[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

说明书

本发明公开了一种水平采空区多排群柱抗拉能力测试装置与方法，该装置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，每个液压推动轴连接一个上压盘；压力传感器设置在上压盘上方；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，上加载鄂和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。本发明通过多个液压推动轴可以实现多群柱的均匀和非均匀载荷的加载，研究多群柱体系的抗拉能力。

技术领域

本发明涉及一种水平采空区多排群柱抗拉能力测试装置与方法，主要适应于多个煤、岩、充填体、混凝土、煤-充、岩-充煤柱试件同步加载的装置与方法，属于采矿岩石力学试验技术领域。

背景技术

由于旧采时期开采方法的落后，我国许多矿井中形成了大量的遗留煤柱，主要包括：刀柱式遗留煤柱、房柱式遗留煤柱、条带式遗留煤柱、短壁式遗留煤柱、巷采式遗留煤柱、仓房式遗留煤柱、跳采式遗留煤柱等，其在空间上密集分布、形态各异、相互影响、错综复杂且尺寸不一，以群落的形式组合形成煤柱群。同样地，在金属矿开采时采空区中也会形成矿柱群柱，来承载覆岩载荷并保障采场的长期稳定性。

充填开采可以有效控制覆岩运动与地表沉陷。近年来，为了解决充填材料来源不足和成本较高等技术难题，部分充填、巷旁充填、条带充填、墩柱充填、局部充填、短壁充填、带状充填、间隔充填、柱旁充填、结构充填、功能充填和骨架式充填等技术方法，在许多矿井推广应用。上述充填开采技术难免在采空区中留设有不同尺寸/形态的充填柱（混凝土柱），且以群柱的形式分布，组合形成了充填体群柱或混凝土群柱。

本发明将上述煤柱群、矿柱群、充填柱群和混凝土群统称为“群柱”。采场群柱留设的初衷是为了承担上覆岩层荷载，并且保障采空区的长期稳定性。采场群柱的长期稳定性是一个值得关注的科学问题。然而，在覆岩载荷、扰动载荷、矿井水侵蚀、硫酸盐腐蚀、氯盐腐蚀和自然风化等耦合作用下，采场群柱的承载能力会逐渐减弱，可能引发群柱体系的失稳，导致覆岩垮塌，地表沉陷等灾害，给煤炭资源安全高效开采带来重大安全隐患。

采场群柱独立个体之间存在着相互影响，覆岩载荷和扰动荷载等并非由采场单一柱体来承担，主要通过群柱体系共同进行承担。如果一个柱体局部发生失稳破坏，覆岩载荷与扰动荷载就会发生转移，进而导致相邻群柱的失稳破坏，并引发采场群柱的“多米诺骨牌”链式失稳。因此，非常有必要测试采场群柱体系的整体承载能力。目前，现场监测采场群柱的整体承载能力难以实现，只能依靠试验室小尺寸群柱煤柱试件来测试。传统的试验机只能对单个柱体煤柱试件进行加载，无法对群柱煤柱试件进行加载。

综上，亟需开发一种采场群柱整体拉应力的测试装置方法，从而获取采场群柱系统的整体承载能力，得到群柱个体之间的相互影响关系，为揭示采场群柱的链式失稳响应特征与机理奠定基础，对研发采场群柱链式失稳防控技术提供指导。聚焦水平采空区单排群柱，本发明拟提出一种水平采空区多排群柱抗拉能力测试装置与方法。

发明内容

本发明旨在提供一种水平采空区多排群柱抗拉能力测试装置与方法，用于实现多个煤、岩、充填体、混凝土、煤-充、岩-充煤柱试件同步加载，得到群柱个体之间的相互影响关系，为揭示采场群柱的链式失稳响应特征与机理奠定基础，对研发采场群柱链式失稳防控技术提供指导。

本发明提供了一种水平采空区多排群柱抗拉能力测试装置，包括：试验机底座、机架、下加载鄂、上加载鄂、上压板、工作台、横架、力控制装置、保护环、半球座、上压盘、定向轴承；