[发明专利]一种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（11）、保护环（12）、半球座（13）、上压盘（14）、定向轴承（15）；

试验机底座的四个角上设有四个保护环，每个保护环内部安装有一根机架，机架底部与试验机底座连接，顶部与横架连接，横架下方与若干个力控制装置连接，力控制装置包括压力传感器、液压油缸和液压推动轴，液压油缸固定于横架内部，每个液压推动轴连接一个上压盘；压力传感器设置在每个上压盘上方；工作台位于试验机底座中部，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，上加载鄂（4）和下加载鄂（3）之间通过定向轴承（15）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；一个工作台（6）上面设有位于同一中心线的五排下加载鄂（3），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；

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。

2.根据权利要求1所述的一种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；所述的群柱是截面为圆形的群柱，或截面为矩形的群柱，或截面为三角形或梯形的群柱。

3.根据权利要求1所述的一种水平采空区多排群柱抗拉能力测试装置，其特征在于：所述下加载鄂的长度和宽度分别为150mm、150mm；工作台的长度和宽度分别为1000mm、1000mm。

4.根据权利要求1所述的一种水平采空区多排群柱抗拉能力测试装置，其特征在于：在工作台上共设有1~25组力控制装置，每组力控制装置包括一个压力传感器（10）、液压油缸（9）以及一个液压推动轴（8）；每个上压盘（14）连接一个液压推动轴（8），液压推动轴由液压油缸进行控制调节，实现对不同试件进行速度相同或不同的加载，用于模拟试件受力均匀或受力不均的情况；所述压力传感器通过控制电路与微机连接，分别精确测试每个试件的受力状态。

5.根据权利要求1所述的一种水平采空区多排群柱抗拉能力测试装置，其特征在于：

所述上压板分为两种，所述装置用于测试多群柱抗拉试验时，采用长度和宽度分别为1000mm、1000mm的整体型上压板，用于研究多个煤柱试件共同承担上覆载荷的承载能力；所述装置用于单个柱的抗拉试验时，采用长度和宽度分别为150mm、150mm的单体型上压板，用于研究单个煤柱试件的承载能力。

6.一种水平采空区多排群柱抗拉能力测试方法，采用权利要求1~5任一项所述的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，确定进行试验的煤柱试件形状、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，钻取直径为50mm的圆柱，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：依次将煤柱试件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：根据实验需求选择上压板的类型，第一类上压板用于研究多个煤柱试件共同承担上覆载荷的承载能力，第二类上压板用于同时测试多个煤柱试件的单轴承载能力；

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煤柱试件中心线位于同一平面上，以确保待测煤柱试件受力均匀；

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：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。