一種軟煤巖制樣系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種軟煤巖制樣系統(tǒng)，包括設(shè)有箱蓋的箱子和安全泄壓閥，所述箱蓋上開設(shè)有孔并通過管路分別連接液氮處理系統(tǒng)和抽真空系統(tǒng)，所述液氮處理系統(tǒng)包括通過進液管路順次連接的進液閥、第一壓力表、液氮罐截止閥和液氮罐；所述安全泄壓閥穿過箱蓋并伸入箱子內(nèi)，且安全泄壓閥與箱蓋的連接處套設(shè)有密封套。該系統(tǒng)采用抽真空系統(tǒng)進行真空脫氣，使軟煤巖裂隙等微缺陷空間被水填充，并達到吸水飽和狀態(tài)；利用液氮處理系統(tǒng)對軟煤巖進行超低溫處理，凍結(jié)軟煤巖，解決了軟煤巖在制備試驗樣品時易于破碎的困難。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實現(xiàn)了快速、高效地制備軟煤巖試驗樣品，為軟煤巖的物理力學(xué)特性參數(shù)等提供了有利的試驗測定條件。
【專利說明】
一種軟煤巖制樣系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于煤巖特性試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種軟煤巖制樣系統(tǒng)，主要用于室內(nèi)實驗所用煤巖試驗樣品的制作。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，在煤炭開采、煤層瓦斯抽放、煤層氣注氣開采等工程的設(shè)計中，煤巖的物理力學(xué)特性參數(shù)(如:煤巖的抗拉壓強度，吸附常數(shù)，滲透率等)是很重要的指標(biāo)，這些參數(shù)必須通過試驗得到。然而，我國大部分礦井煤層屬于松軟煤層，煤質(zhì)松軟、強度較低及易于破碎等特點給軟煤煤樣的制取工作增加了難度。因此，軟煤煤樣的制備方法是科研工作者亟待解決的問題。
[0003]目前軟煤巖的試驗樣品制備方式有兩種:一種是型煤煤樣制備方法，該方法是將軟煤粉碎，向煤粉中混合一定量的添加劑，如果添加的是類似于油或者樹脂之類的物質(zhì)，這些物質(zhì)在制作好型煤煤樣之后無法清除，會導(dǎo)致煤樣物理力學(xué)性質(zhì)的改變。另一種是原煤制作方法，利用鉆孔取樣機直接在大塊完整煤塊上取樣，由于原始煤塊中存在一些初始裂隙/裂紋且強度低，易于破碎，煤樣在鉆取完成之前就開始發(fā)生斷裂，成功率低，很難達到理想的取樣效果。因此，急需一種新的軟煤巖制樣系統(tǒng)及方法實現(xiàn)快速、高效地制備軟煤巖的試驗樣品。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種有效的軟煤巖制樣系統(tǒng)，其簡便易行，成功率高，為軟煤巖的物理力學(xué)特性參數(shù)等提供了有利的試驗測定條件，制備成的軟煤巖試驗樣品與型煤制作方法相比，更能體現(xiàn)軟煤真實的物理力學(xué)特性。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種軟煤巖制樣系統(tǒng)，其包括設(shè)有箱蓋的箱子，所述箱蓋上開設(shè)有孔并通過管路分別連接液氮處理系統(tǒng)和抽真空系統(tǒng)，所述液氮處理系統(tǒng)包括通過進液管路順次連接的進液閥、第一壓力表、液氮罐截止閥和液氮罐;所述箱蓋上還設(shè)有安全泄壓閥。
[0007]具體的，所述抽真空系統(tǒng)包括通過出氣管路順次連接的第一閥門、第二壓力表、緩沖罐、第二閥門、真空計和真空栗。
[0008]優(yōu)選的，所述箱子為木箱;所述進液管路和出氣管路穿過箱蓋并伸入箱子內(nèi)，且進液管路和出氣管路與箱蓋的連接處均套設(shè)有密封套。
[0009]采用上述系統(tǒng)進行軟煤巖制樣的方法，其具體包括如下步驟:
[0010]I)打開箱蓋，將從現(xiàn)場取回來的原始煤塊放置于箱子中，然后向箱子內(nèi)加水至淹沒原始煤塊；
[0011]2)蓋上箱蓋，安裝連接液氮處理系統(tǒng)和抽真空系統(tǒng)，并確保連接處密封；
