第二章 巖石的破碎機(jī)里

《第二章 巖石的破碎機(jī)里》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、第二章巖石的破碎機(jī)理一、碎巖工具與巖石的作用方式二、外載作用下巖石的應(yīng)力狀態(tài)三、巖石的破碎過(guò)程四、碎巖效果指標(biāo)第一節(jié)碎巖工具與巖石作用的主要方式根據(jù)刃具與巖石作用的方式和碎巖機(jī)理，可把碎巖刃具分：切削一剪切型、沖擊型、沖擊一剪切型三類。1、切削一剪切型鉆頭碎巖刃具以速度vθ向前移動(dòng)而切削(剪切)巖石。工作參數(shù)是：移動(dòng)速度vθ、軸向力Pz和切向力Pθ以及介質(zhì)性質(zhì)。第一節(jié)碎巖工具與巖石作用的主要方式2、沖擊型沖擊型刃具給孔底巖石以直接的沖擊動(dòng)載，碎巖的過(guò)程可用工具動(dòng)能Tk和巖石變形位能U的方程式來(lái)表達(dá)（T＝U）：式中：m——鉆頭和沖擊鉆

2、桿的質(zhì)量；vθ——鉆頭同巖石碰撞時(shí)的速度；δmax——鉆頭侵入巖石的最大深度；Pz（δ）——巖石抵抗鉆頭侵入的阻力。第一節(jié)碎巖工具與巖石作用的主要方式3、沖擊一剪切型:鉆頭刃具不僅以Pz和Pθ作用于巖石，而且還有使鉆頭向前回轉(zhuǎn)的移動(dòng)速度vθ和沖錘對(duì)齒刃的沖擊速度vz或牙輪滾動(dòng)時(shí)齒刃向下沖擊的速度vω。合成速度是：或式中：；A0——沖錘單次沖擊功；Q——沖錘重量；r——齒頂?shù)窖垒喫矔r(shí)旋轉(zhuǎn)中心的距離。第二節(jié)外載下巖石的應(yīng)力狀態(tài)切削具對(duì)巖石的壓入破碎在孔底過(guò)程中起著重要作用。巖石在切削具切入、破碎之前，先產(chǎn)生彈性應(yīng)力狀態(tài)。鉆頭上的切削具與

3、孔底巖石的作用可以看成是圓柱體、球形體、長(zhǎng)方平底形壓模與彈性半無(wú)限體所限制的平面的相互作用。本節(jié)討論同不形狀切削具在外載作用下的巖石應(yīng)力狀態(tài)。（一）平底圓柱形壓頭壓入時(shí)應(yīng)力狀態(tài)（二）球形壓頭壓入時(shí)巖石的應(yīng)力狀態(tài)（三）軸向力和切向力共同作用時(shí)壓頭下方巖石的應(yīng)力狀態(tài)圖2－2半無(wú)限體在邊界上受法向集中力作用第二節(jié)外載下巖石的應(yīng)力狀態(tài)假設(shè)：（1）巖石均質(zhì)，各向同性；（2）遵從虎克定律；（3）彈性特性不受應(yīng)力狀態(tài)和加載速度影響第二節(jié)外載下巖石的應(yīng)力狀態(tài)（一）平底圓柱形壓頭壓入時(shí)應(yīng)力狀態(tài)剛性平底壓頭以作用力P沿z軸壓入彈性半無(wú)限體，其接觸面上的

4、壓力分布在初期是不均勻的（圖2-4），邊緣處的應(yīng)力集中使巖石產(chǎn)生局部破碎或塑性變形，而后，壓力便趨于均勻分布。圖2－4平底圓柱壓頭壓力面上的壓力分布第二節(jié)外載下巖石的應(yīng)力狀態(tài)（一）平底圓柱形壓頭壓入時(shí)應(yīng)力狀態(tài)在壓力均勻分布的前提下，根據(jù)彈性力學(xué)布希涅司克問(wèn)題和應(yīng)力疊加原理，求出巖體內(nèi)沿對(duì)稱軸上各應(yīng)力分量為：第二節(jié)外載下巖石的應(yīng)力狀態(tài)（一）平底圓柱形壓頭壓入時(shí)應(yīng)力狀態(tài)各應(yīng)力分量隨z軸的變化情況（如圖）。隨z的增加，σz減小的慢，σr=σθ減小的快；剪應(yīng)力τ隨z的變化開(kāi)始由小到大，到一個(gè)臨界深度z0處τ達(dá)最大值。在z=0處：第二節(jié)外載下

