The factors such as stress conditions，ore-rock properties and breakage parameters significantly affect the cutting characteristics of deep hard rock，which are also the key factors to determine the successful application of non-explosive mechanized mining. According to the three types of stress conditions of biaxial （single-face excavation），uniaxial （pillar） and low or even unconfined stress （excavation damage zone around pillar） on the rock mass near the mining operation surface，the influences of the above three types of stress conditions on the static and coupled static-dynamic rock breakage characteristics using a conical pick were systematically investigated. Combined with the established peak force theory and regression model of rock fragmentation using a conical pick，it is found that the hard rock has safe and efficient breakage performance under the conditions of low or no confining pressure. According to the process and mechanism of rock burst induced by the disturbance of rock fragmentation using conical pick under high uniaxial confining stress，the mechanism of rock burst induced by mining disturbance in high stress pillar was revealed. The effects of artificially induced defects，such as loading/unloading-induced damage，pre-slitting and pre-drilling，on rock breakage characteristics using a conical pick were investigated. The results show that the artificially induced defects can effectively improve the cuttability of hard rock，and a complete set of methods for improving the cuttability of hard rock were obtained. A variety of mechanized methods for rock breakage have been tested in the mining field，and a rotary vibration continuous cutting equipment based on pre-slitting in hard ore-rock for stress relief and usage of coupled static-dynamic rock breakage have been proposed. The above research results can provide theoretical basis and field practice experience for the large-scale non-explosive mechanized mining in deep hard rock mine.
Keywords：deep high stress
;
hard rock
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cuttability
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rockburst
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induced defects
;
non-explosive mechanized mining
WANG Shaofeng, LI Xibing. Cutting Characteristic and Non-explosive Mechanized Rock-breakage Practice of Deep Hard Rock[J]. Gold Science and Technology, 2021, 29(5): 629-636 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2021.05.023
