随后又扩大体积,增强压力,再次发生小块剥落和喷出粉末。总的趋势是密实核的体积和压力逐渐增加。这样的情况重复若干次后,当刀头移动到b点时,由于密实核得到充分的发育,积聚的能量相当大,以致引起cbde 大块崩落,整个核也随即消失。

在截割过程中,刀头的前面、背面和侧面都受到压力和摩擦力的作用。通常把这些力在空间坐标系三坐标轴方向分力的合力称为:截割阻力z,推进阻力y和侧向力(图中未画出)。在密实核从形成发育到消失的过程中,截割阻力的变化规律如图2-3 所示。在小块和大块剥落时,截割阻力要突然减小,在a和b点时,截到阻力最小,它的具体值,决定于刀头和岩体接触面积大小。截割阻力的大小和产生大块和小块剥落的频率带有随机性,与所截割岩石的机械性质、刀头的几何形状和切屑厚度等因素有关。

        由于密实核的挤压和磨损,刀头呈圆弧形。如图2-4所示。刀头在切割过程中受到相当大的推进阻力,推进阻力的变化规律与截割阻力相仿,也与密实核的形成发育和大块、小块剥落的频率有关。刀具截割之后,常能看到残留在岩体上的刀痕,这就是磨损刀头使岩石表面受到碾压的证明。
        截割阻力曲线和水平坐标轴之间所包围的面积(图2-3)代表截割过程中所消耗的能量(用带阴线的面积表示)只占很小的部分,大部分能量是消耗在密实核的形成发育上。为了减少能量消耗和产生粉尘,提高机器的效率,应采取措施,不让密实核发育的太大。

链式锯的边缘刀具多在半封闭截割的条件下工作,如图2-7所示。它的特点是:截槽的一侧受到岩体或顶板、底板的限制,截槽只有一侧可以自由崩裂。因此,和平面截割的条件相比,截割阻力较大,截割比能耗也较高。工作机构上的大多数刀具是在重复截割的条件下工作。它的特点是:相邻截槽互相有影响,岩体有两个自由面,截槽能向两侧崩裂。在连续截割的条件下,岩体表面不平坦,重复出现一定表面形状。根据刀具的配置情况,切屑的断面形状是不同的。

截屑厚度和截距不同搭配对截割过程的影响,主要表现在重复截割的情况。当在截屑厚度保持不变的条件下增大截距时,由于切屑断面增大,而相邻截槽的互相影响减弱,截割阻力随着增大。当截距增大到b+(5-6)h 后,相邻截槽的影响已减弱到可以忽略,截距再增大,截割阻力也增加的很小。
当截距过小时,由于切屑断面太小,截割比能耗较高。
切屑厚度加大截割阻力也将加大,但根据截割条件而情况有所不同。利用层理和节理裂隙等,加大切屑厚度,实现大块剥落的可能性也增加,形成和发育密实核所消耗的能量就减少,所以截割比能耗降低也成为可能。
截割比能耗是评价链锯工况的一项指标。截割比能耗较低,意味着用较少的能量,可以采出较多的岩体或切割较长的切缝,工作过程中产生的粉尘较少。合理的切屑厚度,既应使截割比能耗较低,又应使截割阻力不过大,为刀具的强度所能容许,亦为刀具伸出刀座的长度所容许。

 

 

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