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原文传递矿用反应型高分子材料注浆后与煤岩混合体的特性连续测定方法及装置

专利名称：	矿用反应型高分子材料注浆后与煤岩混合体的特性连续测定方法及装置
摘要：	本发明涉及煤矿用反应型高分子材料注浆后与煤岩混合体特性连续测定方法及装置，通过加载使煤(岩)体发生塑性变形后，将反应型高分子材料浆液注入到煤(岩)样的中心孔内，模拟反应型高分子材料浆液在煤(岩)体次生裂隙内的流动情况，通过设置于保温圆筒上的温度测量端口全方位测试注入高分子材料后煤(岩)体的温度变化情况，为矿用反应型高分子材料安全应用可行性分析提供可靠的技术手段；通过测定注入反应型高分子材料后煤(岩)体的渗透系数，表征注入反应型高分子材料对煤(岩)体堵水作业的应用效果；通过对注入反应型高分子材料前后煤(岩)体单轴抗压强度的对比测试，反映注入反应型高分子材料前后对发生塑性变形煤(岩)体的加固效果。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	重庆;50
申请人：	中煤科工集团重庆研究院有限公司
发明人：	程波;李少辉;彭明辉;王巍;廉博;张绪雷;巨广刚;周植鹏;邓鹏;王范树;杨华运
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-07T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-22T00:00:00+0800
申请号：	CN201910726089.2
公开号：	CN110361265A
代理机构：	北京同恒源知识产权代理有限公司
代理人：	赵荣之
分类号：	G01N3/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	400039 重庆市九龙坡区二郎科技城路6号
主权项：	1.一种矿用反应型高分子材料注浆后与煤岩混合体的特性连续测定方法，其特征在于：包括以下步骤： S1：将煤矿井下采集的煤样或岩样切割成圆柱体型；而后在煤样或岩样的中心位置沿轴向方向开凿钻孔，并穿透煤样或岩样； S2：将制备好的圆环体型煤样或岩样放置在钢制底板上，并用保温圆筒将煤样或岩样环向方向包裹，将钢制顶盖板放置在煤样或岩样顶部，将弹簧放置于煤样或岩样的中心钻孔内，而后整体放置于加压装置上； S3：开启加压装置对煤样或岩样逐步施加轴向应力，通过观测煤样或岩样的应力-应变曲线到达峰值后，停止加压，并记录下此时的轴向应力数值； S4：将保温圆筒上的温度测量端口与温度传感器相连接，并将配制好的反应型高分子材料浆液倒入到煤样或岩样的中心钻孔内，应用硬纸板对中心钻孔内的反应型高分子材料形成约束边界； S5：记录各温度测量端口上温度传感器的示数，直至连续120min内温度传感器的示数变化小于0.5℃； S6：待温度测试完毕后，将煤样或岩样取出，移除煤样或岩样中心孔内反应固化后的高分子材料以及弹簧，随即将环氧树脂均匀涂抹在煤样或岩样的下端面，而后将密封胶垫与环氧树脂层粘合，并放置在渗透缸体底板上；将渗透缸体底板与环形密封桶用螺栓连接并紧固； S7：将环氧树脂均匀涂抹在煤样或岩样的上端面，而后将密封胶垫与环氧树脂层粘合，将渗透缸体顶板放置在环氧树脂层上，所述渗透缸体顶板上部开设有进气口，用于为试验气体的流动提供通道；用螺栓将渗透缸体顶板与环形密封桶用螺栓连接并紧固； S8：打开进气端的阀门，并将进气口与高压氦气气源连通，调节氦气的压力使其为预定数值；而后打开出气端的阀门，使高压氦气在进气端与出气端的压力差的作用下，经由煤样或岩样的环形实体流动至出气端，并读取出气端流量计的数值，待其数值稳定后，随即记录下此时的氦气气体流量，进而可获取相应的渗透系数数值； S9：待煤样或岩样渗透系数测试完毕后，卸下渗透缸体顶板与底板的螺栓、环形密封桶，应用刀片刮除密封胶垫；而后将煤样或岩样放置在钢制底板上，并将放置有煤样或岩样的钢制底板安设于加压装置下方，而后开启加压装置，重复S3，则试验完毕。 