煤樣采樣方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤樣采樣方法和裝置，特別適用于深部煤礦煤樣采樣。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤的物理力學(xué)性質(zhì)是煤礦開采、礦山壓力及巖層控制理論研究與工程設(shè)計(jì)的基 礎(chǔ)，采樣是物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試的第一步工作，只有取得合適的試樣，才能保證物理力學(xué)性質(zhì) 的測(cè)試數(shù)據(jù)合理、準(zhǔn)確?，F(xiàn)有的國家標(biāo)準(zhǔn)取樣過程中沒有考慮煤樣的受載過程，只是在回采 工作面或掘進(jìn)工作面表面得到合適尺寸的煤塊，沒有考慮煤塊是否已經(jīng)屈服或者破碎。煤 的物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試所需的煤樣必須在煤體的彈性區(qū)獲得，才能保證煤的單軸抗壓強(qiáng)度等 參數(shù)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0003] 煤體單軸抗壓強(qiáng)度、三軸強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、堅(jiān)固系數(shù)、變形參數(shù)等是煤體 力學(xué)中最基本的參數(shù)，是礦井開拓布置、巷道布置與支護(hù)、煤炭開采及沖擊地壓、煤與瓦斯 突出等災(zāi)害防治必不可少的基礎(chǔ)參數(shù)。上述參數(shù)需要在煤礦現(xiàn)場(chǎng)取樣，在實(shí)驗(yàn)室加工成標(biāo) 準(zhǔn)試件，然后測(cè)試。國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 23561.1-2009煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定方法第1部 分:采樣一般規(guī)定》，其中5.2.3規(guī)定采樣的規(guī)格及數(shù)量，煤樣的規(guī)格大體為25cm X 25cm X 20cm，其高度方位應(yīng)垂直煤層，所采煤樣不應(yīng)有明顯裂隙。其中6.1試塊采樣描述，在單一薄 及中厚煤層中可在回采、掘進(jìn)工作面選取新冒落、沒有裂隙并能辨別層位的煤塊作為試樣。 但上述國標(biāo)《GB/T 23561.1-2009》沒有考慮原巖應(yīng)力對(duì)煤試塊的影響。國內(nèi)外學(xué)者都認(rèn)為 煤體存在彈性核心區(qū)和塑性區(qū)。彈性核心區(qū)處于三向應(yīng)力狀態(tài)，其外圍被塑性區(qū)包圍，并受 其約束，對(duì)于回采、掘進(jìn)工作面，從表面到內(nèi)部，依次是破碎區(qū)、塑性區(qū)、彈性區(qū)。破碎區(qū)煤體 破碎，如果有較大塊體，可以取到試塊，塑性區(qū)沒有明顯的裂隙，能夠得到試塊，彈性區(qū)同樣 可以得到實(shí)驗(yàn)需要的試樣。顯然在破碎區(qū)、塑性區(qū)、彈性區(qū)煤的單軸抗壓強(qiáng)度等各種物理參 數(shù)是不同的。從取樣的標(biāo)準(zhǔn)中沒有區(qū)分試樣的來源，造成測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)試件數(shù)據(jù)不合理、離散性 大。測(cè)試數(shù)據(jù)不能代表煤體的真實(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)各種設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)工作造成較大影響。
[0004] 有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供煤樣采樣方法和裝置，所取煤樣用于煤的物理力學(xué)性質(zhì)測(cè) 定。本發(fā)明保證所取煤樣在煤體彈性區(qū)范圍內(nèi)，通過高精度定向裝置給預(yù)定煤體定向，然后 鉆取煤芯;將所述煤芯在實(shí)驗(yàn)室加工成標(biāo)準(zhǔn)試件，進(jìn)行煤的單軸抗壓強(qiáng)度等參數(shù)測(cè)試。本發(fā) 明可以復(fù)位煤芯的在煤體中初始位置，標(biāo)準(zhǔn)試件在煤體中初始形態(tài);能保證物理力學(xué)性質(zhì) 的測(cè)試數(shù)據(jù)合理、準(zhǔn)確，代表煤體真實(shí)數(shù)據(jù)。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案如下：
