CN103771781B - 用于煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料及其制备方法，以粉煤为骨料，水泥为胶结剂，沙子、水、活性炭为辅料，选用两种不同粒度的粉煤混合物，能够较好的满足模拟原煤进行力学实验的要求。该材料能够兼顾突出材料的力学性质与吸附性能，在物理力学性质上与原煤相似程度较高，可通过调节辅料的比例保证相似材料与Ⅲ～Ⅴ类破坏煤的物理力学性质及瓦斯吸附性能相似性，同时还具有制作工艺简单，可用于大型突出相似材料制作，满足了煤与瓦斯突出实验现象与实际煤与瓦斯突出的一致性。同时，其原材料简单易购，成本低，且环保对环境无污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料，特别涉及一种适用于大型煤与瓦斯突出相似材料模拟实验的相似材料及其制备方法。
背景技术
煤与瓦斯突出相似材料模拟实验是研究突出机理的重要手段之一。目前，在开展煤与瓦斯突出模拟实验时国内外学者所采用的相似材料及制备工艺主要有：
①一定粒级的碎煤在不添加胶结剂的条件下冷压成型；
②一定粒级的碎煤仅添加水分的条件下冷压成型；
③一定粒级的碎煤在添加水泥或石膏等胶结剂的情况下冷压成型；
④一定粒级的碎煤在添加沥青、煤焦油或松香等胶结剂的情况下热压成型。这些突出模拟材料虽然能开展突出模拟实验，但距离煤与瓦斯突出的相似材料模拟实验较远，主要原因为其制作方法没有兼顾突出材料的力学性质与吸附性能，在物理力学性质上与原煤相似程度较低。
因此，需要一种为开展煤与瓦斯突出相似材料模拟实验，尤其是大型煤与瓦斯突出相似材料模拟实验的相似材料，能够兼顾突出材料的力学性质与吸附性能，在物理力学性质上与原煤相似程度较高，能够满足了煤与瓦斯突出实验现象与实际煤与瓦斯突出的一致性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料及其制备方法，能够兼顾突出材料的力学性质与吸附性能，在物理力学性质上与原煤相似程度较高，能够满足了煤与瓦斯突出实验现象与实际煤与瓦斯突出的一致性，可以作为大型煤与瓦斯突出相似材料模拟实验的相似材料。
本发明的煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料，材料原料按重量百分比包括以下组分：水泥2～13%、沙子1～6.5%、活性炭0.7～0.92%、水7～9.25%、粉煤余量加至100%；
进一步，相似材料原料按重量百分比包括以下组分：水泥6%、沙子3.5%、活性炭0.88%、水8.25%、粉煤余量加至100%；
进一步，所述粉煤为不同粒度的两种粉煤的混合物，所述两种粉煤的重量比为1:1；
进一步，所述粉煤为粒度20～40目和40～80目的粉煤混合物；
进一步，所述沙子粒度为60～100目，所述活性炭为颗粒状活性炭；
进一步，所述水泥为28天抗压强度达到32.5MPa的425﹟水泥。
本发明还公开一种煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料的制备方法，包括以下步骤：
a.原料混合：按设定重量比将原料各组分混合均匀，制得混合料；
b.冷压成型：将混合原料分三次装入模具内：首先装入总量的25～35%，按设定成型压力的15～25%预压成型后将成型表面搅散后再装入总量的25～35%，同样按成型压力的15～25%预压成型，然后再次将成型表面搅散，最后装入剩余的混合原料，最终加压至设定的成型压力，并保持一定的加压时间；
c.经脱模处理后干燥，制得煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料；
进一步，首先装入总量的30%，按设定成型压力的20%预压成型后将成型表面搅散后再装入总量的30%，同样按成型压力的20%预压成型，然后再次将成型表面搅散，最后装入总量的40%，最终加压至设定的成型压力。。
本发明的有益效果：本发明的用于煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料及其制备方法，以粉煤为骨料，水泥为胶结剂，沙子、水、活性炭为辅料，选用两种不同粒度的粉煤混合物，能够较好的满足模拟原煤进行力学实验的要求。该材料能够兼顾突出材料的力学性质与吸附性能，在物理力学性质上与原煤相似程度较高，可通过调节辅料的比例保证相似材料与Ⅲ～Ⅴ类破坏煤的物理力学性质及瓦斯吸附性能相似性，同时还具有制作工艺简单，可用于大型突出相似材料制作，满足了煤与瓦斯突出实验现象与实际煤与瓦斯突出的一致性。同时，其原材料简单易购，成本低，且环保对环境无污染。
具体实施方式
本实施例的煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料，材料原料按重量百分比包括以下组分：水泥2～13%、沙子1～6.5%、活性炭0.7～0.92%、水7～9.25%、粉煤余量加至100%；以粉煤为骨料，水泥为胶结剂，沙子、水、活性炭为辅料，能够兼顾突出材料的力学性质与吸附性能，在物理力学性质上与原煤相似程度较高。
本实施例中，相似材料原料按重量百分比包括以下组分：水泥6%、沙子3.5%、活性炭0.88%、水8.25%、粉煤余量加至100%，为优选实施例。
本实施例中，所述粉煤为不同粒度的两种粉煤的混合物，所述两种粉煤的重量比为1:1。
本实施例中，所述粉煤为粒度20～40目和40～80目的粉煤混合物；能够较好的满足模拟原煤进行力学实验的要求。
本实施例中，所述沙子粒度为60～100目，所述活性炭为颗粒状活性炭。
本实施例中，所述水泥为28天抗压强度达到32.5MPa的425﹟水泥。
