针对松软破碎煤体取制样及力学参数准确测定难题,设计了单动三管取芯器,避免了取样和运输过程对煤心的干扰;研发了松软破碎煤体标准煤样脱膜仪,用于脱去煤心外层衬管并制备标准煤样;创新提出了打孔润湿、冷冻切割和热缩脱膜等标准试件制样方法,实现了多种标准尺寸松软破碎煤体试件制备;设计了一套松软破碎煤体直剪试验和三轴压缩试验力学参数测试系统,准确获得了松软煤体抗剪强度、黏聚力和内摩擦角等力学参数。
松软破碎煤体取制样与剪切试验系统研制及应用
舒龙勇1,2, 饶文铭1,2 ,范喜生2,刘正帅2,孙中学2,霍中刚2
1. 煤炭科学研究总院
2. 煤炭科学技术研究院有限公司
研究松软破碎煤体力学性质对巷道支护和煤与瓦斯突出预测等工作具有重要意义,但当前缺乏有效的松软破碎煤体取样、制样及力学特性分析装置。为此,研发了一套松软破碎煤体取制样与剪切试验系统,主要由取样装置、制样装置和力学特性参数测试系统组成,各部分具有以下主要功能与特点:①取样装置中的单动三管取芯器包含脑袋总成、外管总成及内管总成3部分,内外管间设置稳定环,保证内外管同心,内管总成腔体内部设置衬管用于储存煤心,取芯钻进时内管不随外管旋转;当钻取的煤心充满衬管后,退出取芯器,拆卸取出衬管,将煤心连同衬管一并取出并进行封装。取样装置灵活、轻便、易拆装携带。②制样装置包含脱模仪、切割机、冰箱、热风枪4部分,脱膜仪用于脱去煤心外层衬管,切割机、冰箱和热风枪用于对煤心进行切割、冷冻和热缩;制作标准煤心试件分为打孔润湿、冷冻切割和热缩脱模3个步骤,采用端头局部冷冻切割、脱模与热缩均匀同步等技术,实现多种标准尺寸试件制备,制样方法完善、成功率高。③力学特性参数测试系统包含主体结构、伺服油源控制装置和软件系统3部分,能实现限制性及非限制性直剪试验功能,主要用于开展松软破碎煤体标准试件不同法向应力下直剪试验、不同围压下三轴压缩试验。整体设计结构简单、操作方便。研究利用单动三管取芯器获取松软破碎煤体,利用脱模仪等制样装置将其制备成标准试件,进而在力学特性参数测试系统上分别开展松软破碎煤体标准试件在0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09 MPa法向应力下的直剪试验和0.2、0.3、0.4 MPa围压下的三轴压缩试验,并求得两种试验条件下松软破碎煤体的黏聚力和内摩擦角等抗剪强度参数,其中直剪试验求得的黏聚力和内摩擦角为0.125 kPa和37.2°,三轴压缩试验求得的黏聚力和内摩擦角为0.121 kPa和36.4°。结果表明,该套系统具有较好的实用性和可靠性,为研究松软破碎煤体力学特性提供了较好的试验平台和方法。
副研究员
博士生导师
舒龙勇,安徽金寨人,博士,副研究员,博士生导师,曾获中国科学技术发展基金会孙越崎“青年科技奖”、全国煤炭“青年五四奖章”、全国煤炭行业“青年岗位能手”、“陈宗基优秀论文”提名奖等荣誉称号。现任煤炭科学技术研究院有限公司安全分院副院长,中国煤炭科工集团有限公司首席科学家。兼任中国职业安全健康协会瓦斯灾害防治与利用专业委员会委员、青年专家工作委员会副主任委员,中国岩石力学与工程学会采矿岩石力学分会理事。
煤岩瓦斯动力灾害发生机理与防治、低渗煤层增透与高效抽采
长期从事煤岩瓦斯动力灾害发生机理与防治技术研究工作,首次提出了描述突出发生位置工程环境结构特征的“关键结构体模型”,揭示了煤与瓦斯突出关键结构体致灾机理;建立了采掘工作面近场微震信号波形分析及智能甄别算法,构建了融合瓦斯地质、声震信号和瓦斯涌出异常等多元异构数据的分类分级预警模型与关键参数自动调优方法;创新提出了“超前精细探测-连续实时监测-随钻快速测定”相结合的突出危险层次化精准辨识方法,实现了采掘工作面地质结构异常、煤体结构、瓦斯和地应力变化的综合表征;揭示了卸荷消能与煤岩介质属性改造协同防突原理,带领团队开发了相变凝胶钻孔密封材料与工艺、气液两相协同造穴与促抽等卸压与改性防突技术,发明了构造区卸压与改性协同防突、深部煤岩瓦斯复合动力灾害“预裂断顶改性卸压-层内造穴高效增透”一体化防控工艺方法。主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金青年项目、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金重点项目课题、中国博士后科学基金面上项目等纵向项目10余项,主持煤炭企业委托科研课题60余项。主持国家和行业标准制定3项,在《煤炭学报》、《岩石力学与工程学报》、《煤炭科学技术》、《Fuel》、《Rock Mechanics and Rock Engineering》等国内外高水平学术期刊上发表学术论文60余篇,申请和授权发明专利40余项,获省部级科技奖励10余项。
引用格式
舒龙勇,饶文铭,范喜生,等. 松软破碎煤体取制样与剪切试验系统研制及应用[J]. 煤炭科学技术,2024,52(2):126-134.
SHU Longyong,RAO Wenming,FAN Xisheng,et al. Development and application of sample preparation and shear test system for soft crushed coal[J]. Coal Science and Technology,2024,52(2):126−134.
引用格式
舒龙勇,饶文铭,范喜生,等. 松软破碎煤体取制样与剪切试验系统研制及应用[J]. 煤炭科学技术,2024,52(2):126-134.
SHU Longyong,RAO Wenming,FAN Xisheng,et al. Development and application of sample preparation and shear test system for soft crushed coal[J]. Coal Science and Technology,2024,52(2):126−134.