[发明专利]一种井下煤体强度侵彻测试装置及方法

说明书

一种井下煤体强度侵彻测试装置及方法，适用于煤矿井下煤层突出危险性鉴定中的煤坚固性测定。该套装置包括射钉装置、注氮保护装置和注氮设备。射钉装置包括射钉枪和特制钢钉。注氮保护装置包括保护罩、止逆阀、注氮孔、软胶环、弹簧绳。注氮设备包括注氮软管、注氮开关和氮气瓶。在注氮保护装置保护下，对井下煤体进行射钉操作，通过直接读取特制钢钉的刻度知道侵彻煤体的深度，判断煤体的强度。使用本发明可以在煤矿井下现场对煤体进行测定，提高了坚固性测定的效率和准确度。

技术领域

本发明涉及一种井下煤体强度侵彻测试装置及方法，适用于煤矿井下复杂环境下煤层突出危险性鉴定中煤体强度的测定。

背景技术

在矿山工程中，煤与瓦斯突出事故严重威胁着煤矿安全生产和井下工作人员生命安全。为了预防这一灾害事故的发生，常需对煤矿井下进行煤层突出危险性鉴定。根据相关规定，当井下动力现象特征不明显或者没有动力现象时，应当根据实际测定的煤层最大瓦斯压力p、软分层煤的破坏类型、煤的瓦斯放散初速度ΔP和煤的坚固性系数f等指标进行鉴定。在煤层突出危险性鉴定的单项指标中，煤的破坏类型和煤的坚固性系数f反映了煤的物理特性。现有的对于煤的坚固性系数f的测定方法复杂，一般步骤为井下采样后运至井上，将煤样放置捣碎筒内，使用重锤冲击煤样，通过筛分破碎煤粉来计算测定f值。该方法操作较为繁琐，且由于运送过程中其他因素的影响会导致煤体强度变化，造成测定结果不准确。因此需要一套操作简便、能适用于煤矿井下对煤体强度进行现场测试的装置及方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有煤强度测试技术中存在的问题，提供一种井下煤体强度侵彻测试装置及方法，使用射钉枪对井下煤体试样进行射钉操作，通过直接读取钢钉侵彻进入煤体试样的深度大小来判断煤体试样的强度大小，同时利用注氮保护装置对射钉操作过程进行安全防护，防止产生火花造成危险，该套装置及方法简化了煤样强度测定步骤，提高测定的效率和准确度。

本发明技术方法：一种井下煤体强度侵彻测试装置，包括射钉装置、注氮保护装置和注氮设备；电动射钉装置包括电动射钉枪(1)、特制钢钉(2)，特制钢钉(2)上标注有刻度，可直接读取特制钢钉(2)侵彻进入煤体的深度；注氮保护装置包括保护罩(3)、止逆阀(4)、注氮孔(5)、软胶环(6)、弹簧绳(7)。保护罩(3)由PVC材料制成，上端与射钉枪(1)连接处开口直径16mm，下端开口直径80mm，高度为100mm。止逆阀(4)设置在保护罩(3)两端，为可拆卸扣入式，止逆阀(4)内设置有孔径为2mm的小孔，可防止氮气在保护罩(3)内滞留导致气压过大，并能使注入的氮气从止逆阀(4)口单向流出，同时止逆阀(4)可防止井下煤尘进入保护罩(3)内。注氮孔(5)与保护罩(3)为螺纹连接，可防止氮气外溢，上端小孔可与注氮软管(8)连接。软胶环(6)为一内径80mm、外径88mm的圆环，橡胶材质，在射钉操作时，可以紧密贴合工作面，隔绝保护罩(3)内外并形成密闭空间。弹簧绳(7)系在保护罩(3)两端孔口，在射钉操作时，将两条弹簧固定在射钉枪(1)上，从而使得保护罩(3)与射钉枪(1)之间保持牢固连接。注氮设备包括注氮软管(8)、氮气瓶(9)、注氮开关(10)。注氮软管(8)一端连接注氮保护罩(3)注氮孔(5)，另一端与氮气瓶(9)相连。通过注氮开关(10)控制注氮开闭以及氮气的释放速率。

使用上述装置的井下煤体强度侵彻测试方法，包括以下步骤：

a、将特制钢钉装入射钉枪；

b、将射钉枪与保护罩连接，将保护罩两端的弹簧绳套装在射钉枪上，使其连接牢固，并将止逆阀扣入保护罩，将注氮孔与保护罩连接；

c、将注氮设备中的注氮软管与保护罩上的注氮孔连接，打开氮气瓶的注氮开关，测试放气完成后；

d、连接完成整套设备后，将保护罩靠近试样表面。打开注氮开关，用力按压保护罩，利用保护罩外围软胶环将保护罩吸附在试样表面，将保护罩内外隔离，观察止逆阀上设置的小孔，小孔向外出气即氮气注满保护罩后，打开射钉枪，进行射钉操作；

e、观察特制钢钉侵彻进入试样的深度，判断试样的强度大小。