第1章 机械岩石破碎理论 1
1.1 岩石的组成与分类 1
1.1.1 岩石的结构与构造 1
1.1.2 岩石的分类 2
1.2 岩石力学性质 3
1.2.1 岩石力学特性的基本概念 3
1.2.2 岩石强度理论 8
1.3 机械破岩机理 14
1.3.1 冲击破岩机理 15
1.3.2 切削破岩机理 18
1.3.3 冲击-切削破岩机理 27
1.4 机械岩石破碎的应力分布 29
1.4.1 岩石在球齿作用下的应力分布 30
1.4.2 岩石在楔形刃具作用下的应力分布 33
1.5 机械刀具直线与旋转破岩一致性分析 35
1.5.1 截齿与煤岩互作用数值模型 35
1.5.2 一致性分析 37
参考文献 42
第2章 机械－水射流联合破岩理论 45
2.1 水射流基础知识 45
2.1.1 小孔出流基本理论 45
2.1.2 水射流动压分布 48
2.1.3 水射流打击力 51
2.1.4 水射流劈裂特性 54
2.1.5 水射流冲击波 58
2.2 水射流破岩理论研究 61
2.2.1 高压水射流破岩理论 61
2.2.2 水射流冲击破岩力学分析 62
2.2.3 水射流致裂破岩力学分析 69
2.3 高压水射流破岩仿真研究 71
2.3.1 光滑粒子流法理论 72
2.3.2 水射流冲击破岩数值模拟 74
2.4 机械－水射流联合破岩理论研究 86
2.4.1 机械刀具－水射流联合破岩机理 86
2.4.2 机械刀具－水射流联合破岩力学分析 87
参考文献 90
第3章 机械－水射流联合破岩试验台 93
3.1 截齿－水射流联合破岩试验台 93
3.1.1 机械系统 94
3.1.2 液压系统 95
3.1.3 高压水系统 95
3.1.4 测试系统 96
3.1.5 不同配置方式截齿－水射流系统的研制 96
3.2 截割机构－水射流联合破岩试验台 102
3.2.1 传动系统 103
3.2.2 高压水发生系统 104
3.2.3 高压水旋转密封装置 106
3.3 模拟煤岩制备 111
3.3.1 模拟煤岩相似条件 112
3.3.2 模拟煤岩配比研究 113
参考文献 118
第4章 机械刀具－水射流联合破岩 119
4.1 机械刀具－水射流联合破岩概述 119
4.2 无水射流截齿工作角度对截割性能的影响 121
4.2.1 仿真模型结构参数 121
4.2.2 截齿直线破岩的仿真模型建立 121
4.2.3 截齿工作角度对截割性能影响的数值分析 122
4.2.4 截齿工作角度对截割性能影响的试验分析 127
4.3 截齿－高压水射流联合破岩仿真研究 133
4.3.1 仿真模型建立及基本参数 133
4.3.2 截齿－中心射流联合破岩数值模拟 135
4.3.3 截齿－前置式射流联合破岩数值模拟 139
4.3.4 截齿－侧置式射流联合破岩数值模拟 147
4.3.5 截齿－后置式射流联合破岩数值模拟 153
4.3.6 不同配置方式对比分析 155
4.4 截齿－高压水射流不同配置方式联合破岩试验研究 158
4.4.1 试验目的及内容 158
4.4.2 截齿－中心射流联合破岩试验方案及分析 158
4.4.3 截齿－前置式射流联合破岩试验方案及分析 162
4.4.4 截齿－侧置式射流联合破岩试验方案及分析 167
4.4.5 截齿－后置式射流联合破岩试验方案及分析 171
4.4.6 不同配置方式对比分析 173
4.5 水射流预裂隙对截齿载荷和磨损的影响 174
4.5.1 不同配置方式预裂隙截齿破岩有限元模型 174
4.5.2 截齿受载与磨损的关系 176
4.5.3 预裂隙对截齿受载和磨损的影响 176
参考文献 184
第5章 自控水力机械刀具破岩 186
5.1 自控水力截齿结构设计和流场分析 186
5.1.1 自控水力截齿结构设计 186
5.1.2 空载状态流场分析 187
5.1.3 喷嘴自由喷射流场分析 190
5.1.4 水射流冲击岩石流场分析 192
5.2 自控水力截齿动态响应特性仿真研究 195
5.2.1 动态响应模型建立 195
5.2.2 动态响应特性影响因素分析 198
5.3 自控水力截齿破岩特性仿真研究 202
5.3.1 自控水力截齿破岩过程分析 203
5.3.2 自控水力截齿力学特性分析 207
5.4 自控水力截齿试验研究 210
5.4.1 关闭过程摩擦阻力试验 210
5.4.2 开启特性试验 215
5.4.3 动态响应特性试验 219
5.4.4 流量特性试验 223
5.4.5 破岩特性试验 226
参考文献 230
第6章 截割机构－水射流联合破岩 232
6.1 水射流截割机构 232
6.1.1 水射流截割机构设计方案 232
6.1.2 喷嘴位置与数量 234
6.1.3 水射流截割机构研制 238
6.2 截割机构破岩性能评价指标建立 240
6.2.1 截割扭矩和推进阻力变化规律 241
6.2.2 载荷评价特征系数建立 243
6.3 截割机构破岩性能分析 245
6.3.1 煤岩强度对无水射流截割机构破岩性能影响 245
6.3.2 煤岩强度对水射流截割机构Ⅰ破岩性能影响 250
6.3.3 煤岩强度对水射流截割机构Ⅱ和Ⅲ破岩性能影响 259
6.3.4 水压对水射流截割机构Ⅲ破岩性能影响 264
6.4 水射流作用对粉尘浓度和截齿磨损影响 270
6.4.1 水射流辅助作用对粉尘浓度的影响 271
6.4.2 水射流作用的降尘机制 274
6.4.3 水射流辅助作用对截齿磨损的影响 275
参考文献 277
第7章 水射流技术在矿山机械中的应用 278
7.1 水射流在巷道掘进机中的应用 278
7.1.1 高压水射流半煤岩掘进机 278
7.1.2 高压水射流掘进机截割部设计 279
7.1.3 高压旋转密封设计 283
7.2 水射流在液压凿岩机中的应用 290
7.2.1 水射流辅助液压凿岩机钻孔机理 291
7.2.2 水射流辅助液压凿岩机钻孔机构设计 291
7.2.3 水射流辅助液压凿岩机钻孔试验 296
7.3 水射流在采煤机摇臂再制造清洗中的应用 302
7.3.1 摇臂再制造清洗特征 302
7.3.2 水射流清洗流场结构 304
7.3.3 水射流清洗采煤机摇臂试验研究 306
7.3.4 提高水射流清洗能力措施 310
参考文献 313
索引 315