含瓦斯煤相似材料的配比和制备.pdf

第6期杨理强王永周言安等含瓦斯煤相似材料的配比和制备7 含瓦斯煤相似材料的配比和制备 杨理强1，，王永1，，周言安涂辉1，，周小雨1，，韩云春心 1.平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司，安徽淮南232221 ； 2.煤矿瓦斯治理国家工程研究中心，安徽淮南230021; 3.深部煤炭开采与环境保护国家重点试验室，安徽淮南232001 摘要摘要从相似材料的物理力学性质和吸附解吸性能2个方面的相似性出发，确定了以一定粒度的 煤粉作为骨料，以腐植酸钠水溶液作为胶结剂的含瓦斯煤相似材料并制作了多个试件。通过对试 件进行基本力学参数测试和吸附解吸性能测试，考察了型煤与突出煤层的相似性。根据配比试验 得出，以腐植酸钠溶液作为新型型煤胶结剂具有型煤抗压强度高，不影响材料吸附性质等多种优 点；新材料的抗压强度为0.5 3.0 MPa，并且强度调节方便，可以覆盖不同强度的煤体；而且材料 吸附性不受胶结剂的影响，与原煤吸附性基本一致。据此，最终确定了含瓦斯煤相似材 料的配方和制备工艺。 关键词关键词含瓦斯煤;相似材料；腐植酸钠；吸附解吸 中图分类号中图分类号TD314 文献标志码文献标志码A 文章编号文章编号167 7 -774X 2222 06 -0007 -03 Pro po rtio ning and preyaro tio n o O similar materiaOs o f co al co ntaining gas YANG Li-qia n g1，, WANG Yo n g1，,ZHOU Ya n -a g1，,TU Hu i1，, ZHOU Xia o -f y1，, HAN Yu n -c k u n12 1. Ping an Co aO Mining Engineering Tec hno l o gy Researc h Institute Ca.,tU.,n0ui 232201 , China ； 2. Natio anO Engineering Researc h Center far Co al OGe Co ntro l ,1x0 232201, Chinn ； 3. State Key Lal o rato rf a Deep Co al Mining anO Enviro nmental Pro tec ho a ,0 232201 , Chinn Abstro cO Ba sed o a t h e simil a r it h o f ph y sic a l a n d mec h a n ic a l pr o per t ies-a dso r pt io n a n d deso r pt io n pr o per t ies o f simil a r ma t er ia l s, t h e ea s bea r in g c o a l simda r ma t er ia l w it h a c er t a in pa r t ic io size o f pu l v er ized c o a l a s a ger epa t e a n d so a iu m h u ma t e a - qpeo a s so l u t io a a s c emev t in g a eev t is det er migeP a n d sev er a l spec imev s a r e ma be. By t est in g t h e ba sic mec h a n ic a l pa r a meq t er s a n d a bso r pt io n -qeso r pt io n per f o r ma n c e o f t h e sa mpl es, t h e simimbm bet w een br iqpet t e a n d o a t h u r st c o a l sea m is a n a - l y zeP. Ac c o r din g t e t h e pr o a o r t io n in g t est, psin g so a iu m h u ma t e soIuUou a s br iqpet t e bin des h a s ma n y a bv a n t a y es ,su c h a s h igh c o mpr essiv e st r en gt h, go in Uu ePc e o u t h e a bso r pt io u pr o per t ies o f t h e ma t er ic y Th e c o mpr essiv e st r en gt h o f t h e ew ma t er ia l is 2. 5 3. 