2.根据权利要求1所述的矿用反应型高分子材料注浆后与煤岩混合体的特性连续测定方法，其特征在于：步骤S1具体包括以下步骤： S11：将煤矿井下采集的煤样或岩样切割成直径200mm，高度400mm的圆柱体型后，用砂纸在煤样或岩样端面与环形表面进行打磨，而后以煤样或岩样端面中心为基准，用游标卡尺测定端面中心四个正交方向上的距离，若任意两个测试的偏差小于0.5mm，则煤样或岩样尺寸满足试验要求； S12：在煤样或岩样的中心位置沿轴向方向，应用取芯装置对制备的直径200mm，高度400mm的圆柱体型煤样或岩样进行取芯，使其中心形成直径40mm的钻孔，取芯的深度与煤样或岩样高度相等。 3.根据权利要求1所述的矿用反应型高分子材料注浆后与煤岩混合体的特性连续测定方法，其特征在于：步骤S2具体包括以下步骤： S21：所述钢制底板上带有直径略大于煤样或岩样外径的圆形凹槽，用以对煤样或岩样进行定位；所述保温圆筒材质为聚苯乙烯泡沫塑料，其作用在于隔绝注入反应型高分子材料后煤样或岩样与外界的温度；所述钢制顶盖板为圆环状，其内径略小于煤样或岩样的内径，外径略大于煤样或岩样外径； S22：所述弹簧放置于煤样或岩样的中心孔内，其外径与钢制顶盖板的内径相等，高度与钢制顶盖板的上表面齐平，其作用在于加压装置对煤样或岩样加压的过程中，将产生一定程度的压缩变形，弹簧亦将随之而发生压缩变形，该压缩变形使得弹簧的环与环之间的间隙减小，从而防止煤样或岩样内表面的煤屑或岩屑脱落。 4.根据权利要求1所述的矿用反应型高分子材料注浆后与煤岩混合体的特性连续测定方法，其特征在于：步骤S4具体包括以下步骤： S41：记录下应力-应变曲线到达峰值时的轴向应力数值后，移除钢制顶盖板；将保温圆筒上设置的温度测量端口与温度传感器连接；所述温度测量端口以煤样或岩样中心为基准，每60°布置一个，六个为一组；沿煤样或岩样轴向方向以距离端面50mm平面为基准，每50mm布置一组；所述温度传感器为超声波温度传感器，但不仅限于该种温度传感器； S42：将一定量的反应型高分子材料浆液注入到煤样或岩样的中心孔内，应用硬纸板盖住煤样或岩样的上端面，使之阻挡注入中心孔内的高分子材料浆液因膨胀而溢出。 5.根据权利要求1所述的矿用反应型高分子材料注浆后与煤岩混合体的特性连续测定方法，其特征在于：步骤S5具体包括以下步骤： S51：自注入高分子材料浆液后，随即开启温度传感器，并每间隔10s记录下每个温度传感器的示数与对应的时刻； S52：直至连续120min内温度传感器的示数变化小于0.5℃时，停止记录温度传感器的示数；观测煤样或岩样中各个测试点的温度是否超过了140℃，若超过了该温度，则该反应型高分子材料不满足工程应用的要求。 6.根据权利要求1所述的矿用反应型高分子材料注浆后与煤岩混合体的特性连续测定方法，其特征在于：步骤S6具体包括以下步骤： S61：待温度测试完毕后，在煤样或岩样的中心位置沿轴向方向，应用取芯装置对煤样或岩样进行取芯，移除煤样或岩样中心孔内反应固化后的高分子材料，使其中心形成直径40mm的钻孔；在煤样或岩样的下端面上，均匀涂抹上环氧树脂，并将密封胶垫与环氧树脂层粘合；所述环氧树脂用于对煤样或岩样的下端面进行密封，防止煤样或岩样透气系数测定过程中，试验气体经下端面流出而影响试验测定结果；所述密封胶垫为橡胶材质，其为台阶圆盘状，密封胶垫的小直径与渗透缸体底板上圆形凹槽的直径相等，密封胶垫的大直径大于小直径；所述渗透缸体底板中心设有高度大于密封胶垫厚度与煤样或岩样高度之和的圆柱，且圆柱上设有密集的开孔，用以保证气体从圆柱的开孔进入煤样或岩样体内； S62：所述渗透缸体底板和环形密封桶两端均设有对应的法兰，且法兰上开设有螺栓孔，通过螺栓紧固渗透缸体底板和环形密封桶，挤压密封胶垫的外缘实现对煤样或岩样底端面的密封；所述环形密封桶内层上设有筛孔，且环形密封桶内径大于煤样或岩样的外径，使得试验气体经由煤样或岩样中心孔流出其环形表面，经过筛孔，并由设置于环形密封桶外壁上的出气口流出。 