自20世纪后期以来，国内外学者对非爆破岩方法（取消炸药爆破）进行了若干研究，试图寻找可替代传统钻爆法的高效破岩方法，相继发现了诸多新型破岩方法，如：机械刀具破岩、高压水射流破岩、膨胀破岩和热能（微波、等离子体和激光）破岩等（张桂菊等，2019，2020；卢高明等，2016；胡毕伟等，2020；Zheng et al.，2021；李夕兵等，2013；李根生等，2009；吴立等，2000；Bilgin et al.，2013）。随着制造业的飞速发展，以机械刀具破岩为基础的非爆机械化采矿技术取得了长足发展，基于镐型截齿、盘形滚刀和牙轮滚刀等刀具破岩的采矿机械相继应用于地下固体资源开采中，促进了采矿技术的升级。实践证明，非爆机械化开采技术具有传统钻爆法无法比拟的优点，包括作业安全性好、生产效率高、资源回收率大、衍生破坏小和智能化进程快等。然而，当这些机械刀具用于破碎坚硬矿岩时，刀具所需的破岩载荷极高，难以一次性高效截落矿石，而是需要多次重复与矿岩摩擦，在接触区域产生高温，刀具在高接触应力和高温下极易磨损失效，同时会产生大量矿尘，开采成本高昂且作业环境恶劣，导致非爆机械化开采技术在硬岩矿山中的规模化应用受到一定的阻碍。提高非爆机械化开采在硬岩矿体中应用可行性的途径有2个方面：一是提高刀具的破岩功率；二是提高矿岩的可切割性。其中，提高刀具的破岩功率，一方面需要提高刀具性能以便承担高功率所带来的高接触应力和高温，另一方面需要增大采矿机械的输出功率，这样势必会造成破岩刀具造价昂贵以及采矿机械体积庞大、灵活性差且成本高，因此仅仅依赖外部能量进行矿岩破碎，难以满足规模化采矿要求。由于硬岩具有高强度和强磨蚀性的特性，因此硬岩矿体本身的可切割性较低。然而，在地下深部资源开采过程中，深部高应力存在着更利于岩石破碎的倾向，可以通过高应力诱导致裂和能量调控来促使原来易引起岩爆等灾害的高应力转变为能够促进机械刀具破岩的有用动力源，提高硬岩的可切割性，为深部硬岩矿体的非爆机械化开采提供有利条件。
在真三轴电液伺服系统上构建了镐型截齿垂直侵入破岩试验系统（图1），开展了不同采矿应力环境下镐型截齿静力侵入和动静组合侵入破岩特性研究，考察了破岩峰值载荷、侵入深度、截割功、破岩比能和扰动持时等破岩参数的变化规律（Li et al.，2018；Wang et al.，2019a；2021）。研究发现：（1）镐型截齿破岩对硬岩应力环境的适用性从高到低依次为无围压或极低围压应力环境（对应于松动区或应力解除区内的岩体）、单轴围压应力环境（对应于半岛或孤岛型矿柱）和双轴围压应力环境（对应于独头掘进），需要指出的是这里的双轴围压和单轴围压是相对于在垂直方向上施加的截齿破岩载荷而言的，因为岩样的破坏主要是由截齿破岩载荷的侵入截割造成的，岩样侧向加的边界应力只起到限制的作用，因此称为围压；（2）在双轴围压下，截齿需要很高的破岩载荷和侵入深度才能将岩石表面剥落，截割效率很低，在实际采矿过程中会造成严重的截齿磨损，粉尘危害大，因此截齿破岩并不适用于硬岩的独头掘进；（3）在单轴围压下，随着单轴围压的增大，截齿破岩的峰值载荷、侵入深度、截割功和破岩比能均呈现出先增大后减小的变化趋势，岩样破坏形式由完整劈裂逐渐转变为部分劈裂，变化转折点为单轴围压达到岩石单轴抗压强度的30%，即高单轴围压反而有利于截齿破岩，但是当单轴围压接近或超过岩石单轴抗压强度的80%时，截齿破岩扰动极易引发岩爆灾害；（4）动静组合破岩时，增大预静载和扰动载荷幅值，均能降低破岩扰动持时，采矿过程中在保持破岩机械原有静载截割能力的前提下，通过向截齿施加一定的动态扰动，可以提高机械破岩效率。
Fig.2
Induced regulation method for deep high stress（Wang et al.，2019a）
2 截齿破岩诱发高应力矿柱岩爆机制
通过高单轴围压下镐型截齿破岩试验研究，发现伴随着镐型截齿的逐渐凿入，作用在截齿上的载荷会出现多次突降，对应岩样在整体破坏前的多次表面局部破裂，随后岩样发生实验室岩爆现象，伴随着大量碎裂岩块的飞速弹射。高速摄像仪拍摄的岩样破坏过程如图3所示（Wang et al.，2018，2020）。结果表明，截齿破岩扰动诱发高单轴围压岩样发生破坏的过程划分为3个阶段：一是截齿凿入引发岩样端面发生初始板裂；二是沿围压方向碎裂岩块飞速弹射，产生岩爆；三是在单轴压缩下岩样发生剪切破坏。研究发现，截齿破岩扰动引发的初始板裂是岩爆的诱发因素，而高围压下岩样内的高弹性储能则是岩爆持续进行的能量来源。
截割松动区内的矿岩仅仅需要克服较低的单轴受限应力即可。在较低的单轴受限应力下，硬岩具有较好的可切割性，同时松动区内的岩体裂隙发育，更有利于机械刀具破岩。因此，矿柱松动区的发育情况及分布特征决定着非爆机械化开采的可行性，并影响开采技术参数的设计。现场监测了开阳磷矿、凡口铅锌矿、湘西金矿和玲珑金矿等硬岩矿山不同深度开挖岩体松动区的厚度，得到矿柱松动区与埋深等之间的相关关系，通过回归分析得到非爆机械化开采判据（Wang et al.，2019a，2019b，2020）。
... 自20世纪后期以来，国内外学者对非爆破岩方法（取消炸药爆破）进行了若干研究，试图寻找可替代传统钻爆法的高效破岩方法，相继发现了诸多新型破岩方法，如：机械刀具破岩、高压水射流破岩、膨胀破岩和热能（微波、等离子体和激光）破岩等（张桂菊等，2019，2020；卢高明等，2016；胡毕伟等，2020；Zheng et al.，2021；李夕兵等，2013；李根生等，2009；吴立等，2000；Bilgin et al.，2013）.随着制造业的飞速发展，以机械刀具破岩为基础的非爆机械化采矿技术取得了长足发展，基于镐型截齿、盘形滚刀和牙轮滚刀等刀具破岩的采矿机械相继应用于地下固体资源开采中，促进了采矿技术的升级.实践证明，非爆机械化开采技术具有传统钻爆法无法比拟的优点，包括作业安全性好、生产效率高、资源回收率大、衍生破坏小和智能化进程快等.然而，当这些机械刀具用于破碎坚硬矿岩时，刀具所需的破岩载荷极高，难以一次性高效截落矿石，而是需要多次重复与矿岩摩擦，在接触区域产生高温，刀具在高接触应力和高温下极易磨损失效，同时会产生大量矿尘，开采成本高昂且作业环境恶劣，导致非爆机械化开采技术在硬岩矿山中的规模化应用受到一定的阻碍.提高非爆机械化开采在硬岩矿体中应用可行性的途径有2个方面：一是提高刀具的破岩功率；二是提高矿岩的可切割性.其中，提高刀具的破岩功率，一方面需要提高刀具性能以便承担高功率所带来的高接触应力和高温，另一方面需要增大采矿机械的输出功率，这样势必会造成破岩刀具造价昂贵以及采矿机械体积庞大、灵活性差且成本高，因此仅仅依赖外部能量进行矿岩破碎，难以满足规模化采矿要求.由于硬岩具有高强度和强磨蚀性的特性，因此硬岩矿体本身的可切割性较低.然而，在地下深部资源开采过程中，深部高应力存在着更利于岩石破碎的倾向，可以通过高应力诱导致裂和能量调控来促使原来易引起岩爆等灾害的高应力转变为能够促进机械刀具破岩的有用动力源，提高硬岩的可切割性，为深部硬岩矿体的非爆机械化开采提供有利条件. ...
