CN108760441A - 不同孔隙率型煤的制作方法 - Google Patents
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Abstract
不同孔隙率型煤的制作方法,主要采用软煤制作型煤,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、孔隙率的计算、origin软件绘制曲线及回归数据(拟合),本发明不仅提高了不同孔隙率型煤煤样制作的效率,还可为较好地研究深部软煤层瓦斯渗流规律奠定理论基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种不同孔隙率型煤的制作方法,主要适用于实验室内不同孔隙率型煤煤样的制作。
背景技术
随着煤炭需求量越来越大,煤层开采深度的增加,高瓦斯低渗透成为瓦斯治理的难题,煤层的渗透性越低,孔隙率越低。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被取出时处于松散状态,与原始煤层的赋存状态相差较大。为了在实验室做到相似模拟,需要对软煤体进行重新压制,但不同的压制负荷制作出的型煤孔隙率不同,为了得到某一定值孔隙率的型煤,须知道其压制负荷是多少。因此研究出不同孔隙率型煤的制作方法,不但提高了不同孔隙率型煤煤样制作的效率,还可为较好地研究深部软煤层瓦斯渗流规律奠定理论基础。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处,提供一种不同孔隙率型煤的制作方法,以便提高不同孔隙率型煤煤样制作的效率,为较好地研究深部软煤层瓦斯渗流规律奠定理论基础。
不同孔隙率型煤的制作方法,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(F1)下,稳压20min,即可加工制作成型煤;
⑤将制作好的型煤放置在干燥箱中干燥,并设置干燥箱的温度为105℃,每隔0.5小时测试型煤质量,直至型煤质量不再发生变化,并记录最后一次称重的质量(m1),从而得到干燥的型煤;
⑥孔隙率=(真相对密度-视相对密度)/真相对密度,即Φ=(TRD-ARD)*100%/TRD。煤的真相对密度采用《煤的真相对密度测定方法》GBT217-2008进行测定,测定结果为TRD。采用游标卡尺测量干燥型煤的高度h1及型煤的直径为d,并计算出型煤的视相对密度 ARD=4m1/πd2h1,即可计算出压制负荷为F1时型煤的孔隙率;
⑦重复步骤③~⑥,将压制负荷设置为F2、F3、F4及F5,即可计算出压制负荷为F2、F3、F4及F5时型煤的孔隙率Φ2、Φ3、Φ4及Φ5;
⑧采用origin软件绘制孔隙率(Φ)、压制负荷(F)的二维坐标图,并进行非线性拟合,根据拟合公式计算目标孔隙率时所对应的压制负荷。
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为例进行说明不同孔隙率型煤的制作方法。
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⑤中,对于每个型煤的干燥,干燥箱的温度均设置为105℃。
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:本发明研究出不同孔隙率型煤的制作方法,不但提高了型煤煤样制作的效率,还可为较好地研究深部软煤层瓦斯渗流规律奠定理论基础。
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 孔隙率及压制负荷拟合曲线图。
具体实施方式
将在压力F1、F2、F3、F4及F5下制作好的型煤放置在干燥箱中干燥,并设置干燥箱的温度为105℃,每隔0.5h测试型煤质量,直至型煤质量不再发生变化,从而得到干燥的型煤,质量为m1,m2,m3,m4及m5。
孔隙率=(真相对密度-视相对密度)/真相对密度,即Φ=(TRD-ARD)*100%/TRD。煤的真相对密度采用《煤的真相对密度测定方法》GBT217-2008进行测定,测定结果为TRD。采用游标卡尺测量出干燥型煤的高度h1、h2、h3、h4及h5及型煤的直径为d,并计算出型煤的视相对密度ARD=4m1/πd2h1(其中m为m1,m2,m3,m4及m5;h为h1、h2、h3、h4及h5);
上述步骤的数据记录如下表所示:
对表中孔隙率及压制负荷绘制散点图,采用origin软件进行非线性拟合,获得拟合曲线(如图6所示)及拟合公式Φ=aFb,拟合参数a=36.27288,b=-0.08019,拟合度R 2 =0.99896,拟合度越接近于1拟合效果越好,由此可知拟合效果很好。
如果想制得孔隙率为21%的型煤,根据拟合公式可计算出压制负荷F=912kN。
Claims (8)
1.不同孔隙率型煤的制作方法,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(F1)下,稳压20min,即可加工制作成型煤;
⑤将制作好的型煤放置在干燥箱中干燥,并设置干燥箱的温度为105℃,每隔0.5小时测试型煤质量,直至型煤质量不再发生变化,并记录最后一次称重的质量(m1),从而得到干燥的型煤;
⑥孔隙率=(真相对密度-视相对密度)/真相对密度,即(TRD-ARD)*100%/TRD;煤的真相对密度采用《煤的真相对密度测定方法》GBT217-2008进行测定,测定结果为TRD;采用游标卡尺测量干燥型煤的高度h1及型煤的直径为d,并计算出型煤的视相对密度ARD=4m1/πd2h1,即可计算出压制负荷为F1时型煤的孔隙率Φ1 ;
⑦重复步骤③~⑥,将压制负荷设置为F2、F3、F4及F5,即可计算出压制负荷为F2、F3、F4及F5时型煤的孔隙率Φ2、Φ3、Φ4 及Φ5;
⑧采用origin软件绘制孔隙率(Φ)、压制负荷(F)的二维坐标图,并进行非线性拟合,根据拟合公式计算目标孔隙率时所对应的压制负荷。
2.如权利要求1所述的不同孔隙率型煤的制作方法,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为例进行说明不同孔隙率型煤的制作方法。
3.如权利要求1所述的不同孔隙率型煤的制作方法,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所述的不同孔隙率型煤的制作方法,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所述的不同孔隙率型煤的制作方法,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所述的不同孔隙率型煤的制作方法,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所述的不同孔隙率型煤的制作方法,其特征在于:步骤⑤中,对于每个型煤的干燥,干燥箱的温度均设置为105℃。
8.如权利要求1所述的不同孔隙率型煤的制作方法,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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