一种溶蚀煤制备及物理力学弱化特性分析测试方法

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯治理及地质灾害防治领域，尤其是涉及一种溶蚀煤制备及物理力学弱化特性分析测试方法。

背景技术

随着煤炭采深的不断增加，煤炭开采过程中出现了一系列的问题，如高瓦斯压力、低透气性煤层的开采，就需要采取瓦斯治理措施；又如遇到地下水系的冲蚀作用，就需要做相应的支护措施，以防发生地质灾害。水力化增透措施由于其实用性和高效性而广泛应用于低透气性煤层的瓦斯治理，例如水力压裂和水力割缝，目前已有很多研究成果，但还没有关于压裂或割缝工作液和煤体相互作用对瓦斯抽采影响研究的有效方法。由于煤中含有各种矿物质，如黄铁矿、高岭石等，其对不同PH值的溶液会呈现不同的敏感性，会产生一定的溶蚀现象而出现物理和力学上的弱化现象，所以，有必要发明一种能表征煤体开采过程中溶液(水力化增透措施的工作液或地下水溶液)与煤作用的一套研究方法，为改进水力化增透措施和防治地下水系方面的地质灾害提供支持。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种溶蚀煤制备及物理力学弱化特性分析测试方法，既能模拟水力压裂和水力割缝工作液的工作环境以及溶蚀前后的物理力学弱化变化，又能模拟深部矿井中煤体在地下水系作用下发生的变化。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种溶蚀煤制备及物理力学弱化特性分析测试方法，其包括：

1)溶蚀煤制备：按PH值为4～10配置溶蚀液，将溶蚀液放于溶蚀箱中，启动加热器对溶蚀液加热至20～70℃，再将尺寸为Φ50mm×100mm的煤试件和4～60目的煤样分别置于溶蚀液中并被淹没，盖好箱盖，用密封胶密封溶蚀箱与箱盖的接触边沿，开启旋流发生器，放置1～60天；

其中，溶蚀箱的一侧底部设置加热器、上部设置旋流发生器，溶蚀箱的另一侧底部设置出液口；所述箱盖可合于溶蚀箱上，接触部分在制备溶蚀煤期间采用密封胶密封，以隔绝外界空气；所述出液口上设置闸阀；

2)细观可视分析：取出煤试件放置于20～30℃的室内1～7天晾干，再分析煤试件的细观结构和金相组织变化；

3)力学性能测试：取出煤试件分别进行单轴压缩试验、在20～30℃的室内1～7天晾干后 进行含瓦斯三轴压缩试验；取出煤样在20～30℃的室内6～24h晾干后压制成型煤试件，再进行单轴压缩试验，测试力学性能变化。

进一步，溶蚀液是由HF、HCl、H₂SO₄、KHSO₄或HNO₃配置PH为4～7的溶液，或由NaOH或KOH配置PH为7～10的溶液。

本发明的有益效果是：本发明通过研究溶蚀煤的物理力学弱化特性既能用于改良工作液进而提高水力压裂和水力割缝效果，为瓦斯治理提供支持；又能有效模拟深部矿井中煤体在地下水系作用下发生的变化，为研究复杂条件下矿井地质灾害规律及其防治提供支持；此外，还可以通过调制溶蚀液改良燃煤组分，减少N和S的含量，实现能源洁净化使用，减少燃煤对环境造成的负担。

附图说明

图1为本发明溶蚀煤制备结构示意图。

其中：1—溶蚀箱，2—箱盖，3—密封胶，4—加热器，5—旋流发生器，6—出液口，7—闸阀，8—溶蚀液，9—煤试件，10—煤样。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

如图1所示，溶蚀箱1的一侧底部设置加热器4、上部设置旋流发生器5，加热器4在溶蚀煤制备期间加热溶蚀液8，使其保持一定的溶蚀温度，旋流发生器5在溶蚀煤制备期间根据模拟条件需要制造流动，使溶蚀液8处于一定流速的流动状态；溶蚀箱的另一侧底部设置出液口6；箱盖2可合于溶蚀箱1上，接触部分在制备溶蚀煤期间采用密封胶3密封，以隔绝外界空气；溶蚀液8的排放通过出液口6，其上设置闸阀7控制开和关；

一种溶蚀煤制备及物理力学弱化特性分析测试方法，其实施包括：

1)溶蚀煤制备：将由HF、HCl、H₂SO₄、KHSO₄或HNO₃配置PH为4～7，或由NaOH或KOH配置PH为7～10的溶蚀液8放于溶蚀箱1中，启动加热器4对溶蚀液8加热至20～70℃某一恒定温度，再将尺寸为Φ50mm×100mm的煤试件9和4～60目的煤样10分别置于溶蚀液8中并被淹没，盖好箱盖2，用密封胶3密封溶蚀箱1与箱盖2接触边沿，开启旋流发生器5，使溶蚀液8处于一定流速，放置1～60天；

2)细观可视分析：取出煤试件9放置于20～30℃的室内1～7天晾干，晾干后，通过细观可视装置观测煤试件9的细观结构和金相组织变化，分析煤试件9弱化与溶蚀液8、溶蚀液8的温度及溶蚀液8的流动状态的关系；

3)力学性能测试：取出煤试件9分别进行单轴压缩试验、在20～30℃的室内1～7天晾干后进行含瓦斯三轴压缩试验；取出煤样10在20～30℃的室内6～24h晾干后，再压制成型煤试 件后进行单轴压缩试验；通过测试煤试件9的单轴抗压强度和含瓦斯三轴抗压强度的变化以及煤样10充分溶蚀后制成的型煤单轴抗压强度的变化，来表征不同溶蚀程度和不同溶蚀条件情况下煤的力学弱化特性。

作为上述实施例的补充，在调制溶蚀液8的PH值同时考虑不同煤质组分的分布情况，还可以通过该溶蚀煤制备方法改良燃煤组分，减少N和S的含量，实现能源洁净化使用，减少燃煤对环境造成的负担。

最后应当说明的是，以上所述仅是本发明的技术方案，而非对其保护范围作任何限制，凡是根据本发明技术方案进行的相关修改或等同替换，仍属于本发明技术方案的保护范围。