Key theories and technogies for surrounding rock stability and ground control in deep mining
0
2020
Current status and development strategy of metal mines
0
2019
Research progress of deep shaft construction mechanics
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2021
Experimental study on mechanical impact breaking rock with microwave radiation
0
2020
Technical revolution in coal mining history：40 years development of fully mechanized coal mining in China
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2010
Seventy yeas development and prospects of strata control technology for coal mine roadways in China
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2021
Rock damage mechanisms under ultra-high pressure water jet impact
0
2009
Experimental investigation of the influence of confining stress on hard rock fragmentation using a conical pick
3
2018
... 在真三轴电液伺服系统上构建了镐型截齿垂直侵入破岩试验系统（图1），开展了不同采矿应力环境下镐型截齿静力侵入和动静组合侵入破岩特性研究，考察了破岩峰值载荷、侵入深度、截割功、破岩比能和扰动持时等破岩参数的变化规律（Li et al.，2018；Wang et al.，2019a；2021）.研究发现：（1）镐型截齿破岩对硬岩应力环境的适用性从高到低依次为无围压或极低围压应力环境（对应于松动区或应力解除区内的岩体）、单轴围压应力环境（对应于半岛或孤岛型矿柱）和双轴围压应力环境（对应于独头掘进），需要指出的是这里的双轴围压和单轴围压是相对于在垂直方向上施加的截齿破岩载荷而言的，因为岩样的破坏主要是由截齿破岩载荷的侵入截割造成的，岩样侧向加的边界应力只起到限制的作用，因此称为围压；（2）在双轴围压下，截齿需要很高的破岩载荷和侵入深度才能将岩石表面剥落，截割效率很低，在实际采矿过程中会造成严重的截齿磨损，粉尘危害大，因此截齿破岩并不适用于硬岩的独头掘进；（3）在单轴围压下，随着单轴围压的增大，截齿破岩的峰值载荷、侵入深度、截割功和破岩比能均呈现出先增大后减小的变化趋势，岩样破坏形式由完整劈裂逐渐转变为部分劈裂，变化转折点为单轴围压达到岩石单轴抗压强度的30%，即高单轴围压反而有利于截齿破岩，但是当单轴围压接近或超过岩石单轴抗压强度的80%时，截齿破岩扰动极易引发岩爆灾害；（4）动静组合破岩时，增大预静载和扰动载荷幅值，均能降低破岩扰动持时，采矿过程中在保持破岩机械原有静载截割能力的前提下，通过向截齿施加一定的动态扰动，可以提高机械破岩效率. ...
... 镐型截齿破岩试验系统（Li et al.，2018）Experimental system of rock breakage using conical pick（<xref ref-type="bibr" rid="R9">Li et al.，2018</xref>）Fig.1
A rotary vibration continuous cutting equipment for precutting hard rock orebody and its construction technology
0
Preliminary study for induced fracture and non-explosive continuous mining in high-geostress hard rock mine—A case study of Kaiyang phosphate mine
0
2013
Review and practice of deep mining for solid mineral resources
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2017
A review of theoretical and experimental studies of mechanical rock fragmentation with microwave assisted approach
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The 40 years developmental review of the fully mechanized mine roadway heading technology in China
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2010
Analysis of rockburst triggered by hard rock fragmentation using a conical pick under high uniaxial stress
6
2020
... 通过高单轴围压下镐型截齿破岩试验研究，发现伴随着镐型截齿的逐渐凿入，作用在截齿上的载荷会出现多次突降，对应岩样在整体破坏前的多次表面局部破裂，随后岩样发生实验室岩爆现象，伴随着大量碎裂岩块的飞速弹射.高速摄像仪拍摄的岩样破坏过程如图3所示（Wang et al.，2018，2020）.结果表明，截齿破岩扰动诱发高单轴围压岩样发生破坏的过程划分为3个阶段：一是截齿凿入引发岩样端面发生初始板裂；二是沿围压方向碎裂岩块飞速弹射，产生岩爆；三是在单轴压缩下岩样发生剪切破坏.研究发现，截齿破岩扰动引发的初始板裂是岩爆的诱发因素，而高围压下岩样内的高弹性储能则是岩爆持续进行的能量来源. ...
... ，2020）Rockburst processes shot by high-speed camera（<xref ref-type="bibr" rid="R16">Wang et al.，2018</xref>，<xref ref-type="bibr" rid="R15">2020</xref>）Fig.3
... 截割松动区内的矿岩仅仅需要克服较低的单轴受限应力即可.在较低的单轴受限应力下，硬岩具有较好的可切割性，同时松动区内的岩体裂隙发育，更有利于机械刀具破岩.因此，矿柱松动区的发育情况及分布特征决定着非爆机械化开采的可行性，并影响开采技术参数的设计.现场监测了开阳磷矿、凡口铅锌矿、湘西金矿和玲珑金矿等硬岩矿山不同深度开挖岩体松动区的厚度，得到矿柱松动区与埋深等之间的相关关系，通过回归分析得到非爆机械化开采判据（Wang et al.，2019a，2019b，2020）. ...
... （a）诱导工程开挖和应力调控措施；（b）采场布置情况；（c）纵轴悬臂式掘进机破岩；（d）挖掘机载高频破碎锤破岩；（e）挖掘机载铣挖头破岩；（f）铲运机载高频破碎锤破岩Mining test of non-explosive mechanized based on the induced regulation of deep high stress（<xref ref-type="bibr" rid="R15">Wang et al.，2020</xref>）Fig.4
Experimental investigation of hard rock fragmentation using a conical pick on true triaxial test apparatus
3
2018
... 通过高单轴围压下镐型截齿破岩试验研究，发现伴随着镐型截齿的逐渐凿入，作用在截齿上的载荷会出现多次突降，对应岩样在整体破坏前的多次表面局部破裂，随后岩样发生实验室岩爆现象，伴随着大量碎裂岩块的飞速弹射.高速摄像仪拍摄的岩样破坏过程如图3所示（Wang et al.，2018，2020）.结果表明，截齿破岩扰动诱发高单轴围压岩样发生破坏的过程划分为3个阶段：一是截齿凿入引发岩样端面发生初始板裂；二是沿围压方向碎裂岩块飞速弹射，产生岩爆；三是在单轴压缩下岩样发生剪切破坏.研究发现，截齿破岩扰动引发的初始板裂是岩爆的诱发因素，而高围压下岩样内的高弹性储能则是岩爆持续进行的能量来源. ...
