CN218937930U - 一种碎软煤岩石力学参数测试用型煤压制模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种碎软煤岩石力学参数测试用型煤压制模具，包括承压底座，所述承压底座上开设有模具固定槽，所述模具固定槽内设置有型煤制样模具，所述承压底座上还设置有支架，所述支架的顶部架设有安装板，所述安装板底部固定连接有压力加载装置，所述压力加载装置用于对型煤制样模具内充填的碎软煤施加轴向压力。本实用新型通过设置压力加载装置和型煤制样模具，实现了对型煤尺寸的精确控制，制样装置采用内缸体三瓣拼合、内缸体和外套筒嵌套紧固的设计，安装拆卸方便，拆卸过程中型煤不易损坏，提高型煤制备成功率。

Description

一种碎软煤岩石力学参数测试用型煤压制模具

技术领域

本实用新型属于模具技术领域，涉及型煤制样，具体涉及一种碎软煤岩石力学参数测试用型煤压制模具。

背景技术

碎软煤具有层理紊乱、煤质松软、强度低等特点，碎软煤分布的矿区往往具有较高的瓦斯突出风险，是煤矿瓦斯灾害防治的重点研究对象。在对碎软煤开展相关研究时，往往需要在实验室内开展单轴压缩实验或三轴压缩实验以获得碎软煤的抗压强度、弹性模量、泊松比等岩石力学参数。实验室开展岩石力学参数实验时，往往需要圆柱状标准试件。然而，由于碎软煤的特殊性质，无法直接通过地面钻井或井下取样获得圆柱状标准试件，也无法在煤矿井下获得块样后在实验室钻取标准柱样。因此，实验室内常采用型煤试样代替原煤样开展实验以获取煤层的相关岩石力学参数。目前，碎软煤的制样主要采用构造煤煤粉或煤粒，放入成型模具中用压力机加压后脱模、干燥成型煤。现阶段所用的型煤制样模具通常为固定尺寸的模具，这些型煤模具往往结构复杂、操作难度大，且制备的试样长度往往无法满足试验要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本实用新型提供了一种碎软煤岩石力学参数测试用型煤压制模具，以克服现有技术中存在的型煤制样模具结构复杂复杂且制得的煤样无法满足试验要求的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采取如下的技术方案：

一种碎软煤岩石力学参数测试用型煤压制模具，包括承压底座，所述承压底座上开设有模具固定槽，所述模具固定槽内设置有型煤制样模具，所述承压底座上还设置有支架，所述支架的顶部架设有安装板，所述安装板底部固定连接有压力加载装置，所述压力加载装置用于对型煤制样模具内充填的碎软煤施加轴向压力。

本实用新型还具有以下技术特征：

具体的，所述型煤制样模具包括底座，所述底座上方设置有支撑柱，所述支撑柱上套设有型煤制样机构，所述型煤制样机构内设置有圆柱形容置腔，所述型煤制样机构外套装有外筒；

所述圆柱形容置腔内穿设有可沿竖向移动的压杆，所述压杆上方设置有压头。

更进一步的，所述压力加载装置包括液压缸和同轴滑动设置在所述液压缸内的液压杆，所述液压杆与所述压杆同轴设置。

更进一步的，所述压杆的上部设置有刻度线。

更进一步的，所述型煤制样机构包括三块结构相同且内表面为弧面的型板，三块所述型板可扣合连接。

更进一步的，所述支撑柱的外壁可与圆柱形容置腔的内壁贴合。

更进一步的，所述安装板上还设置有用于测量压力加载装置压力的压力表。

更进一步的，所述型煤制样机构的高度为待制备型煤高度的2～3倍。

更进一步的，所述支架包括相对竖直设置在承压底座上表面的两根立柱。

更进一步的，所述承压底座上还设置有计时器。

本实用新型与现有技术相比，有益的技术效果是：

本实用新型通过设置压力加载装置和型煤制样模具，实现了对型煤尺寸的精确控制，型煤制样机构由三块结构相同且内表面为弧面的型板拼合而成，且外部套装套筒，形成紧固结构，安装拆卸方便，拆卸过程中型煤不易损坏，提高型煤制备成功率，采用本实用新型制备的型煤测得的岩石力学参数更接近客观实际。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的型煤制样模具的剖视图；

