用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料及其制備方法，以粉煤為骨料，水泥為膠結(jié)劑，沙子、水、活性炭為輔料，選用兩種不同粒度的粉煤混合物，能夠較好的滿足模擬原煤進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求。該材料能夠兼顧突出材料的力學(xué)性質(zhì)與吸附性能，在物理力學(xué)性質(zhì)上與原煤相似程度較高，可通過(guò)調(diào)節(jié)輔料的比例保證相似材料與Ⅲ～Ⅴ類破壞煤的物理力學(xué)性質(zhì)及瓦斯吸附性能相似性，同時(shí)還具有制作工藝簡(jiǎn)單，可用于大型突出相似材料制作，滿足了煤與瓦斯突出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)際煤與瓦斯突出的一致性。同時(shí)，其原材料簡(jiǎn)單易購(gòu)，成本低，且環(huán)保對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
【專利說(shuō)明】用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種材料，特別涉及一種適用于大型煤與瓦斯突出相似材料模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤與瓦斯突出相似材料模擬實(shí)驗(yàn)是研究突出機(jī)理的重要手段之一。目前，在開展煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)國(guó)內(nèi)外學(xué)者所采用的相似材料及制備工藝主要有:
[0003]①一定粒級(jí)的碎煤在不添加膠結(jié)劑的條件下冷壓成型；
[0004]②一定粒級(jí)的碎煤僅添加水分的條件下冷壓成型；
[0005]③一定粒級(jí)的碎煤在添加水泥或石膏等膠結(jié)劑的情況下冷壓成型；
[0006]④一定粒級(jí)的碎煤在添加浙青、煤焦油或松香等膠結(jié)劑的情況下熱壓成型。這些突出模擬材料雖然能開展突出模擬實(shí)驗(yàn)， 但距離煤與瓦斯突出的相似材料模擬實(shí)驗(yàn)較遠(yuǎn)，主要原因?yàn)槠渲谱鞣椒]有兼顧突出材料的力學(xué)性質(zhì)與吸附性能，在物理力學(xué)性質(zhì)上與原煤相似程度較低。
[0007]因此，需要一種為開展煤與瓦斯突出相似材料模擬實(shí)驗(yàn)，尤其是大型煤與瓦斯突出相似材料模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料，能夠兼顧突出材料的力學(xué)性質(zhì)與吸附性能，在物理力學(xué)性質(zhì)上與原煤相似程度較高，能夠滿足了煤與瓦斯突出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)際煤與瓦斯突出的一致性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料及其制備方法，能夠兼顧突出材料的力學(xué)性質(zhì)與吸附性能，在物理力學(xué)性質(zhì)上與原煤相似程度較高，能夠滿足了煤與瓦斯突出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)際煤與瓦斯突出的一致性，可以作為大型煤與瓦斯突出相似材料模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料。
[0009]本發(fā)明的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料，材料原料按重量百分比包括以下組分:水泥2~13%、沙子I~6.5%、活性炭0.7~0.92%、水7~9.25%、粉煤余量加至100% ；
[0010]進(jìn)一步，相似材料原料按重量百分比包括以下組分:水泥6%、沙子3.5%、活性炭
0.88%、水8.25%、粉煤余量加至100% ；
[0011]進(jìn)一步，所述粉煤為不同粒度的兩種粉煤的混合物，所述兩種粉煤的重量比為1:1 ;
[0012]進(jìn)一步，所述粉煤為粒度20~40目和40~80目的粉煤混合物；
[0013]進(jìn)一步，所述沙子粒度為60~100目，所述活性炭為顆粒狀活性炭；
[0014]進(jìn)一步，所述水泥為28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到32.5MPa的425 #水泥。
[0015]本發(fā)明還公開一種煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料的制備方法，包括以下步驟:
[0016]a.原料混合:按設(shè)定重量比將原料各組分混合均勻，制得混合料；[0017]b.冷壓成型:將混合原料分三次裝入模具內(nèi):首先裝入總量的25~35%，按設(shè)定成型壓力的15~25%預(yù)壓成型后將成型表面攪散后再裝入總量的25~35%，同樣按成型壓力的15~25%預(yù)壓成型，然后再次將成型表面攪散，最后裝入剩余的混合原料，最終加壓至設(shè)定的成型壓力，并保持一定的加壓時(shí)間；
[0018]c.經(jīng)脫模處理后干燥，制得煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料；