本实施例的煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料的制备方法，包括以下步骤：
a.原料混合：按设定重量比将原料各组分混合均匀；
b.冷压成型：将混合料分三次装入模具内：首先装入总量的25～35%，按设定成型压力的15～25%预压成型后将成型表面搅散后再装入总量的25～35%，同样按成型压力的15～25%预压成型，然后再次将成型表面搅散，最后装入剩余的混合料，最终加压至设定的成型压力，并保持一定的加压时间；
c.经脱模处理后干燥，制得煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料；
本实施例中，将混合料分三次装入型煤模具内：首先装入总量的30%，按设定成型压力的20%预压成型后将成型表面搅散后再装入总量的30%，同样按成型压力的20%预压成型，然后再次将成型表面搅散，最后装入总量的40%，最终加压至设定的成型压力。
下面通过具体实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例一
本实施例的煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料，材料原料按重量百分比包括以下组分：水泥6%、沙子3.5%、活性炭0.88%、水8.25%、粉煤余量加至100%。
本实施例中，所述粉煤为不同粒度的两种粉煤的混合物，所述两种粉煤的重量比为1:1。
本实施例中，所述粉煤为粒度30目和50目的粉煤混合物。
本实施例中，所述沙子粒度为80目，所述活性炭为颗粒状活性炭。
本实施例中，所述水泥为28天抗压强度达到32.5MPa的425﹟水泥。
本实施例的煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料的制备方法，包括以下步骤：
原料混合：按1：1比例称取30目、50目粉煤，将两种不同粒度的粉煤混合均匀，再加入沙子、活性炭混合均匀，然后加入水泥混合均匀，最后加入水搅拌均匀。
相似材料冷压成型:按压制成型总量分三次装入型煤模具内,第1次装入总量的30%，按设定成型压力的20%预压成型，将成型表面搅散后第2次装入总量的30%，同样按成型压力的20%预压成型，然后再次将成型表面搅散，第3次装入总量的40%，最终加压至设定的成型压力，并保持一定的加压时间。
成型相似材料脱模：待相似材料冷压成型后，将模具倒置加压将其从型煤模具中脱出。
养护干燥：将成型相似材料放入一定湿度的密闭容器中自然干燥后，即得。
本实施例的用于煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料及其制备方法同时具有以下优点：
（1）原材料简单易购，成本低，且环保对环境无污染；
（2）压制工艺简单，可用于大型相似材料制作；
（3）压制的相似材料充分考虑了与原煤力学性质和吸附性能的相似；
（4）配比简单，通过调节辅料比例，可进行不同强度和吸附性能的相似材料制作。
所制得的煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料，能够兼顾突出材料的力学性质与吸附性能，在物理力学性质上与原煤相似程度较高。
实施例二
本实施例的煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料，材料原料按重量百分比包括以下组分：水泥2%、沙子6.5%、活性炭0.92%、水9.25%、粉煤余量加至100%。
本实施例中，所述粉煤为粒度20目和40目的粉煤混合物，两种粉煤的比例为1:1。
本实施例中，所述沙子粒度为60目，所述活性炭为颗粒状活性炭。
本实施例中，所述水泥为28天抗压强度达到32.5MPa的425﹟水泥。
本实施例的煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料的制备方法，包括以下步骤：
原料混合：按1：1比例称取20目、80目粉煤，将两种不同粒度的粉煤混合均匀，再加入沙子、活性炭混合均匀，然后加入水泥混合均匀，最后加入水搅拌均匀。
相似材料冷压成型:按压制成型总量分三次装入型煤模具内,第1次装入总量的25%，按设定成型压力的15%预压成型，将成型表面搅散后第2次装入总量的25%，同样按成型压力的15%预压成型，然后再次将成型表面搅散，第3次装入总量的50%，最终加压至设定的成型压力，并保持一定的加压时间。
成型相似材料脱模：待相似材料冷压成型后，将模具倒置加压将其从型煤模具中脱出。
养护干燥：将成型相似材料放入一定湿度的密闭容器中自然干燥后，即得。
实施例三
本实施例的煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料，材料原料按重量百分比包括以下组分：水泥13%、沙子6.5%、活性炭0.92%、水9.25%、粉煤余量加至100%
本实施例中，所述粉煤为粒度40目和80目的粉煤混合物，两种粉煤的比例为1:1。
本实施例中，所述沙子粒度为100目，所述活性炭为颗粒状活性炭。
本实施例中，所述水泥为28天抗压强度达到32.5MPa的425﹟水泥。
本实施例的煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料的制备方法，包括以下步骤：
原料混合：按1：1比例称取40目、100目粉煤，将两种不同粒度的粉煤混合均匀，再加入沙子、活性炭混合均匀，然后加入水泥混合均匀，最后加入水搅拌均匀。
