矿尘是煤矿生产中最严重的危害之一,每年因吸入矿尘感染尘肺病的新增患者大约有一万五千名,而采煤机大规模应用使采煤作业机械水平及效率显著提升,但综采工作面粉尘浓度急剧上升,为治理综采工作面高浓度粉尘,近年来国内外研发了许多与采煤机配套的喷雾、泡沫、除尘风机、阻尘风幕等粉尘防治技术,但研究者大多注重降尘设备自身技术的提升,对产尘源头,采煤机截割破碎煤岩研究十分薄弱、产尘规律及影响认识不清,不同采煤机粉尘浓度可能相差较大。由于未考虑产尘地点及煤岩的差异性,防尘措施的选择与实施缺少科学依据,降尘效果与产尘强度不匹配造成降尘效果不佳或用量冗余,造成技术经济的不合理。为解决上述问题,论文采用理论研究、实验室试验、数值模拟相结合的综合研究方法,较为系统地研究了滚筒和截齿破煤产尘特性及煤的基础理化性质对截割破碎的影响。取得的主要成果和结论如下:在学习国内外学者对于采煤机滚筒截割破煤岩方面的研究,分析了滚筒的机械性能对于截割破碎的影响,总结煤岩物理力学性质的基础上研究煤岩破碎理论,结合最大拉应力理论来解释煤岩的破碎机理,并建立了单齿旋转截割力学模型,获得了单齿旋转截割阻力计算公式。分析实际工况下滚筒和截齿的运动轨迹,进一步建立滚筒截割均质煤岩的力学模型,在均质煤层条件下获取滚筒截割载荷,为后续试验研究提供理论支撑。采煤机截割头旋转截割煤岩是一个复杂而又不连续的受力过程,本文依据采煤机实际工况下的滚筒尺寸和力学参数,在相似模拟理论基础上,自行设计滚筒截割破碎煤岩模型,该系统包括电动机、滚筒截割头、十字滑块、煤块固定装置,透明密闭罩等装置组装而成。采用粉尘采样器收集空气中的粉尘,将从煤岩上截割破碎的粉尘颗粒收集并分析。分析研究煤岩性质对产尘浓度及粒径累计占比的影响,得到结论如下:煤体的坚固性系数对粉尘产生有负相关关系,坚固性系数越大的煤产尘浓度以及粉尘粒径累计占比越小;煤体自身的水分对粉尘产生起抑制作用,水分含量越高可呼吸性粉尘和PM2.5粉尘累计占比越低,产尘浓度越低;PM2.5粉尘和可呼吸性粉尘累计占比以及产尘浓度均随固定碳含量的减少而降低,确切说明固定碳含量对产尘影响效果成正相关关系;挥发分与粉尘产生具有一定的负相关性,但相关性较弱;灰分对粉尘产生特性基本没有什么影响。通过离散元仿真得到以下结论:顾桥煤样受载合力值大于其他三种煤样的受载合力值,新集煤样和谢桥煤样的受载合力值相差不大,口孜东煤样的受载合力值在四个煤样中最小。由截齿受力—位移图可知,截割顾桥煤样时滚筒对煤壁做功最多,施加给煤壁的力和能量越大,煤体内部产生的细微裂纹也是最多的,其他煤样仿真符合试验研究结果。本文研究成果为正确认识实际工况下采煤机滚筒截割头截割破碎产尘特征提供了理论支撑,丰富了对粉尘产尘规律的深层认识,为实际工作降尘及防护提供重要指导意义。图[51]表[7]参[81]