... 高速摄像仪拍摄的岩爆过程（Wang et al.，2018，2020）Rockburst processes shot by high-speed camera（<xref ref-type="bibr" rid="R16">Wang et al.，2018</xref>，<xref ref-type="bibr" rid="R15">2020</xref>）Fig.3
Experimental investigation of rock breakage by a conical pick and its application to non-explosive mechanized mining in deep hard rock
4
2019a
... 在真三轴电液伺服系统上构建了镐型截齿垂直侵入破岩试验系统（图1），开展了不同采矿应力环境下镐型截齿静力侵入和动静组合侵入破岩特性研究，考察了破岩峰值载荷、侵入深度、截割功、破岩比能和扰动持时等破岩参数的变化规律（Li et al.，2018；Wang et al.，2019a；2021）.研究发现：（1）镐型截齿破岩对硬岩应力环境的适用性从高到低依次为无围压或极低围压应力环境（对应于松动区或应力解除区内的岩体）、单轴围压应力环境（对应于半岛或孤岛型矿柱）和双轴围压应力环境（对应于独头掘进），需要指出的是这里的双轴围压和单轴围压是相对于在垂直方向上施加的截齿破岩载荷而言的，因为岩样的破坏主要是由截齿破岩载荷的侵入截割造成的，岩样侧向加的边界应力只起到限制的作用，因此称为围压；（2）在双轴围压下，截齿需要很高的破岩载荷和侵入深度才能将岩石表面剥落，截割效率很低，在实际采矿过程中会造成严重的截齿磨损，粉尘危害大，因此截齿破岩并不适用于硬岩的独头掘进；（3）在单轴围压下，随着单轴围压的增大，截齿破岩的峰值载荷、侵入深度、截割功和破岩比能均呈现出先增大后减小的变化趋势，岩样破坏形式由完整劈裂逐渐转变为部分劈裂，变化转折点为单轴围压达到岩石单轴抗压强度的30%，即高单轴围压反而有利于截齿破岩，但是当单轴围压接近或超过岩石单轴抗压强度的80%时，截齿破岩扰动极易引发岩爆灾害；（4）动静组合破岩时，增大预静载和扰动载荷幅值，均能降低破岩扰动持时，采矿过程中在保持破岩机械原有静载截割能力的前提下，通过向截齿施加一定的动态扰动，可以提高机械破岩效率. ...
深部高应力诱导调控方法（<xref ref-type="bibr" rid="R17">Wang et al.，2019a</xref>）
Induced regulation method for deep high stress（<xref ref-type="bibr" rid="R17">Wang et al.，2019a</xref>）Fig.22 截齿破岩诱发高应力矿柱岩爆机制
通过高单轴围压下镐型截齿破岩试验研究，发现伴随着镐型截齿的逐渐凿入，作用在截齿上的载荷会出现多次突降，对应岩样在整体破坏前的多次表面局部破裂，随后岩样发生实验室岩爆现象，伴随着大量碎裂岩块的飞速弹射.高速摄像仪拍摄的岩样破坏过程如图3所示（Wang et al.，2018，2020）.结果表明，截齿破岩扰动诱发高单轴围压岩样发生破坏的过程划分为3个阶段：一是截齿凿入引发岩样端面发生初始板裂；二是沿围压方向碎裂岩块飞速弹射，产生岩爆；三是在单轴压缩下岩样发生剪切破坏.研究发现，截齿破岩扰动引发的初始板裂是岩爆的诱发因素，而高围压下岩样内的高弹性储能则是岩爆持续进行的能量来源. ...
... Induced regulation method for deep high stress（Wang et al.，2019a）Fig.22 截齿破岩诱发高应力矿柱岩爆机制
通过高单轴围压下镐型截齿破岩试验研究，发现伴随着镐型截齿的逐渐凿入，作用在截齿上的载荷会出现多次突降，对应岩样在整体破坏前的多次表面局部破裂，随后岩样发生实验室岩爆现象，伴随着大量碎裂岩块的飞速弹射.高速摄像仪拍摄的岩样破坏过程如图3所示（Wang et al.，2018，2020）.结果表明，截齿破岩扰动诱发高单轴围压岩样发生破坏的过程划分为3个阶段：一是截齿凿入引发岩样端面发生初始板裂；二是沿围压方向碎裂岩块飞速弹射，产生岩爆；三是在单轴压缩下岩样发生剪切破坏.研究发现，截齿破岩扰动引发的初始板裂是岩爆的诱发因素，而高围压下岩样内的高弹性储能则是岩爆持续进行的能量来源. ...
... 截割松动区内的矿岩仅仅需要克服较低的单轴受限应力即可.在较低的单轴受限应力下，硬岩具有较好的可切割性，同时松动区内的岩体裂隙发育，更有利于机械刀具破岩.因此，矿柱松动区的发育情况及分布特征决定着非爆机械化开采的可行性，并影响开采技术参数的设计.现场监测了开阳磷矿、凡口铅锌矿、湘西金矿和玲珑金矿等硬岩矿山不同深度开挖岩体松动区的厚度，得到矿柱松动区与埋深等之间的相关关系，通过回归分析得到非爆机械化开采判据（Wang et al.，2019a，2019b，2020）. ...
