[发明专利]一种具有弱冲击倾向性的突出煤相似材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有弱冲击倾向性的突出煤相似材料及其制备方法，相似材料包括煤粉、水泥、活性炭和水，水泥的重量和煤粉的重量比范围为1:2.5‑1:4；水的重量与煤粉和水泥的总重量比范围为1:12.5‑1:10；活性炭的重量和水的重量比范围为0.2:1‑0.4:1。方法包括：将各组分进行混合并搅拌均匀，称取搅拌均匀后的质量为m₁的相似材料填入成型模具，设定成型参数进行压制；试件脱模并测量质量为m₁的相似材料的成型试件高度h₁，计算成型试件的密度ρ；根据研究需要制作高度为h₂的试件，称取质量为m₂的相似材料填入成型模具，设定成型参数进行压制；试件脱模、养护，制作完成。本发明所需材料种类少，成本低廉，具有广泛的实用性。

技术领域

本发明属于类岩石材料制备技术领域，尤其涉及一种具有弱冲击倾向性的突出煤相似材料及其制备方法。

背景技术

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，煤炭在我国能源结构中占有重要地位。然而，煤炭资源作为一种非可再生能源，其在我国地域分布不均以及地区需求不均使得我国的煤炭资源面临的形式也极为严峻，为满足对煤炭资源高强度需求，我国的东部矿井不得不转向深部开采且开采深度逐年增加，近年来这种趋势愈加明显。随着煤矿向深部开采，受高温、高地压、高岩溶水以及瓦斯影响愈加显著，一些矿井动力灾害既表现出煤与瓦斯突出的部分特征，又有冲击地压的部分特征，两种动力灾害互为共存、互相影响、相互复合。因此，深部含瓦斯煤层的突出-冲击耦合特征需要进一步深入研究。

考虑到煤本身节理裂隙高度发育，选用天然煤样存在取样成功率极低以及即使制取试件其力学特性也存在较大的离散性，很难对某些指标开展具体的量化研究。采用相似材料配制与原煤力学特性相似的材料进行研究已成为一种公认的合理方法和有效手段。发明专利CN 103771781 A公开了一种用于煤与瓦斯突出模拟实验的相似材料及其制备方法，具体适用于模拟Ⅲ～Ⅴ类破坏煤的物理力学性质及瓦斯吸附特性；发明专利CN 104694191A公开了一种含瓦斯煤相似材料及其制备方法，相似材料抗压强度可调范围达0.5-2.8MPa；发明专利CN 107117919 A公开了一种煤层相似材料及其制备方法，可实现抗压强度在0.5-3.5MPa的调整；不难发现，以上主要基于软煤的突出特性开展研究，较少考虑深部具有突出危险性的含瓦斯煤层的冲击特性。因此，需要研发新的相似材料及其制备方法，以期为矿井深部开采复合动力灾害(突出-冲击)的研究提供一种合理方法和有效手段。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种具有弱冲击倾向性的突出煤相似材料及其制备方法，为矿井深部开采复合动力灾害(突出-冲击)的研究提供一种合理方法和有效手段。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有弱冲击倾向性的突出煤相似材料，包括煤粉、水泥、活性炭和水，其中水泥的重量和煤粉的重量比范围为1:2.5-1:4；水的重量与煤粉和水泥的总重量比范围为1:12.5-1:10；活性炭的重量和水的重量比范围为0.2:1-0.4:1。

进一步，所述煤粉为粒度[0.250，0.425mm]和粒度0.180mm的混合物，其中粒度为[0.250，0.425mm]和0.180mm煤粉的重量比范围为2:5-3:4。

进一步，所述水泥为低碱性P.W52.5级水泥。

一种具有弱冲击倾向性的突出煤相似材料的制备方法，采用所述的相似材料，具体方法包括：

步骤(a)、将确定的相似材料的各组分进行混合并搅拌均匀，称取搅拌均匀后的质量为m₁的相似材料填入成型模具，设定成型参数进行压制；

步骤(b)、试件脱模并测量质量为m₁的相似材料的成型试件高度h₁，计算成型试件的密度ρ；