[发明专利]煤样采样方法和装置

说明书

本发明涉及一种煤样采样方法和装置，该方法包括得到煤体塑性区深度，按照要求在煤体弹性区钻取圆形煤芯，在煤芯径向方向钻取试件，然后将所述试件两端磨平，做成标准试件。所述采样装置，包括定向装置和取芯装置，所述定向装置包括划线结构、角度测试探头、接收仪、对中结构、接长杆、信号传输线。本发明能保证所取煤样在煤体弹性区范围内，可以复位煤芯的在煤体中初始位置，标准试件在煤体中初始形态；能保证物理力学性质的测试数据合理、准确，代表煤体真实数据。

技术领域

本发明涉及煤样采样方法和装置，特别适用于深部煤矿煤样采样。

背景技术

煤的物理力学性质是煤矿开采、矿山压力及岩层控制理论研究与工程设计的基础，采样是物理力学性质测试的第一步工作，只有取得合适的试样，才能保证物理力学性质的测试数据合理、准确。现有的国家标准取样过程中没有考虑煤样的受载过程，只是在回采工作面或掘进工作面表面得到合适尺寸的煤块，没有考虑煤块是否已经屈服或者破碎。煤的物理力学性质测试所需的煤样必须在煤体的弹性区获得，才能保证煤的单轴抗压强度等参数数据的准确性。

煤体单轴抗压强度、三轴强度、抗拉强度、抗剪强度、坚固系数、变形参数等是煤体力学中最基本的参数，是矿井开拓布置、巷道布置与支护、煤炭开采及冲击地压、煤与瓦斯突出等灾害防治必不可少的基础参数。上述参数需要在煤矿现场取样，在实验室加工成标准试件，然后测试。国家标准《GB/T 23561.1-2009煤和岩石物理力学性质测定方法第1部分：采样一般规定》，其中5.2.3规定采样的规格及数量，煤样的规格大体为25cm×25cm×20cm，其高度方位应垂直煤层，所采煤样不应有明显裂隙。其中6.1试块采样描述，在单一薄及中厚煤层中可在回采、掘进工作面选取新冒落、没有裂隙并能辨别层位的煤块作为试样。但上述国标《GB/T 23561.1-2009》没有考虑原岩应力对煤试块的影响。国内外学者都认为煤体存在弹性核心区和塑性区。弹性核心区处于三向应力状态，其外围被塑性区包围，并受其约束，对于回采、掘进工作面，从表面到内部，依次是破碎区、塑性区、弹性区。破碎区煤体破碎，如果有较大块体，可以取到试块，塑性区没有明显的裂隙，能够得到试块，弹性区同样可以得到实验需要的试样。显然在破碎区、塑性区、弹性区煤的单轴抗压强度等各种物理参数是不同的。从取样的标准中没有区分试样的来源，造成测试标准试件数据不合理、离散性大。测试数据不能代表煤体的真实数据，对各种设计、现场工作造成较大影响。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供煤样采样方法和装置，所取煤样用于煤的物理力学性质测定。本发明保证所取煤样在煤体弹性区范围内，通过高精度定向装置给预定煤体定向，然后钻取煤芯；将所述煤芯在实验室加工成标准试件，进行煤的单轴抗压强度等参数测试。本发明可以复位煤芯的在煤体中初始位置，标准试件在煤体中初始形态；能保证物理力学性质的测试数据合理、准确，代表煤体真实数据。

实现本发明目的技术方案如下：

一种煤样采样方法，包括得到煤体塑性区深度，按照要求在煤体弹性区钻取圆形煤芯，在所述煤芯径向方向钻取试件，然后做成标准试件。

具体地说，所述煤芯位于煤体弹性区。

具体地，上述煤样采样方法，包括得到煤体塑性区深度，准备取煤芯地方，钻孔，钻孔深度小于塑性区深度，退钻；然后进行煤芯定向，按照要求在煤体弹性区钻取圆形煤芯，在所述煤芯径向方向钻取试件，然后将所述试件两端磨平，做成标准试件。

优选地，所述煤芯定向包括通过接长杆把划线结构、角度探头、对中结构放入所述钻孔中，推动接长杆，划线结构和煤体接触，在煤体划出油漆线，数据接收仪显示测试油漆线的滚动角、俯仰角和方位角，记录接收仪的数据。

本发明可根据煤矿原岩应力、地质资料等资料，通过理论计算公式或者现场实测的方法，得到煤体塑性区深度。

优选地，为了得到煤体弹性区内煤试件，采样深度不低于塑性区深度。