Non-explosive mining and waste utilization for achieving green mining in underground hard rock mine in China
1
2019b
... 截割松动区内的矿岩仅仅需要克服较低的单轴受限应力即可.在较低的单轴受限应力下，硬岩具有较好的可切割性，同时松动区内的岩体裂隙发育，更有利于机械刀具破岩.因此，矿柱松动区的发育情况及分布特征决定着非爆机械化开采的可行性，并影响开采技术参数的设计.现场监测了开阳磷矿、凡口铅锌矿、湘西金矿和玲珑金矿等硬岩矿山不同深度开挖岩体松动区的厚度，得到矿柱松动区与埋深等之间的相关关系，通过回归分析得到非爆机械化开采判据（Wang et al.，2019a，2019b，2020）. ...
Experimental investigation of cuttability improvement for hard rock fragmentation using conical cutter
1
2021
... 在真三轴电液伺服系统上构建了镐型截齿垂直侵入破岩试验系统（图1），开展了不同采矿应力环境下镐型截齿静力侵入和动静组合侵入破岩特性研究，考察了破岩峰值载荷、侵入深度、截割功、破岩比能和扰动持时等破岩参数的变化规律（Li et al.，2018；Wang et al.，2019a；2021）.研究发现：（1）镐型截齿破岩对硬岩应力环境的适用性从高到低依次为无围压或极低围压应力环境（对应于松动区或应力解除区内的岩体）、单轴围压应力环境（对应于半岛或孤岛型矿柱）和双轴围压应力环境（对应于独头掘进），需要指出的是这里的双轴围压和单轴围压是相对于在垂直方向上施加的截齿破岩载荷而言的，因为岩样的破坏主要是由截齿破岩载荷的侵入截割造成的，岩样侧向加的边界应力只起到限制的作用，因此称为围压；（2）在双轴围压下，截齿需要很高的破岩载荷和侵入深度才能将岩石表面剥落，截割效率很低，在实际采矿过程中会造成严重的截齿磨损，粉尘危害大，因此截齿破岩并不适用于硬岩的独头掘进；（3）在单轴围压下，随着单轴围压的增大，截齿破岩的峰值载荷、侵入深度、截割功和破岩比能均呈现出先增大后减小的变化趋势，岩样破坏形式由完整劈裂逐渐转变为部分劈裂，变化转折点为单轴围压达到岩石单轴抗压强度的30%，即高单轴围压反而有利于截齿破岩，但是当单轴围压接近或超过岩石单轴抗压强度的80%时，截齿破岩扰动极易引发岩爆灾害；（4）动静组合破岩时，增大预静载和扰动载荷幅值，均能降低破岩扰动持时，采矿过程中在保持破岩机械原有静载截割能力的前提下，通过向截齿施加一定的动态扰动，可以提高机械破岩效率. ...
Breakage characteristics and mechanized mining experiment in deep hard rock
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2021
Synthesizing comment on modern rock fragmentation methods
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Research review of the state key research development program of China：Deep rock mechanics and mining theory
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Disc cutter cutting mechanism under different combined dynamic and static loading conditions
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2019
Analysis of rock breaking mechanics model for TBM disc cutter
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TBM tunneling in extremely hard and abrasive rocks： Problems， solutions and assisting methods
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2021
... 自20世纪后期以来，国内外学者对非爆破岩方法（取消炸药爆破）进行了若干研究，试图寻找可替代传统钻爆法的高效破岩方法，相继发现了诸多新型破岩方法，如：机械刀具破岩、高压水射流破岩、膨胀破岩和热能（微波、等离子体和激光）破岩等（张桂菊等，2019，2020；卢高明等，2016；胡毕伟等，2020；Zheng et al.，2021；李夕兵等，2013；李根生等，2009；吴立等，2000；Bilgin et al.，2013）.随着制造业的飞速发展，以机械刀具破岩为基础的非爆机械化采矿技术取得了长足发展，基于镐型截齿、盘形滚刀和牙轮滚刀等刀具破岩的采矿机械相继应用于地下固体资源开采中，促进了采矿技术的升级.实践证明，非爆机械化开采技术具有传统钻爆法无法比拟的优点，包括作业安全性好、生产效率高、资源回收率大、衍生破坏小和智能化进程快等.然而，当这些机械刀具用于破碎坚硬矿岩时，刀具所需的破岩载荷极高，难以一次性高效截落矿石，而是需要多次重复与矿岩摩擦，在接触区域产生高温，刀具在高接触应力和高温下极易磨损失效，同时会产生大量矿尘，开采成本高昂且作业环境恶劣，导致非爆机械化开采技术在硬岩矿山中的规模化应用受到一定的阻碍.提高非爆机械化开采在硬岩矿体中应用可行性的途径有2个方面：一是提高刀具的破岩功率；二是提高矿岩的可切割性.其中，提高刀具的破岩功率，一方面需要提高刀具性能以便承担高功率所带来的高接触应力和高温，另一方面需要增大采矿机械的输出功率，这样势必会造成破岩刀具造价昂贵以及采矿机械体积庞大、灵活性差且成本高，因此仅仅依赖外部能量进行矿岩破碎，难以满足规模化采矿要求.由于硬岩具有高强度和强磨蚀性的特性，因此硬岩矿体本身的可切割性较低.然而，在地下深部资源开采过程中，深部高应力存在着更利于岩石破碎的倾向，可以通过高应力诱导致裂和能量调控来促使原来易引起岩爆等灾害的高应力转变为能够促进机械刀具破岩的有用动力源，提高硬岩的可切割性，为深部硬岩矿体的非爆机械化开采提供有利条件. ...
... 自20世纪后期以来，国内外学者对非爆破岩方法（取消炸药爆破）进行了若干研究，试图寻找可替代传统钻爆法的高效破岩方法，相继发现了诸多新型破岩方法，如：机械刀具破岩、高压水射流破岩、膨胀破岩和热能（微波、等离子体和激光）破岩等（张桂菊等，2019，2020；卢高明等，2016；胡毕伟等，2020；Zheng et al.，2021；李夕兵等，2013；李根生等，2009；吴立等，2000；Bilgin et al.，2013）.随着制造业的飞速发展，以机械刀具破岩为基础的非爆机械化采矿技术取得了长足发展，基于镐型截齿、盘形滚刀和牙轮滚刀等刀具破岩的采矿机械相继应用于地下固体资源开采中，促进了采矿技术的升级.实践证明，非爆机械化开采技术具有传统钻爆法无法比拟的优点，包括作业安全性好、生产效率高、资源回收率大、衍生破坏小和智能化进程快等.然而，当这些机械刀具用于破碎坚硬矿岩时，刀具所需的破岩载荷极高，难以一次性高效截落矿石，而是需要多次重复与矿岩摩擦，在接触区域产生高温，刀具在高接触应力和高温下极易磨损失效，同时会产生大量矿尘，开采成本高昂且作业环境恶劣，导致非爆机械化开采技术在硬岩矿山中的规模化应用受到一定的阻碍.提高非爆机械化开采在硬岩矿体中应用可行性的途径有2个方面：一是提高刀具的破岩功率；二是提高矿岩的可切割性.其中，提高刀具的破岩功率，一方面需要提高刀具性能以便承担高功率所带来的高接触应力和高温，另一方面需要增大采矿机械的输出功率，这样势必会造成破岩刀具造价昂贵以及采矿机械体积庞大、灵活性差且成本高，因此仅仅依赖外部能量进行矿岩破碎，难以满足规模化采矿要求.由于硬岩具有高强度和强磨蚀性的特性，因此硬岩矿体本身的可切割性较低.然而，在地下深部资源开采过程中，深部高应力存在着更利于岩石破碎的倾向，可以通过高应力诱导致裂和能量调控来促使原来易引起岩爆等灾害的高应力转变为能够促进机械刀具破岩的有用动力源，提高硬岩的可切割性，为深部硬岩矿体的非爆机械化开采提供有利条件. ...
... 自20世纪后期以来，国内外学者对非爆破岩方法（取消炸药爆破）进行了若干研究，试图寻找可替代传统钻爆法的高效破岩方法，相继发现了诸多新型破岩方法，如：机械刀具破岩、高压水射流破岩、膨胀破岩和热能（微波、等离子体和激光）破岩等（张桂菊等，2019，2020；卢高明等，2016；胡毕伟等，2020；Zheng et al.，2021；李夕兵等，2013；李根生等，2009；吴立等，2000；Bilgin et al.，2013）.随着制造业的飞速发展，以机械刀具破岩为基础的非爆机械化采矿技术取得了长足发展，基于镐型截齿、盘形滚刀和牙轮滚刀等刀具破岩的采矿机械相继应用于地下固体资源开采中，促进了采矿技术的升级.实践证明，非爆机械化开采技术具有传统钻爆法无法比拟的优点，包括作业安全性好、生产效率高、资源回收率大、衍生破坏小和智能化进程快等.然而，当这些机械刀具用于破碎坚硬矿岩时，刀具所需的破岩载荷极高，难以一次性高效截落矿石，而是需要多次重复与矿岩摩擦，在接触区域产生高温，刀具在高接触应力和高温下极易磨损失效，同时会产生大量矿尘，开采成本高昂且作业环境恶劣，导致非爆机械化开采技术在硬岩矿山中的规模化应用受到一定的阻碍.提高非爆机械化开采在硬岩矿体中应用可行性的途径有2个方面：一是提高刀具的破岩功率；二是提高矿岩的可切割性.其中，提高刀具的破岩功率，一方面需要提高刀具性能以便承担高功率所带来的高接触应力和高温，另一方面需要增大采矿机械的输出功率，这样势必会造成破岩刀具造价昂贵以及采矿机械体积庞大、灵活性差且成本高，因此仅仅依赖外部能量进行矿岩破碎，难以满足规模化采矿要求.由于硬岩具有高强度和强磨蚀性的特性，因此硬岩矿体本身的可切割性较低.然而，在地下深部资源开采过程中，深部高应力存在着更利于岩石破碎的倾向，可以通过高应力诱导致裂和能量调控来促使原来易引起岩爆等灾害的高应力转变为能够促进机械刀具破岩的有用动力源，提高硬岩的可切割性，为深部硬岩矿体的非爆机械化开采提供有利条件. ...
