CN103245539A - 不同含水率煤样的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种不同含水率煤样的制作方法，主要适用于室内实验所用不同含水率的型煤煤样和原煤煤样的制作。该制作方法的主要过程为将煤样干燥，然后放入蒸馏水中抽真空得到饱和水煤样，一定温度下逐渐干燥，记录数据，计算含水率，绘制变化曲线，数据拟合。本发明的制作方法具有操作简单、速度快和测试精度高的特点，提高了科研人员的工作效率。

Description

不同含水率煤样的制作方法
技术领域 
本发明涉及一种不同含水率煤样的制作方法，主要适用于室内实验所用不同含水率的型煤煤样和原煤煤样的制取。
背景技术
在煤矿瓦斯灾害研究过程中，为使研究结果更加符合现场实际，往往需要考虑水分对煤层瓦斯吸附解吸、渗流等方面的影响，因此在进行室内的实验研究时，有效制作不同含水率的煤样就成了科研人员必须需要考虑的一项工作。以往制作不同含水率煤样的方法均存在制作时间长，效率低，含水率不均匀等不足，因此研究开发制作不同含水率煤样新方法，无论在提高煤样的制作效率和含水率准确度方面，还是在更好地让研究成果指导现场实际方面，均具有十分重要的现实意义。  
在以往制作不同含水率的煤样时，主要采用以下两种方法：
（1）浸泡法。将事先制作好的干燥煤样放入水中浸泡，让水分自然渗入煤样中，浸泡一定时间后将煤样取出，利用煤样浸泡后的重量增加量来计算煤样的含水率大小。该方法的缺点在于浸泡时间长，时间不好掌握，而且很难保证煤样内部水分分布的均匀度。
（2）水煮法。水煮法就是将准备好的干燥煤样放入盛水的坩埚内，利用电热炉对之进行加热，加快水分进入煤样内部的入渗速度。一段时间后将煤样取出，同样利用水煮前后煤样的重量差来确定煤样的含水率大小。该方法对于质地比较坚硬的原煤煤样或岩石试样是可行的，但是也存在与浸泡法相同的不足。由于型煤煤样是由煤粉颗粒在一定的载荷条件压制而成，型煤煤样的坚硬度差，若采用水煮法来制作不同含水率煤样，将会导致型煤煤样的破损，从而致使含水率煤样制作的失败。
根据上述的两种制作不同含水率煤样的方法可知，浸泡法和水煮法都存在各自的不足，而且都很难保证煤岩内部水分的均匀分布。
发明内容    
本发明一种不同含水率煤样的制作方法，该方法的制作效率高、准确率高。
本发明采用以下技术方案：
不同含水率煤样的制作方法，包括以下步骤：
1）将煤样干燥，然后将煤样置于盛有蒸馏水的密闭容器中，使煤样完全浸泡于蒸馏水中，对密闭容器抽真空2-5小时获得饱和水煤样；
2）饱和水煤样取出称重后在温度A下进行干燥，保持温度A干燥20-50分钟，将煤样取出称重，计算含水率，记录数据；
3）称重后的煤样继续在温度A下干燥，每干燥20-50分钟便将煤样取出称重，计算含水率，重复该步骤，直至煤样重量不再发生变化；
4）对记录的数据进行拟合，获得拟合公式，根据拟合公式计算获得目标含水率煤样时饱和水煤样在温度A下需要干燥的时间，按照得出的干燥时间对饱和水煤样进行干燥从而获得不同含水率的煤样。
温度A的范围为105-110℃。
本发明步骤2）中饱和水煤样在进行干燥时保持在一个固定的温度，根据拟合公式得出干燥时间后，步骤3）中干燥时、步骤4）中干燥时的温度均与步骤2）中干燥时的温度相同。
煤样为型煤或原煤煤样。
所述煤样为型煤煤样时，将煤样置于盛有蒸馏水的密闭容器中时在煤样外包裹一层透水布。
步骤2）、3）中含水率的计算方法，设煤样干燥后重量为m g，则干燥后煤样的含水率w可通过下式进行计算：                                                ，式中：m b为煤样干燥前的重量。
本发明制作时所用的装置结构简单，包括密闭容器，密闭容器通过管道与真空泵连接，密闭容器与真空泵之间设置缓冲瓶，缓冲瓶可以防止蒸馏水进入真空泵，避免导致真空泵的损坏，有效保护真空泵。
本发明在制作饱和水煤样时，对浸泡有煤样的容器抽真空，负压环境下促使蒸馏水进入煤样内部孔隙，这样制作出来的饱和水煤样能够保证煤样内部水分的均匀分布，能较为快速地使煤样达到饱和水状态。
将型煤煤样置于盛有蒸馏水的密闭容器时在煤样外包裹一层透水布，可以防止煤粉大量脱落致使煤样破损，既保证了水的顺利渗入，又保证了煤样的完整性。
最终制作好的不同含水率的煤样分别放入保鲜袋内密封，防止煤样内部水分流失或吸收空气中的水分，以避免煤样的含水率发生变化。
本发明的制作方法具有操作简单、速度快和测试精度高的特点，提高了科研人员的工作效率。
附图说明    
图1为本发明制作时所用的装置示意图；
图2为实施例1的曲线图；
图3为实施例2的曲线图。
具体实施方式 
实施例1
1）取一制作好的尺寸为Φ50×100mm的型煤煤样，将煤样2干燥；将真空容器1、高压气管4、缓冲瓶5和真空泵7连接好，并检查好回路的气密性；在煤样2外包裹一层透水布，然后将煤样2置于盛有蒸馏水的密闭容器中，使煤样2完全浸泡于蒸馏水中，开启真空泵7，打开阀门6，对密闭容器抽真空3小时获得饱和水煤样；
2）饱和水煤样取出称重后放入干燥箱内以105℃的条件下进行烘烤干燥，保持105℃干燥30分钟，将煤样取出称重，计算含水率，记录数据；
3）称重后的煤样继续在105℃下干燥，每干燥30分钟便将煤样取出称重，计算含水率，重复该步骤，直至煤样重量不再发生变化；
步骤2）、3）的数据记录如下表1：
Figure 2013101402055100002DEST_PATH_IMAGE002
 4）根据表1中的实验数据对含水率与干燥时间的关系进行非线性拟合，得到拟合公式为： （1）和拟合曲线，拟合曲线见图2中的虚线，式（1）中a 1=12.58252、a 2=-0.50071、b=35.27779、p=1.44776均为拟合系数，拟合的相关系数为0.99889，可见拟合效果非常好。
根据表1的数据所绘制的实验曲线见图2中的实线，拟合曲线见图2中的虚线，相比看出两曲线基本吻合。
如果想得到含水率为5%的型煤煤样，那么根据拟合公式（1）便可计算得到需要干燥的时间t=44min。所以要得到含水率为5%、尺寸为Φ50×100mm的型煤煤样，只需对饱和水型煤煤样在105℃下烘烤44分钟即可。
实施例2
1）取一制作好的尺寸为Φ50×100mm的原煤煤样，将煤样2干燥；将真空容器1、高压气管4、缓冲瓶5和真空泵7连接好，并检查好回路的气密性；然后将煤样2置于盛有蒸馏水的密闭容器中，使煤样2完全浸泡于蒸馏水中，开启真空泵7，打开阀门6，对密闭容器抽真空3小时获得饱和水煤样；
2）饱和水煤样取出称重后放入干燥箱内以105℃的条件下进行烘烤干燥，保持105℃干燥30分钟，将煤样取出称重，计算含水率，记录数据；
3）称重后的煤样继续在105℃下干燥，每干燥30分钟便将煤样取出称重，计算含水率，重复该步骤，直至煤样重量不再发生变化；  
步骤2）、3）的数据记录如下表2： 
Figure 2013101402055100002DEST_PATH_IMAGE004
 4）对表2中的实验数据进行非线性拟合，得到拟合公式为： （2）和拟合曲线，拟合曲线见图3中的虚线，拟合系数a 1=5.69915、a 2=-2.87778、b=327.50207、p=0.8248，拟合的相关系数为0.9997，可见拟合效果也是非常好的。
根据表2的数据所绘制的实验曲线见图3中的实线，拟合曲线见图3中的虚线，相比看出两曲线基本吻合。
如果想得到含水率为2%的原煤煤样，那么根据拟合公式（2）便可计算得到需要干燥的时间t=234min。所以要得到含水率为2%、尺寸为Φ50×100mm的原煤煤样，则需对饱和水原煤煤样在105℃下烘烤234分钟。