图3为本实用新型的型煤制样机构的结构示意图。

图中各标号表示为：

1-承压底座，2-模具固定槽，3-型煤制样模具，4-支架，5-安装板，6-压力加载装置，7-压力表，8-计时器；31-底座，32-支撑柱，33-型煤制样机构，34-外筒，35-压杆，36-压头；61-液压缸，62-液压杆；331-型板。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

本实用新型所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等序数词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例：

如图1至图3所示，本实用新型提供一种碎软煤岩石力学参数测试用型煤压制模具，包括承压底座1，承压底座1上开设有模具固定槽2，模具固定槽2内设置有型煤制样模具3，型煤制样模具3用于装填待压制的碎软煤样品，承压底座1上还设置有支架4，支架4的顶部架设有安装板5，安装板5底部固定连接有压力加载装置6，压力加载装置6用于对型煤制样模具3内充填的碎软煤施加轴向压力。

作为本实施例的一种优选方案，型煤制样模具3包括底座31，底座31上方设置有支撑柱32，支撑柱32上套设有型煤制样机构33，型煤制样机构33内设置有圆柱形容置腔，型煤制样机构33外套装有外筒34；圆柱形容置腔内穿设有可沿竖向移动的压杆35，压杆35上方设置有压头36。外筒34的内壁可与型煤制样机构33的外壁贴合。

本方案中，所述模具固定槽2的尺寸与底座31的尺寸匹配，底座31可嵌设在模具固定槽2内，在其他方案中，还可以在承压底座1上靠近模具固定槽的位置上设置用于压紧底座31的压紧件。

作为本实施例的一种优选方案，压力加载装置6包括液压缸61和同轴滑动设置在液压缸61内的液压杆62，液压杆62与压杆35同轴设置。

作为本实施例的一种优选方案，压杆35的上部设置有刻度线。

作为本实施例的一种优选方案，型煤制样机构33包括三块结构相同且内表面为弧面的型板331，三块型板331可扣合连接，本实施例中，如图3所示，型煤制样机构33的外径由上至下逐渐增大，形成锥台结构，且型板的厚度由上至下逐渐加大。

作为本实施例的一种优选方案，支撑柱32的外壁可与圆柱形容置腔的内壁贴合，作为优选，支撑柱32的高度为1～2cm。

作为本实施例的一种优选方案，安装板5上还设置有用于测量压力加载装置6压力的压力表7。

作为本实施例的一种优选方案，型煤制样机构33的高度为待制备型煤高度的2～3倍。即，为保证一次压制成型，型煤制样机构33内的圆柱形容置腔的高度应为待制作圆柱状型煤的高度的2～3倍，圆柱形容置腔的内径与所需制作的圆柱状型煤的直径相同。

目前，实验室常用的圆柱状型煤尺寸为直径25mm×高度50mm和直径50mm×高度100mm。若要制备的圆柱状型煤尺寸为直径25mm×高度50mm，则型煤制样机构(33)的高度为(100mm-150mm)±0.05mm；若要制备的圆柱状型煤尺寸为直径50mm×高度100mm，则型煤制样机构(33)的高度为(200mm-300mm)±0.05mm。

作为本实施例的一种优选方案，支架4包括相对竖直设置在承压底座上表面的两根立柱，也可以使用其他结构的现有支架，至要能起到支撑作用即可。

作为本实施例的一种优选方案，承压底座1上还设置有计时器8，计时器8用于计量加压时间。

本实用新型的工作过程如下：

(1)将由三块结构相同且内表面为弧面的型板331相互拼接构成型煤制样机构33安装到底座31上，然后将外筒34套设于型煤制样机构33的外侧，进行固定；

(2)根据测井数据确定煤层体积密度值，根据煤层体积密度值计算制备型煤所需的煤粉质量和水的质量，然后按照算出的煤粉和水的质量配制湿碎软煤粉，将搅拌均匀的湿碎软煤粉加入圆柱形容置腔中，加入过程中，采用皮锤敲击型煤制样模具3的侧壁，使煤粉尽量填实；将压杆35穿入圆柱形容置腔中，通过压力加载装置6施加向下的轴向压力，加压过程中观察压头上部设置的刻度线的刻度和压力表7上的数值，待确定型煤的高度达到目标高度时，保压60min以上，即，保持型煤的高度达到目标高度时的压力60min以上；