一种预切槽硬岩矿体旋转振动连续截割设备及其施工工艺
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高地应力硬岩矿山诱导致裂非爆连续开采初探——以开阳磷矿为例
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2013
... 自20世纪后期以来，国内外学者对非爆破岩方法（取消炸药爆破）进行了若干研究，试图寻找可替代传统钻爆法的高效破岩方法，相继发现了诸多新型破岩方法，如：机械刀具破岩、高压水射流破岩、膨胀破岩和热能（微波、等离子体和激光）破岩等（张桂菊等，2019，2020；卢高明等，2016；胡毕伟等，2020；Zheng et al.，2021；李夕兵等，2013；李根生等，2009；吴立等，2000；Bilgin et al.，2013）.随着制造业的飞速发展，以机械刀具破岩为基础的非爆机械化采矿技术取得了长足发展，基于镐型截齿、盘形滚刀和牙轮滚刀等刀具破岩的采矿机械相继应用于地下固体资源开采中，促进了采矿技术的升级.实践证明，非爆机械化开采技术具有传统钻爆法无法比拟的优点，包括作业安全性好、生产效率高、资源回收率大、衍生破坏小和智能化进程快等.然而，当这些机械刀具用于破碎坚硬矿岩时，刀具所需的破岩载荷极高，难以一次性高效截落矿石，而是需要多次重复与矿岩摩擦，在接触区域产生高温，刀具在高接触应力和高温下极易磨损失效，同时会产生大量矿尘，开采成本高昂且作业环境恶劣，导致非爆机械化开采技术在硬岩矿山中的规模化应用受到一定的阻碍.提高非爆机械化开采在硬岩矿体中应用可行性的途径有2个方面：一是提高刀具的破岩功率；二是提高矿岩的可切割性.其中，提高刀具的破岩功率，一方面需要提高刀具性能以便承担高功率所带来的高接触应力和高温，另一方面需要增大采矿机械的输出功率，这样势必会造成破岩刀具造价昂贵以及采矿机械体积庞大、灵活性差且成本高，因此仅仅依赖外部能量进行矿岩破碎，难以满足规模化采矿要求.由于硬岩具有高强度和强磨蚀性的特性，因此硬岩矿体本身的可切割性较低.然而，在地下深部资源开采过程中，深部高应力存在着更利于岩石破碎的倾向，可以通过高应力诱导致裂和能量调控来促使原来易引起岩爆等灾害的高应力转变为能够促进机械刀具破岩的有用动力源，提高硬岩的可切割性，为深部硬岩矿体的非爆机械化开采提供有利条件. ...
... 自20世纪后期以来，国内外学者对非爆破岩方法（取消炸药爆破）进行了若干研究，试图寻找可替代传统钻爆法的高效破岩方法，相继发现了诸多新型破岩方法，如：机械刀具破岩、高压水射流破岩、膨胀破岩和热能（微波、等离子体和激光）破岩等（张桂菊等，2019，2020；卢高明等，2016；胡毕伟等，2020；Zheng et al.，2021；李夕兵等，2013；李根生等，2009；吴立等，2000；Bilgin et al.，2013）.随着制造业的飞速发展，以机械刀具破岩为基础的非爆机械化采矿技术取得了长足发展，基于镐型截齿、盘形滚刀和牙轮滚刀等刀具破岩的采矿机械相继应用于地下固体资源开采中，促进了采矿技术的升级.实践证明，非爆机械化开采技术具有传统钻爆法无法比拟的优点，包括作业安全性好、生产效率高、资源回收率大、衍生破坏小和智能化进程快等.然而，当这些机械刀具用于破碎坚硬矿岩时，刀具所需的破岩载荷极高，难以一次性高效截落矿石，而是需要多次重复与矿岩摩擦，在接触区域产生高温，刀具在高接触应力和高温下极易磨损失效，同时会产生大量矿尘，开采成本高昂且作业环境恶劣，导致非爆机械化开采技术在硬岩矿山中的规模化应用受到一定的阻碍.提高非爆机械化开采在硬岩矿体中应用可行性的途径有2个方面：一是提高刀具的破岩功率；二是提高矿岩的可切割性.其中，提高刀具的破岩功率，一方面需要提高刀具性能以便承担高功率所带来的高接触应力和高温，另一方面需要增大采矿机械的输出功率，这样势必会造成破岩刀具造价昂贵以及采矿机械体积庞大、灵活性差且成本高，因此仅仅依赖外部能量进行矿岩破碎，难以满足规模化采矿要求.由于硬岩具有高强度和强磨蚀性的特性，因此硬岩矿体本身的可切割性较低.然而，在地下深部资源开采过程中，深部高应力存在着更利于岩石破碎的倾向，可以通过高应力诱导致裂和能量调控来促使原来易引起岩爆等灾害的高应力转变为能够促进机械刀具破岩的有用动力源，提高硬岩的可切割性，为深部硬岩矿体的非爆机械化开采提供有利条件. ...
... 自20世纪后期以来，国内外学者对非爆破岩方法（取消炸药爆破）进行了若干研究，试图寻找可替代传统钻爆法的高效破岩方法，相继发现了诸多新型破岩方法，如：机械刀具破岩、高压水射流破岩、膨胀破岩和热能（微波、等离子体和激光）破岩等（张桂菊等，2019，2020；卢高明等，2016；胡毕伟等，2020；Zheng et al.，2021；李夕兵等，2013；李根生等，2009；吴立等，2000；Bilgin et al.，2013）.随着制造业的飞速发展，以机械刀具破岩为基础的非爆机械化采矿技术取得了长足发展，基于镐型截齿、盘形滚刀和牙轮滚刀等刀具破岩的采矿机械相继应用于地下固体资源开采中，促进了采矿技术的升级.实践证明，非爆机械化开采技术具有传统钻爆法无法比拟的优点，包括作业安全性好、生产效率高、资源回收率大、衍生破坏小和智能化进程快等.然而，当这些机械刀具用于破碎坚硬矿岩时，刀具所需的破岩载荷极高，难以一次性高效截落矿石，而是需要多次重复与矿岩摩擦，在接触区域产生高温，刀具在高接触应力和高温下极易磨损失效，同时会产生大量矿尘，开采成本高昂且作业环境恶劣，导致非爆机械化开采技术在硬岩矿山中的规模化应用受到一定的阻碍.提高非爆机械化开采在硬岩矿体中应用可行性的途径有2个方面：一是提高刀具的破岩功率；二是提高矿岩的可切割性.其中，提高刀具的破岩功率，一方面需要提高刀具性能以便承担高功率所带来的高接触应力和高温，另一方面需要增大采矿机械的输出功率，这样势必会造成破岩刀具造价昂贵以及采矿机械体积庞大、灵活性差且成本高，因此仅仅依赖外部能量进行矿岩破碎，难以满足规模化采矿要求.由于硬岩具有高强度和强磨蚀性的特性，因此硬岩矿体本身的可切割性较低.然而，在地下深部资源开采过程中，深部高应力存在着更利于岩石破碎的倾向，可以通过高应力诱导致裂和能量调控来促使原来易引起岩爆等灾害的高应力转变为能够促进机械刀具破岩的有用动力源，提高硬岩的可切割性，为深部硬岩矿体的非爆机械化开采提供有利条件. ...
