[發明專利]一種水平采空區多排群柱抗拉能力測試裝置與方法

有效

• 申請號: 202110151481.6
• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN112903454B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 史旭東;白錦文;王凱;杜獻杰;馮國瑞;崔博強
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10;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

1.一種水平采空區多排群柱抗拉能力測試裝置，其特征在于包括：試驗機底座（1）、機架（2）、下加載鄂（3）、上加載鄂（4）、上壓板（5）、工作臺（6）、橫架（7）、力控制裝置（11）、保護環（12）、半球座（13）、上壓盤（14）、定向軸承（15）；

試驗機底座的四個角上設有四個保護環，每個保護環內部安裝有一根機架，機架底部與試驗機底座連接，頂部與橫架連接，橫架下方與若干個力控制裝置連接，力控制裝置包括壓力傳感器、液壓油缸和液壓推動軸，液壓油缸固定于橫架內部，每個液壓推動軸連接一個上壓盤；壓力傳感器設置在每個上壓盤上方；工作臺位于試驗機底座中部，工作臺上均勻設有五排下加載鄂，下加載鄂上方配套設有上加載鄂，上加載鄂（4）和下加載鄂（3）之間通過定向軸承（15）連接，上加載鄂和下加載鄂扣合后內部形成橢圓形的空腔，用于放置試件，防止試件受偏心荷載；一個工作臺（6）上面設有位于同一中心線的五排下加載鄂（3），下加載鄂焊接在工作臺（6）上，能對1～25個試件同時進行抗拉能力測試；

在上加載鄂中頂部中心位置設有半球座，將上壓板傳遞下來的力集中在半球座與下加載鄂接觸的一條直線上，使試件受力均勻。

2.根據權利要求1所述的一種水平采空區多排群柱抗拉能力測試裝置，其特征在于：所述的采空區為傾角小于5°的近水平煤層開采后形成的采空區；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的群柱，或截面為矩形的群柱，或截面為三角形或梯形的群柱。

3.根據權利要求1所述的一種水平采空區多排群柱抗拉能力測試裝置，其特征在于：所述下加載鄂的長度和寬度分別為150mm、150mm；工作臺的長度和寬度分別為1000mm、1000mm。

4.根據權利要求1所述的一種水平采空區多排群柱抗拉能力測試裝置，其特征在于：在工作臺上共設有1~25組力控制裝置，每組力控制裝置包括一個壓力傳感器（10）、液壓油缸（9）以及一個液壓推動軸（8）；每個上壓盤（14）連接一個液壓推動軸（8），液壓推動軸由液壓油缸進行控制調節，實現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；所述壓力傳感器通過控制電路與微機連接，分別精確測試每個試件的受力狀態。

5.根據權利要求1所述的一種水平采空區多排群柱抗拉能力測試裝置，其特征在于：

所述上壓板分為兩種，所述裝置用于測試多群柱抗拉試驗時，采用長度和寬度分別為1000mm、1000mm的整體型上壓板，用于研究多個煤柱試件共同承擔上覆載荷的承載能力；所述裝置用于單個柱的抗拉試驗時，采用長度和寬度分別為150mm、150mm的單體型上壓板，用于研究單個煤柱試件的承載能力。

6.一種水平采空區多排群柱抗拉能力測試方法，采用權利要求1~5任一項所述的水平采空區多排群柱抗拉能力測試裝置，其特征在于包括以下步驟：

步驟一：利用礦井原有地質技術資料，借助補充勘查技術手段，全面調研待測范圍內水平采空區中遺留群柱的分布位置、形態和尺寸；

步驟二：基于步驟一獲取的水平采空區遺留群柱的信息，確定進行試驗的煤柱試件形狀、尺寸以及數量；

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，鉆取直徑為50mm的圓柱，利用煤巖切割機將其切割打磨至試驗所需的形狀與尺寸；

步驟四：依次將煤柱試件安裝在工作臺上的下加載鄂上；

步驟五：在試件兩端沿軸線方向畫兩條平行加載基線，將兩根墊條沿著加載基線放置，通過上、下加載鄂固定；

步驟六：根據實驗需求選擇上壓板的類型，第一類上壓板用于研究多個煤柱試件共同承擔上覆載荷的承載能力，第二類上壓板用于同時測試多個煤柱試件的單軸承載能力；

步驟七：將選取好的上壓板放置在半球座上方，使上壓板中心線與待測煤柱試件中心線位于同一平面上，以確保待測煤柱試件受力均勻；

步驟八：將每個傳感器上力數值清零，進行預加載；

步驟九：預加載完成后分別設定每個液壓推動軸的加載速度，進行加載；

步驟十：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。