煤自然吸水率自动测定实验装置及方法与流程

1.本发明涉及煤自然吸水率测定技术领域，特别涉及一种煤自然吸水率自动测定实验装置及方法，适用于遇水不崩解、不溶解、不干缩湿胀的煤自然吸水率测定。


背景技术：

2.煤自然吸水率，是指煤在标准大气压力和室温条件下吸入水的质量与试件固体质量的比值，煤自然吸水率的测定在实验室进行。煤自然吸水率是判断煤层注水可注性的重要指标。煤自然吸水率测定结果的准确性，直接影响煤层注水的可行性，对煤矿制定切实可行的煤层注水措施，保障煤矿防尘、防治煤与瓦斯突出、以及防治冲击地压等起着重要作用。煤自然吸水率测定的依据为中华人民共和国国家标准gb/t23561.5-2009《煤和岩石物理力学性质测定方法第5部分：煤和岩石吸水性测定方法》，实验一般采用普通容器(如塑料盆)浸泡煤样，需要人工每隔两小时往容器中注入煤样高度四分之一的水。注水时间和注水量由人工掌握，误差较大，很难保证测定结果的准确性。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种煤自然吸水率自动测定实验装置及方法。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：煤自然吸水率自动测定实验装置，包括容器，在容器的底板上表面焊接有多个横梁，在多个横梁上方沿纵向放置多个玻璃棒，在玻璃棒上放置有待测定煤样，在容器内设置液位传感器，在容器的外侧设有控制箱，在控制箱内设有plc控制器、进水管和排水管，进水管一端与容器内部相连通，另一端伸出控制箱与水龙头相连接，排水管一端与容器内部相连通，另一端伸出控制箱与下水系统相连接，在进水管上安装有进水阀，在出水管上安装有排水阀，所述plc控制器分别电连接液位传感器、进水阀、排水阀和计算机。
5.进一步地，所述容器为内部具有空腔且上方开口的矩形箱体。
6.进一步地，所述容器采用304不锈钢材质制成。
7.进一步地，所述横梁采用304不锈钢材质制成。
8.进一步地，所述进水阀和排水阀置于控制箱内。
9.本发明同时提供一种煤自然吸水率自动测定实验方法，采用上述煤自然吸水率自动测定实验装置实现，包括以下步骤：
10.步骤1、容器内放置待测定煤样的数量为1～16个，将每个待测定煤样均加工成边长40mm～50mm的立方体，并放入105℃～110℃的烘箱中干燥24h，冷却至室温，称量每个待测煤样烘干后的质量m；
11.步骤2、将煤样放在玻璃棒上，当放置2个以上煤样时，煤样之间的间距为20mm；
12.步骤3、plc控制器向进水阀下发打开命令，进水阀打开，水龙头打开，开始向容器内注水，同时注水高度通过液位传感器实时反馈至plc控制器中，由plc控制器传入计算机
中进行显示，当注水至煤样高度1/4处时，关闭进水阀，停止注水，静置2小时；
13.步骤4、plc控制器向进水阀重新下发打开命令，再次开始注水，当注水至煤样高度1/2处时，关闭进水阀，停止注水，静置2小时；
14.步骤5、plc控制器向进水阀重新下发打开命令，再次开始注水，当注水至煤样高度3/4处时，关闭进水阀，停止注水，静置2小时；
15.步骤6、plc控制器向进水阀重新下发打开命令，再次开始注水，当注水超出煤样高度10mm～20mm时，关闭进水阀，停止注水；
16.步骤7、煤样浸泡24小时后取出，用毛巾擦去表面水分，第一次称重；称重后仍放回容器内；
17.步骤8、重复操作步骤，直至每个煤样前后两次质量差不超过0.01g为止，最后一次的称重即为煤样自然饱和吸水后的质量m1；
18.步骤9、通过下式计算每个煤样的煤自然吸水率：
[0019][0020]
式中：
[0021]
ωz—煤自然吸水率，％；
[0022]
m1—煤样自然饱和吸水后的质量，g；
[0023]
m—煤样烘干后的质量，g。
[0024]
进一步地，所述煤自然吸水率自动测定实验方法还包括：
[0025]
步骤10、实验完成后，plc控制器向排水阀下发打开命令，启动排水，将废水自排水管排入下水系统。
[0026]
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0027]
本发明的容器采用304不锈钢材质制成，干净卫生便于清理，进水管和水龙头连接，出水管和下水系统连接，并采用plc控制器自动控制进水阀，定时定量往实验容器中注水，减少了由于人工操作带来的误差，保证了实验结果的准确性，plc控制器与计算机相连，通过提供计算机监测平台，可实现多个煤样同时测定，并实现过程数据集中显示、存储、查询等功能。本发明可实现在实验室环境下，煤自然吸水率试验的无人化，不仅提高了煤自然吸水率测定的精度，更大大地节省了人力，提高实验室工作效率。