5、巖石的應(yīng)力狀態(tài)（一）平底圓柱形壓頭壓入時(shí)應(yīng)力狀態(tài)各若將τ對(duì)z求導(dǎo)，并使其等于零，則：設(shè)μ=0.25，則z0=0.62a，τmax=0.345p。這表明在z軸上，最大剪應(yīng)力所在的深度約等于壓頭半徑的2／3。而最大剪應(yīng)力約為均勻壓強(qiáng)的l／3。由于最大剪應(yīng)力點(diǎn)是壓碎巖石的發(fā)源處應(yīng)引起重視。第二節(jié)外載下巖石的應(yīng)力狀態(tài)壓頭下相對(duì)剪應(yīng)力等直線圖第二節(jié)外載下巖石的應(yīng)力狀態(tài)（二）球形壓頭壓入時(shí)巖石的應(yīng)力狀態(tài)球體壓入時(shí)，接觸球面（半徑為a）上的壓力分布是不均勻的。其數(shù)值是隨著壓力點(diǎn)離開(kāi)壓力面中心的距離r的增加而不斷減小的一個(gè)函數(shù)(如圖)，即：在壓力中

6、心處：在壓力邊緣處：圖2－6第二節(jié)外載下巖石的應(yīng)力狀態(tài)（二）球形壓頭壓入時(shí)巖石的應(yīng)力狀態(tài)同樣根據(jù)彈性力學(xué)布希涅司克問(wèn)題集中應(yīng)力作用原理，巖體內(nèi)沿對(duì)稱軸上的各應(yīng)力分量為：第二節(jié)外載下巖石的應(yīng)力狀態(tài)（二）球形壓頭壓入時(shí)巖石的應(yīng)力狀態(tài)各應(yīng)力分量隨z軸的變化：剪應(yīng)力τ隨z的變化開(kāi)始由小到大，一個(gè)臨界深度z0處τ達(dá)最大值。在z=0有：；如果設(shè)μ=0.25，根據(jù)計(jì)算，z0=0.5a，τmax=0.40p，同樣存在兩個(gè)極值點(diǎn)，但都在z軸上。第二節(jié)外載下巖石的應(yīng)力狀態(tài)（三）軸向力和切向力共同作用時(shí)巖石的應(yīng)力狀態(tài)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中，碎巖工具一般以軸向、切向載

7、荷同時(shí)作用于巖石。此時(shí)，巖石的應(yīng)力分布與只有軸向載荷時(shí)不同。只有軸向力作用時(shí)，等應(yīng)力線分布是均勻?qū)ΨQ的。軸向力和切向力共同作用時(shí)，等應(yīng)力線分布則是非均勻的、不對(duì)稱的。第二節(jié)外載下巖石的應(yīng)力狀態(tài)（三）軸向力和切向力共同作用時(shí)巖石的應(yīng)力狀態(tài)在接觸面上，切向力作用的前方將產(chǎn)生壓應(yīng)力，而切向力作用的后方則產(chǎn)生拉應(yīng)力；在半無(wú)限體內(nèi)形成壓應(yīng)力區(qū)（Ⅰ）、拉應(yīng)力區(qū)（Ⅱ）和過(guò)渡區(qū)（Ⅲ）。壓縮區(qū)Ⅰ隨軸向力增加而擴(kuò)大，隨切向力的增加而縮??；拉伸區(qū)Ⅱ則與上述情況相反。第三節(jié)巖石在外載下的破碎過(guò)程（一）巖石的變形破碎形式1、黎金格爾定律：固體破碎功與破碎過(guò)程

8、中物體表面積的增加成比例。2、基爾比切夫定律：破碎功與物體破碎的體積成比例。破碎功與破碎產(chǎn)物粉碎度的關(guān)系1－黎金格爾定律；2－基爾切夫定律第三節(jié)巖石在外載下的破碎過(guò)程（一）巖石的變形破碎形式切削具對(duì)巖石的作用力不同，巖石變形破碎可有3