[0019]進(jìn)一步，首先裝入總量的30%，按設(shè)定成型壓力的20%預(yù)壓成型后將成型表面攪散后再裝入總量的30%，同樣按成型壓力的20%預(yù)壓成型，然后再次將成型表面攪散，最后裝入總量的40%，最終加壓至設(shè)定的成型壓力。。
[0020]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料及其制備方法，以粉煤為骨料，水泥為膠結(jié)劑，沙子、水、活性炭為輔料，選用兩種不同粒度的粉煤混合物，能夠較好的滿足模擬原煤進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求。該材料能夠兼顧突出材料的力學(xué)性質(zhì)與吸附性能，在物理力學(xué)性質(zhì)上與原煤相似程度較高，可通過(guò)調(diào)節(jié)輔料的比例保證相似材料與III~V類破壞煤的物理力學(xué)性質(zhì)及瓦斯吸附性能相似性，同時(shí)還具有制作工藝簡(jiǎn)單，可用于大型突出相似材料制作，滿足了煤與瓦斯突出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)際煤與瓦斯突出的一致性。同時(shí)，其原材料簡(jiǎn)單易購(gòu)，成本低，且環(huán)保對(duì)環(huán)境無(wú)污染。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本實(shí)施例的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料，材料原料按重量百分比包括以下組分:水泥2~13%、沙子I~6.5%、活性炭0.7~0.92%、水7~9.25%、粉煤余量加至100% ；以粉煤為骨料，水泥為膠結(jié)劑，沙子、水、活性炭為輔料，能夠兼顧突出材料的力學(xué)性質(zhì)與吸附性能，在物理力學(xué)性質(zhì)上與原煤相似程度較高。
[0022]本實(shí)施例中，相似材料原料按重量百分比包括以下組分:水泥6%、沙子3.5%、活性炭0.88%、水8.25%、 粉煤余量加至100%，為優(yōu)選實(shí)施例。
[0023]本實(shí)施例中，所述粉煤為不同粒度的兩種粉煤的混合物，所述兩種粉煤的重量比為 1:1。
[0024]本實(shí)施例中，所述粉煤為粒度20~40目和40~80目的粉煤混合物；能夠較好的滿足模擬原煤進(jìn)行力學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求。
[0025]本實(shí)施例中，所述沙子粒度為60~100目，所述活性炭為顆粒狀活性炭。
[0026]本實(shí)施例中，所述水泥為28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到32.5MPa的425 #水泥。
[0027]本實(shí)施例的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料的制備方法，包括以下步驟:
[0028]a.原料混合:按設(shè)定重量比將原料各組分混合均勻；
[0029]b.冷壓成型:將混合料分三次裝入模具內(nèi):首先裝入總量的25~35%，按設(shè)定成型壓力的15~25%預(yù)壓成型后將成型表面攪散后再裝入總量的25~35%，同樣按成型壓力的15~25%預(yù)壓成型，然后再次將成型表面攪散，最后裝入剩余的混合料，最終加壓至設(shè)定的成型壓力，并保持一定的加壓時(shí)間；
[0030]c.經(jīng)脫模處理后干燥，制得煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料；
[0031]本實(shí)施例中，將混合料分三次裝入型煤模具內(nèi):首先裝入總量的30%，按設(shè)定成型壓力的20%預(yù)壓成型后將成型表面攪散后再裝入總量的30%，同樣按成型壓力的20%預(yù)壓成型，然后再次將成型表面攪散，最后裝入總量的40%，最終加壓至設(shè)定的成型壓力。[0032]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。
[0033]實(shí)施例一
[0034]本實(shí)施例的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料，材料原料按重量百分比包括以下組分:水泥6%、沙子3.5%、活性炭0.88%、水8.25%、粉煤余量加至100%。
[0035]本實(shí)施例中，所述粉煤為不同粒度的兩種粉煤的混合物，所述兩種粉煤的重量比為 1:1。
[0036]本實(shí)施例中，所述粉煤為粒度30目和50目的粉煤混合物。
[0037]本實(shí)施例中，所述沙子粒度為80目，所述活性炭為顆粒狀活性炭。
[0038]本實(shí)施例中，所述水泥為28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到32.5MPa的425 #水泥。
[0039]本實(shí)施例的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料的制備方法，包括以下步驟:
[0040]原料混合:按I:1比例稱取30目、50目粉煤，將兩種不同粒度的粉煤混合均勻，再加入沙子、活性炭混合均勻，然后加入水泥混合均勻，最后加入水?dāng)嚢杈鶆颉?br> [0041]相似材料冷壓成型:按壓制成型總量分三次裝入型煤模具內(nèi)，第1次裝入總量的30%，按設(shè)定成型壓力的20%預(yù)壓成型，將成型表面攪散后第2次裝入總量的30%，同樣按成型壓力的20%預(yù)壓成型，然后再次將成型表面攪散，第3次裝入總量的40%，最終加壓至設(shè)定的成型壓力，并保持一定的加壓時(shí)間。