[0012]3)關(guān)閉液氮罐截止閥和安全泄壓閥，啟動抽真空系統(tǒng)，對整個軟煤巖制樣系統(tǒng)進行脫氣處理，待軟煤巖制樣系統(tǒng)真空度達到要求后，關(guān)閉抽真空系統(tǒng)；
[0013]4)打開進液閥和安全泄壓閥，根據(jù)第一壓力表示數(shù)調(diào)節(jié)液氮罐截止閥，通過進液管路向箱子內(nèi)注入液氮以使原始煤塊和水凍結(jié)，關(guān)閉液氮罐截止閥和進液閥，液氮處理20 — 40min后，關(guān)閉安全泄壓閥；
[0014]5)拆掉液氮處理系統(tǒng)和抽真空系統(tǒng)，打開箱蓋，將裝有凍結(jié)后的原始煤塊和冰的箱子放在鉆孔取樣機的取芯臺上進行取芯；
[0015]6)將鉆取出來的柱狀煤樣在雙端面磨石機上打磨成實驗所需尺寸的煤樣，并將制作好的煤樣置于干燥箱內(nèi)干燥，以備實驗所需。
[0016]本實用新型中，利用箱子、箱蓋、密封套、安全卸壓閥等組成反應(yīng)系統(tǒng)。將原始煤塊放置箱子內(nèi)，向箱子內(nèi)注入水至淹沒原始煤塊，將箱蓋放在木箱上并旋緊(箱蓋與箱子可以是螺紋連接)構(gòu)成封閉系統(tǒng);箱蓋上設(shè)有孔口，分別連接抽真空系統(tǒng)和液氮處理系統(tǒng)。
[0017]本實用新型中，利用真空栗、真空計、緩沖罐和相關(guān)管路等組成抽真空系統(tǒng)。關(guān)閉液氮罐截止閥和安全泄壓閥，利用真空栗對整個實驗管路進行脫氣處理，使原始煤塊裂隙等微缺陷空間被水填充且最終達到吸水飽和狀態(tài);緩沖罐的作用在于抽真空時防止水進入真空栗內(nèi)，導(dǎo)致真空栗損壞，起到保護真空栗的作用，確保制樣過程安全進行。
[0018]本實用新型中，利用液氮罐、液氮罐截止閥、耐低溫的第一壓力表、進液閥和相關(guān)管路等組成液氮處理系統(tǒng)。由于I立方米的液氮可以膨脹至696立方米的純氣態(tài)氮，為避免液氮注入箱子內(nèi)汽化造成體積急劇膨脹，打開安全泄壓閥;打開液氮截止閥，液氮從液氮罐中出來之后，根據(jù)低溫壓力表示數(shù)調(diào)節(jié)進液閥控制液氮流量大小，通過耐低溫進液管路注入箱子內(nèi)，使箱子內(nèi)達到吸水飽和的原始煤塊和水在液氮處理的超低溫(-180°C左右)條件下迅速凍結(jié)。
[0019]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果:
[0020]I)提供了一種軟煤巖制樣系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。該系統(tǒng)與鉆孔取樣有機結(jié)合，通過對軟煤巖真空脫氣，達到吸水飽和，然后利用液氮處理，凍結(jié)軟煤，最后通過鉆孔取樣機取芯得到試驗要求的圓柱形軟煤煤樣；
[0021]2)提供了一種簡便易行的軟煤巖制樣方法，利用該方法能保持煤樣較好的完整性，提高原煤煤樣的制取效率；
[0022]3)為軟煤巖的物理力學(xué)特性參數(shù)等提供了有利的試驗測定條件;通過本實用新型制備成的軟煤巖試驗樣品與型煤制作方法相比，更能體現(xiàn)軟煤巖真實的物理力學(xué)特性。
【附圖說明】
[0023]圖1是本實用新型軟煤巖制樣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]I:液氮罐;2:液氮罐截止閥；3:第一壓力表;4:進液閥；5:耐低溫進液管路;6:木箱;7:原始煤塊;8:水;9:箱蓋；10:密封套；11:出氣管路；12:安全卸壓閥；13第一閥門；14:第二閥門；15:第二壓力表;16:緩沖罐;17:真空計;18:真空栗；
[0025]圖2是鉆孔取樣機取芯示意圖；19:冰;20:鉆孔取樣機取芯鉆桿;21:鉆孔取樣機。
【具體實施方式】
[0026]以下結(jié)合實施例對本實用新型的技術(shù)方案作進一步地詳細介紹，但本實用新型的保護范圍并不局限于此。
[0027]實施例1
