一种倾斜采空区单排群柱双轴承载能力的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倾斜采空区单排群柱双轴承载能力测试装置与方法。该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，机架一端与底座连接，另一端与横架连接，下压盘上面设有五个定位槽，可实现对1

【技术实现步骤摘要】
一种倾斜采空区单排群柱双轴承载能力的测试装置与方法


[0001]专利技术涉及一种倾斜采空区单排群柱双轴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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充试件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件来测试。传统的试验机只能对单个柱体试件进行加载，无法对群柱试件进行加载。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。
[0006]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倾斜采空区单排群柱双轴承载能力的测试装置与方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在提供一种倾斜采空区单排群柱双轴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。
[0008]本专利技术提供了一种倾斜采空区单排群柱双轴承载能力测试装置，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、竖向力控制装置、挡板、保护环、推动轴外壳、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、横向力控制装置、横向压板、侧压盘、侧滑动卡座、伸缩立柱、滑轮、滑轨、固定块；机架底部与试验机底座连接，顶部与横架连接；上滑动卡座和下滑动卡座分别为半圆柱块，下滑动卡座上面设有位于同一中心线上的五个定位槽，各定位槽之间用挡板隔开，能对1～5个试件同时进行承载能力测试；上滑动卡座上部与上压盘连接，下滑动卡座与下压盘连接；上、下滑动卡座的外侧设有固定环，用于连接上、下滑动卡座；固定环外侧设有弧形卡块，固定块通过弧形卡块与上、下压盘的固定块连接固定；横向力控制装置固定在侧滑动卡座上，侧滑动卡座下方与侧压盘连接，在底座两侧设有滑轨，侧压盘通过伸缩立柱与底座滑动连接；所述竖向力控制装置包括竖向液压推动轴、液压油缸、压力传感器；竖向力控制装置通过液压推动轴作用于上压盘；所述横向力控制装置包括横向液压推动轴、液压油缸、压力传感器；横向液压推动轴由液压油缸进行控制调节，通过横向压板作用于试件，实现对不同试件进行速度相同或不同的加载，用于模拟试件受力均匀和受力不均的情况；上滑动卡座、下滑动卡座、侧滑动卡座上分别设有刻度线，能精确调控旋转角度。
[0009]上述装置中，所述的采空区为倾角为
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50
°
—50
°
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。
[0010]上述装置中，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；下压盘上面设有五个定位槽（位于挡板之间），用于放置试件，定位槽的形状与试件形状相对应，每个定位槽中心点位于同一直线上；横向压板中心点位于同一直线上。侧压盘通过伸缩立柱与滑轮安装在滑轨上，滑轨固定在底座上，所述侧压盘根据实际需求通过伸缩立柱调节高度，通过滑轨调节位置。
[0011]上述装置中，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，固定环的中部设有固定螺栓，将上、下滑动卡座分别与固定环连接；上压盘、下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心角为2
°
，固定滚轴位于弧形槽的上底面和下底面之间，通过旋转固定滚轴与弧形槽配合，调控装置旋转角度，模拟倾斜采空区的倾斜角度。
[0012]上述装置中，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。
[0013]上述装置中，在竖向和横向分别设有五组和十组力控制装置，每组力控制装置中设有一个压力传感器，所述压力传感器通过控制电路与微机连接，可以分别精确的显示每个试件的受力状态。
[0014]优选地，所述装置既可以测试水平群柱体系双轴承载能力，也可以测试变角度下群柱体系双轴承载能力；能够研究单个煤、岩、充填体、混凝土、煤
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种倾斜采空区单排群柱双轴承载能力测试装置，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）、竖向力控制装置、挡板（11）、保护环（12）、推动轴外壳（13）、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）、横向力控制装置、横向压板（23）、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）；机架（2）底部与试验机底座（1）连接，顶部与横架（7）连接；上滑动卡座和下滑动卡座分别为半圆柱块，下滑动卡座（6）上面设有位于同一中心线上的五个定位槽，各定位槽之间用挡板隔开，能对1～5个试件同时进行抗拉能力测试；上滑动卡座上部与上压盘连接，下滑动卡座与下压盘连接；上、下滑动卡座的外侧设有固定环，用于连接上、下滑动卡座；固定环外侧设有弧形卡块，固定块通过弧形卡块与上、下压盘的固定块连接固定；横向力控制装置固定在侧滑动卡座上，侧滑动卡座下方与侧压盘（24）连接，在底座两侧设有滑轨，侧压盘通过伸缩立柱与底座滑动连接；所述竖向力控制装置包括竖向液压推动轴（8）、液压油缸（9）、压力传感器（10）；竖向力控制装置通过液压推动轴作用于上压盘；所述横向力控制装置包括横向液压推动轴、液压油缸（9）、压力传感器（10）；横向液压推动轴由液压油缸进行控制调节，通过横向压板作用于试件，实现对不同试件进行速度相同或不同的加载，用于模拟试件受力均匀和受力不均的情况；上滑动卡座、下滑动卡座、侧滑动卡座上分别设有刻度线（16），能精确调控旋转角度。2.根据权利要求1所述的一种倾斜采空区单排群柱双轴承载能力测试装置，其特征在于：所述的采空区为倾角为
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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所述的一种倾斜采空区单排群柱双轴承载能力测试装置，其特征在于：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；；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。4.根据权利要求1所述的一种倾斜采空区单排群柱双轴承载能力测试装置，其特征在于：横向压板（23）中心点位于同一直线上；侧压盘（24）通过伸缩立柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：史旭东，王凯，崔博强，白锦文，毋皓田，杨欣宇，冯国瑞，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：