... 自20世纪后期以来，国内外学者对非爆破岩方法（取消炸药爆破）进行了若干研究，试图寻找可替代传统钻爆法的高效破岩方法，相继发现了诸多新型破岩方法，如：机械刀具破岩、高压水射流破岩、膨胀破岩和热能（微波、等离子体和激光）破岩等（张桂菊等，2019，2020；卢高明等，2016；胡毕伟等，2020；Zheng et al.，2021；李夕兵等，2013；李根生等，2009；吴立等，2000；Bilgin et al.，2013）.随着制造业的飞速发展，以机械刀具破岩为基础的非爆机械化采矿技术取得了长足发展，基于镐型截齿、盘形滚刀和牙轮滚刀等刀具破岩的采矿机械相继应用于地下固体资源开采中，促进了采矿技术的升级.实践证明，非爆机械化开采技术具有传统钻爆法无法比拟的优点，包括作业安全性好、生产效率高、资源回收率大、衍生破坏小和智能化进程快等.然而，当这些机械刀具用于破碎坚硬矿岩时，刀具所需的破岩载荷极高，难以一次性高效截落矿石，而是需要多次重复与矿岩摩擦，在接触区域产生高温，刀具在高接触应力和高温下极易磨损失效，同时会产生大量矿尘，开采成本高昂且作业环境恶劣，导致非爆机械化开采技术在硬岩矿山中的规模化应用受到一定的阻碍.提高非爆机械化开采在硬岩矿体中应用可行性的途径有2个方面：一是提高刀具的破岩功率；二是提高矿岩的可切割性.其中，提高刀具的破岩功率，一方面需要提高刀具性能以便承担高功率所带来的高接触应力和高温，另一方面需要增大采矿机械的输出功率，这样势必会造成破岩刀具造价昂贵以及采矿机械体积庞大、灵活性差且成本高，因此仅仅依赖外部能量进行矿岩破碎，难以满足规模化采矿要求.由于硬岩具有高强度和强磨蚀性的特性，因此硬岩矿体本身的可切割性较低.然而，在地下深部资源开采过程中，深部高应力存在着更利于岩石破碎的倾向，可以通过高应力诱导致裂和能量调控来促使原来易引起岩爆等灾害的高应力转变为能够促进机械刀具破岩的有用动力源，提高硬岩的可切割性，为深部硬岩矿体的非爆机械化开采提供有利条件. ...
TBM盘形滚刀切削力学模型分析
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2020
... 自20世纪后期以来，国内外学者对非爆破岩方法（取消炸药爆破）进行了若干研究，试图寻找可替代传统钻爆法的高效破岩方法，相继发现了诸多新型破岩方法，如：机械刀具破岩、高压水射流破岩、膨胀破岩和热能（微波、等离子体和激光）破岩等（张桂菊等，2019，2020；卢高明等，2016；胡毕伟等，2020；Zheng et al.，2021；李夕兵等，2013；李根生等，2009；吴立等，2000；Bilgin et al.，2013）.随着制造业的飞速发展，以机械刀具破岩为基础的非爆机械化采矿技术取得了长足发展，基于镐型截齿、盘形滚刀和牙轮滚刀等刀具破岩的采矿机械相继应用于地下固体资源开采中，促进了采矿技术的升级.实践证明，非爆机械化开采技术具有传统钻爆法无法比拟的优点，包括作业安全性好、生产效率高、资源回收率大、衍生破坏小和智能化进程快等.然而，当这些机械刀具用于破碎坚硬矿岩时，刀具所需的破岩载荷极高，难以一次性高效截落矿石，而是需要多次重复与矿岩摩擦，在接触区域产生高温，刀具在高接触应力和高温下极易磨损失效，同时会产生大量矿尘，开采成本高昂且作业环境恶劣，导致非爆机械化开采技术在硬岩矿山中的规模化应用受到一定的阻碍.提高非爆机械化开采在硬岩矿体中应用可行性的途径有2个方面：一是提高刀具的破岩功率；二是提高矿岩的可切割性.其中，提高刀具的破岩功率，一方面需要提高刀具性能以便承担高功率所带来的高接触应力和高温，另一方面需要增大采矿机械的输出功率，这样势必会造成破岩刀具造价昂贵以及采矿机械体积庞大、灵活性差且成本高，因此仅仅依赖外部能量进行矿岩破碎，难以满足规模化采矿要求.由于硬岩具有高强度和强磨蚀性的特性，因此硬岩矿体本身的可切割性较低.然而，在地下深部资源开采过程中，深部高应力存在着更利于岩石破碎的倾向，可以通过高应力诱导致裂和能量调控来促使原来易引起岩爆等灾害的高应力转变为能够促进机械刀具破岩的有用动力源，提高硬岩的可切割性，为深部硬岩矿体的非爆机械化开采提供有利条件. ...
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