CN108731999A - 不同高度型煤的制作方法 - Google Patents

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Abstract

不同高度型煤的制作方法，主要采用软煤制作，制作方法的主要过程是筛选煤样、干燥颗粒煤样、添加蒸馏水搅拌煤样、不同负荷下压制型煤、干燥型煤煤样、高度的测量、origin软件绘制曲线及回归数据（拟合）。本发明不仅提高了实验室型煤煤样制作的效率，还可为现场煤层静压注水渗吸布孔距离及注水时间参数的确定提供指导。

Description

不同高度型煤的制作方法
技术领域
本发明涉及一种不同高度型煤的制作方法，主要适用于实验室内不同高度型煤煤样的制作。
背景技术
随着煤层开采深度的增加，高瓦斯压力、低渗透及高地应力成为瓦斯治理的难题。一些水力化措施如水力冲孔、水力压裂、水力掏槽、水力割缝及煤层注水被应用于井下煤层瓦斯治理，但是其对煤体增透后在高的地应力作用下，煤体的裂隙孔隙又重新闭合。在多孔介质中，湿润相流体依靠毛细管力的作用置换非湿润相流体的过程称为渗吸。煤体具有双重孔隙结构，水是一种湿润相流体，瓦斯是一种非湿润相流体，水可以依靠毛细管力的作用进入煤体。因此，煤层静压注水渗吸作为一种新的治理瓦斯的措施被提出。但是注水渗吸需要布孔距离及注水时间两个参数，对布孔距离及注水时间目前还未形成定论。
为对两个参数在实验室进行深入研究，需要在实验室进行相似模拟试验。又因为软煤层较易发生突出，而硬煤层不易发生突出。软煤在原始煤层赋存状态下处于一定的形态，可以称之为型煤。但是，当煤样从原始煤层中取出时处于松散状态，其与原始煤层的赋存状态相差较大，因此需要对软煤体进行重新压制。为研究布孔距离及注水时间需要不同高度的型煤进行试验，因此研究出不同高度型煤的制作方法，不但提高了实验室型煤煤样制作的效率，还可为现场煤层静压注水渗吸布孔距离及注水时间参数的确定提供指导。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种不同高度型煤的制作方法，以便提高型煤煤样制作的效率，为现场煤层静压注水渗吸布孔距离及注水时间参数的确定提供指导。
不同高度型煤的制作方法，按照如下步骤进行：
①将从工作面取回的新鲜煤样进行粉碎，粉碎后进行筛选，筛选出粒径为0~0.25mm的煤样；
②将筛选出的粒径为0~0.25mm的煤样放置在干燥箱中进行干燥，并设置干燥箱温度为105℃，每隔0.5小时测试颗粒煤的质量，直至质量不再发生变化，然后放入干燥器中冷却、备用；
③ 称取一定质量（m1）上述已经干燥过的煤样，添加20%的蒸馏水，均匀搅拌；
④ 将均匀搅拌后的湿润煤样加入型煤模具中，采用伺服万能试验机在恒定的压制负荷（F）下，稳压20min，即可加工制作成型煤；
⑤ 采用游标卡尺，测量出质量为m1时，型煤的高度h1；
⑥ 重复步骤③~⑤，将称取的煤样质量分别设置为m2、m3、m4及m5，即可测试出煤样质量为m2、m3、m4及m5时型煤的高度h2、h3、h4及h5；
⑦ 采用origin软件绘制高度（h）、煤样质量（m）的二维坐标图，并进行拟合，根据拟合公式计算目标型煤高度时所对应的煤样质量。
本发明步骤①中可供选择的粒径有0~0.25mm、0.25mm~0.5mm及按照一定的比例进行混合。本文以单一的粒径区间0~0.25mm为例进行说明不同高度型煤的制作方法。
本发明步骤③中压制每个型煤时所添加的含水率相同。
本发明步骤④中的型煤模具由压力头（1）、圆筒（5）及退模套筒（8）组成，手柄（4）、（7）、（10）分别与压力头（1）、圆筒（5）、退模套筒（8）固定连接，退模套筒（8）的空心部分由空心部分（9）及空心部分（11）组成，空心部分（9）的直径与圆筒（5）的直径相同，空心部分（9）的直径大于空心部分（11）的直径，退模套筒（8）的空心部分（11）的直径大于圆筒（5）的空心部分（6）的直径。
