綜掘面和綜采面是礦井內(nèi)主要的產(chǎn)塵點(diǎn)，隨著機(jī)械化水平的提高，工作面推進(jìn)的速度加快，粉塵問(wèn)題也較為突出。采掘機(jī)械破巖的方式分為切削破巖、滾壓破巖、沖擊破巖等。

（1）切削破巖產(chǎn)生細(xì)微粉塵

切削破巖是刀具施力于被作用的巖石上，依靠軸壓使鉆刃侵入巖石，然后鉆刃通過(guò)鉆具旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的切削力從巖體的外層分離下巖石的機(jī)械破碎方法。切削破碎可分為截割、刨削、挖掘、鉆削，同時(shí)根據(jù)其對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)特征，刀具類型也不同，有截齒、刨刀、鉆頭等。切削破巖在煤礦中使用廣泛，使用該方法的機(jī)械有采煤機(jī)、刨煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、鉆孔機(jī)等。

切削破碎的過(guò)程相對(duì)比較復(fù)雜，每次切削都要經(jīng)過(guò)從小碎塊到大碎塊的過(guò)程，而切削力的大小與碎塊的粒度相對(duì)應(yīng)。采煤機(jī)作業(yè)過(guò)程中，截齒以一定速度截割切削煤體，由于擠壓和切削力的作用，截齒前先出現(xiàn)的是小碎塊，在小碎塊形成的瞬間，切削力要略微下降，這種小碎塊稱為壓固核。壓固核使截齒的截割阻力增加，隨著截齒的前進(jìn)其阻力繼續(xù)上升，直至壓固核與礦巖體分開(kāi)為止。在壓固核崩離煤巖體之前，截齒通過(guò)它把能量傳遞給周圍煤巖，使煤巖與壓固核接觸面周圍產(chǎn)生許多裂隙，由于擠壓和摩擦，裂隙中存在大量的原生煤塵和新生煤塵。變形的壓固核內(nèi)儲(chǔ)存了大量的彈性勢(shì)能，與礦巖體分離時(shí)，壓固核的約束瞬間解除同時(shí)儲(chǔ)存的彈性能瞬間釋放，形成大量的粉塵，并以很高的速度從截齒前飛出。壓固核越大，形成的粉塵越多。

（2）滾壓破巖產(chǎn)生細(xì)微粉塵

滾壓破巖是靠牙輪滾動(dòng)對(duì)齒頭施加軸壓力（推力）和滾動(dòng)力（扭矩），對(duì)巖石形成沖擊壓碎和剪切作用的一種破巖方式。利用沖擊壓碎和剪切碾碎作用，滾壓破碎在掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)用較多，尤其是巖巷掘進(jìn)。

牙輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒頭滾壓巖體時(shí)，對(duì)巖石做功使其不斷積累彈性勢(shì)能，靠近邊緣的巖石自由面開(kāi)始向巖體中沉陷。球體與巖石接觸面下方出現(xiàn)裂紋源，此時(shí)剪應(yīng)力增大到極限值，并在接觸邊緣外出現(xiàn)超過(guò)抗拉強(qiáng)度的拉應(yīng)力，拉開(kāi)巖石顆粒形成裂隙。隨著力的不斷增大，裂隙不斷擴(kuò)展，形成球形粉體。球形粉體具有傳遞高壓的作用，同時(shí)粉核的變形能也在不斷增大（密度增大）。繼續(xù)增加載荷，粉核周圍的巖石產(chǎn)生徑向裂隙，膨脹的粉核體中的粉流楔入裂隙中，裂隙失穩(wěn)擴(kuò)展，巖石被劈開(kāi)。與此同時(shí)，齒頭突然卸載，巖石和粉體中的能量迅速釋放出來(lái)，使得大量碎塊和粉塵噴出漏斗坑。滾壓破巖過(guò)程中細(xì)微粉塵的產(chǎn)生源頭主要有兩個(gè)：齒頭和巖石壁面的劇烈摩擦與巖體內(nèi)破壞移動(dòng)間的摩擦產(chǎn)生大量的細(xì)微粉塵；齒頭施加的載荷粉碎粉核體，使大量的粉塵被約束在齒頭和漏斗坑之間。

（3）沖擊破巖產(chǎn)生細(xì)微粉塵

沖擊破巖的方式是釬頭侵入巖石中，以活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的形式向巖石鑿進(jìn)，并且每做一次活塞運(yùn)動(dòng)釬桿旋轉(zhuǎn)一定角度。運(yùn)用沖擊破碎巖石的礦井機(jī)械主要有鑿巖機(jī)和破碎機(jī)。在鑿巖機(jī)打鉆孔過(guò)程中，打擊力以應(yīng)力波的形式通過(guò)釬桿傳至釬頭，釬頭將前端的巖石擊碎，然后通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)把破碎的巖石運(yùn)移到釬桿和孔壁的環(huán)狀間隙中。間隙中的碎石被進(jìn)一步擠壓破碎，形成大量的粉末。隨著活塞不斷沖擊釬尾，向釬桿的中心孔內(nèi)壓縮空氣，產(chǎn)生的高壓氣流把碎石渣和粉末噴射出孔口。大顆粒物拋落到地面，粒徑小的粉塵則飄散在空氣中。

（4）綜合作用

破巖機(jī)械的破巖過(guò)程一般是多個(gè)破巖方式共同作用的結(jié)果。目前掘進(jìn)機(jī)使用的齒形大多數(shù)為鎬型齒，在接觸應(yīng)力的作用下，鎬齒前會(huì)出現(xiàn)壓固核或粉核體。齒頭的機(jī)械能通過(guò)核體，傳遞到周圍煤巖，使煤巖內(nèi)部產(chǎn)生大量裂紋。鎬齒截割阻力不斷增大，核體被進(jìn)一步粉碎壓實(shí)。由于剪切裂紋及赫茲裂紋的作用，使得微裂紋產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)截割力達(dá)到一定界限，加上微裂紋不斷地發(fā)展和匯交，裂紋徹底失穩(wěn)形成自由面，放出能量造成粉塵飛揚(yáng)。粉塵量與壓固核的體積正相關(guān)。

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參考文獻(xiàn)：

[1]張江石.粉塵防治理論與方法[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2018.03.