[0028]如圖1所示，一種軟煤巖制樣系統(tǒng)，其包括設(shè)有箱蓋9的木箱6，所述箱蓋9上開設(shè)有孔并通過管路分別連接液氮處理系統(tǒng)和抽真空系統(tǒng)，所述液氮處理系統(tǒng)包括通過進液管路5順次連接的進液閥4、第一壓力表3、液氮罐截止閥2和液氮罐I;所述箱蓋9上還設(shè)有安全泄壓閥12。所述抽真空系統(tǒng)包括通過出氣管路11順次連接的第一閥門13、第二壓力表15、緩沖罐16、第二閥門14、真空計17和真空栗18。所述進液管路5和出氣管路11穿過箱蓋9并伸入木箱6內(nèi)，且進液管路5和出氣管路11與箱蓋9的連接處均套設(shè)有密封套10。
[0029]本實用新型中，第一壓力表3(用以監(jiān)測液氮的壓力)、進液管路5、以及密封套10因用于輸送液氮，所以需要具備耐低溫的功能，這些均為液氮輸送領(lǐng)域的常用部件，可直接購買普通市售產(chǎn)品。
[0030]如圖1和2所示，采用上述系統(tǒng)進行軟煤巖制樣的方法，其具體包括如下步驟:
[0031]I)打開箱蓋9，將從現(xiàn)場取回來的原始煤塊7放置于大小適當(dāng)木箱6中，然后向木箱6內(nèi)加水8至淹沒原始煤塊7;
[0032]2)蓋上并旋緊箱蓋9以使箱蓋9與木箱6構(gòu)成密閉空間。安裝連接液氮處理系統(tǒng)和抽真空系統(tǒng)，并確保連接處密封；
[0033]3)關(guān)閉液氮罐截止閥2和安全泄壓閥12，打開第一閥門13和第二閥門14，啟動真空栗18對整個軟煤巖制樣系統(tǒng)進行脫氣處理，使原始煤塊7的裂隙等微缺陷空間被水8填充且最終達到吸水飽和，根據(jù)真空計17的讀數(shù)判斷是否達到實驗的真空度要求。待真空計17的讀數(shù)為40Pa±0.5Pa時，即視為達到實驗的真空度要求。然后關(guān)掉真空栗18，同時關(guān)閉第一閥門13和第二閥門14;
[0034]4)打開進液閥4和安全泄壓閥12，根據(jù)第一壓力表3的示數(shù)調(diào)節(jié)液氮罐截止閥2，通過進液管路5向木箱6內(nèi)注入液氮以使原始煤塊7和水8在超低溫(_180°C左右)條件下快速凍結(jié)，關(guān)閉液氮罐截止閥2和進液閥4，液氮處理約30min后，關(guān)閉安全泄壓閥12;
[0035]5)拆掉液氮處理系統(tǒng)和抽真空系統(tǒng)，打開箱蓋9，將裝有凍結(jié)后的原始煤塊7和冰19的木箱6放在鉆孔取樣機21的取芯臺上，利用鉆孔取樣機取芯鉆桿20進行取芯；
[0036]6)將鉆取出來的柱狀煤樣在雙端面磨石機上打磨成實驗所需尺寸的煤樣，并將制作好的煤樣置于干燥箱內(nèi)，以備實驗之用。
[0037]綜上可知:本實用新型系統(tǒng)采用抽真空系統(tǒng)進行真空脫氣，使軟煤巖裂隙等微缺陷空間被水填充，并達到吸水飽和狀態(tài);利用液氮處理系統(tǒng)對軟煤巖進行超低溫處理，凍結(jié)軟煤巖，解決了軟煤巖在制備試驗樣品時易于破碎的困難。本實用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，實現(xiàn)了快速、高效地制備軟煤巖試驗樣品，為軟煤巖的物理力學(xué)特性參數(shù)等提供了有利的試驗測定條件。
【主權(quán)項】
1.一種軟煤巖制樣系統(tǒng)，其特征在于，包括設(shè)有箱蓋的箱子，所述箱蓋上開設(shè)有孔并通過管路分別連接液氮處理系統(tǒng)和抽真空系統(tǒng)，所述液氮處理系統(tǒng)包括通過進液管路順次連接的進液閥、第一壓力表、液氮罐截止閥和液氮罐;所述箱蓋上還設(shè)有安全泄壓閥。2.如權(quán)利要求1所述的軟煤巖制樣系統(tǒng)，其特征在于，所述抽真空系統(tǒng)包括通過出氣管路順次連接的第一閥門、第二壓力表、緩沖罐、第二閥門、真空計和真空栗。3.如權(quán)利要求1所述的軟煤巖制樣系統(tǒng)，其特征在于，所述箱子為木箱;所述進液管路和出氣管路穿過箱蓋并伸入箱子內(nèi)，且進液管路和出氣管路與箱蓋的連接處均套設(shè)有密封套。
【文檔編號】G01N1/28GK205642964SQ201620462230
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】王登科, 劉淑敏, 彭明, 王洪磊, 孫劉濤
【申請人】河南理工大學(xué)