一种软煤岩制样系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种软煤岩制样系统，包括设有箱盖的箱子和安全泄压阀，所述箱盖上开设有孔并通过管路分别连接液氮处理系统和抽真空系统，所述液氮处理系统包括通过进液管路顺次连接的进液阀、第一压力表、液氮罐截止阀和液氮罐；所述安全泄压阀穿过箱盖并伸入箱子内，且安全泄压阀与箱盖的连接处套设有密封套。该系统采用抽真空系统进行真空脱气，使软煤岩裂隙等微缺陷空间被水填充，并达到吸水饱和状态；利用液氮处理系统对软煤岩进行超低温处理，冻结软煤岩，解决了软煤岩在制备试验样品时易于破碎的困难。该系统结构简单，使用方便，实现了快速、高效地制备软煤岩试验样品，为软煤岩的物理力学特性参数等提供了有利的试验测定条件。
【专利说明】
一种软煤岩制样系统
技术领域
[0001]本实用新型属于煤岩特性试验技术领域，具体涉及一种软煤岩制样系统，主要用于室内实验所用煤岩试验样品的制作。
【背景技术】
[0002]众所周知，在煤炭开采、煤层瓦斯抽放、煤层气注气开采等工程的设计中，煤岩的物理力学特性参数(如:煤岩的抗拉压强度，吸附常数，渗透率等)是很重要的指标，这些参数必须通过试验得到。然而，我国大部分矿井煤层属于松软煤层，煤质松软、强度较低及易于破碎等特点给软煤煤样的制取工作增加了难度。因此，软煤煤样的制备方法是科研工作者亟待解决的问题。
[0003]目前软煤岩的试验样品制备方式有两种:一种是型煤煤样制备方法，该方法是将软煤粉碎，向煤粉中混合一定量的添加剂，如果添加的是类似于油或者树脂之类的物质，这些物质在制作好型煤煤样之后无法清除，会导致煤样物理力学性质的改变。另一种是原煤制作方法，利用钻孔取样机直接在大块完整煤块上取样，由于原始煤块中存在一些初始裂隙/裂纹且强度低，易于破碎，煤样在钻取完成之前就开始发生断裂，成功率低，很难达到理想的取样效果。因此，急需一种新的软煤岩制样系统及方法实现快速、高效地制备软煤岩的试验样品。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型目的在于克服现有技术缺陷，提供一种有效的软煤岩制样系统，其简便易行，成功率高，为软煤岩的物理力学特性参数等提供了有利的试验测定条件，制备成的软煤岩试验样品与型煤制作方法相比，更能体现软煤真实的物理力学特性。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]—种软煤岩制样系统，其包括设有箱盖的箱子，所述箱盖上开设有孔并通过管路分别连接液氮处理系统和抽真空系统，所述液氮处理系统包括通过进液管路顺次连接的进液阀、第一压力表、液氮罐截止阀和液氮罐;所述箱盖上还设有安全泄压阀。
[0007]具体的，所述抽真空系统包括通过出气管路顺次连接的第一阀门、第二压力表、缓冲罐、第二阀门、真空计和真空栗。
[0008]优选的，所述箱子为木箱;所述进液管路和出气管路穿过箱盖并伸入箱子内，且进液管路和出气管路与箱盖的连接处均套设有密封套。
[0009]采用上述系统进行软煤岩制样的方法，其具体包括如下步骤:
[0010]I)打开箱盖，将从现场取回来的原始煤块放置于箱子中，然后向箱子内加水至淹没原始煤块；
[0011]2)盖上箱盖，安装连接液氮处理系统和抽真空系统，并确保连接处密封；
[0012]3)关闭液氮罐截止阀和安全泄压阀，启动抽真空系统，对整个软煤岩制样系统进行脱气处理，待软煤岩制样系统真空度达到要求后，关闭抽真空系统；
[0013]4)打开进液阀和安全泄压阀，根据第一压力表示数调节液氮罐截止阀，通过进液管路向箱子内注入液氮以使原始煤块和水冻结，关闭液氮罐截止阀和进液阀，液氮处理20 — 40min后，关闭安全泄压阀；
[0014]5)拆掉液氮处理系统和抽真空系统，打开箱盖，将装有冻结后的原始煤块和冰的箱子放在钻孔取样机的取芯台上进行取芯；
[0015]6)将钻取出来的柱状煤样在双端面磨石机上打磨成实验所需尺寸的煤样，并将制作好的煤样置于干燥箱内干燥，以备实验所需。
[0016]本实用新型中，利用箱子、箱盖、密封套、安全卸压阀等组成反应系统。将原始煤块放置箱子内，向箱子内注入水至淹没原始煤块，将箱盖放在木箱上并旋紧(箱盖与箱子可以是螺纹连接)构成封闭系统;箱盖上设有孔口，分别连接抽真空系统和液氮处理系统。
[0017]本实用新型中，利用真空栗、真空计、缓冲罐和相关管路等组成抽真空系统。关闭液氮罐截止阀和安全泄压阀，利用真空栗对整个实验管路进行脱气处理，使原始煤块裂隙等微缺陷空间被水填充且最终达到吸水饱和状态;缓冲罐的作用在于抽真空时防止水进入真空栗内，导致真空栗损坏，起到保护真空栗的作用，确保制样过程安全进行。
[0018]本实用新型中，利用液氮罐、液氮罐截止阀、耐低温的第一压力表、进液阀和相关管路等组成液氮处理系统。由于I立方米的液氮可以膨胀至696立方米的纯气态氮，为避免液氮注入箱子内汽化造成体积急剧膨胀，打开安全泄压阀;打开液氮截止阀，液氮从液氮罐中出来之后，根据低温压力表示数调节进液阀控制液氮流量大小，通过耐低温进液管路注入箱子内，使箱子内达到吸水饱和的原始煤块和水在液氮处理的超低温(-180°C左右)条件下迅速冻结。
