[发明专利]一种煤层相似材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种煤层相似材料及其制备方法，原料质量百分比为：煤粉15～36%，铝酸盐水泥18～45%，石膏10%～35%，活性炭0.5～3.6%，聚羧酸减水剂0.4～1.8%，十二烷基磺酸钠0.2～1.0%，羧甲基纤维素0.3%～1.5%，水10～35%。按比例称取原料；将煤粉、铝酸盐水泥、石膏、活性炭和羧甲基纤维素混合均匀，制成粉料A；将聚羧酸减水剂和十二烷基磺酸钠加入水，搅拌均匀，制成液料B；将粉料A加入液料B中，混合均匀；然后将其放入模具中，压制成型；将成型后材料养护14d，即得到相似材料。所述相似材料与真实煤层接近，且制备方法简单、操作容易、稳定性好，具有广泛的实用性。

技术领域

本发明涉及一种煤层相似材料及其制备方法，具体涉及一种适用于模拟不同强度高突煤层的相似材料及其制备方法。

背景技术

中国是一次能源以煤为主的国家，煤炭作为最主要的能源，在一次能源生产和消费结构中占70%左右。2015年全国原煤产量37.5亿吨，占全球总产量的47.7%，而煤炭消费量占全球总量的50.0%。据权威机构预测，在未来的30~50年内，随着新能源、可再生能源、水电和核电的发展和推广，煤炭在一次能源结构中的比重将不断下降，但煤炭在我国能源构成中仍将处于主导地位。研究煤层在人类活动影响下的受力、变形、破坏等过程，对于解决采矿工程中的相关科学问题、揭示煤层开采中相关规律具有重要意义。采用实验方法开展研究时往往需要大量煤样，然而煤样的采集与制备具有难度大、成本高、成功率低等缺点，严重制约了实验研究的深入开展。

采用相似材料代替煤样是目前实验研究中较为常用的一种方法，其中相似材料配比和制备方法对模拟煤样的性能具有很大影响。目前常用的相似材料多是通过煤粉添加一些胶结剂后制成，相似材料制成后的力学参数、孔隙度、吸附性等与真实煤层差异较大，难以满足科学研究的要求。因此，需要开发新的煤层相似材料及其制备方法，为煤层相似实验的开展提供保障。

发明内容

本发明旨在提供一种煤层相似材料及其制备方法，该材料的力学参数、吸附特性、孔隙度等与真实煤体较为接近。

本发明提供了一种煤层相似材料，包括以下质量百分比的组分：

煤粉：15～36%，

铝酸盐水泥：18～45%，

石膏：10%～35%，

活性炭：0.5～3.6%，

聚羧酸减水剂：0.4～1.8%，

十二烷基磺酸钠：0.2～1.0%，

羧甲基纤维素：0.3%～1.5%，

水：10～35%。

所述的煤层相似材料中，煤粉的粒径范围为60目~80目；活性炭的粒径范围为100目~150目；所述聚羧酸减水剂为粉剂。

本发明提供了上述煤层相似材料的制备方法，包括以下步骤：

a）、按比例称取制备相似材料的各种原料；

b）、将煤粉、铝酸盐水泥、石膏、活性炭和羧甲基纤维素混合并搅拌均匀，制成粉料A；

c）、将聚羧酸减水剂和十二烷基磺酸钠加入水，并搅拌均匀，制成液料B；

d）、将粉料A加入液料B中，充分搅拌混合均匀；

e）、将混合好的材料放入模具中，压制成型；

f）、将成型后的材料养护14d后，即得到相似材料。

所述步骤e）中，将混合好的材料放入模具中，使用压力机在15~30MPa压力下压制20~40min，然后脱模成型。