不同孔隙率型煤的制作方法与流程

本发明涉及一种不同孔隙率型煤的制作方法，主要适用于实验室内不同孔隙率型煤煤样的制作。

背景技术

随着煤炭需求量越来越大，煤层开采深度的增加，高瓦斯低渗透成为瓦斯治理的难题，煤层的渗透性越低，孔隙率越低。又因为软煤层较易发生突出，而硬煤层不易发生突出。软煤在原始煤层赋存状态下处于一定的形态，可以称之为型煤。但是，当煤样从原始煤层中被取出时处于松散状态，与原始煤层的赋存状态相差较大。为了在实验室做到相似模拟，需要对软煤体进行重新压制，但不同的压制负荷制作出的型煤孔隙率不同，为了得到某一定值孔隙率的型煤，须知道其压制负荷是多少。因此研究出不同孔隙率型煤的制作方法，不但提高了不同孔隙率型煤煤样制作的效率，还可为较好地研究深部软煤层瓦斯渗流规律奠定理论基础。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种不同孔隙率型煤的制作方法，以便提高不同孔隙率型煤煤样制作的效率，为较好地研究深部软煤层瓦斯渗流规律奠定理论基础。

不同孔隙率型煤的制作方法，按照如下步骤进行：

①将从工作面取回的新鲜煤样进行粉碎，粉碎后进行筛选，筛选出粒径为0~0.25mm的煤样；

②将筛选出的粒径为0~0.25mm的煤样放置在干燥箱中进行干燥，并设置干燥箱温度为105℃，每隔0.5小时测试颗粒煤的质量，直至质量不再发生变化，然后放入干燥器中冷却、备用；

③称取一定质量上述已经干燥过的煤样，添加20%的蒸馏水，均匀搅拌；

④将均匀搅拌后的湿润煤样加入型煤模具中，采用伺服万能试验机在恒定的压制负荷（f1）下，稳压20min，即可加工制作成型煤；

⑤将制作好的型煤放置在干燥箱中干燥，并设置干燥箱的温度为105℃，每隔0.5小时测试型煤质量，直至型煤质量不再发生变化，并记录最后一次称重的质量（m1），从而得到干燥的型煤；

⑥孔隙率=（真相对密度-视相对密度）/真相对密度，即φ=（trd-ard）*100%/trd。煤的真相对密度采用《煤的真相对密度测定方法》gbt217-2008进行测定，测定结果为trd。采用游标卡尺测量干燥型煤的高度h1及型煤的直径为d，并计算出型煤的视相对密度ard=4m1/πd²h1，即可计算出压制负荷为f1时型煤的孔隙率；

⑦重复步骤③~⑥，将压制负荷设置为f2、f3、f4及f5，即可计算出压制负荷为f2、f3、f4及f5时型煤的孔隙率φ2、φ3、φ4及φ5；

⑧采用origin软件绘制孔隙率（φ）、压制负荷（f）的二维坐标图，并进行非线性拟合，根据拟合公式计算目标孔隙率时所对应的压制负荷。

本发明步骤①中可供选择的粒径有0~0.25mm、0.25mm~0.5mm及按照一定的比例进行混合。本文以单一的粒径区间0~0.25mm为例进行说明不同孔隙率型煤的制作方法。

本发明步骤③中压制每个型煤时所添加的含水率相同。

本发明步骤④中的型煤模具由压力头（1）、圆筒（5）及退模套筒（8）组成，手柄（4）、（7）、（10）分别与压力头（1）、圆筒（5）、退模套筒（8）固定连接，退模套筒（8）的空心部分由空心部分（9）及空心部分（11）组成，空心部分（9）的直径与圆筒（5）的直径相同，空心部分（9）的直径大于空心部分（11）的直径，退模套筒（8）的空心部分（11）的直径大于圆筒（5）的空心部分（6）的直径。

本发明步骤④中的伺服万能试验机由控制面板（12）、伺服控制系统（13）、带螺纹的柱子（14）、上压板（15）、下压板（16）、台面（17）、空壳箱体（18）及液压千斤顶（19）组成。控制面板（12）通过信号线与伺服控制系统（13）连接，伺服控制系统（13）通过信号线与液压千斤顶（19）连接。液压千斤顶（19）与台面（17）的中心固定连接，台面（17）与空壳箱体（18）固定连接，台面（17）与下压板（16）固定连接，上压板（15）通过螺纹与带螺纹的柱子（14）连接，带螺纹的柱子（14）与地面（20）固定连接。

