一种煤岩无损浸润-干燥循环预处理装置及方法

本发明涉及一种实验室试件预处理装置及方法，具体是一种煤岩无损浸润-干燥循环预处理装置及方法。

背景技术：

当前，煤炭行业正处于全面深化改革、转型发展关键时期，越来越多的煤矿已经或面临着关闭或废弃。结合煤矿行业发展在“碳中和、碳达峰”背景下的机遇与挑战，利用废弃矿井地下空间储水，将巷道或安全煤柱用人工坝体连接形成水库坝体在世界范围内得到越来越广泛的使用。这一方面是因为煤矿开采过程中产生水裂隙致使含水层中水渗入采空区威胁着矿区生态环境，另一方面是西部地区水资源匮乏现状急需改变。其中，煤岩柱坝体作为地下水库坝体的重要组成部分，在地下水库蓄水-抽水过程中发挥着关键作用，因此含水煤样或岩样在浸水-失水作用下破坏规律研究至关重要。

在煤岩体的含水率研究中，试件的预处理是进行煤岩体研究分析的首要环节，一般情况下，将试件放置水中浸泡若干小时来控制试件含水率，这种方法往往没有考虑实际浸润环境而导致试件破裂。因此，本领域技术人员迫切需要通过一种较方便且价格低廉、可靠的实验方法，通过室内实验就可定量合理对煤岩试件进行预处理，为此，本发明提出一种煤岩无损浸润-干燥循环预处理装置及方法。

技术实现要素：

本发明针对现有干燥浸润条件难以在实验室实现的问题，提供了一种操作简单的煤岩无损浸润-干燥循环预处理装置及方法。

本发明采用如下技术方案实现：

一种煤岩无损浸润-干燥循环预处理装置及方法，其特征在于，装置包括箱体、进水口、水槽、小孔、雾化加湿器、烘干机、置物支架、高精度电子天平、温湿度检测组件、倾斜底板、排水槽、出水口、箱门、把手、控制主机十五个部件；方法包括放置煤岩试件、无损浸润、干燥及无损浸润-干燥循环、监测分析数据四个步骤：

步骤一，将煤岩试件放置在箱体内置物支架上，箱体通过进水口外接水源与水槽相连，同时箱体通过排水槽与出水口相连，实现连通管路；

步骤二，雾化加湿器放置于水槽内，通过控制主机调节雾化加湿器振动频率从而控制喷雾速率，雾化加湿器喷出的超微粒子通过水槽侧面上若干小孔排出，在重力作用下浸润下方置物架上的煤岩试件；

步骤三，煤岩试件浸润完成后，控制主机通过控制雾化加湿器关闭，开启箱体侧面烘干机，调节烘干温度及烘干时间对煤岩试件进行干燥，干燥完成后继续重复浸润过程，直至完成设计的试件干燥浸润循环过程；

步骤四，高精度电子天平和温湿度监测组件将实时监测到的数据传送至控制主机，控制主机外接计算机实现对数据的收集和分析。

具体的，所述箱体底部为倾斜底板并与排水槽相连，有助于箱内积水排出。

具体的，所述温湿度监测组件外壳硬度大，可用来支撑上部荷载且起到抬高置物支架的作用，保证试件不直接泡在水中，同时温湿度监测组件与倾斜底板固定。

具体的，所述高精度电子天平防水性能优良。

具体的，所述烘干机处于置物支架同一高度，且置于箱体两侧。

具体的，所述置物支架采用钢条焊接而成，两钢条间距3厘米，可纵向横向放置试件，满足试件多种浸润及干燥要求。

具体的，所述步骤二及步骤三进行时，步骤四同时开展，不存在先后关系。

附图说明

图1是实现本发明一种煤岩无损浸润-干燥循环预处理装置及方法的立体图。

图2是图1的正视图。

图3是图1的侧向剖面图。

图中，1为箱体；2为进水口；3为水槽；4为小孔；5为烘干机；6为置物支架；7为高精度电子天平；8为温湿度监测组件；9为倾斜底板；10为出水口；11为箱门；12为把手；13为控制主机；14为雾化加湿器；15为排水槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明。

本发明提供了一种煤岩无损浸润-干燥循环预处理装置及方法。如图1至图3所示，其特征在于：包括箱体1、进水口2、水槽3、小孔4、雾化加湿器14、烘干机5、置物支架6、高精度电子天平7、温湿度检测组件8、倾斜底板9、排水槽15、出水口10、箱门11、把手12、控制主机13十五个部件；方法包括放置煤岩试件、无损浸润、干燥及无损浸润-干燥循环、监测分析数据四个步骤：