(3)保压完成后，卸载压力，取下型煤制样模具3，取出制好的型煤样。

应用例1

本应用例中，使用实施例1所公开的碎软煤岩石力学参数测试用型煤压制模具制作型煤。

安徽某矿典型碎软煤，测井得到的煤层体积密度为1.35t/m³，原煤含水率为2.5％。为获取煤层的相关岩石力学参数，需要开展单轴和三轴压缩实验。由于煤层碎软，在地面和井下均未能获得较为完整的煤层块样，无法钻取标准的圆柱试件。

为开展煤层的相关岩石力学参数实验，需要制作直径50mm、高度为100mm的圆柱状型煤样，为确保岩石力学参数实验结果更接近现实情况，首先根据下面的公式计算出所需煤粉质量和水的质量分别为258.4g和6.6g：

型煤的体积：

煤粉质量：

m_c＝ρV(1-w)＝1.35g/cm³×24.54369cm³×(1-2.5％)＝258.4451g

水的质量：

m_w＝ρVw＝1.35g/cm³×196.3495cm³×2.5％＝6.6268g

根据型煤尺寸要求，设计圆柱形容置腔的直径为5.0cm，支撑柱32的高度为1.0cm，圆柱形容置腔的高度为21.0cm，压杆35的长度为11.0cm，压杆35上部的刻度线间隔为1cm。根据上述型煤制样步骤，将搅拌均匀的湿碎软煤粉加入圆柱形容置腔中，然后采用压力加载装置6在压头36上逐渐施加压力直至压头36到达刻度线的1cm刻度处，加压速率为0.2KN/s，当压力加载至180KN时，型煤的高度达到目标高度，保持当前压力60min后拆模，取出型煤样，用于开展后续岩石力学参数测试实验。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (8)

1.一种碎软煤岩石力学参数测试用型煤压制模具，包括承压底座(1)，其特征在于，所述承压底座(1)上开设有模具固定槽(2)，所述模具固定槽(2)内设置有型煤制样模具(3)，所述承压底座(1)上还设置有支架(4)，所述支架(4)的顶部架设有安装板(5)，所述安装板(5)底部固定连接有压力加载装置(6)，所述压力加载装置(6)用于对型煤制样模具(3)内充填的碎软煤施加轴向压力；

所述型煤制样模具(3)包括底座(31)，所述底座(31)上方设置有支撑柱(32)，所述支撑柱(32)上套设有型煤制样机构(33)，所述型煤制样机构(33)内设置有圆柱形容置腔，所述型煤制样机构(33)外套装有外筒(34)；所述圆柱形容置腔内穿设有可沿竖向移动的压杆(35)，所述压杆(35)上方设置有压头(36)；

所述压力加载装置(6)包括液压缸(61)和同轴滑动设置在所述液压缸(61)内的液压杆(62)，所述液压杆(62)与所述压杆(35)同轴设置。

2.如权利要求1所述的碎软煤岩石力学参数测试用型煤压制模具，其特征在于，所述压杆(35)的上部设置有刻度线。

3.如权利要求1所述的碎软煤岩石力学参数测试用型煤压制模具，其特征在于，所述型煤制样机构(33)包括三块结构相同且内表面为弧面的型板(331)，三块所述型板(331)可扣合连接。

4.如权利要求1所述的碎软煤岩石力学参数测试用型煤压制模具，其特征在于，所述支撑柱(32)的外壁可与圆柱形容置腔的内壁贴合。

5.如权利要求1所述的碎软煤岩石力学参数测试用型煤压制模具，其特征在于，所述安装板(5)上还设置有用于测量压力加载装置(6)压力的压力表(7)。

6.如权利要求1所述的碎软煤岩石力学参数测试用型煤压制模具，其特征在于，所述型煤制样机构(33)的高度为待制备型煤高度的2～3倍。

7.如权利要求1所述的碎软煤岩石力学参数测试用型煤压制模具，其特征在于，所述支架(4)包括相对竖直设置在承压底座(1)上表面的两根立柱。

8.如权利要求1所述的碎软煤岩石力学参数测试用型煤压制模具，其特征在于，所述承压底座(1)上还设置有计时器(8)。

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