[发明专利]一种水平采空区多排群柱单轴承载能力的测试装置与方法

权利要求书

1.一种水平采空区多排群柱单轴承载能力的测试装置，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）、液压推动轴（8）、液压泵（9）、压力传感器（10）、力控制装置（11）、保护环（12）、推动轴外壳（13）、螺钉（14）；

底座上设有四个保护环，每个保护环内部安装有一根机架，机架下端与底座连接，上端与横架连接，横架下方连接一系列平行等间距的推动轴外壳，横架底部设有若干个力控制装置，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，每个上压盘上方安装有一个压力传感器；底座上方中部设有工作台，工作台上设有下压盘，与液压推动轴底部设置的上压盘一一对应设置，上压盘下方设置上压板，试样设置在上压板与下压盘之间。

2.根据权利要求1所述的一种水平采空区多排群柱单轴承载能力的测试装置，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：遗留煤柱群、矿柱群、充填柱群、煤柱-充填柱组合群柱、矿柱-充填柱组合群柱；群柱的截面为圆形或矩形或三角形或梯形中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种水平采空区多排群柱单轴承载能力的测试装置，其特征在于：共有1~25组力控制装置，所述力控制装置包括液压推动轴、液压泵、压力传感器；每组力控制装置的内部都设有一个压力传感器（10），所述压力传感器（10）通过控制电路与微机连接，分别精确控制每个试件的受力状态。

4.根据权利要求1所述的一种水平采空区多排群柱单轴承载能力的测试装置，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）上面安装有五排位于同一中心线的下压盘（3），分别与五排力控制装置对应设置，下压盘通过螺钉（14）固定在工作台（6）上，可同步监测1～25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所述的一种水平采空区多排群柱单轴承载能力的测试装置，其特征在于：所述的测试装置中每个上压盘（4）连接一个液压推动轴（8），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。

6.根据权利要求1所述的一种水平采空区多排群柱单轴承载能力的测试装置，上压板分为两类，第一类为长度和宽度分别为1000mm、1000mm的整体型上压板，第二类为长度和宽度分别为150mm、150mm的单体型上压板，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上压板，同时测试多个试样的单轴承载能力时选取第二类上压板。

7.一种水平采空区多排群柱单轴承载能力的测试方法，采用权利要求1~6任一项所述的水平采空区多排群柱单轴承载能力的测试装置，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，圆柱形试样直径不超过150mm，方形试样长度和宽度不超过150mm；

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上压板，同时测试多个试样的单轴承载能力时选取第二类上压板；

步骤六：将选取好的上压板放置在待测试样上方，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；

步骤七：将每个传感器上力数值清零，进行预加载；

步骤八：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；

步骤九：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。