[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

本發明公開了一種水平采空區多排群柱抗拉能力測試裝置與方法，該裝置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，每個液壓推動軸連接一個上壓盤；壓力傳感器設置在上壓盤上方；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，上加載鄂和下加載鄂之間通過定向軸承連接，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。本發明通過多個液壓推動軸可以實現多群柱的均勻和非均勻載荷的加載，研究多群柱體系的抗拉能力。

技術領域

本發明涉及一種水平采空區多排群柱抗拉能力測試裝置與方法，主要適應于多個煤、巖、充填體、混凝土、煤-充、巖-充煤柱試件同步加載的裝置與方法，屬于采礦巖石力學試驗技術領域。

背景技術

由于舊采時期開采方法的落后，我國許多礦井中形成了大量的遺留煤柱，主要包括：刀柱式遺留煤柱、房柱式遺留煤柱、條帶式遺留煤柱、短壁式遺留煤柱、巷采式遺留煤柱、倉房式遺留煤柱、跳采式遺留煤柱等，其在空間上密集分布、形態各異、相互影響、錯綜復雜且尺寸不一，以群落的形式組合形成煤柱群。同樣地，在金屬礦開采時采空區中也會形成礦柱群柱，來承載覆巖載荷并保障采場的長期穩定性。

充填開采可以有效控制覆巖運動與地表沉陷。近年來，為了解決充填材料來源不足和成本較高等技術難題，部分充填、巷旁充填、條帶充填、墩柱充填、局部充填、短壁充填、帶狀充填、間隔充填、柱旁充填、結構充填、功能充填和骨架式充填等技術方法，在許多礦井推廣應用。上述充填開采技術難免在采空區中留設有不同尺寸/形態的充填柱（混凝土柱），且以群柱的形式分布，組合形成了充填體群柱或混凝土群柱。

本發明將上述煤柱群、礦柱群、充填柱群和混凝土群統稱為“群柱”。采場群柱留設的初衷是為了承擔上覆巖層荷載，并且保障采空區的長期穩定性。采場群柱的長期穩定性是一個值得關注的科學問題。然而，在覆巖載荷、擾動載荷、礦井水侵蝕、硫酸鹽腐蝕、氯鹽腐蝕和自然風化等耦合作用下，采場群柱的承載能力會逐漸減弱，可能引發群柱體系的失穩，導致覆巖垮塌，地表沉陷等災害，給煤炭資源安全高效開采帶來重大安全隱患。

采場群柱獨立個體之間存在著相互影響，覆巖載荷和擾動荷載等并非由采場單一柱體來承擔，主要通過群柱體系共同進行承擔。如果一個柱體局部發生失穩破壞，覆巖載荷與擾動荷載就會發生轉移，進而導致相鄰群柱的失穩破壞，并引發采場群柱的“多米諾骨牌”鏈式失穩。因此，非常有必要測試采場群柱體系的整體承載能力。目前，現場監測采場群柱的整體承載能力難以實現，只能依靠試驗室小尺寸群柱煤柱試件來測試。傳統的試驗機只能對單個柱體煤柱試件進行加載，無法對群柱煤柱試件進行加載。

綜上，亟需開發一種采場群柱整體拉應力的測試裝置方法，從而獲取采場群柱系統的整體承載能力，得到群柱個體之間的相互影響關系，為揭示采場群柱的鏈式失穩響應特征與機理奠定基礎，對研發采場群柱鏈式失穩防控技術提供指導。聚焦水平采空區單排群柱，本發明擬提出一種水平采空區多排群柱抗拉能力測試裝置與方法。

發明內容

本發明旨在提供一種水平采空區多排群柱抗拉能力測試裝置與方法，用于實現多個煤、巖、充填體、混凝土、煤-充、巖-充煤柱試件同步加載，得到群柱個體之間的相互影響關系，為揭示采場群柱的鏈式失穩響應特征與機理奠定基礎，對研發采場群柱鏈式失穩防控技術提供指導。

本發明提供了一種水平采空區多排群柱抗拉能力測試裝置，包括：試驗機底座、機架、下加載鄂、上加載鄂、上壓板、工作臺、橫架、力控制裝置、保護環、半球座、上壓盤、定向軸承；