附图说明
[0028]
图1为本发明的煤自然吸水率自动测定实验装置的整体内部结构示意图；
[0029]
图2为本发明的容器及控制箱的俯视结构示意图。
[0030]
图中：1、容器；2、控制箱；3、进水管；4、排水管；5、横梁；6、玻璃棒；7、煤样；8、液位传感器；9、plc控制器；10、进水阀；11、排水阀；12、计算机；13、水龙头。
具体实施方式
[0031]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]
实施例1
[0033]
请参阅图1-图2，煤自然吸水率自动测定实验装置，包括容器1，在容器1的底板上表面焊接有多个横梁5，在横梁5上方沿纵向放置多个玻璃棒6，在玻璃棒6上放置有待测定煤样7，在容器1内设置液位传感器8，在容器1的外侧设有控制箱2，在控制箱2内设有plc控制器9、进水管3和排水管4，进水管3一端与容器1内部相连通，另一端伸出控制箱2与水龙头13相连接，排水管4一端与容器1内部相连通，另一端伸出控制箱2与下水系统相连接，在进水管3上安装有进水阀10，在出水管上安装有排水阀11，所述plc控制器9分别电连接液位传感器8、进水阀10、排水阀11和计算机12，计算机12置于控制箱2外部。
[0034]
所述容器1为内部具有空腔且上方开口的矩形箱体。
[0035]
所述容器1采用304不锈钢材质制成。
[0036]
所述横梁5采用304不锈钢材质制成。
[0037]
所述进水阀10和排水阀11置于控制箱2内。
[0038]
实施例2
[0039]
煤自然吸水率自动测定实验方法，采用实施例1的煤自然吸水率自动测定实验装置实现，包括以下步骤：
[0040]
步骤1、容器1内放置待测定煤样7的数量为1～16个，按中华人民共和国国家标准gb/t23561.5-2009《煤和岩石物理力学性质测定方法第5部分：煤和岩石吸水性测定方法》要求，将每个待测定煤样7均加工成边长40mm～50mm的立方体，并放入105℃～110℃的烘箱中干燥24h，冷却至室温，称量每个待测煤样7烘干后的质量m；
[0041]
步骤2、将煤样7放在玻璃棒6上，当放置2个以上煤样7时，煤样7之间的间距为20mm；如图2所示，本实施例中玻璃棒6共设置8个，分为四组，每组玻璃棒6平行且间隔按列放置在横梁5上(横梁5设置3个，沿横向间隔分布)，每组玻璃棒6内的2个玻璃棒6之间的间距小于相邻两组玻璃棒6之间的间距，本实施例中在四组玻璃棒6上共放置16个煤样7，每4个煤样7为一组，一组煤样7按列放置在一组玻璃棒6上，且相邻煤样7之间的横向与纵向间距均为20mm；
[0042]
步骤3、plc控制器9向进水阀10下发打开命令，进水阀10打开，水龙头13打开，开始向容器1内注水，同时注水高度通过液位传感器8实时反馈至plc控制器9中，由plc控制器9传入计算机12中进行显示，当注水至煤样7高度1/4处时，关闭进水阀10，停止注水，静置2小时；
[0043]
步骤4、plc控制器9向进水阀10重新下发打开命令，再次开始注水，当注水至煤样7高度1/2处时，关闭进水阀10，停止注水，静置2小时；
[0044]
步骤5、plc控制器9向进水阀10重新下发打开命令，再次开始注水，当注水至煤样7高度3/4处时，关闭进水阀10，停止注水，静置2小时；
[0045]
步骤6、plc控制器9向进水阀10重新下发打开命令，再次开始注水，当注水超出煤样7高度10mm～20mm时，关闭进水阀10，停止注水；
[0046]
步骤7、煤样7浸泡24小时后取出，用毛巾擦去表面水分，第一次称重；称重后仍放回容器1内；
[0047]
步骤8、重复操作步骤7，直至每个煤样7前后两次质量差不超过0.01g为止，最后一
次的称重即为煤样7自然饱和吸水后的质量m1；
[0048]
步骤9、通过下式计算每个煤样7的煤自然吸水率：
[0049][0050]
式中：
[0051]
ωz—煤自然吸水率，％；
[0052]
m1—煤样自然饱和吸水后的质量，g；
[0053]
m—煤样烘干后的质量，g。
[0054]
所述煤自然吸水率自动测定实验方法还包括：
[0055]
步骤10、实验完成后，plc控制器9向排水阀10下发打开命令，启动排水，将废水自排水管4排入下水系统。
[0056]
本发明的煤自然吸水率自动测定实验装置及方法适用于遇水不崩解、不溶解、不干缩湿胀的煤自然吸水率测定。
[0057]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。