[发明专利]双轴加载下水平采空区单排群柱承载力的测试装置与方法

权利要求书

1.一种双轴加载下水平采空区单排群柱承载力的测试装置，其特征在于：包括试验机底座（1）、机架（2）、下压盘（3）、上压盘（4）、上压板（5）、工作台（6）、横架（7）、竖向力加载装置、保护环（12）、竖向推动轴外壳（13）、螺钉（15）、水平力加载装置、侧架（19）、伸缩立柱（20）、滑轮（21）、滑轨（22）；

试验机底座上设有四个固定环，每个固定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，在底座两侧设有滑轨，侧架通过伸缩立柱与底座滑动连接；在横架下部和侧架的内侧分别设有竖向力加载装置和水平力加载装置，竖向力加载装置包括竖向液压推动轴（8）、竖向液压泵（9）、压力传感器（10）；水平力加载装置包括横向液压推动轴（16）、横向液压泵（18）、压力传感器（10）；

工作台上面安装有下压盘，试样位于下压盘和上压板之间，试样侧面与横向压板接触，水平力加载装置通过横向压板作用于试样，竖向力加载装置通过上压盘、上压板作用于试样。

2.根据权利要求1所述的一种双轴加载下水平采空区单排群柱承载力的测试装置，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所述的一种双轴加载下水平采空区单排群柱承载力的测试装置，其特征在于：底座（1）上设有四个保护环（12），每个保护环（12）内部安装有一根机架（2），侧架（19）通过伸缩立柱（21）与滑轮（21）安装在滑轨（22）上，滑轨（21）固定在底座（1）上。

4.根据权利要求1和3所述的一种双轴加载下水平采空区单排群柱承载力的测试装置，其特征在于：所述的工作台（6）的长度、宽度和高度分别为2000mm、400mm和400mm，工作台（6）上面安装有五个位于同一中心线的下压盘（3），下压盘通过螺钉（15）固定在工作台（6）上，可同步监测1～5个试件的单轴承载能力；下压盘的上端直径为150mm，下端直径为300mm。

5.根据权利要求1所述的一种双轴加载下水平采空区单排群柱承载力的测试装置，其特征在于：在横架下部设有五组力加载装置，在侧架的内侧横向设有十组力加载装置，每组力加载装置内部均设有一个压力传感器（10），所述压力传感器通过控制电路与微机连接，可以分别精确控制每个试件的受力状态。

6.根据权利要求1所述的一种双轴加载下水平采空区单排群柱承载力的测试装置，其特征在于：每个上压盘（4）连接一个竖向液压推动轴（8），用于对不同试件进行速度相同和不同的加载，用于模拟试件竖向受压力均匀和受压力不均的情况；每个横向压板（17）连接一个横向液压推动轴（16），用于对不同试件进行速度相同和不同的加载，用于模拟试件横向受压力均匀和受压力不均的情况。

7.根据权利要求1所述的一种双轴加载下水平采空区单排群柱承载力的测试装置，其特征在于：所述上压板分为两种，一种是矩形板，用于研究多个试样共同承担上覆载荷的承载能力，另一种是正方形板，用于同时研究单个试样的承载能力。

8.一种双轴加载下水平采空区单排群柱承载力的测试方法，采用权利要求1~7任一项所述的双轴加载下水平采空区单排群柱承载力的测试装置，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，借助补充勘查等技术手段，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压盘上；

步骤五：根据实验要求确定选择上压板的类型，测试多个试样共同承担上覆载荷的承载能力时选取第一类矩形板，同时测试多个试样的单轴承载能力时选取第二类正方形板并安装；

步骤六：将每个压力传感器上力数值清零，进行竖向预加载；

步骤七：设定横向施加荷载的大小并通过横向液压泵控制横向液压推动轴加载至目标值；

步骤八：横向加载完成后分别设定每个竖向液压推动轴的加载速度，进行加载；

步骤九：加载完成后，通过竖向液压泵（9）控制竖向液压推动轴（8）、横向液压泵（18）控制横向液压推动轴（16）进行卸载，完成试验。