双轴静力-扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种双轴静力

【技术实现步骤摘要】
双轴静力
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扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置与方法


[0001]专利技术涉及一种双轴静力
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扰动应力耦合作用下倾斜采空区单排群柱承载能力的测试装置与方法，主要适应于多个煤、岩、充填体、混凝土、煤
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充、岩
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充试样同步加载的装置与方法，属于采矿岩石力学试验


技术介绍

[0002]由于旧采时期开采方法的落后，我国许多矿井中形成了大量的遗留煤柱，主要包括：刀柱式遗留煤柱、房柱式遗留煤柱、条带式遗留煤柱、短壁式遗留煤柱、巷采式遗留煤柱、仓房式遗留煤柱、跳采式遗留煤柱等，其在空间上密集分布、形态各异、相互影响、错综复杂且尺寸不一，以群落的形式组合形成煤柱群。同样地，在金属矿开采时采空区中也会形成矿柱群柱，来承载覆岩载荷并保障采场的长期稳定性。
[0003]充填开采可以有效控制覆岩运动与地表沉陷。近年来，为了解决充填材料来源不足和成本较高等技术难题，部分充填、巷旁充填、条带充填、墩柱充填、局部充填、短壁充填、带状充填、间隔充填、柱旁充填、结构充填、功能充填和骨架式充填等技术方法，并在许多矿井应用推广。上述充填开采技术方法难免在采空区中留设有不同尺寸/形态的充填柱（混凝土柱），且以群柱的形式分布，组合形成了充填体群柱或混凝土群柱，有时为了维护采空区遗留煤柱的稳定性，常采用柱旁充填的方式，这相当于给煤柱施加了一个横向载荷，使之成为双向受压状态。
[0004]本文将上述煤柱群、矿柱群、充填柱群和混凝土群统称为“群柱”。采场群柱留设的初衷是为了承担上覆岩层荷载，并且保障采空区的长期稳定性。采场群柱的长期稳定性是一个值得关注的科学问题。然而，在覆岩载荷、扰动载荷、矿井水浸蚀、硫酸盐腐蚀、氯盐腐蚀和自然风化等耦合作用下，采场群柱的承载能力会逐渐减弱，可能引发群柱体系的失稳，导致覆岩垮塌，地表沉陷等灾害，给煤炭资源安全高效开采带来重大安全隐患。
[0005]采空区遗留群柱除了受到上覆荷载的静载之外，还会受到强烈的外界扰动作用，这些扰动作用严重威胁着工程人员的人身安全以及工程质量，传统的试验机无法研究扰动下遗留群柱的双轴承载能力。但传统的试验机只能对单个煤柱进行加载，无法对多群柱进行双轴加载，无法研究进行柱旁充填后群柱体系对上覆载荷的承担能力。
[0006]采场群柱独立个体之间存在着相互影响，覆岩载荷和扰动荷载等并非由采场单一柱体来承担，主要通过群柱体系共同进行承担。如果一个柱体局部发生失稳破坏，覆岩载荷与扰动荷载就会发生转移，进而导致相邻群柱的失稳破坏，并引发采场群柱的“多米诺骨牌”链式失稳。因此，非常有必要测试采场群柱体系的整体承载能力。目前，现场监测采场群柱的整体承载能力难以实现，只能依靠试验室小尺寸群柱试样来测试。传统的试验机只能对单个柱体试样进行加载，无法对群柱试样进行加载。实际工程中，煤层通常带有一定倾角，并不是水平分布，因此研究变角度下群柱体系承载能力是十分必要的，但传统试验机无法研究变角度下群柱体系的双轴承载能力。
[0007]综上，亟需开发一种采场群柱整体承载能力的测试装置方法，从而获取采场群柱
系统的整体承载能力，得到群柱个体之间的相互影响关系，为揭示采场群柱的链式失稳响应特征与机理奠定基础，对研发采场群柱链式失稳防控技术提供指导。聚焦倾斜采空区单排群柱，本专利技术拟提出一种双轴静力
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扰动应力耦合作用下倾斜采空区单排群柱承载能力的测试装置与方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术旨在提供一种双轴静力
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扰动应力耦合作用下倾斜采空区单排群柱承载能力的测试装置与方法，具体是一种用于多个煤、岩、充填体、混凝土、煤
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充、岩
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充试件同步加载的装置，可以得到群柱个体之间的相互影响关系，为揭示采场群柱的链式失稳响应特征与机理奠定基础，对研发采场群柱链式失稳防控技术提供指导。
[0009]本专利技术提供了一种双轴静力
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扰动应力耦合作用下倾斜采空区单排群柱承载能力的测试装置，包括：试验机底座、机架、下压盘、上压盘、上滑动卡座、下滑动卡座、横架、主加载杆、主加载油缸、压力传感器、挡板、保护环、扰动力传感器、固定环、固定槽、刻度线，固定螺栓、弧形卡块、固定滚轴、弧形槽、定位槽、横向液压推动轴、横向压板、侧压盘、侧滑动卡座、伸缩立柱、滑轮、滑轨、固定块、加载装置，所述加载装置包括竖向力加载装置、力扰动装置和横向力加载装置；底座上设有四个保护环，每个保护环内部安装有一根机架，机架的底端与底座连接，顶端与横架连接，在底座两侧设有滑轨，两个侧架通过伸缩立柱与滑轮安装在滑轨上，滑轨固定在底座上；在工作台底部设有竖向力加载装置，所述力加载装置包括主加载杆、主加载油缸、压力传感器；侧架的内侧分别设有横向力加载装置，横向力加载装置包括横向液压推动轴、横向压板、横向加载油缸、横向力传感器；在横架的底部设有力扰动装置，所述力扰动装置包括扰动力传感器、扰动油缸和扰动杆；试样上方为上滑动卡座、上压盘，上滑动卡座上部与上压盘连接，上压盘与力扰动装置连接，试样底部为下滑动卡座，下滑动卡座与下压盘连接；下压盘固定在工作台上并与竖向力控制装置连接；所述上滑动卡座、下滑动卡座和侧滑动卡座外缘上都设有刻度线，可以精确地调控倾斜角度。
[0010]优选地，所述的群柱包括：遗留煤柱群、矿柱群、充填柱群、煤柱
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充填柱组合群柱、矿柱