相似材料冷压成型：按压制成型总量分三次装入型煤模具内，第1次装入总量的35%，按设定成型压力的25%预压成型，将成型表面搅散后第2次装入总量的35%，同样按成型压力的25%预压成型，然后再次将成型表面搅散，第3次装入总量的30%，最终加压至设定的成型压力，并保持一定的加压时间。
成型相似材料脱模：待相似材料冷压成型后，将模具倒置加压将其从型煤模具中脱出。
养护干燥：将成型相似材料放入一定湿度的密闭容器中自然干燥后，即得。
实施例四
本实施例的煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料，材料原料按重量百分比包括以下组分：水泥2%、沙子1%、活性炭0.7%、水9.25%、粉煤余量加至100%。
其制备方法如实施例一，此处不再赘述。
实施例五
本实施例的煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料，材料原料按重量百分比包括以下组分：水泥2%、沙子3.5%、活性炭0.88%、水8.25%、20～40目的粉煤42.685%、40～80目的粉煤42.685%。
其制备方法如实施例二，此处不再赘述。
实施例六
本实施例的煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料，材料原料按重量百分比包括以下组分：水泥6%、沙子2.5%、活性炭0.9%、水6.5%、20～40目的粉煤42.05%、40～80目的粉煤42.05%。
其制备方法如实施例三。
实施例七
本实施例的煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料，材料原料按重量百分比包括以下组分：水泥8%、沙子2%、活性炭0.78%、水7.25%、20～40目的粉煤40.985%、40～80目的粉煤40.985%。
其制备方法如实施例一。
其他实施例制得的煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料的性质与实施例一性质相似，因此不在赘述。
综上所述，上述实施例所得的煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料，能够兼顾突出材料的力学性质与吸附性能，在物理力学性质上与原煤相似程度较高，可通过调节辅料的比例保证相似材料与Ⅲ～Ⅴ类破坏煤的物理力学性质及瓦斯吸附性能相似性，同时还具有制作工艺简单，可用于大型突出相似材料制作，满足了煤与瓦斯突出实验现象与实际煤与瓦斯突出的一致性。同时，其原材料简单易购，成本低，且环保对环境无污染。上述实施例中，实施例一的工艺和配比最佳，为最佳实施例。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种用于煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料，其特征在于：材料原料按重量百分比由以下组分组成：水泥2-13％、沙子1-6.5％、活性炭0.7-0.92％、水7-9.25％、粉煤余量加至100％。
2.根据权利要求1所述的用于煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料，其特征在于：材料原料按重量百分比由以下组分组成：水泥6％、沙子3.5％、活性炭0.88％、水8.25％、粉煤余量加至100％。
3.根据权利要求2所述的用于煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料，其特征在于：所述粉煤为不同粒度的两种粉煤的混合物，所述两种粉煤的重量比为1:1。
4.根据权利要求3所述的用于煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料，其特征在于：所述粉煤为粒度20～40目和40～80目的粉煤混合物。
5.根据权利要求4所述的用于煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料，其特征在于：所述沙子粒度为60～100目，所述活性炭为颗粒状活性炭。
6.根据权利要求5所述的用于煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料，其特征在于：所述水泥为28天抗压强度达到32.5MPa的425﹟水泥。
7.一种权利要求1所述的用于煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料的制备方法，其特征在在于：包括以下步骤：
a.原料混合：按设定重量比将原料各组分混合均匀，制得混合料；
b.冷压成型：将混合料分三次装入模具内：首先装入总量的25～35％，按设定成型压力的15～25％预压成型，将成型表面搅散后再装入总量的25～35％，同样按成型压力的15～25％预压成型，然后再次将成型表面搅散，最后装入剩余的混合料，最终加压至设定的成型压力，并保持一定的加压时间；
c.经脱模处理后干燥，制得用于煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料。
8.根据权利要求7所述的用于煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料的制备方法，其特征在在于：首先装入总量的30％，按设定成型压力的20％预压成型后将成型表面搅散后再装入总量的30％，同样按成型压力的20％预压成型，然后再次将成型表面搅散，最后装入总量的40％，最终加压至设定的成型压力。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |