CN110057996B - 固气耦合相似材料原料配比确定方法 - Google Patents
固气耦合相似材料原料配比确定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110057996B CN110057996B CN201910357293.1A CN201910357293A CN110057996B CN 110057996 B CN110057996 B CN 110057996B CN 201910357293 A CN201910357293 A CN 201910357293A CN 110057996 B CN110057996 B CN 110057996B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- determining
- similar
- materials
- ratio
- proportion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 239000002994 raw material Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 8
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 8
- 239000003245 coal Substances 0.000 abstract description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 11
- 238000004088 simulation Methods 0.000 abstract description 8
- 238000003795 desorption Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/22—Fuels; Explosives
- G01N33/222—Solid fuels, e.g. coal
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/22—Fuels; Explosives
- G01N33/225—Gaseous fuels, e.g. natural gas
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
Abstract
本发明公开了一种固气耦合相似材料原料配比确定方法，包括以下步骤：S1.根据相似材料的孔隙率Y3确定出相似材料的成型压力大小X3；S2.根据相似材料的物理力学参数并结合成型压力大小X3确定出相似材料原料中粘结剂比例X1；S3.根据相似材料的吸附解吸性能并结合粘结剂比例X1确定出辅料比例X2；有效解决了在相似材料制作过程中各原料配比及工艺对相似材料性能相互影响，原料配比及成型压力参数难确定的问题，可使制作的相似材料在物理力学性质、吸附解吸性能和孔隙方面都得到有效控制，能提高相似材料与原煤的相似度，提高煤与瓦斯突出模拟实验的还原相似度。
Description
技术领域
本发明涉及相似材料领域，特别涉及一种固气耦合相似材料原料配比确定方法。
背景技术
煤炭是我国重要的基础能源，在我国能源消费总量构成中始终占最大比例。近年来随着煤矿机械化程度和安全管理水平的提升，开采效率越来越高，百万吨死亡率持续下降，然而随着浅部煤炭资源逐渐开采殆尽，开采深度由浅入深，深部煤炭的开采具有高地应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量等特点，在开采过程中容易引起煤与瓦斯突出事故，煤与瓦斯突出事故仍时有发生。煤与瓦斯突出事故对煤炭的安全、高效开采构成了极大的威胁，煤与瓦斯突出模拟实验是一种研究煤与瓦斯突出的发生、发展规律的有效方法，而相似材料是进行煤与瓦斯突出模拟实验的重要因素，决定着模拟实验的还原相似性。由于原煤难以制成满足实验要求的规格，目前多采用碎煤进行突出模拟实验，而碎煤与原煤相比在物理力学性质、孔隙特性等方面存在较大差异，导致煤与瓦斯突出模拟实验现象与实际情况存在差异，不能有效还原突出模拟实验现象。目前相似材料配比的研究多集中于相似材料物理力学性能方面，而相似材料时由多种原料混合在一定成型压力下压制而成，原料及工艺参数对相似材料的影响是一个多因素综合作用的结果，使得相似材料配比中的各原料及工艺参数难以确定。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种固气耦合相似材料原料配比确定方法，能有效解决在相似材料制作过程中各原料配比及工艺对相似材料性能相互影响，原料配比及成型压力参数难确定的问题。
本发明的一种固气耦合相似材料原料配比确定方法，包括以下步骤：
S1.根据相似材料的孔隙率Y3确定出相似材料的成型压力大小X3；
S2.根据相似材料的物理力学参数并结合成型压力大小X3确定出相似材料原料中粘结剂比例X1；
S3.根据相似材料的吸附解吸性能并结合粘结剂比例X1确定出辅料比例X2；
进一步，步骤S1中，建立孔隙率Y3与成型压力X3的函数关系式：X3＝a-bY3，其中a,b为拟合参数；
进一步，步骤S1中，函数关系式为：X3＝40.507-4.831Y3；
进一步，步骤S2中，根据成型压力X3及相似材料的单轴抗压强度Y1计算粘结剂比例X1；
进一步，步骤S2中，确定粘结剂比例的函数关系式为：X1＝c+dY1-eX3，其中，c，d,e为拟合参数；
进一步，步骤S2中，所述粘接剂为设定强度的水泥，X1＝1.22+2.755Y1-0.129X3；
进一步，步骤S3中，根据相似材料的瓦斯放散初速度Y2及粘结剂比例X1计算辅料比例X2；
进一步，步骤S3中，确定辅料比例的函数关系式为：X2＝m-nX1-kY2，其中，m，n，k为拟合参数；
进一步，步骤S3中，所述辅料为粒径为40目～80目的砂子；
进一步，步骤S3中，X2＝94.675-0.739X1-2.959Y2。
本发明的有益效果：本发明固气耦合相似材料原料配比确定方法，由于孔隙率与成型压力有关，物理力学性能与粘结剂和成型压力有关，吸附解吸性能与粘结剂和辅料比例有关，因此，在相似材料制作过程中，根据各因素对相似材料性能的影响不同，依次确定出相似材料的各原料组分比例及成型压力大小。首先可根据孔隙率确定出成型压力大小，然后根据物理力学参数并结合成型压力大小确定出粘结剂比例，接着根据吸附解吸性能并结合粘结剂比例确定出辅料比例，有效解决了在相似材料制作过程中各原料配比及工艺对相似材料性能相互影响，原料配比及成型压力参数难确定的问题，可使制作的相似材料在物理力学性质、吸附解吸性能和孔隙方面都得到有效控制，能提高相似材料与原煤的相似度，提高煤与瓦斯突出模拟实验的还原相似度。
具体实施方式
本实施例的固气耦合相似材料原料配比确定方法，包括以下步骤：
S1.根据相似材料的孔隙率Y3确定出相似材料的成型压力大小X3；
S2.根据相似材料的物理力学参数并结合成型压力大小X3确定出相似材料原料中粘结剂比例X1；
S3.根据相似材料的吸附解吸性能并结合粘结剂比例X1确定出辅料比例X2；首先，选定制作相似材料的原料组分比例，固气耦合相似材料的原料一般由煤粉、粘接剂和辅料组成。因此，确定好粘接剂和辅料的比例，就确定好了原料各组分的比例。
由于孔隙率与成型压力有关，物理力学性能与粘结剂和成型压力有关，吸附解吸性能与粘结剂和辅料比例有关，根据各因素对相似材料性能的影响不同，依次确定出相似材料的各原料组分比例及成型压力大小。该方法可使制作的相似材料在物理力学性质、吸附解吸性能和孔隙方面都得到有效控制。
本实施例中，步骤S1中，建立孔隙率Y3与成型压力X3的函数关系式：X3＝a-bY3，其中a,b为拟合参数；步骤S2中，根据成型压力X3及相似材料的单轴抗压强度Y1计算粘结剂比例X1，X1＝c+dY1-eX3，其中，c，d,e为拟合参数；步骤S3中，根据相似材料的瓦斯放散初速度Y2及粘结剂比例X1计算辅料比例X2；X2＝m-nX1-kY2，其中，m，n，k为拟合参数；步骤S3中，所述辅料为粒径为40目～80目的砂子。
选取水泥、沙子和成型压力为3个相似材料的影响因素。通过制作不同配比的相似材料并进行力学、放散和孔隙率的正交试验，得出了各影响因素与相似材料单轴抗压强度、瓦斯放散初速度和孔隙率之间的量关系。将单轴抗压强度、瓦斯放散初速度、孔隙率实验的主要影响因素及回归方程整理见表1。
表1相似材料配比模型
注：X1为水泥比例2～10，％Y1为单轴抗压强度，MPa
X2为沙子比例10～50，％Y2为瓦斯放散初速度，mmHg
X3为成型压力5～25，MPa Y3为孔隙率，％
水泥、沙子的添加比例均为占固体总质量的百分比
由上表可知，相似材料的孔隙率与成型压力有关，单轴抗压强度与水泥和成型压力有关，瓦斯放散初速度与水泥和沙子有关。对表1进行反算，推导出各原料和工艺与各实验指标之间的关系，则固气耦合相似材料配比及工艺参数的确定步骤如下：
步骤S1中，根据孔隙率Y3确定成型压力X3，X3＝40.507-4.831Y3，
步骤S2中，根据单轴抗压强度Y1确定水泥比例X1，X1＝1.22+2.755Y1-0.129X3，
步骤S3中，根据瓦斯放散初速度Y2确定沙子比例X2，X2＝94.675-0.739X1-2.959Y2。
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 (5)
1.一种固气耦合相似材料原料配比确定方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.根据相似材料的孔隙率Y3确定出相似材料的成型压力大小X3；
S2.根据相似材料的物理力学参数并结合成型压力大小X3确定出相似材料原料中粘结剂比例X1；
S3.根据相似材料的吸附解吸性能并结合粘结剂比例X1确定出辅料比例X2；
步骤S1中，建立孔隙率Y3与成型压力X3的函数关系式：X3＝a-bY3，其中a,b为拟合参数；
步骤S2中，根据成型压力X3及相似材料的单轴抗压强度Y1计算粘结剂比例X1；确定粘结剂比例的函数关系式为：X1＝c+dY1-eX3，其中，c，d,e为拟合参数；
步骤S3中，根据相似材料的瓦斯放散初速度Y2及粘结剂比例X1计算辅料比例X2，确定辅料比例的函数关系式为：X2＝m-nX1-kY2，其中，m，n，k为拟合参数。
2.根据权利要求1所述的固气耦合相似材料原料配比确定方法，其特征在于：步骤S1中，X3＝40.507-4.831Y3。
3.根据权利要求2所述的固气耦合相似材料原料配比确定方法，其特征在于：步骤S2中，所述粘结 剂为水泥，X1＝1.22+2.755Y1-0.129X3。
4.根据权利要求3所述的固气耦合相似材料原料配比确定方法，其特征在于：步骤S3中，所述辅料为粒径为40目～80目的砂子。
5.根据权利要求4所述的固气耦合相似材料原料配比确定方法，其特征在于：步骤S3中，X2＝94.675-0.739X1-2.959Y2。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910357293.1A CN110057996B (zh) | 2019-04-29 | 2019-04-29 | 固气耦合相似材料原料配比确定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910357293.1A CN110057996B (zh) | 2019-04-29 | 2019-04-29 | 固气耦合相似材料原料配比确定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110057996A CN110057996A (zh) | 2019-07-26 |
| CN110057996B true CN110057996B (zh) | 2021-09-28 |
Family
ID=67321574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910357293.1A Active CN110057996B (zh) | 2019-04-29 | 2019-04-29 | 固气耦合相似材料原料配比确定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110057996B (zh) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104458309A (zh) * | 2014-12-10 | 2015-03-25 | 西安科技大学 | 一种用于物理模拟实验中的相似材料配比确定方法 |
-
2019
- 2019-04-29 CN CN201910357293.1A patent/CN110057996B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104458309A (zh) * | 2014-12-10 | 2015-03-25 | 西安科技大学 | 一种用于物理模拟实验中的相似材料配比确定方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| 含瓦斯煤相似材料研制及其突出试验应用;王汉鹏等;《岩土力学》;20150630;第36卷(第6期);第1676页摘要，第1679-1680页3 影响因素分析 * |
| 模拟煤与瓦斯突出的相似材料配比试验研究;张淑同等;《煤炭科学技术》;20150630;第43卷(第6期);第77页表1 * |
| 水分对瓦斯吸附常数及放散初速度影响的实验研究;林海飞等;《矿业安全与环保》;20140430;第41卷(第2期);第18页右栏倒数第1段 * |
| 煤与瓦斯突出相似材料常用黏结剂对比试验研究;朱墨然等;《煤矿安全》;20190331;第50卷(第3期);第7页右栏倒数第2段 * |
| 突出煤相似材料配比模型实验研究;孙朋;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20170215(第02期);第23页倒数第1段 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110057996A (zh) | 2019-07-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106892622A (zh) | 一种大掺量铁尾矿混凝土及其制备方法 | |
| CN105254226A (zh) | 弹性水泥浆及其制备方法 | |
| CN106956223B (zh) | 一种金属结合剂及其金刚石磨具与金刚石磨具制备方法 | |
| US20160145153A1 (en) | Green brick and method for producing the same | |
| CN106431036A (zh) | 海工硅酸盐水泥及其制备方法 | |
| CN110057996B (zh) | 固气耦合相似材料原料配比确定方法 | |
| CN107796679A (zh) | 基于相似材料的非标准煤或非标准岩石试件制作方法 | |
| CN111196708A (zh) | 一种矿山井下充填砂浆 | |
| CN106190093A (zh) | 煤层气水力压裂开采中使用的陶粒支撑剂及其制备方法 | |
| CN109824325B (zh) | 一种抗压抗渗铁尾矿混凝土及其制备方法 | |
| CN109437796A (zh) | 废弃再生微粉混凝土制备及应用 | |
| CN109534793B (zh) | 含假蓝宝石晶体的低密度石油压裂支撑剂及其制备方法 | |
| CN105759011A (zh) | 边坡爆破动力分析模型试验材料、其上下盘围岩体相似材料、其断层带相似材料及制备方法 | |
| CN111635174B (zh) | 一种锰尾矿透水砖及其制备方法 | |
| CN104722753B (zh) | 一种射孔弹药型罩用钨铜粉末制备方法 | |
| CN107311582B (zh) | 一种低成本早强胶凝材料配比决策方法 | |
| CN201389999Y (zh) | 增强金刚石复合片 | |
| CN111855338B (zh) | 一种高相似度相似材料制作方法 | |
| CN110540407A (zh) | 一种利用含碳酸盐铁尾矿烧制的多孔透水砖及其烧制方法 | |
| CN108344617B (zh) | 一种兼具突出和冲击特性的煤的相似材料的制备方法 | |
| CN105669104B (zh) | 一种利用陶瓷抛磨废料生产的免烧砖及其制备方法 | |
| CN102899547A (zh) | 一种添加立方氮化硼的金刚石绳锯串珠切削磨料制作方法 | |
| CN111855894B (zh) | 一种相似材料制备及相似度评价方法 | |
| CN111863152B (zh) | 一种用于评价相似材料相似度的方法 | |
| Song et al. | Study on mechanical properties and damage characteristics of rice straw fiber-reinforced cemented tailings backfill based on energy evolution |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |