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研究深部危险煤层无人采掘装备是当前国际煤炭领域的发展前沿和久攻未破的世界性难题,其中面临的一个挑战是高效采掘作业与复杂煤岩条件的适应性冲突,这与采掘机械的截齿破岩机理不清,截割理论无法很好指导实践有很大关系。本文针对现有截割理论研究尚不完善的现状,通过理论分析、物理试验、数值模拟研究了镐型截齿在各种截割条件及截割参数下截齿的截割力变化规律及煤岩的破坏模式,主要研究成果如下:(1)基于Evans截割模型,采用极限平衡分析法,提出一个新的平面截割截槽对称峰值截割力的理论计算公式,相比现有其他理论公式,除考虑截齿半锥角,煤岩抗拉强度及齿岩摩擦系数的影响外,引入了煤岩脆性指数这个新的参数,与试验结果更为吻合。(2)分析了截齿半锥角、煤岩脆性指数对煤岩崩裂角、接触半径、齿岩摩擦系数的影响,提出了修正的Roxborough公式中比例因子的理论确定方法以及满足平面截割截槽对称条件的理论公式。(3)采用截槽非对称与截槽对称条件下截齿在接触半径和峰值截割力上的等效方法,换算出截槽对称下的等效截割厚度,根据简化的截槽对称的峰值截割力公式推导出了截槽非对称的峰值截割力。(4)结合带圆孔弹性体承受竖向及水平向地应力条件下的应力解,对崩裂体进行受力平衡分析,推导出考虑水平地应力时平面截割截槽对称的峰值截割力,分析了水平地应力对煤岩破裂模式和截割力的影响,得出峰值截割力与地应力与煤岩抗拉强度的比值之间存在线性关系。(5)推导出了截齿截割角不为零条件下平面截割截槽对称的峰值截割力,与现有的理论及试验结果对比,结果表明计算精度更高,截割角变化对煤岩崩裂角的影响并不大,峰值截割力随截割角的增加呈非线性增大。(6)设计和改装了一个截齿侵入试验平台,并结合动态截割试验台进行了不同截割厚度、不同截距、不同侵入角或截割角、不同截齿规格下的截齿侵入试样崩边试验以及截齿截割试验,分析了截割参数变化对煤岩破裂模式及截齿载荷造成的影响;采用有限元软件RFPA对煤岩脆性指数及边界条件对煤岩崩裂模式的影响进行了数值分析;基于煤岩中因截齿侵入产生应力分布的弹性解,分析了煤岩产生密实核及发生拉伸破裂的原因。