煤样采样方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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 X 25cm X 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。
[0004] 有鉴于此，特提出本发明。
【发明内容】
[0005] 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。
[0006] 实现本发明目的技术方案如下：
[0007] -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。
[0008] 具体地说，所述煤芯位于煤体弹性区。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 煤体整体是沉底岩结构，煤体层理结构显著影响煤的抗压强度等指标，煤芯定向 复位技术辅助分析层理等结构对煤单轴抗压强度等参数的影响。
[0014] 优选地，所述煤体包括工作面或者煤柱、巷道掘进工作面等；
[0015] 优选地，所述煤芯的直径不小于130mm，长度不小于60mm;
[0016] 所述试件及标准试件符合本领域通用规定;例如所述试件尺寸(p50mm ;所述标 准试件尺寸φ50π?η? X lOOmffi或者尺寸为50mmX50mmX100mm(长X宽X高）。
[0017] 更具体地，上述煤样采样方法，包括根据煤矿原岩应力、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(工作面或者煤柱、巷道掘进工作面)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，所述煤芯的直径不小于130mm，长度不小于60mm;在煤芯径向 方向钻取试件，然后两端磨平，做成标准试件;其中，所述煤芯定向包括包括通过接长杆把 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。
[0018] 本发明还提供一种煤体采样装置，所述装置包括定向装置和取芯装置，其中，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，还包括信号传输线等； 所述划线结构用于在煤芯上标记油漆线;所述角度测试探头和接收仪构成角度测试系统， 用于测量所述油漆线的滚动角、俯仰角和方位;所述对中机构保证所述划线结构、所述角度 测试探头中心和煤芯中心重合。
[0019] 所述取芯装置可用本领域常规取芯装置。
[0020] -般地，所述取芯装置包括钻机、钻杆、岩芯管、钻头等。
[0021] 本发明所述煤体采样装置在使用时，首先在煤体边缘钻进一定深度的钻孔，然后 对所需煤芯定向，定向完成后，继续钻取煤芯。将所得在实验室加工成标准试件，然后进行 单轴抗压强度等各种参数测试。