本标准是为适应我国露天煤矿采用轮斗挖掘的连续开采工艺的需要而制定的。以往煤和岩石切割阻力的测定方法较多，刀具规格也不相同，因而测定结果不一致，又无对比性。为使切割阻力的测定方法规范化，使测定结果具有可靠性，特制定本标准。
本标准从1999年4月1日起实施。
本标准的附录A是标准的附录。
本标准的附录B是提示的附录。
本标准由国家煤炭工业局行业管理司提出。
本标准由全国户外严酷条件下电气装置标准化技术委员会归口。
本标准起草单位：煤炭科学研究总院抚顺分院。
本标准主要起草人：刘晶辉、张生善、滑宝福、杨洪海。
本标准委托煤炭科学研究总院抚顺分院负责解释。
1 范围
本标准规定了煤和岩石切割阻力测定的仪器设备、切割阻力现场测定方法、煤和岩石试样切割压力测定方法。适用于采用轮斗挖掘机或其他挖掘机械模拟轮斗实际工作情况在煤或岩石工作面上实际测定切割阻力，或采用煤和岩石标准试样测定切割压力，换算切割阻力。
2 定义
本标准采用下列定义。
2.1 切割阻力cutting resistance（K）
煤和岩石被切割时，作用在斗齿或斗唇上的阻力。单位为kN。
2.2 线切割阻力linear cutting resistance（KL）
煤和岩石被切割时，在煤和岩石单位切割线长度上的切割阻力。单位为kN/m。
2.3 面切割阻力areal cutting resistance（Kf）。
煤和岩石被切割时，在煤和岩石单位切割截面积上的切割阻力。单位为MPa或kPa。
2.4 切割压力cutting pressure（F）
采用标准刀具劈裂煤和岩石标准试样，而测得的单位劈裂线上的力。单位为kN/m。
2.5 标准试样standard sample
将钻孔岩（煤）芯加工成直径d=8.0±0.5cm，高h=9.0±0.5 cm的试样；或从煤和岩石工作面取样加工成长×宽×高为8cm×8cm×9cm的试样。上下平面的平行度误差不得超过±0.5mm。
2.6 标准刀具standard cutting tool
与轮斗斗齿形状相似的长8cm、高2cm、刃角28o，端部圆弧半径为0.4cm的劈裂刀具。
2.7 切割力cutting force（P）
挖掘物料时，挖掘设备的斗齿或斗唇产生的切向力。单位为kN。
2.8 线切割力linear cutting force（PL）
单位切割线长度上的切割力。单位为kN/m。
2.9 面切割力area cutting force（Pfs）
单位切割截面积上的切割力。单位为MPa或kPa。
2.10 切割阻力实测值measured data of cutting resistance
采用轮斗挖掘机或模拟轮斗在煤和岩石工作面上挖掘时，实际测得的切割阻力。
2.11 切割阻力预测值estimating data of cutting resistance
采用试样劈裂而测定的切割压力或经其它力学试验得到的力学指标如抗压强度、凝聚力，用相关方法换算而得的切割阻力。
2.12 切割阻力推荐值proposed data of cutting resistance
建议选用作为采矿工艺设计和轮斗挖掘机选型设计的各种煤或岩石切割阻力值。
3 切割阻力测定仪器和设备
3.1 切割阻力实测仪器设备
3.1.1 动态电阻应变仪。量程0~±20000με，测量线数：6线，测量误差：不大于±0.5%；3.1.2 信号记录和处理仪器；
3.1.3 测力传感器：一般采用压力、拉力或扭矩传感器；
3.1.4 测试勺斗和连接装置，根据选定的挖掘机械设计；
3.1.5 切片测量用具；
3.1.6 测试系统率定设备。
3.2 切割压力测定仪器和设备
3.2.1 劈裂试验仪：量程50~70kN；
3.2.2 岩石切割机和试样加工用具；
3.2.3 半导体点温计：测定范围-30~+30℃，准确度±1.0℃；
3.2.4 可调温低温箱：最低温度-30℃，准确度±1℃；
3.2.5 试样含水量和密度测定仪器和用具。
4 切割阻力现场测定方法
4.1 测定准备和步骤
4.1.1 根据选定的挖掘机械设计、加工连接和测定装置。连接装置能方便地安装在挖掘工作部件上；测定装置能使挖掘时切割阻力全部施加到传感器上。
4.1.2 测力传感器选型或设计加工。
4.1.3 对测力传感器进行率定，安装调试后对测试系统进行系统率定。
4.1.4 选择有代表性的煤（岩）工作面，清理成弧形挖掘工作面，底部无残岩，长度10~20m。
4.1.5 按设定的试验工况（切割方式、切片尺寸、切割速度）进行实测。每个岩种在测定工作面全长范围分散布置测量，有效实测不少于10次，每次测定后测量切片参数：月牙位置、长度、切片宽度、切片厚度等。
4.2 测定数据处理和计算。
4.2.1 当采用模拟轮斗挖掘测定时，按式（1）、（2）、（3）平面平衡力系计算切割力P（kN）：
∑FX=0 （1）
∑FY=0 （2）
∑M=0 （3）
式中FX——对x轴的分力；
FY——对y 轴的分力；
M——对某支点的平衡力矩。
4.2.2 当采用轮斗回转测定时，按式（4）~式（9）三维平衡力系计算切割力P（kN）：
∑FX=0 （4）
∑FY=0 （5）
∑FZ=0 （6）
∑MX=0 （7）
∑MY=0 （8）
∑MZ=0 （9）
式中FX、FY、FZ——分别为对x轴、y轴、z轴的分力；
MX、MY、MZ——分别为对x轴、y轴、z轴的平衡力矩。
用上法求得的切割力P等于切割阻力K。切割阻力载荷的计算采用载荷图的面积平均值，即为平均切割阻力Km，单位为Kn。
4.2.3 根据测定的切片尺寸，绘制切片月牙图，（见图1），并按式（10）、（11）、（12）求得平均切割线长度L和切割截面积S。
normal align=center>
normal align=center>图1 典型切片
normal align=center> L=b+hm （10）
normal align=center> 
（11）
normal align=center> S=b·hm （12）
式中 L——平均切割线长度，cm；
S——平均切割截面积，cm2；
hm——平均切片厚度，cm；
hmax——测得的最大切片厚度，cm；
φ——工作面对斗轮的围包角，根据图1测定，rad。
4.2.4 计算平均线切割阻力KLm和面切割阻力Ks，按式（13）、（14）分别计算：
normal align=left>
（Kn/m） （13）
normal align=left>
（MPa） （14）
式中Km——实测而得的平均切割阻力，Kn；
KLm——平均线切割阻力，kN/m；
Ks——面切割阻力，MPa。
4.2.3 对每种煤（岩）各次实测计算的平均线切割阻力值，求出其平均值KLm，再根据KLm，代入式（15）求得该种煤（岩）切割阻力推荐值KLp。
KLp= KLm+N·σ （15）
式中KLp——平均线切割阻力推荐值，Kn/m；
σ——统计计算的方差，Kn/m；
N——经验常数，根据煤（岩）体结构状况和试验适当选用，一般为1.2~1.7。
5 煤和岩石标准试样切割压力测定方法
对未开发的煤田或实测有困难的矿区可采用此法测定试样切割压力，然后换算切割阻力。
5.1 试样制备
5.1.1 每个岩种应至少采取两组试样，对储量大的岩种或根据地质报告中力学强度变化较大的岩种应增加试样组数。每组试样为10~20个。对于寒冷地区的矿区，应增加低温冻结试样，试样低温等级按当地气温、地温情况确定。
5.1.2 每个岩种采取的试样应具有代表性。从钻孔采样或工作面采样均可，但必须保持原状。
5.1.3 将钻孔试样或工作面试样制成标准试样，制成后立即称重并测量尺寸，填入附录B，并取制样余料采用烘干法测定含水量。
5.1.4 如试样制成后不能立即劈裂，需存放或运输，应立即用毛头纸包好，浸蜡密封，以防失水，运输中要避免扰动。
5.2 试样劈裂
5.2.1 劈裂刀具采用标准刀具。
5.2.2 试样放置在劈裂试验仪上，使标准刀具刃面通过试样端面中心（平行宽度方向），均匀垂直加压（轴向应变速率宜为每分钟2%~3%）劈裂试样，测得劈裂载荷W，并测量劈裂线长度B，见图2。
normal align=center> 图2 切割压力测定示意图
下一篇：裂隙水流的基本特征
上一篇：不同时期的地层介绍