[0007] -種煤樣采樣方法，包括得到煤體塑性區(qū)深度，按照要求在煤體彈性區(qū)鉆取圓形 煤芯，在所述煤芯徑向方向鉆取試件，然后做成標(biāo)準(zhǔn)試件。
[0008] 具體地說，所述煤芯位于煤體彈性區(qū)。
[0009] 具體地，上述煤樣采樣方法，包括得到煤體塑性區(qū)深度，準(zhǔn)備取煤芯地方，鉆孔，鉆 孔深度小于塑性區(qū)深度，退鉆;然后進(jìn)行煤芯定向，按照要求在煤體彈性區(qū)鉆取圓形煤芯， 在所述煤芯徑向方向鉆取試件，然后將所述試件兩端磨平，做成標(biāo)準(zhǔn)試件。
[0010] 優(yōu)選地，所述煤芯定向包括通過接長桿把劃線結(jié)構(gòu)、角度探頭、對(duì)中結(jié)構(gòu)放入所述 鉆孔中，推動(dòng)接長桿，劃線結(jié)構(gòu)和煤體接觸，在煤體劃出油漆線，數(shù)據(jù)接收儀顯示測(cè)試油漆 線的滾動(dòng)角、俯仰角和方位角，記錄接收儀的數(shù)據(jù)。
[0011] 本發(fā)明可根據(jù)煤礦原巖應(yīng)力、地質(zhì)資料等資料，通過理論計(jì)算公式或者現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè) 的方法，得到煤體塑性區(qū)深度。
[0012] 優(yōu)選地，為了得到煤體彈性區(qū)內(nèi)煤試件，采樣深度不低于塑性區(qū)深度。
[0013] 煤體整體是沉底巖結(jié)構(gòu)，煤體層理結(jié)構(gòu)顯著影響煤的抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)，煤芯定向 復(fù)位技術(shù)輔助分析層理等結(jié)構(gòu)對(duì)煤?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度等參數(shù)的影響。
[0014] 優(yōu)選地，所述煤體包括工作面或者煤柱、巷道掘進(jìn)工作面等；
[0015] 優(yōu)選地，所述煤芯的直徑不小于130mm，長度不小于60mm;
[0016] 所述試件及標(biāo)準(zhǔn)試件符合本領(lǐng)域通用規(guī)定;例如所述試件尺寸(p50mm ;所述標(biāo) 準(zhǔn)試件尺寸φ50π?η? X lOOmffi或者尺寸為50mmX50mmX100mm(長X寬X高）。
[0017] 更具體地，上述煤樣采樣方法，包括根據(jù)煤礦原巖應(yīng)力、地質(zhì)資料等資料，通過理 論計(jì)算公式或者現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法，得到煤體(工作面或者煤柱、巷道掘進(jìn)工作面)塑性區(qū)深 度，準(zhǔn)備取煤芯地方，鉆孔，鉆孔深度小于塑性區(qū)深度，退鉆;然后進(jìn)行煤芯定向，按照要求 在煤體彈性區(qū)鉆取圓形煤芯，所述煤芯的直徑不小于130mm，長度不小于60mm;在煤芯徑向 方向鉆取試件，然后兩端磨平，做成標(biāo)準(zhǔn)試件;其中，所述煤芯定向包括包括通過接長桿把 劃線結(jié)構(gòu)、角度探頭、對(duì)中結(jié)構(gòu)放入所述鉆孔中，推動(dòng)接長桿，劃線結(jié)構(gòu)和煤體接觸，在煤體 劃出油漆線，數(shù)據(jù)接收儀顯示測(cè)試油漆線的滾動(dòng)角、俯仰角和方位角，記錄接收儀的數(shù)據(jù)。
[0018] 本發(fā)明還提供一種煤體采樣裝置，所述裝置包括定向裝置和取芯裝置，其中，所述 定向裝置包括劃線結(jié)構(gòu)、角度測(cè)試探頭、接收儀、對(duì)中結(jié)構(gòu)、接長桿，還包括信號(hào)傳輸線等； 所述劃線結(jié)構(gòu)用于在煤芯上標(biāo)記油漆線;所述角度測(cè)試探頭和接收儀構(gòu)成角度測(cè)試系統(tǒng)， 用于測(cè)量所述油漆線的滾動(dòng)角、俯仰角和方位;所述對(duì)中機(jī)構(gòu)保證所述劃線結(jié)構(gòu)、所述角度 測(cè)試探頭中心和煤芯中心重合。
[0019] 所述取芯裝置可用本領(lǐng)域常規(guī)取芯裝置。
[0020] -般地，所述取芯裝置包括鉆機(jī)、鉆桿、巖芯管、鉆頭等。
[0021] 本發(fā)明所述煤體采樣裝置在使用時(shí)，首先在煤體邊緣鉆進(jìn)一定深度的鉆孔，然后 對(duì)所需煤芯定向，定向完成后，繼續(xù)鉆取煤芯。將所得在實(shí)驗(yàn)室加工成標(biāo)準(zhǔn)試件，然后進(jìn)行 單軸抗壓強(qiáng)度等各種參數(shù)測(cè)試。