[0019]和现有技术相比，本实用新型的有益效果:
[0020]I)提供了一种软煤岩制样系统，该系统结构简单，操作方便。该系统与钻孔取样有机结合，通过对软煤岩真空脱气，达到吸水饱和，然后利用液氮处理，冻结软煤，最后通过钻孔取样机取芯得到试验要求的圆柱形软煤煤样；
[0021]2)提供了一种简便易行的软煤岩制样方法，利用该方法能保持煤样较好的完整性，提高原煤煤样的制取效率；
[0022]3)为软煤岩的物理力学特性参数等提供了有利的试验测定条件;通过本实用新型制备成的软煤岩试验样品与型煤制作方法相比，更能体现软煤岩真实的物理力学特性。
【附图说明】
[0023]图1是本实用新型软煤岩制样系统的结构示意图；
[0024]I:液氮罐;2:液氮罐截止阀；3:第一压力表;4:进液阀；5:耐低温进液管路;6:木箱;7:原始煤块;8:水;9:箱盖；10:密封套；11:出气管路；12:安全卸压阀；13第一阀门；14:第二阀门；15:第二压力表;16:缓冲罐;17:真空计;18:真空栗；
[0025]图2是钻孔取样机取芯示意图；19:冰;20:钻孔取样机取芯钻杆;21:钻孔取样机。
【具体实施方式】
[0026]以下结合实施例对本实用新型的技术方案作进一步地详细介绍，但本实用新型的保护范围并不局限于此。
[0027]实施例1
[0028]如图1所示，一种软煤岩制样系统，其包括设有箱盖9的木箱6，所述箱盖9上开设有孔并通过管路分别连接液氮处理系统和抽真空系统，所述液氮处理系统包括通过进液管路5顺次连接的进液阀4、第一压力表3、液氮罐截止阀2和液氮罐I;所述箱盖9上还设有安全泄压阀12。所述抽真空系统包括通过出气管路11顺次连接的第一阀门13、第二压力表15、缓冲罐16、第二阀门14、真空计17和真空栗18。所述进液管路5和出气管路11穿过箱盖9并伸入木箱6内，且进液管路5和出气管路11与箱盖9的连接处均套设有密封套10。
[0029]本实用新型中，第一压力表3(用以监测液氮的压力)、进液管路5、以及密封套10因用于输送液氮，所以需要具备耐低温的功能，这些均为液氮输送领域的常用部件，可直接购买普通市售产品。
[0030]如图1和2所示，采用上述系统进行软煤岩制样的方法，其具体包括如下步骤:
[0031]I)打开箱盖9，将从现场取回来的原始煤块7放置于大小适当木箱6中，然后向木箱6内加水8至淹没原始煤块7;
[0032]2)盖上并旋紧箱盖9以使箱盖9与木箱6构成密闭空间。安装连接液氮处理系统和抽真空系统，并确保连接处密封；
[0033]3)关闭液氮罐截止阀2和安全泄压阀12，打开第一阀门13和第二阀门14，启动真空栗18对整个软煤岩制样系统进行脱气处理，使原始煤块7的裂隙等微缺陷空间被水8填充且最终达到吸水饱和，根据真空计17的读数判断是否达到实验的真空度要求。待真空计17的读数为40Pa±0.5Pa时，即视为达到实验的真空度要求。然后关掉真空栗18，同时关闭第一阀门13和第二阀门14;
[0034]4)打开进液阀4和安全泄压阀12，根据第一压力表3的示数调节液氮罐截止阀2，通过进液管路5向木箱6内注入液氮以使原始煤块7和水8在超低温(_180°C左右)条件下快速冻结，关闭液氮罐截止阀2和进液阀4，液氮处理约30min后，关闭安全泄压阀12;
[0035]5)拆掉液氮处理系统和抽真空系统，打开箱盖9，将装有冻结后的原始煤块7和冰19的木箱6放在钻孔取样机21的取芯台上，利用钻孔取样机取芯钻杆20进行取芯；
[0036]6)将钻取出来的柱状煤样在双端面磨石机上打磨成实验所需尺寸的煤样，并将制作好的煤样置于干燥箱内，以备实验之用。
[0037]综上可知:本实用新型系统采用抽真空系统进行真空脱气，使软煤岩裂隙等微缺陷空间被水填充，并达到吸水饱和状态;利用液氮处理系统对软煤岩进行超低温处理，冻结软煤岩，解决了软煤岩在制备试验样品时易于破碎的困难。本实用新型系统结构简单，使用方便，实现了快速、高效地制备软煤岩试验样品，为软煤岩的物理力学特性参数等提供了有利的试验测定条件。
【主权项】
1.一种软煤岩制样系统，其特征在于，包括设有箱盖的箱子，所述箱盖上开设有孔并通过管路分别连接液氮处理系统和抽真空系统，所述液氮处理系统包括通过进液管路顺次连接的进液阀、第一压力表、液氮罐截止阀和液氮罐;所述箱盖上还设有安全泄压阀。2.如权利要求1所述的软煤岩制样系统，其特征在于，所述抽真空系统包括通过出气管路顺次连接的第一阀门、第二压力表、缓冲罐、第二阀门、真空计和真空栗。3.如权利要求1所述的软煤岩制样系统，其特征在于，所述箱子为木箱;所述进液管路和出气管路穿过箱盖并伸入箱子内，且进液管路和出气管路与箱盖的连接处均套设有密封套。
【文档编号】G01N1/28GK205642964SQ201620462230
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】王登科, 刘淑敏, 彭明, 王洪磊, 孙刘涛
【申请人】河南理工大学