针对陕北侏罗纪厚硬煤层开采中存在的截割功耗高,截齿磨损严重,块煤率低等问题,以超前水压致裂改造硬厚煤层工程为背景,以形成的不同压裂煤层为对象,建立压裂煤层截割比能耗损伤模型,研究了压裂煤层截割性能的变化规律和影响因素.结果表明,压裂煤层的截割比能耗与压裂损伤变量成对数关系;进一步采用ANSYS/LS-DYNA软件分析,研究了不同压裂煤层的截割能耗、截割阻力等参数的变化规律,得出压裂煤层损伤变量与采煤机截割功耗及截割阻力成反比关系;在煤机截割条件相同情况下,压裂煤层比原始煤层的截割能耗减小50%左右,截割阻力比原始煤层降低了20%;压裂损伤程度越大,煤层截割比能耗越小.结合陕北4种工作面压裂煤层条件,通过数值计算分析,给出不同工作面压裂煤体损伤变量及截割能耗的变化规律.现场工业试验研究表明,压裂煤层与原始煤层相比较煤层开采具有节能降耗、提质增效等方面的作用,与理论模型计算结果一致.观测表明,采煤机截割不同压裂程度煤层的吨煤电耗、截齿及油脂消耗不同,损伤变量越大的压裂煤层综采截割性能越高;各压裂工作面粉尘平均降低36.7%,压裂煤层综采工作面块煤率平均提高26.5%.

科技支疆重大专项项目(2014AB025)；陕西省自然科学重点项目(2015JS060)；兵团区域科技创新支持计划项目(2018AC005)；