[發(fā)明專利]擾動影響下采空區(qū)多排群柱單軸承載力的測試裝置與方法

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• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN112903461A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史旭東;白錦文;楊欣宇;馮國瑞;崔博強;王凱;侯水云
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/02
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

1.一種擾動影響下采空區(qū)多排群柱單軸承載力的測試裝置，其特征在于包括：試驗機底座（1）、機架（2）、下壓盤（3）、上壓盤（4）、上壓板（5）、工作臺（6）、橫架（7）、力控制裝置、力擾動裝置、保護環(huán)（13）；

試驗機底座上設(shè)有四個保護環(huán)，每個保護環(huán)內(nèi)部安裝有一根機架，機架的底端與底座連接，頂端與橫架連接，在工作臺底部設(shè)有若干組平行排列的力控制裝置，所述力控制裝置包括液壓推動軸、主加載油缸、壓力傳感器；在橫架的底部設(shè)有若干組平行排列的力擾動裝置，所述力擾動裝置包括擾動力傳感器、擾動油缸和擾動桿；試樣上方為上壓板、上壓盤，上壓盤與力擾動裝置連接，試樣底部為下壓盤，下壓盤固定在工作臺上并與力控制裝置連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擾動影響下采空區(qū)多排群柱單軸承載力的測試裝置，其特征在于：所述的采空區(qū)為傾角小于5°的近水平煤層開采后形成的采空區(qū)；所述的群柱包括煤柱群、礦柱群、充填柱群、混凝土柱群、煤柱-充填柱組合群柱、礦柱-充填柱組合群柱、煤柱-混凝土柱組合群柱中的一種；所述的群柱是截面為圓形或矩形或三角形或梯形的群柱。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擾動影響下采空區(qū)多排群柱單軸承載力的測試裝置，其特征在于：所述的工作臺（6）的長度、寬度和高度分別為2000mm、400mm和400mm，工作臺（6）上面安裝有五排位于同一中心線的下壓盤（3），下壓盤通過螺釘（15）固定在工作臺（6）上，能同步監(jiān)測1～25個試件的單軸承載能力；下壓盤的上端直徑為150mm，下端直徑為300mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擾動影響下采空區(qū)多排群柱單軸承載力的測試裝置，其特征在于包括了1~25組力控制裝置，每組力控制裝置包括了一個壓力傳感器（10）和主加載油缸（9）以及一個液壓推動軸（8），每個液壓系統(tǒng)內(nèi)部都設(shè)有一個壓力傳感器（10），所述壓力傳感器通過控制電路與微機連接，能分別精確的控制每個試件的受力狀態(tài)，實現(xiàn)對不同試件進行速度相同或不同的加載，用于模擬試件受力均勻或受力不均的情況。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擾動影響下采空區(qū)多排群柱單軸承載力的測試裝置，其特征在于包括了1~25組力擾動裝置，每組力擾動裝置包括了一個擾動力傳感器（14）和擾動油缸（11）以及一個擾動桿（12），擾動荷載通過試驗機頂部的擾動油缸施加，再通過擾動桿作用在試樣上，能對試件施加波形為余弦波、三角波、方波形式的軸向擾動荷載。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擾動影響下采空區(qū)多排群柱單軸承載力的測試裝置，其特征在于：所述上壓板有三種，可根據(jù)實驗需求選擇上壓板的類型，第一類為長度和寬度分別為5000mm、5000mm的整體型上壓板，第二類為長度和寬度分別為1000mm、150mm的單排型上壓板，第三類為長度和寬度分別為150mm、150mm的單體型上壓板，第一類上壓板用于研究多排試樣共同承擔(dān)上覆載荷的承載能力，第二類上壓板用于研究單排試樣共同承擔(dān)上覆載荷的承載能力，第三類上壓板用于同時測試多個試樣的單軸承載能力。

7.一種擾動影響下采空區(qū)多排群柱單軸承載力的測試方法，采用權(quán)利要求1~6任一項所述的擾動影響下采空區(qū)多排群柱單軸承載力的測試裝置，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：利用礦井原有地質(zhì)技術(shù)資料，借助補充勘查技術(shù)手段，全面調(diào)研待測范圍內(nèi)水平采空區(qū)中遺留群柱的分布位置、形態(tài)和尺寸；

步驟二：基于步驟一獲取的水平采空區(qū)遺留群柱的信息，確定進行試驗的試樣形狀、尺寸以及數(shù)量；

步驟三：利用煤巖專用取芯機，借助多級變速手動給進的方式，鉆取尺寸適當(dāng)?shù)脑嚇樱妹簬r切割機將其切割打磨至試驗所需的形狀與尺寸；

步驟四：依次將試樣安裝在工作臺上的下壓盤上；

步驟五：根據(jù)實驗要求確定選擇上壓板的類型，測試多排試樣共同承擔(dān)上覆載荷的承載能力時選取第一類上壓板，測試單排試樣共同承擔(dān)上覆載荷的承載能力時選取第二類上壓板，同時測試多個試樣的單軸承載能力時選取第三類上壓板；

步驟六：將選取好的上壓板放置在待測試樣上方，使上壓板中心線與待測試樣中心線位于同一平面上，以確保待測試樣受力均勻；

步驟七：將每個傳感器上力數(shù)值清零，進行預(yù)加載；

步驟八：預(yù)加載完成后分別設(shè)定每個液壓推動軸的加載速度，進行加載；

步驟九：軸向加載至目標(biāo)值時，根據(jù)試驗需求利用擾動桿施加軸向的擾動荷載；

步驟十：繼續(xù)施加軸向荷載，測試多排試樣共同承擔(dān)上覆載荷的承載能力時加載至多排試樣整體發(fā)生失穩(wěn)；測試單排試樣共同承擔(dān)上覆載荷的承載能力時加載至每排試樣整體發(fā)生失穩(wěn)；同時測試多個試樣的單軸承載能力時加載至每個試樣全部發(fā)生失穩(wěn)，或滿足試驗要求后停止加載；

步驟十一：加載完成后，通過液壓油缸控制液壓推動軸進行卸載，完成試驗。