步骤一，将煤岩试件放置在箱体1内置物支架6上，箱体1通过进水口2外接水源与水槽3相连，同时箱体1通过排水槽15与出水口10相连，实现连通管路；

步骤二，雾化加湿器14放置于水槽3内，通过控制主机13调节雾化加湿器14振动频率从而控制喷雾速率，雾化加湿器14喷出的超微粒子通过水槽3侧面上若干小孔4排出，在重力作用下浸润下方置物支架6上的煤岩试件；

步骤三，煤岩试件浸润完成后，控制主机13通过控制雾化加湿器14关闭，开启箱体1侧面烘干机5，调节烘干温度及烘干时间对煤岩试件进行干燥，干燥完成后继续重复浸润过程，直至完成设计的试件干燥浸润循环过程；

步骤四，高精度电子天平7和温湿度监测组件8将实时监测到的数据传送至控制主机13，控制主机13外接计算机实现对数据的记录和分析。

具体的，所述箱体1底部为倾斜底板9并与排水槽15相连，有助于箱内积水排出。

具体的，所述温湿度监测组件8外壳硬度大，可用来支撑上部荷载且起到抬高置物支架6的作用，保证试件不直接泡在水中，同时温湿度监测组件8与倾斜底板9固定。

具体的，所述烘干机5处于置物支架6同一高度，且置于箱体1两侧。

具体的，所述置物支架6采用钢条焊接而成，两钢条间距3厘米，可纵向横向放置试件，满足试件多种浸润及干燥要求。

具体的，所述步骤二及步骤三进行时，步骤四同时开展，不存在先后关系。

当然，上述说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于上述的实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替换、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

技术特征：

1.一种煤岩无损浸润-干燥循环预处理装置及方法，其特征在于，装置包括箱体、进水口、水槽、小孔、雾化加湿器、烘干机、置物支架、高精度电子天平、温湿度检测组件、倾斜底板、排水槽、出水口、箱门、把手、控制主机十五个部件；方法包括放置煤岩试件、无损浸润、干燥及无损浸润-干燥循环、监测分析数据四个步骤：

步骤一，将煤岩试件放置在箱体内置物支架上，箱体通过进水口外接水源与水槽相连，同时箱体通过排水槽与出水口相连，实现连通管路；

步骤二，雾化加湿器放置于水槽内，通过控制主机调节雾化加湿器振动频率从而控制喷雾速率，雾化加湿器喷出的超微粒子通过水槽侧面上若干小孔排出，在重力作用下浸润下方置物架上的煤岩试件；

步骤三，煤岩试件浸润完成后，控制主机通过控制雾化加湿器关闭，开启箱体侧面烘干机，调节烘干温度及烘干时间对煤岩试件进行干燥，干燥完成后继续重复浸润过程，直至完成设计的试件干燥浸润循环过程；

步骤四，高精度电子天平和温湿度监测组件将实时监测到的数据传送至控制主机，控制主机外接计算机实现对数据的记录和分析。

2.根据权利要求1所述的一种煤岩无损浸润-干燥循环预处理装置及方法，其特征在于，所述箱体底部为倾斜底板并与排水槽相连，有助于箱内积水排出。

3.根据权利要求1所述的一种煤岩无损浸润-干燥循环预处理装置及方法，其特征在于，所述温湿度监测组件外壳硬度大，可支撑上部荷载且与倾斜底板固定。

4.根据权利要求1所述的一种煤岩无损浸润-干燥循环预处理装置及方法，其特征在于，所述高精度电子天平防水性能优良。

5.根据权利要求1所述的一种煤岩无损浸润-干燥循环预处理装置及方法，其特征在于，所述烘干机与置物支架处于同一高度，且置于箱体左右两侧。

6.根据权利要求1所述的一种煤岩无损浸润-干燥循环预处理装置及方法，其特征在于，置物支架采用钢条焊接而成，两钢条间距3厘米，可满足试件多种浸润及干燥要求。

7.根据权利要求1所述的一种煤岩无损浸润-干燥循环预处理装置及方法，其特征在于，所述步骤二及步骤三进行时，步骤四同时开展，不存在先后关系。

技术总结
本发明涉及一种实验试件预处理装置及方法，具体是一种煤岩无损浸润‑干燥循环预处理装置及方法，包括箱体、进水口、水槽、小孔、雾化加湿器、烘干机、置物支架、高精度电子天平、温湿度检测组件、倾斜底板、排水槽、出水口、箱门、把手、控制主机十五个部件，采用雾化加湿器浸润方法，通过控制雾化加湿器振动频率，将水雾化成超微粒子从煤岩试件表面均匀渗入内部，保证了试件的完整性；通过控制箱体侧面烘干机的烘干温度及烘干时间对煤岩试件进行干燥，达到无损浸润‑干燥循环的预处理目的。本发明具有操作简单、效率高、结果可靠、可根据实验要求进行预处理试件的特点。

技术研发人员：杨科;方珏静;刘钦节;吕鑫;付强;王于;张寨男
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2021.05.06
技术公布日：2021.07.30