[发明专利]扰动影响下倾斜采空区多排群柱单轴承载测试装置与方法

权利要求书

1.一种扰动影响下倾斜采空区多排群柱单轴承载测试装置，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）、挡板（11）、保护环（12）、固定环（14）、刻度线（16），固定螺栓（17）、弧形卡块（18）、定位槽（21）、固定块（22）、加载装置；所述加载装置由力控制装置、力扰动装置组成；

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（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若干个定位槽，各定位槽之间用挡板隔开，能对若干个煤柱试样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、下滑动卡座的外缘上设有刻度线（16），能精确地调控角度，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，通过弧形卡块与上、下压盘的固定块连接固定；

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；

在工作台底部设有力控制装置，所述力控制装置包括液压推动轴（8）、液压油缸（9）、压力传感器（10）；力控制装置通过液压推动轴作用于下压盘；所述压力传感器通过控制电路与微机连接，分别精确地控制每个煤柱试样的受力状态；液压推动轴由液压油缸进行控制调节，实现对不同煤柱试样进行速度相同或不同的加载，用于模拟煤柱试样受力均匀和受力不均的情况；在横架的底部设有力扰动装置，所述力扰动装置包括扰动力传感器、扰动油缸和扰动杆；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，对煤柱试样施加波形为余弦波、三角波、方波形式的轴向扰动荷载；所述力扰动装置通过上压盘作用于煤柱试样上。

2.根据权利要求1所述的扰动影响下倾斜采空区多排群柱单轴承载测试装置，其特征在于：群柱包括：所述的采空区为倾角为-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-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所述的扰动影响下倾斜采空区多排群柱单轴承载测试装置，其特征在于：

下压盘（3）上面设有1~5排定位槽（21），每排包括五个定位槽，用于放置煤柱试样，每排定位槽（21）中心点位于同一直线上，定位槽的形状与煤柱试样形状相对应；下压盘（3）上面设有1~5排固定槽，用于放置挡板（11），所述定位槽通过挡板隔开，保证煤柱试样在装置旋转过程中不会滑落。

4.根据权利要求1所述的扰动影响下倾斜采空区多排群柱单轴承载测试装置，其特征在于：其特征在于：所述挡板的长度、宽度和高度分别为1300mm、5mm、90mm；上滑动卡座和下滑动卡座的长度和宽度分别为1000mm、1500mm。

5.一种扰动影响下倾斜采空区多排群柱单轴承载测试方法，采用权利要求1~4任一项所述的扰动影响下倾斜采空区多排群柱单轴承载测试装置，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倾斜采空区中遗留群柱的分布位置、形态和尺寸；

步骤二：基于步骤一获取的倾斜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：依次将试样安装在下压盘上的定位槽中；

步骤五：为防止试样在装置旋转过程中滑落，先在固定槽中放置挡板；然后通过调节固定滚轴在弧形槽上位置，弧形卡块带动固定环以及上下滑动卡座进行旋转，进而将加载试样旋转至目标角度；

步骤六：装置旋转至目标角度固定后，将每个传感器上力数值清零，进行预加载；

步骤七：预加载完成后设定主加载杆的加载速度，将挡板拆除后再进行加载；

步骤八：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；

步骤九：施加扰动荷载之后继续施加轴向荷载，直至多排试样发生失稳或满足试验要求后停止加载；

步骤十：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。