CN109025995B - 一种井下煤体强度侵彻测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种井下煤体强度侵彻测试装置及方法，适用于煤矿井下煤层突出危险性鉴定中的煤坚固性测定。该套装置包括射钉装置、注氮保护装置和注氮设备。射钉装置包括射钉枪和特制钢钉。注氮保护装置包括保护罩、止逆阀、注氮孔、软胶环、弹簧绳。注氮设备包括注氮软管、注氮开关和氮气瓶。在注氮保护装置保护下，对井下煤体进行射钉操作，通过直接读取特制钢钉的刻度知道侵彻煤体的深度，判断煤体的强度。使用本发明可以在煤矿井下现场对煤体进行测定，提高了坚固性测定的效率和准确度。

Description

一种井下煤体强度侵彻测试装置及方法
技术领域
本发明涉及一种井下煤体强度侵彻测试装置及方法，适用于煤矿井下复杂环境下煤层突出危险性鉴定中煤体强度的测定。
背景技术
在矿山工程中，煤与瓦斯突出事故严重威胁着煤矿安全生产和井下工作人员生命安全。为了预防这一灾害事故的发生，常需对煤矿井下进行煤层突出危险性鉴定。根据相关规定，当井下动力现象特征不明显或者没有动力现象时，应当根据实际测定的煤层最大瓦斯压力p、软分层煤的破坏类型、煤的瓦斯放散初速度ΔP和煤的坚固性系数f等指标进行鉴定。在煤层突出危险性鉴定的单项指标中，煤的破坏类型和煤的坚固性系数f反映了煤的物理特性。现有的对于煤的坚固性系数f的测定方法复杂，一般步骤为井下采样后运至井上，将煤样放置捣碎筒内，使用重锤冲击煤样，通过筛分破碎煤粉来计算测定f值。该方法操作较为繁琐，且由于运送过程中其他因素的影响会导致煤体强度变化，造成测定结果不准确。因此需要一套操作简便、能适用于煤矿井下对煤体强度进行现场测试的装置及方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有煤强度测试技术中存在的问题，提供一种井下煤体强度侵彻测试装置及方法，使用射钉枪对井下煤体试样进行射钉操作，通过直接读取钢钉侵彻进入煤体试样的深度大小来判断煤体试样的强度大小，同时利用注氮保护装置对射钉操作过程进行安全防护，防止产生火花造成危险，该套装置及方法简化了煤样强度测定步骤，提高测定的效率和准确度。
本发明技术方法：一种井下煤体强度侵彻测试装置，包括射钉装置、注氮保护装置和注氮设备；电动射钉装置包括电动射钉枪(1)、特制钢钉(2)，特制钢钉(2)上标注有刻度，可直接读取特制钢钉(2)侵彻进入煤体的深度；注氮保护装置包括保护罩(3)、止逆阀(4)、注氮孔(5)、软胶环(6)、弹簧绳(7)。保护罩(3)由PVC材料制成，上端与射钉枪(1)连接处开口直径16mm，下端开口直径80mm，高度为100mm。止逆阀(4)设置在保护罩(3)两端，为可拆卸扣入式，止逆阀(4)内设置有孔径为2mm的小孔，可防止氮气在保护罩(3)内滞留导致气压过大，并能使注入的氮气从止逆阀(4)口单向流出，同时止逆阀(4)可防止井下煤尘进入保护罩(3)内。注氮孔(5)与保护罩(3)为螺纹连接，可防止氮气外溢，上端小孔可与注氮软管(8)连接。软胶环(6)为一内径80mm、外径88mm的圆环，橡胶材质，在射钉操作时，可以紧密贴合工作面，隔绝保护罩(3)内外并形成密闭空间。弹簧绳(7)系在保护罩(3)两端孔口，在射钉操作时，将两条弹簧固定在射钉枪(1)上，从而使得保护罩(3)与射钉枪(1)之间保持牢固连接。注氮设备包括注氮软管(8)、氮气瓶(9)、注氮开关(10)。注氮软管(8)一端连接注氮保护罩(3)注氮孔(5)，另一端与氮气瓶(9)相连。通过注氮开关(10)控制注氮开闭以及氮气的释放速率。
使用上述装置的井下煤体强度侵彻测试方法，包括以下步骤：
a、将特制钢钉装入射钉枪；
b、将射钉枪与保护罩连接，将保护罩两端的弹簧绳套装在射钉枪上，使其连接牢固，并将止逆阀扣入保护罩，将注氮孔与保护罩连接；
c、将注氮设备中的注氮软管与保护罩上的注氮孔连接，打开氮气瓶的注氮开关，测试放气完成后；
d、连接完成整套设备后，将保护罩靠近试样表面。打开注氮开关，用力按压保护罩，利用保护罩外围软胶环将保护罩吸附在试样表面，将保护罩内外隔离，观察止逆阀上设置的小孔，小孔向外出气即氮气注满保护罩后，打开射钉枪，进行射钉操作；
e、观察特制钢钉侵彻进入试样的深度，判断试样的强度大小。
本发明的有益效果：使用射钉枪在氮气环境下对煤样进行射钉操作，读取钢钉上的刻度可知侵彻进入煤样的深度大小，并判断煤样的强度大小。注氮保护装置中的保护罩由PVC材料制成，坚固且化学性能稳定。通过注氮软管向保护罩内通入氮气可以为射钉操作形成保护环境，避免射钉操作产生的火花造成危险。保护罩两端的止逆阀可以单向流出氮气，防止保护罩内压力过大，还可杜绝煤尘进入保护罩内。保护罩外圈的软胶环可贴合各种复杂环境下的工作面，形成保护罩内外相互隔离的环境，弹簧绳可以将保护罩与射钉枪牢固连接。本装置轻便易携带，安装简单，操作方便，可以实现在煤矿井下现场对于煤岩强度大小进行测定，具有广泛的实用型。
附图说明
图1是保护罩正视图；
图2是保护罩俯视图；
图3是保护罩立体图；
图4是射钉操作的示意图；
图中：1-射钉枪，2-特制钢钉，3-保护罩，4-止逆阀，5-注氮孔，6-软胶环，7-弹簧绳，8-注氮软管，9-氮气瓶，10-注氮开关，11-煤试样。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
本发明的井下煤体强度侵彻测试装置，由射钉装置、注氮保护装置和注氮设备组成。所述的射钉装置包括射钉枪1、特制钢钉2构成。所述的注氮保护装置由保护罩3、止逆阀4、注氮孔5、软胶环6、弹簧绳7构成。所述的注氮设备由注氮软管8、氮气瓶9、注氮开关10组成。
本发明的井下煤体强度侵彻测试方法，具体操作步骤如下：
a、首先将带有刻度的特制钢钉2装入射钉枪1，并确保射钉枪1处于关闭状态。
b、将射钉枪1与保护罩3连接，将保护罩3两端的弹簧绳7套装在射钉枪1上，使射钉枪1与保护罩3之间连接牢固，并把止逆阀4扣入保护罩3，将注氮孔5与保护罩3螺纹连接。
c、将注氮设备中的注氮软管8与保护罩3上的注氮孔5连接，打开氮气瓶9的注氮开关10，使其缓慢释放氮气，测试放气完成后，关闭注氮开关10。
d、连接完成整套设备后，将保护罩3靠近试样表面。打开注氮开关10，放气吹散试样表面尘埃。用力按压保护罩3，利用保护罩3外围软胶环6将保护罩3吸附在试样表面，将保护罩3内外隔离，观察止逆阀4上设置的小孔，小孔向外出气即氮气注满保护罩3后，打开射钉枪1，进行射钉操作。
e、完成一次射钉操作后，摘下保护罩3，直接读取特制钢钉2上的刻度值，可知侵彻进入试样的深度，判断试样的强度大小。

Claims (1)

1.一种井下煤体强度侵彻测试方法，其特征在于采用一种井下煤体强度侵彻测试装置，该装置包括射钉装置、注氮保护装置和注氮设备；所述射钉装置包括射钉枪和特制钢钉，所述特制钢钉带有刻度；所述注氮保护装置由保护罩、止逆阀、注氮孔、软胶环、弹簧绳构成，所述保护罩由PVC材料制成，所述止逆阀内设置有小孔，气体可单向流出；所述注氮设备由注氮软管、氮气瓶、注氮开关组成；
具体步骤为：
a、将特制钢钉装入射钉枪；
b、将射钉枪与保护罩连接，将保护罩两端的弹簧绳套装在射钉枪上，使其连接牢固，并将止逆阀扣入保护罩，将注氮孔与保护罩连接；
c、将注氮设备中的注氮软管与保护罩上的注氮孔连接，打开氮气瓶的注氮开关，测试放气完成后；
d、连接完成整套设备后，将保护罩靠近试样表面；打开注氮开关，用力按压保护罩，利用保护罩外围软胶环将保护罩吸附在试样表面，将保护罩内外隔离，观察止逆阀上设置的小孔，小孔向外出气即氮气注满保护罩后，打开射钉枪，进行射钉操作；
e、观察特制钢钉侵彻进入试样的深度，判断试样的强度大小。
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