`[0042]成型相似材料脫模:待相似材料冷壓成型后，將模具倒置加壓將其從型煤模具中脫出。
[0043]養(yǎng)護(hù)干燥:將成型相似材料放入一定濕度的密閉容器中自然干燥后，即得。
[0044]本實(shí)施例的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料及其制備方法同時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0045](I)原材料簡(jiǎn)單易購(gòu)，成本低，且環(huán)保對(duì)環(huán)境無(wú)污染；
[0046](2)壓制工藝簡(jiǎn)單，可用于大型相似材料制作；
[0047](3)壓制的相似材料充分考慮了與原煤力學(xué)性質(zhì)和吸附性能的相似；
[0048](4)配比簡(jiǎn)單，通過(guò)調(diào)節(jié)輔料比例，可進(jìn)行不同強(qiáng)度和吸附性能的相似材料制作。
[0049]所制得的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料，能夠兼顧突出材料的力學(xué)性質(zhì)與吸附性能，在物理力學(xué)性質(zhì)上與原煤相似程度較高。
[0050]實(shí)施例二
[0051]本實(shí)施例的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料，材料原料按重量百分比包括以下組分:水泥2%、沙子6.5%、活性炭0.92%、水9.25%、粉煤余量加至100%。
[0052]本實(shí)施例中，所述粉煤為粒度20目和40目的粉煤混合物，兩種粉煤的比例為1:1。
[0053]本實(shí)施例中，所述沙子粒度為60目，所述活性炭為顆粒狀活性炭。
[0054]本實(shí)施例中，所述水泥為28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到32.5MPa的425 #水泥。
[0055]本實(shí)施例的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料的制備方法，包括以下步驟:
[0056]原料混合:按I:1比例稱取20目、80目粉煤，將兩種不同粒度的粉煤混合均勻，再加入沙子、活性炭混合均勻，然后加入水泥混合均勻，最后加入水?dāng)嚢杈鶆颉?br> [0057]相似材料冷壓成型:按壓制成型總量分三次裝入型煤模具內(nèi)，第1次裝入總量的25%，按設(shè)定成型壓力的15%預(yù)壓成型，將成型表面攪散后第2次裝入總量的25%，同樣按成型壓力的15%預(yù)壓成型，然后再次將成型表面攪散，第3次裝入總量的50%，最終加壓至設(shè)定的成型壓力，并保持一定的加壓時(shí)間。
[0058]成型相似材料脫模:待相似材料冷壓成型后，將模具倒置加壓將其從型煤模具中脫出。
[0059]養(yǎng)護(hù)干燥:將成型相似材料放入一定濕度的密閉容器中自然干燥后，即得。
[0060]實(shí)施例三
[0061]本實(shí)施例的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料，材料原料按重量百分比包括以下組分:水泥13%、沙子6.5%、活性炭0.92%、水9.25%、粉煤余量加至100%
[0062]本實(shí)施例中，所述粉煤為粒度40目和80目的粉煤混合物，兩種粉煤的比例為1:1。
[0063]本實(shí)施例中，所述沙子粒度為100目，所述活性炭為顆粒狀活性炭。
[0064]本實(shí)施例中，所述水泥為28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到32.5MPa的425 #水泥。
[0065]本實(shí)施例的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料的制備方法，包括以下步驟:
[0066]原料混合:按I:1比例稱取40目、100目粉煤，將兩種不同粒度的粉煤混合均勻，再加入沙子、活性炭混合均勻，然后加入水泥混合均勻，最后加入水?dāng)嚢杈鶆颉?br> [0067]相似材料冷壓成型:按壓制成型總量分三次裝入型煤模具內(nèi)，第1次裝入總量的35%，按設(shè)定成型壓力的25%預(yù)壓成型，將成型表面攪散后第2次裝入總量的35%，同樣按成型壓力的25%預(yù)壓成型，然后再次將成型表面攪散，第3次裝入總量的30%，最終加壓至設(shè)定的成型壓力，并保持一定的加壓時(shí)間。
[0068]成型相似材料脫模:待相似材料冷壓成型后，將模具倒置加壓將其從型煤模具中脫出。
[0069]養(yǎng)護(hù)干燥:將成型相似材料放入一定濕度的密閉容器中自然干燥后，即得。
[0070]實(shí)施例四
[0071]本實(shí)施例的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料，材料原料按重量百分比包括以下組分:水泥2%、沙子1%、活性炭0.7%、水9.25%、粉煤余量加至100%。
[0072]其制備方法如實(shí)施例一，此處不再贅述。
[0073]實(shí)施例五
[0074]本實(shí)施例的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料，材料原料按重量百分比包括以下組分:水泥2%、沙子3.5%、活性炭0.88%、水8.25%,20~40目的粉煤42.685%,40~80目的粉煤42.685%。
[0075]其制備方法如實(shí)施例二，此處不再贅述。
[0076]實(shí)施例六
[0077]本實(shí)施例的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料，材料原料按重量百分比包括以下組分:水泥6%、沙子2.5%、活性炭0.9%、水6.5%、20~40目的粉煤42.05%,40~80目的粉煤 42.05%。
[0078]其制備方法如實(shí)施例三。
[0079]實(shí)施例七
[0080]本實(shí)施例的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料，材料原料按重量百分比包括以下組分:水泥8%、沙子2%、活性炭0.78%、水?.25%、20~40目的粉煤40.985%、40~80目的粉煤 40.985%。
[0081]其制備方法如實(shí)施例一。[0082]其他實(shí)施例制得的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料的性質(zhì)與實(shí)施例一性質(zhì)相似，因此不在贅述。
[0083]綜上所述，上述實(shí)施例所得的煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料，能夠兼顧突出材料的力學(xué)性質(zhì)與吸附性能，在物理力學(xué)性質(zhì)上與原煤相似程度較高，可通過(guò)調(diào)節(jié)輔料的比例保證相似材料與III~V類破壞煤的物理力學(xué)性質(zhì)及瓦斯吸附性能相似性，同時(shí)還具有制作工藝簡(jiǎn)單，可用于大型突出相似材料制作，滿足了煤與瓦斯突出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)際煤與瓦斯突出的一致性。同時(shí)，其原材料簡(jiǎn)單易購(gòu)，成本低，且環(huán)保對(duì)環(huán)境無(wú)污染。上述實(shí)施例中，實(shí)施例一的工藝和配比最佳，為最佳實(shí)施例。
[0084]最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中 。
【權(quán)利要求】
1.一種用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料，其特征在于:材料原料按重量百分比包括以下組分:水泥2-13%、沙子1-6.5%、活性炭0.7-0.92%、水7-9.25%、粉煤余量加至100% ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料，其特征在于:材料原料按重量百分比包括以下組分:水泥6%、沙子3.5%、活性炭0.88%、水8.25%、粉煤余量加至 100%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料，其特征在于:所述粉煤為不同粒度的兩種粉煤的混合物，所述兩種粉煤的重量比為1:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料，其特征在于:所述粉煤為粒度20~40目和40~80目的粉煤混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料，其特征在于:所述沙子粒度為60~100目，所述活性炭為顆粒狀活性炭。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料，其特征在于:所述水泥為28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到32.5MPa的425 #水泥。
7.—種權(quán)利要求1所述的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料的制備方法，其特征在在于:包括以下步驟: a.原料混合:按設(shè)定重量比將原料各組分混合均勻，制得混合料； b.冷壓成型:將混合料分`三次裝入模具內(nèi):首先裝入總量的25~35%，按設(shè)定成型壓力的15~25%預(yù)壓成型，將成型表面攪散后再裝入總量的25~35%，同樣按成型壓力的15~25%預(yù)壓成型，然后再次將成型表面攪散，最后裝入剩余的混合料，最終加壓至設(shè)定的成型壓力，并保持一定的加壓時(shí)間； c.經(jīng)脫模處理后干燥，制得用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于煤與瓦斯突出模擬實(shí)驗(yàn)的相似材料的制備方法，其特征在在于:首先裝入總量的30%，按設(shè)定成型壓力的20%預(yù)壓成型后將成型表面攪散后再裝入總量的30%，同樣按成型壓力的20%預(yù)壓成型，然后再次將成型表面攪散，最后裝入總量的40%,最終加壓至設(shè)定的成型壓力。
【文檔編號(hào)】C04B28/00GK103771781SQ201410001854
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】戴林超, 文光才, 張淑同, 王波, 孫海濤, 楊慧明, 苗法田, 馬代輝 申請(qǐng)人:中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司