一种便捷式极软煤岩压实型试样制作装置及制作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种便捷式极软煤岩压实型试样制作装置及制作方法，包括制样系统和脱模系统，伺服试验机及控制系统。制样系统包括薄壁管状制样器及其配件，配件为凸形柱状基座和圆饼状压头，其装配形式为：试样配料通过基座和压头在定量载荷作用下于制样器中压制成型。脱模系统包括管状脱模腔、T形传力杆和圆饼状压头，其装配形式为：装有试样的制样器置于管状脱模腔之上，通过试验机、T形传力杆、圆饼状压头自上而下将压力传递到试样顶端，定速压出试样。本发明专利技术制样装置结构简单、加工方便、成本低廉，试样制作方法简洁高效，能有效提高极软煤岩相似材料试样制作的成功率，同时解决了实验室所制作极软煤岩试样的均一性和可重复性较差这一难题。较差这一难题。较差这一难题。

【技术实现步骤摘要】
一种便捷式极软煤岩压实型试样制作装置及制作方法


[0001]本专利技术涉及采矿及岩土工程领域实验室煤岩试样的制作装置和方法，具体涉及一种便捷式极软煤岩压实型试样制作装置与制作方法。

技术介绍

[0002]在实验室开展相似模拟试验研究的重点基础工作就是进行相似材料试样的研制与力学参数的测定，相似材料试样的制作质量关系到其力学参数能否准确模拟原始岩层的力学性质。目前关于极软煤岩的制作方面，由于煤岩材料强度极低(单轴抗压强度约0～5MPa)且质地松散破碎，采用传统的模具及制作方法制作极软煤岩试样过程中具有以下几大难题：(1)采用圆柱体模具进行人工捣实材料的方法难以实现定量压实材料的目的，会导致即使同一批次制作的试样也具有较高的离散性，其均一性和可重复性很差，严重影响多试件模拟试验结果；(2)软煤岩试样在传统拆开式脱模过程中的破碎概率高；(3)极软煤岩试样制作的可重复性和制作质量难以保证。因此，这很大程度上导致了现有实验室相似材料配比试验研究进步较慢，难以快速得到准确模拟和反映现场实际煤岩力学性状的试样，严重制约了岩石工程的发展。迫切需要开发一套新型的实验室极软煤岩试样制作装置及配套的制作方法。