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充填柱组合群柱等，不仅适用于截面为圆形的群柱，也适用于截面为矩形的群柱，更适用于截面为三角形或梯形的群柱。
[0011]优选地，所述装置与方法适用于倾角为
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50
°
~50
°
的煤层开采以后形成的采空区。
[0012]优选地，所述下压盘上面设有五个定位槽，用于放置试件，每个定位槽中心点位于同一直线上，定位槽的形状与试件形状相对应。
[0013]优选地，所述下压盘上面设有五个固定槽，用于放置挡板，保证试件在装置旋转过程中不会滑落。
[0014]优选地，所述挡板的长度、宽度和高度分别为300mm、5mm、90mm；上滑动卡座和下滑动卡座的长度和宽度分别为1000mm、400mm。
[0015]优选地，上滑动卡座、下滑动卡座、侧滑动卡座的外侧设有固定环，固定环的中部设有固定螺栓，将上、下、侧滑动卡座分别与固定环连接；固定环外侧设有弧形卡块，通过弧形卡块与上压盘、下压盘、侧压盘的固定块连接固定。进一步地，所述固定环分别设置在上
压盘与上滑动卡座之间、下压盘与下滑动卡座之间、侧压盘与侧滑动卡座之间，上压盘、下压盘、侧压盘与固定环之间通过弧形卡块连接固定，弧形卡块在上压盘与固定环之间、下压盘与固定环之间均为相同结构，弧形卡块的前、后端各设有一个固定滚轴，在上压盘的底部、下压盘的顶部分别设置固定块，固定块内设有一个内部空心的弧形槽，其空心部位用来放置弧形卡块，弧形槽的上底面和下底面分别为凹槽型面，其中每个小凹槽对应的圆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双轴静力
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扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置，其特征在于包括：试验机底座（1）、机架（2）、下压盘（3）、上压盘（4）、上滑动卡座（5）、下滑动卡座（6）、横架（7）、挡板（11）、保护环（12）、、固定环（14）、刻度线（16），固定螺栓（17）、弧形卡块（18）、固定滚轴（19）、弧形槽（20）、定位槽（21）、侧压盘（24）、侧滑动卡座（25）、伸缩立柱（26）、滑轮（27）、滑轨（28）、固定块（29）、加载装置，所述加载装置包括竖向力加载装置、力扰动装置和横向力加载装置；底座上设有四个保护环，每个保护环内部安装有一根机架，机架的底端与底座连接，顶端与横架连接，在底座两侧设有滑轨，两个侧架通过伸缩立柱与滑轮安装在滑轨上，滑轨固定在底座上；在工作台底部设有竖向力加载装置，所述力加载装置包括主加载杆、主加载油缸、压力传感器；侧架的内侧分别设有横向力加载装置，横向力加载装置包括横向液压推动轴、横向压板、横向加载油缸、横向力传感器；在横架的底部设有力扰动装置，所述力扰动装置包括扰动力传感器、扰动油缸和扰动杆；试样上方为上滑动卡座、上压盘，上滑动卡座上部与上压盘连接，上压盘与力扰动装置连接，试样底部为下滑动卡座，下滑动卡座与下压盘连接；下压盘固定在工作台上并与竖向力控制装置连接；所述上滑动卡座、下滑动卡座和侧滑动卡座外缘上都设有刻度线，可以精确地调控倾斜角度。2.根据权利要求1所述的双轴静力
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扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置，其特征在于：所述的采空区为倾角为
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50
°
~50
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的煤层开采后形成的采空区；所述的群柱包括煤柱群、矿柱群、充填柱群、混凝土柱群、煤柱
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充填柱组合群柱、矿柱
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充填柱组合群柱、煤柱
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混凝土柱组合群柱中的一种；所述的群柱是截面为圆形或矩形或三角形或梯形的群柱。3.根据权利要求1所述的双轴静力
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扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置，其特征在于：下压盘（3）上面设有五个定位槽（21），用于放置试件，定位槽的形状与试件形状相对应，每个定位槽（21）中心点位于同一直线上；横向压板（23）中心点位于同一直线上；下压盘（3）上面设有五个固定槽，用于放置挡板（11），保证试件在装置旋转过程中不会滑落。4.根据权利要求1所述的双轴静力
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扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置，其特征在于：侧压盘（24）通过伸缩立柱（26）与滑轮（27）安装在滑轨（28）上，滑轨（28）固定在底座（1）上，所述侧压盘（24）可根据实际需求通过伸缩立柱（26）调节高度，通过滑轨（28）调节位置。5.根据权利要求1所述的双轴静力
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扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置，其特征在于：上滑动卡座、下滑动卡座、侧滑动卡座的外侧设有固定环，固定环的中部设有固定螺栓，将上、下、侧滑动卡座分别与固定环连接；固定环外侧设有弧形卡块，通过弧形卡块与上压盘（3）、下压盘（4）、侧压盘（24）的固定块连接固定。6.根据权利要求5所述的双轴静力
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扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：白锦文，宋超，侯水云，李丽绒，杨彦群，史旭东，冯国瑞，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：