本发明步骤④中的伺服万能试验机由控制面板（12）、伺服控制系统（13）、带螺纹的柱子（14）、上压板（15）、下压板（16）、台面（17）、空壳箱体（18）及液压千斤顶（19）组成。控制面板（12）通过信号线与伺服控制系统（13）连接，伺服控制系统（13）通过信号线与液压千斤顶（19）连接。液压千斤顶（19）与台面（17）的中心固定连接，台面（17）与空壳箱体（18）固定连接，台面（17）与下压板（16）固定连接，上压板（15）通过螺纹与带螺纹的柱子（14）连接，带螺纹的柱子（14）与地面（20）固定连接。
本发明步骤④中压制型煤的具体步骤为:
A. 将伺服万能试验机的上压板（15）升高至某一高度处；
B. 将圆筒（5）放置在伺服万能试验机的下压板（16）上面；
C. 将均匀搅拌的湿润煤样加入圆筒（5）的空心（6）里面，加入完毕后，将压力头（1）插入圆筒（5）的空心（6）里面上下捣压，进行预压实，预压实后将压力头（1）留置在空心（6）里面；
D. 将伺服万能试验机的上压板（15）将低，直至距离压力头（1）的上端面（3）2mm，停止下降；
E. 启动伺服控制系统（13），在控制面板（12）中设置压制负荷（F）及将稳压时间设置为20min；设置完毕后，在控制面板中（12）点击开始测试按钮，下压板（16）在液压千斤顶（19）的作用下向上移动，达到设置的压力时，进入稳压阶段。当压力降低时，伺服万能试验机将自动补荷；当压力升高时，伺服万能试验机将自动降荷；型煤压制中示意图，如图4所示；
F. 当稳压时间结束后，伺服万能试验机自动卸压，压力头上端面（3）与压力板（15）自动分离，当伺服万能试验机完全卸压后，停止伺服控制系统（13）；把压力头（1）和圆筒（5）整体倒置，使压力头的上端面（3）与伺服万能试验机的下压板（16）接触；将退模套筒（8）倒扣在倒置的压力头（1）和圆筒（5）上；
G. 将伺服万能试验机的上压板（15）将低，直至距离退模套筒（8）的底面2mm，停止下降；
H. 启动伺服控制系统（13），在控制面板（12）中设置负荷；设置后，在控制面板中（12）中点击开始测试按钮，下压板（16）在液压千斤顶（19）的作用下向上移动，如图5所示；直至圆筒（5）中的型煤被完全退出，停止伺服控制系统（13），即型煤进入退模套筒（11）中，型煤位于压力头（1）的下端面（2）的上面，当伺服万能试验机完全卸压后，将上压板（15）升直足够高处，取下退模套筒（11），取出型煤即可。
本发明步骤⑥中每个型煤的直径d相同，其由模具本身尺寸决定。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：本发明研究出不同高度型煤的制作方法，不但提高了型煤煤样制作的效率，为现场煤层静压注水渗吸布孔距离及注水时间参数的确定提供指导。
附图说明
图1 制作型煤的压力头；
图2 制作型煤的套筒；
图3 制作型煤的退模装置；
图4 压制型煤中示意图；
图5 退模中示意图；
图6 高度及质量拟合曲线图。
具体实施方式
采用游标卡尺测量出煤样质量为m1、m2、m3、m4及m5时型煤的高度h2、h3、h4及h5，数据记录如下表1所示。
表1 型煤高度及煤样质量。
对表1中型煤高度及煤样质量绘制散点图，采用origin软件进行拟合，获得拟合曲线（如图6所示）及拟合公式m=k×h+b，拟合参数k=24.4619，b=-1.1113，拟合度R2=0.99992，拟合度越接近于1拟合效果越好，由此可知拟合效果很好。
如果想制得高度为17cm的型煤，根据拟合公式可计算出煤样质量m=414.741g。

