[发明专利]扰动影响下水平采空区多排群柱抗拉能力测试装置与方法

权利要求书

1.一种扰动影响下水平采空区多排群柱抗拉能力测试装置，其特征在于包括：试验机底座（1）、机架（2）、下加载鄂（3）、上加载鄂（4）、上压板（5）、工作台（6）、横架（7）、力控制装置、力扰动装置、保护环（12）、半球座（13）、上压盘（14）、定向轴承（15）；

试验机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，

在工作台底部设有若干组平行排列的力控制装置，所述力控制装置包括主加载杆、主加载油缸、压力传感器；在横架的底部设有若干组平行排列的力扰动装置，所述力扰动装置包括扰动力传感器、扰动油缸和扰动杆；工作台位于中部，工作台上均匀设有五排下加载鄂，下加载鄂上方配套设有上加载鄂，上下加载鄂之间通过定向轴承连接，上加载鄂和下加载鄂扣合后内部形成椭圆形的空腔，用于放置试件，防止试件受偏心荷载。

2.根据权利要求1所述的扰动影响下水平采空区多排群柱抗拉能力测试装置，其特征在于：所述的采空区为倾角小于5°的近水平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-充填柱组合群柱、矿柱-充填柱组合群柱、煤柱-混凝土柱组合群柱中的一种，所述群柱的截面为圆形或为矩形或为三角形或梯形的一种。

3.根据权利要求1所述的扰动影响下水平采空区多排群柱抗拉能力测试装置，其特征在于：所述下加载鄂焊接在工作台（6）上，能对1～25个试件同时进行抗拉能力测试，所述下加载鄂的长度和宽度分别为150mm、150mm；工作台的长度和宽度分别为1000mm、200mm。

4.根据权利要求1所述的扰动影响下水平采空区多排群柱抗拉能力测试装置，其特征在于：包括1~25组力控制装置，每组力控制装置包括了一个压力传感器（10）和主加载油缸（9）以及一个主加载杆（8），所述压力传感器通过控制电路与微机连接，能分别精确的控制每个试件的受力状态，实现对不同试件进行速度相同和不同的加载，用于模拟试件受力均匀和受力不均的情况。

5.根据权利要求1所述的扰动影响下水平采空区多排群柱抗拉能力测试装置，其特征在于：包括1~25组力扰动装置，每组力扰动装置包括扰动力传感器、扰动油缸（16）和扰动杆（17），扰动荷载通过试验机顶部的扰动油缸施加，再通过扰动杆作用在试样上，对试件施加波形为余弦波、三角波、方波形式的轴向扰动荷载。

6.根据权利要求1所述的扰动影响下水平采空区多排群柱抗拉能力测试装置，其特征在于：在上加载鄂中顶部中心位置设有半球座，将上压板传递下来的力集中在半球座与下加载鄂接触的一条直线上，使试件受力均匀。

7.根据权利要求1所述的扰动影响下水平采空区多排群柱抗拉能力测试装置，其特征在于：所述上压板有三种，根据实验需求选择上压板的类型，第一类为长度和宽度分别为5000mm、5000mm的整体型上压板，第二类为长度和宽度分别为1000mm、150mm的单排型上压板，第三类为长度和宽度分别为150mm、150mm的单体型上压板，第一类上压板用于研究多排试样共同承担上覆载荷的承载能力，第二类上压板用于研究单排试样共同承担上覆载荷的承载能力，第三类上压板用于同时测试多个试样的单轴承载能力。

8.一种扰动影响下水平采空区多排群柱抗拉能力测试方法，采用权利要求1~7任一项所述的扰动影响下水平采空区多排群柱抗拉能力测试装置，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：利用矿井原有地质技术资料，借助补充勘查技术手段，全面调研待测范围内水平采空区中遗留群柱的分布位置、形态和尺寸；

步骤二：基于步骤一获取的水平采空区遗留群柱的信息，确定进行试验的试样形状、尺寸以及数量；

步骤三：利用煤岩专用取芯机，借助多级变速手动给进的方式，钻取尺寸适当的试样，利用煤岩切割机将其切割打磨至试验所需的形状与尺寸；

步骤四：依次将试样安装在工作台上的下加载鄂上；

步骤五：在试件两端沿轴线方向画两条平行加载基线，将两根垫条沿着加载基线放置，通过上、下加载鄂固定；

步骤六：根据实验要求确定选择上压板的类型，测试多排试样共同承担上覆载荷的承载能力时选取第一类上压板，测试单排试样共同承担上覆载荷的承载能力时选取第二类上压板，同时测试多个试样的单轴承载能力时选取第三类上压板；

步骤七：将选取好的上压板放置在半球座上方，使上压板中心线与待测试样中心线位于同一平面上，以确保待测试样受力均匀；

步骤八：将每个传感器上力数值清零，进行预加载；

步骤九：预加载完成后分别设定每个液压推动轴的加载速度，进行加载；

步骤十：轴向加载至目标值时，根据试验需求利用扰动杆施加轴向的扰动荷载；

步骤十一：继续施加轴向荷载，测试多排试样共同承担上覆载荷的承载能力时加载至多排试样整体发生失稳；测试单排试样共同承担上覆载荷的承载能力时加载至每排试样整体发生失稳；同时测试多个试样的单轴承载能力时加载至每个试样全部发生失稳，或满足试验要求后停止加载；

步骤十二：加载完成后，通过液压油缸控制液压推动轴进行卸载，完成试验。