本文依托“十二五”国家科技支撑计划“煤炭高效分选及二次资源开发关键技术研究与示范”项目(项目编号:2014BAB01B00),设计了一种中煤选择性破碎设备,该设备有助于中煤物料内煤矸连生体的高效解离,并防止产品的过粉碎,进行了中煤性质试验研究、设备结构设计分析、破碎设备离散元分析、有限元分析及设备样机制造等问题的研究,主要研究工作和取得的成果如下:(1)探讨了中煤物料的性质,进行中煤煤岩组分相关试验研究,包括粒度组成分析、密度组成分析及再选可行性分析、中煤工业分析及矿物组成分析;针对不同破碎方式下所得的破碎产品,研究其解离特性,并进行比对分析,同时给出破碎产品粒度分布的函数表达式;分析了中煤回收利用的经济效益,确定了中煤破碎再选的工艺流程。(2)针对煤与矸石存在的力学强度差异,基于选择性破碎原理,设计一种两段式的中煤选择性破碎设备,该设备可满足高效解离、过粉碎率低、出料粒度可调等特性;阐述了该设备的工作原理,确定了设备的整体参数,并基于三维软件Pro/E对破碎设备的整机结构进行设计,建立各个零部件及整机的三维模型。(3)利用EDEM软件建立中煤选择性破碎设备的离散元模型,实现物料颗粒从进入破碎腔到排出成品整个过程的动态模拟,并分析物料破碎过程;通过研究物料黏结键断裂数随时间的变化来分析物料破碎效果,基于理论公式计算法与仿真模拟计算法求得设备生产率,并分析破碎系统受力及磨损情况。(4)基于EDEM-FEM耦合对破碎设备关键零部件进行有限元仿真,求得设备关键部件在中煤破碎工况下的应力及应变分布情况,发现结构缺陷,并提出改进意见;对主轴进行模态分析与热传导分析,确定主轴结构的固有振动特征、温度分布及热变形情况,为中煤选择性破碎设备的结构设计与优化提供依据。(5)制造中煤选择性破碎设备样机,对其进行破碎解离特性试验研究,得到粒度组成与密度组成分析数据,并将其与颚式破碎机及锤式破碎机的解离试验结果作对比,得出中煤选择性破碎设备可实现煤矸连生体的高效解离并防止产品的过粉碎的结论。