Claims (5)

1.不同含水率煤样的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将煤样干燥，然后将煤样置于盛有蒸馏水的密闭容器中，使煤样完全浸泡于蒸馏水中，对密闭容器抽真空2-5小时获得饱和水煤样；
2）饱和水煤样取出称重后在温度A下进行干燥，保持温度A干燥20-50分钟，将煤样取出称重，计算含水率，记录数据；
3）称重后的煤样继续在温度A下干燥，每干燥20-50分钟便将煤样取出称重，计算含水率，重复该步骤，直至煤样重量不再发生变化；
4）对记录的数据进行拟合，获得拟合公式，根据拟合公式计算获得目标含水率煤样时饱和水煤样在温度A下需要干燥的时间，按照得出的干燥时间对饱和水煤样进行干燥从而获得不同含水率的煤样。
2.如权利要求1所述的不同含水率煤样的制作方法，其特征在于：温度A的范围为105-110℃。
3.如权利要求1或2所述的不同含水率煤样的制作方法，其特征在于：本发明步骤2）中饱和水煤样在进行干燥时保持在一个固定的温度，根据拟合公式得出干燥时间后，步骤3）中干燥时、步骤4）中干燥时的温度均与步骤2）中干燥时的温度相同。
4.如权利要求1所述的不同含水率煤样的制作方法，其特征在于：煤样为型煤或原煤煤样。
5.如权利要求4所述的不同含水率煤样的制作方法，其特征在于：所述煤样为型煤煤样时，将煤样置于盛有蒸馏水的密闭容器中时在煤样外包裹一层透水布。
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