7.根据权利要求1所述的矿用反应型高分子材料注浆后与煤岩混合体的特性连续测定方法，其特征在于：步骤S8具体包括以下步骤： S81：所述进气端的阀门安设于进气管路上，进气管路与渗透缸体顶板上的进气口连接；打开进气端的阀门，并连接高压氦气气源；所述高压氦气气源与煤体或岩体无任何物理化学反应，故应用该气体进行煤体或岩体渗透系数的测试反映其自身对介质的阻流属性； S82：所述高压氦气气源与进气管路通过减压阀连接，其作用在于控制煤样或岩样进气端的氦气气体压力数值； S83：调节减压阀，使进气端的氦气气体压力数值满足试验要求，而后打开出气端的阀门，并记录出气端流量计的数值；所述出气端流量计为质量流量计，但不仅限于该种类型的流量计； S84：待出气端流量计示数在连续1h内，相对偏差小于1％时，表示氦气的流动已达到了稳定状态，随即记录下此时的氦气气体流量，进而获取相应的渗透系数数值；所述煤样或岩样渗透系数按下式进行计算：式中：q为单位面积氦气流量，m3/(m2.d)；R1为煤样或岩样的内径，m；R0为煤样或岩样的外径，m；p0为煤样或岩样进气端的氦气气体压力，MPa；p1为煤样或岩样出气端的氦气气体压力，MPa；λ为煤样或岩样渗透系数，m2/(MPa2.d)。 8.根据权利要求1所述的矿用反应型高分子材料注浆后与煤岩混合体的特性连续测定方法，其特征在于：步骤S9具体包括以下步骤： S91：待煤样或岩样渗透系数测试完毕后，卸下渗透缸体顶板与底板的螺栓、环形密封桶，应用刀片刮除密封胶垫； S92：将煤样或岩样放置在钢制底板上，并将放置有煤样或岩样的钢制底板安设于加压装置下方，而后开启加压装置，重复S3，直至煤样或岩样应力-应变曲线达到峰值后随即停止加压，并记录下此时的轴向应力； S93：通过对比注入反应型高分子材料前后的煤样或岩样应力-应变曲线达到峰值时的轴向应力，判断该种高分子材料对加固的作用效果；若注入反应型高分子材料后的煤样或岩样应力-应变曲线达到峰值时的轴向应力大于注入前，则表明该种高分子材料对加固有明显的有效效果，反之则无。 9.一种矿用反应型高分子材料注浆后与煤岩混合体的特性连续测定装置，其特征在于：包括圆柱形煤样或岩样，所述圆柱形煤样或岩样中心沿轴向方向贯穿开设有钻孔，所述煤样或岩样底部设置有钢制底板，顶部设有钢制顶盖板，所述钻孔内设置有弹簧，还灌有高分子材料浆液以及对其边界进行约束的硬纸板；还包括用于包裹煤样或岩样外壁的保温圆筒，所述保温圆筒上设有多个温度测量端口，以及与温度测量端口连接的温度传感器，还包括用于向所述煤样或岩样施加轴向应力的压力机，所述压力机能够显示轴向应力数值和应力-应变曲线。 10.一种矿用反应型高分子材料注浆后与煤岩混合体的特性连续测定装置，其特征在于：包括环形密封桶，以及环形密封桶内的圆柱形煤样或岩样，所述圆柱形煤样或岩样中心沿轴向方向贯穿开设有钻孔，所述煤样或岩样上端面和下端面均设有环氧树脂层，且在两面环氧树脂层上均粘合有密封胶垫，所述下端面的密封胶垫连接有渗透缸体底板，所述上端面连接有渗透缸体顶板，所述环形密封桶与渗透缸体底板、渗透缸体顶板密封连接；所述环形密封桶包括内层和外层，所述内层上设有筛孔，所述外层上设有出气口，所述出气口上连接有出气管路，所述出气管路上设有出气端阀门及出气端流量计；所述渗透缸体底板中部设有穿过钻孔的圆柱管道，所述圆柱管道上开设有密集的开孔；所述渗透缸体顶板中心设有连通钻孔和外部的进气口，连接进气管路，所述进气管路上设置有进气端阀门及减压阀，所述进气管路连接高压氦气气源。
所属类别：	发明专利