5MPa ,a n d t h e st r en gt h a y ju st w en t is c o u v en ien t ,w h ic h c a n simu l a t e t h e c o a l w it h dimer en t st r en gt h . Mo r r eo v er ,t h e a bso r pt io u o f t h e ma t er ia l is n v t a f ec t eP by t h e c emen t in g a een t a n d is ba sic a l l y t h e sa me a s t h a t o f t h e r a w c o a L Ba sed o u t h is,t h e r a t io a n d pr epa r a t io u t ec k n o l o h y o f simil a r ma t er ia ls o f c o a l c o u t a in in g ea s w er e det er migeP. Key w o rds c o a l c o u t a in in g ea s - simil a r ma t er ia l ； so Oiu m h u ma t e, a bso r pt io u a n d deso r pt io u 收稿日期2222-24-20 *基金项目国家重点研发计划资助项目2214YFC2222；安徽 省重点研究和开发计划项目124142214 作者简介杨理强1981，男，安徽淮南人,223年毕业于安徽理 工大学电子信息工程专业,高级工程师,现从事煤矿安全技术研究方 面的工作。 0引言 煤与瓦斯突出是煤矿安全生产的主要问题，相 似模拟试验是研究煤与瓦斯突出的有效手段, 9 陕西煤炭 2020 年 而相似材料是决定煤与瓦斯突出相似模拟试验成功 与否的关键因素⑷。含瓦斯煤相似材料如何选取、 配比和制作对研究煤与瓦斯突出具有重要影响。 1含瓦斯煤相似材料制备 1.1含瓦斯煤相似材料选择含瓦斯煤相似材料选择 根据相似理论,首先考虑相似材料的容重与原 煤容重的相似性，可简化模型与实际工程物理参数 之间的换算，并且可以更好地体现自重应力场的影 响，因此选择材料时倾向于选择与原煤重度相当的 材料，并且煤具有吸附解吸瓦斯的特殊性质,因此选 用一定粒度的煤粉作为基本骨料[5]0其次,选择粘 结剂时,需考虑在保证型煤强度的同时，不影响相似 材料的吸附性能⑷0将腐植酸钠作为胶结剂，由于 是从风化煤中萃取而来，是一种水溶性的粘结剂，对 煤具有较好的亲和力，能很好地湿润煤的表面，甚至 能渗入煤的微孔结构中。成型时，在外压力的作用 下,这种粘结剂能将煤粒很好地粘结在一起,使煤球 具有一定的初强度。干燥时，随着型煤水分的蒸发, 腐植酸钠溶液不断浓缩,最后收缩固化，使煤粒相结 合的分子间力得以加强，从而将煤紧紧地粘结在一 起，并且在高温环境中不会产生爆裂、塌陷等状况, 是一种理想的胶结剂，该胶结剂对型煤强度起总体 控制作用[]0 1.1相似材料制备工艺相似材料制备工艺 基本参数为配制方便,煤粉粒度分布选用固定 比例9] 0采用水作为胶结剂溶剂时，水分蒸发缓 慢，考虑到干燥的原因，成型水分选用固定比例即 80煤粉粒度分布见表1o原煤取自朱集矿1122 1采煤工作面11「2煤，标高-957.27 m。为测试 型煤强度，制作多个试件,尺寸为50 mm X 100 mm 表表1煤粉粒径分布煤粉粒径分布 粒径/mm 比例/ 粒径/mm 比例/ 0〜1761〜32 配制过程将煤粉粉碎并用标准筛网筛取，按预 定粒度分布混合均匀;严格按照比例称取骨料和胶 结剂,按比例量取水；将胶结剂溶于水,溶解充分后 倒入骨料搅拌;将搅拌好的相似材料装入模具按预 定压力压实。稳压十分钟;脱模，贴标签,养护。 2参数测试 2.1基本物理参数测试基本物理参数测试 试件密度容重重点考察容重Y孔隙率0和吸 附解析曲线3个类型参数。材料干燥后先称量试件 质量，测量直径和高度，计算出体积和容重Y不同 成型压力下试件容重见表20 表表2试件密度容重表试件密度容重表 成型压力/MPa直径/mm底面积/mm2高度/mm体积/ mm3质量/g密度 /a pm-3容重/Nc m-3 559.335 98.12104.20226 953.74073. 75.3010.96 159.15 977.33HH223 636.44079.2in13.44 1559.145 973.51123.20223 312.50285.75.3313.58 2259.155 974.29104.15225 620.5928.2in13.23 2559.155 974.29mu015 900.83294.9in13.64 煤的孔隙率①溶剂量即用水量占8的煤粉 质量,在成型压力较大的情况下,材料相对密实,不 利于试件干燥。室温下不同成型压力试件干燥曲线 表明，前3 d试件干燥速度较快，之后逐渐变慢。不 同成型压力制作的试件干燥时间不同，成型压力越 大，试件干燥越缓慢,这是由于成型压力越大导致试 件更加密实的缘故。所有试件都能在1d内完全干 燥。试验还表明，高温烘烤虽可使试件快速干燥，但 强度较自然干燥明显偏大,过程不可控。②煤的孔 隙率可以通过实测煤的真密度和视密度来确定，不 同单位煤的孔隙率与煤的真密度、视密度存在数学 关系⑷。