本发明步骤④中压制型煤的具体步骤为:

a.将伺服万能试验机的上压板（15）升高至某一高度处；

b.将圆筒（5）放置在伺服万能试验机的下压板（16）上面；

c.将均匀搅拌的湿润煤样加入圆筒（5）的空心（6）里面，加入完毕后，将压力头（1）插入圆筒（5）的空心（6）里面上下捣压，进行预压实，预压实后将压力头（1）留置在空心（6）里面；

d.将伺服万能试验机的上压板（15）将低，直至距离压力头（1）的上端面（3）2mm，停止下降；

e.启动伺服控制系统（13），在控制面板（12）中设置压制负荷（f）及将稳压时间设置为20min；设置完毕后，在控制面板中（12）点击开始测试按钮，下压板（16）在液压千斤顶（19）的作用下向上移动，达到设置的压力时，进入稳压阶段。当压力降低时，伺服万能试验机将自动补荷；当压力升高时，伺服万能试验机将自动降荷；型煤压制中示意图，如图4所示；

f.当稳压时间结束后，伺服万能试验机自动卸压，压力头上端面（3）与压力板（15）自动分离，当伺服万能试验机完全卸压后，停止伺服控制系统（13）；把压力头（1）和圆筒（5）整体倒置，使压力头的上端面（3）与伺服万能试验机的下压板（16）接触；将退模套筒（8）倒扣在倒置的压力头（1）和圆筒（5）上；

g.将伺服万能试验机的上压板（15）将低，直至距离退模套筒（8）的底面2mm，停止下降；

h.启动伺服控制系统（13），在控制面板（12）中设置负荷；设置后，在控制面板中（12）中点击开始测试按钮，下压板（16）在液压千斤顶（19）的作用下向上移动，如图5所示；直至圆筒（5）中的型煤被完全退出，停止伺服控制系统（13），即型煤进入退模套筒（11）中，型煤位于压力头（1）的下端面（2）的上面，当伺服万能试验机完全卸压后，将上压板（15）升直足够高处，取下退模套筒（11），取出型煤即可。

本发明步骤⑤中，对于每个型煤的干燥，干燥箱的温度均设置为105℃。

本发明步骤⑥中每个型煤的直径d相同，其由模具本身尺寸决定。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：本发明研究出不同孔隙率型煤的制作方法，不但提高了型煤煤样制作的效率，还可为较好地研究深部软煤层瓦斯渗流规律奠定理论基础。

附图说明

图1制作型煤的压力头；

图2制作型煤的套筒；

图3制作型煤的退模装置；

图4压制型煤中示意图；

图5退模中示意图；

图6孔隙率及压制负荷拟合曲线图。

具体实施方式

将在压力f1、f2、f3、f4及f5下制作好的型煤放置在干燥箱中干燥，并设置干燥箱的温度为105℃，每隔0.5h测试型煤质量，直至型煤质量不再发生变化，从而得到干燥的型煤，质量为m1，m2，m3，m4及m5。

孔隙率=（真相对密度-视相对密度）/真相对密度，即φ=（trd-ard）*100%/trd。煤的真相对密度采用《煤的真相对密度测定方法》gbt217-2008进行测定，测定结果为trd。采用游标卡尺测量出干燥型煤的高度h1、h2、h3、h4及h5及型煤的直径为d，并计算出型煤的视相对密度ard=4m1/πd²h1（其中m为m1，m2，m3，m4及m5；h为h1、h2、h3、h4及h5）；

上述步骤的数据记录如下表所示：

对表中孔隙率及压制负荷绘制散点图，采用origin软件进行非线性拟合，获得拟合曲线（如图6所示）及拟合公式φ=af^b，拟合参数a=36.27288，b=-0.08019，拟合度r²=0.99896，拟合度越接近于1拟合效果越好，由此可知拟合效果很好。

如果想制得孔隙率为21%的型煤，根据拟合公式可计算出压制负荷f=912kn。