Claims (7)

1.不同高度型煤的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
①将从工作面取回的新鲜煤样进行粉碎，粉碎后进行筛选，筛选出粒径为0~0.25mm的煤样；
②将筛选出的粒径为0~0.25mm的煤样放置在干燥箱中进行干燥，并设置干燥箱温度为105℃，每隔0.5小时测试颗粒煤的质量，直至质量不再发生变化，然后放入干燥器中冷却、备用；
③ 称取一定质量（m1）上述已经干燥过的煤样，添加20%的蒸馏水，均匀搅拌；
④ 将均匀搅拌后的湿润煤样加入型煤模具中，采用伺服万能试验机在恒定的压制负荷（F）下，稳压20min，即可加工制作成型煤；
⑤ 采用游标卡尺，测量出质量为m1时，型煤的高度h1；
⑥ 重复步骤③~⑤，将称取的煤样质量分别设置为m2、m3、m4及m5，即可测试出煤样质量为m2、m3、m4及m5时型煤的高度h2、h3、h4及h5；
⑦ 采用origin软件绘制高度（h）、煤样质量（m）的二维坐标图，并进行拟合，根据拟合公式计算目标型煤高度时所对应的煤样质量。
2.如权利要求1所述的不同高度型煤的制作方法，其特征在于：步骤①中可供选择的粒径有0~0.25mm、0.25mm~0.5mm及按照一定的比例进行混合，本文以单一的粒径区间0~0.25mm为例进行说明不同高度型煤的制作方法。
3.如权利要求1所述的不同高度型煤的制作方法，其特征在于：步骤③中压制每个型煤时所添加的含水率相同。
4.如权利要求1所述的不同高度型煤的制作方法，其特征在于：步骤④中的型煤模具由压力头（1）、圆筒（5）及退模套筒（8）组成，手柄（4）、（7）、（10）分别与压力头（1）、圆筒（5）、退模套筒（8）固定连接，退模套筒（8）的空心部分由空心部分（9）及空心部分（11）组成，空心部分（9）的直径与圆筒（5）的直径相同，空心部分（9）的直径大于空心部分（11）的直径，退模套筒（8）的空心部分（11）的直径大于圆筒（5）的空心部分（6）的直径。
5.如权利要求1所述的不同高度型煤的制作方法，其特征在于：步骤④中的伺服万能试验机由控制面板（12）、伺服控制系统（13）、带螺纹的柱子（14）、上压板（15）、下压板（16）、台面（17）、空壳箱体（18）及液压千斤顶（19）组成，控制面板（12）通过信号线与伺服控制系统（13）连接，伺服控制系统（13）通过信号线与液压千斤顶（19）连接，液压千斤顶（19）与台面（17）的中心固定连接，台面（17）与空壳箱体（18）固定连接，台面（17）与下压板（16）固定连接，上压板（15）通过螺纹与带螺纹的柱子（14）连接，带螺纹的柱子（14）与地面（20）固定连接。
6.如权利要求1所述的不同高度型煤的制作方法，其特征在于：步骤④中压制型煤的具体步骤为:
A. 将伺服万能试验机的上压板（15）升高至某一高度处；
B. 将圆筒（5）放置在伺服万能试验机的下压板（16）上面；
C. 将均匀搅拌的湿润煤样加入圆筒（5）的空心（6）里面，加入完毕后，将压力头（1）插入圆筒（5）的空心（6）里面上下捣压，进行预压实，预压实后将压力头（1）留置在空心（6）里面；
D. 将伺服万能试验机的上压板（15）将低，直至距离压力头（1）的上端面（3）2mm，停止下降；
E. 启动伺服控制系统（13），在控制面板（12）中设置压制负荷（F）及将稳压时间设置为20min；设置完毕后，在控制面板中（12）点击开始测试按钮，下压板（16）在液压千斤顶（19）的作用下向上移动，达到设置的压力时，进入稳压阶段，当压力降低时，伺服万能试验机将自动补荷；当压力升高时，伺服万能试验机将自动降荷；型煤压制中示意图，如图4所示；
F. 当稳压时间结束后，伺服万能试验机自动卸压，压力头上端面（3）与压力板（15）自动分离，当伺服万能试验机完全卸压后，停止伺服控制系统（13）；把压力头（1）和圆筒（5）整体倒置，使压力头的上端面（3）与伺服万能试验机的下压板（16）接触；将退模套筒（8）倒扣在倒置的压力头（1）和圆筒（5）上；
G. 将伺服万能试验机的上压板（15）将低，直至距离退模套筒（8）的底面2mm，停止下降；
H. 启动伺服控制系统（13），在控制面板（12）中设置负荷；设置后，在控制面板中（12）中点击开始测试按钮，下压板（16）在液压千斤顶（19）的作用下向上移动，如图5所示；直至圆筒（5）中的型煤被完全退出，停止伺服控制系统（13），即型煤进入退模套筒（11）中，型煤位于压力头（1）的下端面（2）的上面，当伺服万能试验机完全卸压后，将上压板（15）升直足够高处，取下退模套筒（11），取出型煤即可。
7.如权利要求1所述的不同高度型煤的制作方法，其特征在于：步骤⑥中每个型煤的直径d相同，其由模具本身尺寸决定。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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