试件真密度通过5E全自动工业分析仪测 试，依据国标GB/T 212-2008煤的工业分析方 法、GB/T 2272008煤的真相对密度测定方法。 通过公式即可计算相似材料的孔隙率，见表3。 吸附解吸性能试验采用高压容量法测定样品 的吸附解吸性质[2],如图2所示。工业分析与吸附 解析测试结果表明，相似材料煤样水分为4. 52 , 略高于原煤煤样水分4.09。相似材料煤样的灰 分为12. 52与原煤煤样的灰分12. 36十分接近, 第6期杨理强王永周言安等含瓦斯煤相似材料的配比和制备9 相似材料煤样的挥发分为31. 24与原煤挥发分 31. 17十分接近。 表表3试件孔隙率表试件孔隙率表 成型压力 /MPa 假密度/ g-c m-3 真密度/ g-c m-3 孔隙率/ 51322 51372.119 22 121371 11372.292 44 151335 61372384 8 221322 91372382 22 2513211372.281 61 4 2 0 8 6 4 2 4 2 0 8 6 4 2 O O 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 T r 8 、 0 * s H 左宜 瓦斯压力/MPa 图1 32弋吸附等温线 2.2基本力学参数测试基本力学参数测试 力学参数测试包括测定材料的单轴抗压强度 久、弹性模量E、泊松比“、单轴抗拉强度5、粘聚力 c和内摩擦角处 单轴抗压强度久、弹性模量E和 泊松比“测试。试验在WDW-5OO微机控制电子万 能试验机上进行。 单轴压缩试验结果表明，相似材料稳定性很好, 相同配比的3个试件单轴抗压强度非常接近图 2。相似材料的抗压强度可调节的范围很大，不同 配比的强度变化范围可达O.2〜3.2 MPa ,可用来模 拟不同强度的原煤。 7 5 3 2 0 8 7 5 3 2 7 5 3 2 0 8 7 5 3 2 O O 1 1 9 8 7 5 4 3 2 1 1 1 9 8 7 5 4 3 2 1 1 0 8 7 6 5 4 3 2 1 1 0 8 7 6 5 4 3 2 1 L L 0.004 0.008 0.013 0.017 0.021 0.025 0.029 0.033 0.038 0.042 应变/ 图2同种配比3个试件应力应变曲线拟合 单轴抗拉强度5测试。由于相似材料强度较 低，故采用巴西劈裂试验间接的测试相似材料的抗 拉强度。米用直径5O mm,高度40 mm的圆形试件 和特制的试验模具进行测试；内摩擦角卩和粘聚力 c测试。采用ZJ -4A型应变控制式直剪仪对相似材 料的抗剪强度指标内聚力c和内摩擦角卩进行测 试。原煤和部分配比试件的抗压强度、抗拉强度、内 聚力、内摩擦角的值见表4。 表表4部分试件参数表部分试件参数表 单轴抗压强度 /MPa 抗拉强度 /MPa 内摩擦角 / 内聚力 /MPa 泊松比 原煤 2523222223822325 试件11.32. 15 222.162325 试件223223222923222325 试件32382322312372324 2.3相似材料配比结果相似材料配比结果 根据煤与瓦斯突出模拟试验对相似材料物理力 学性质指标的要求,通过研制成果选定了试验所用 的材料配比，见表5和表6。由配比试验可以得出, 以腐植酸钠溶液作为新型型煤胶结剂具有型煤抗压 强度高不影响材料吸附性质等多种优点。新材料的 抗压强度为23-3.3 MPa,并且强度调节方便，可 以覆盖不同强度的煤体。材料吸附性不受胶结剂的 影响，与原煤吸附性基本一致。 表表5含瓦斯煤试件相似材料配比含瓦斯煤试件相似材料配比 煤粉 〜 /水 腐植酸钠成型压力稳压时间干燥时间 / /MPa/ min/ 6 702 5362415127 表表6 含瓦斯煤试件相似材料物理参数含瓦斯煤试件相似材料物理参数 单轴抗压 强度/MPa 抗拉强度 /MPa 内摩擦角 / 内聚力 /MPa 泊松比 23223222923222325 3结语 经过试件材料的物理力学和吸附-解析性能测 试，考察其与突出煤层的相似性。根据测试结果，可 以确定含瓦斯煤相似材料的配方和强度范围，并得 出了以腐植酸钠溶液作为含瓦斯煤胶结剂的型煤配 置制备工艺。 参考文献参考文献 [1 ]薛飞飞综掘工作面局部综合防突技术应用UJ. 陕西煤炭,2219,386 166-169.下转第下转第15页页 第6期袁小浩李正甲苏继敏等综采工作面螺旋钻机回收煤柱可行性分析1 3结论 1 螺旋钻对煤柱应力的影响主要表现在钻孔 上端和下端产生卸压作用,而在钻孔之间的区域产 生应力集中，同时钻孔周围煤体的塑性破坏主要为 剪切破坏。 2 在煤层开采过程中，煤柱回收钻孔对煤柱 造成的卸压作用范围以及塑性区破坏范围在钻孔外 段5 m的区域内，对煤柱造成的应力集中范围在5 1 m,且钻孔对剩余5 m未钻孔区域的应力状态 基本未产生影响。 3 模拟结果表明螺旋钻采煤钻孔对煤柱整体 的承载能力影响小，且未破坏煤柱的整体性,纳二矿 11工作面螺旋钻采煤布置方案安全合理。 参考文献参考文献 ［1］ 王剑光.采煤法现状及发展趋势［J］.煤矿安全, 2024,56 28-32. 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