技术实现思路

[0003]为了解决现有极软煤岩试样制作中存在的上述三大技术难题，本专利技术首先要提供一种便捷式极软煤岩压实型试样制作装置，其次要设计一套采用上述装置的极软煤岩试样制作方法。
[0004]本专利技术的第一部分内容在于，提供一种便捷式极软煤岩压实型试样制作装置，包括如下内容：
[0005]由制样系统、脱模系统以及用于施加制样压力和压出试样的伺服试验机及控制系统三部分组成试样制作装置。其中，制样系统包括薄壁管状制样器及其配件，配件为凸形柱状基座和圆饼状压头，制样系统的装配形式为：试样的配料通过基座和压头被定量载荷作用下于制样器中压制成型。脱模系统包括管状脱模腔、T形传力杆和圆饼状压头，脱模系统的装配形式为：装有试样的制样器置于管状脱模腔之上，通过试验机、T形传力杆、圆饼状压头自上而下将压力传递到试样顶端，定速压出试样。
[0006]所述的薄壁管状制样器、基座、圆饼状压头、管状脱模腔和T形传力杆都采用不锈钢进行加工制造。
[0007]所述的薄壁管状制样器外壁中间部位焊接有固定块，固定块沿圆形制样器轴线对称布置，可实现制样器稳定放置于管状脱模腔之上的目的。
[0008]所述的薄壁管状制样器，其内壁需要抛光处理，保证内壁较光滑。
[0009]所述凸形柱状基座的凸起部分高度设定为20～30mm，凸起部分直径比制样器内径小0.5～2mm为宜，使得基座与制样器之间安装稳固且缝隙小。底部圆盘高度根据需要设定
为5～20mm即可。
[0010]所述的制样压力F，其大小应根据目标煤岩试样的使用目的进行合理设计；一般地，F＝P/C
σ
；式中：P为煤岩原岩地层垂直地应力，C
σ
为应力相似比(定义为工程原型参数与实验室模型参数之比)。
[0011]所述的定速压出试样，是通过伺服试验机及控制系统进行试验机下压速度的均匀控制，速度一般设定为5～10mm/min为宜。
[0012]所述的T形传力杆，其上部为圆盘，圆盘半径要大于等于脱模腔外径，确保试样挤出后T形传力杆能悬挂于脱模腔顶部；T形传力杆的下部为圆柱体，圆柱体高度不小于目标试样高度，圆柱体半径要小于等于圆饼状压头的半径，而且为了脱模装配系统的整体稳定性其半径也不宜过小。
[0013]本专利技术的第二部分内容在于，设计一种软煤岩压实型试样制作方法，包括如下步骤：
[0014]步骤一：首先采用电子称严格按照比例称取原材料，然后将原材料混合并搅拌均匀；
[0015]步骤二：将搅拌好的相似材料按质量平均分为若干份(层)装入制样器，每层采用伺服试验机按照120mm/min的速度快速压实，制样压力为F，并保持载荷10s；最后通过伺服试验机对整个试样进行压制，压力保持时间10min；其中，相邻两层面之间需要刮毛后再填入下一层材料，增加每层之间的粘结性；另外，薄壁管状制样器比试样高度高出约20～30mm，主要方便最后一份材料能一次性加入制样器；
[0016]步骤三：首先按照自主设计的脱模系统装配形式进行安置，然后通过伺服试验机以5mm/min的速度将成型试样稳速地压出，试样缓慢进入中空的脱模腔内；底部放有软质材料，防止试样破坏；取出后的试样在室温下养护，该过程中不断测试含水量，待含水量达到目标值时，及时采用专用密封袋保存试样。
[0017]需要说明的是：上述制样方法中的参数可以根据制样目标所属岩层的实际赋存状态进行合理调整。
[0018]有益效果
[0019]本专利技术提供了一种便捷式极软煤岩压实型试样制作装置与制作方法，实现了采用试验机对试样进行定量和定时施加成型压力的目标，所制作的试样质量较高，其均一性和可重复性良好，保证了采用多试样法进行实验室试验研究的可行性和准确性；另外，采用本专利技术设计的试样脱模方法，制样成功率高达100％。本专利技术从根本上解决了现有极软煤岩试样制作中存在的三大技术难题。同时，本专利技术制样装置结构简单、加工方便、成本低廉，试样制作方法简洁高效，易于推广应用。
附图说明
[0020]图1是本专利技术一种便捷式极软煤岩压实型试样制作装置与制作方法的装配示意图；
[0021]图2是凸形柱状基座正视图；
[0022]图3是凸形柱状基座俯视图；
[0023]图4是圆饼状压头正视图；
[0024]图5是圆饼状压头俯视图；
[0025]图6是薄壁管状制样器正视图；
[0026]图7是薄壁管状制样器侧视图；
[0027]图8是薄壁管状制样器俯视图；
[0028]图9是管状脱模腔正视图；
[0029]图10是管状脱模腔俯视图；
[0030]图11是T形传力杆正视图；
[0031]图12是T形传力杆俯视图；
[0032]图13是试样成型和和脱模过程图示；
[0033]图14是两种尺寸的试样图示。
[0034]图中：1－凸形柱状基座，2－圆饼状压头，3－薄壁管状制样器，4－管状脱模腔，5－T形传力杆，6－伺服试验机，7－试验机控制系统。
具体实施方式
[0035]在实验室主要是通过制作标准试样开展试验研究，所以下面将以制作φ50
×
100mm标准试样的制作装置和方法为例，结合附图对本专利技术及其技术参数进行清晰与详细地描述。
[0036]如图1所示，一种便捷式极软煤岩压实型试样制作装置，包括制样系统、脱模系统以及用于施加制样压力和压出试样的伺服试验机6及控制系统7三部分组成试样制作装置。其中，制样系统包括薄壁管状制样器3及其配件，配件为凸形柱状基座1和圆饼状压头2，制样系统的装配形式为：试样的配料通过基座1和压头2被定量载荷作用下于制样器3中压制成型。脱模系统包括管状脱模腔4、T形传力杆5和圆饼状压头2，脱模系统的装配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种便捷式极软煤岩压实型试样制作装置，包括制样系统和脱模系统、还包括用于施加制样压力和压出试样的伺服试验机及控制系统，所述制样系统包括薄壁管状制样器及其配件，其中配件为凸形柱状基座和圆饼状压头，制样系统的装配形式为：试样配料通过基座和压头在定量载荷作用下于制样器中压制成型，所述脱模系统包括管状脱模腔、T形传力杆和圆饼状压头，脱模系统的装配形式为：装有试样的制样器置于管状脱模腔之上，通过试验机、T形传力杆、圆饼状压头自上而下将压力传递到试样顶端，定速压出试样。2.根据权利要求1所述的试样制作装置，其特征在于：所述薄壁管状制样器、基座、圆饼状压头、管状脱模腔和T形传力杆都采用不锈钢进行加工制造。3.根据权利要求1所述的试样制作装置，其特征在于：所述薄壁管状制样器外壁中间部位焊接有固定块，固定块沿薄壁管状制样器轴线对称布置，实现制样器稳定放置于管状脱模腔之上的目的。4.根据权利要求1所述的试样制作装置，其特征在于：所述薄壁管状制样器，其内壁进行抛光处理，保证内壁较光滑。5.根据权利要求1所述的试样制作装置，其特征在于：所述凸形柱状基座的凸起部分高度设定为20～30mm，凸起部分直径比制样器内径小0.5～2mm，使得基座与制样器之间安装稳固且缝隙小，底部圆盘高度设定为5～20mm。6.根据权利要求1所述的试样制作装置，其特征在于：所述制样压力F，其大小根据目标煤岩试样的使用目的进行设计；具体的，F＝P/C
σ
；式中：P为煤岩原岩地层垂直地应力，C
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴开，宋磊博，韩观胜，谢文兵，夏才初，朱哲明，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：