[发明专利]条带煤柱稳定性试验装置及试验方法

说明书

本发明提出一种条带煤柱稳定性试验装置及试验方法，条带煤柱稳定性试验装置包括试验箱体、加载单元、试验架以及供水单元，试验箱体包括下板、后侧板、前侧板、左侧板、右侧板和上板，加载单元包括液压组件、左压头、右压头、上压头、加压箱和水囊，试验架包括左立柱、右立柱和横梁，左压头连接左立柱，左压头的活柱连接左侧板，右压头连接右立柱，右压头的活柱连接右侧板，上压头连接横梁，上压头的活柱连接上板，供水单元连接水囊和水接头。本发明的有益效果为：结构牢固，组装简单，操作方便，模拟条带开采过程，试验得到的数据准确；模拟条带开采过程并获取条带开采中的数据，对条带煤柱的稳定性进行定量分析。

技术领域

本发明涉及煤矿开采试验设备技术领域，特别是涉及一种条带煤柱稳定性试验装置及试验方法。

背景技术

随着城市建设的发展和煤炭开采强度的提高，我国建筑物下、水体下、铁路下的“三下”压煤量已迅速增大，条带开采是解决“三下”压煤的有效途径之一。条带开采是在开采范围内沿煤层走向或倾向划分一定尺寸的条带，采出一条、保留一条，采出条带与保留条带相间排列，依靠保留条带煤柱支撑上覆岩层，以减少上覆岩层的沉陷，控制岩层的移动，减少采动损害，实现对地表建(构)筑物、地形、地貌及地下结构保护的目的。采矿工程实践中，一方面，要求条带煤柱长期有效地支撑上覆岩层，但在相邻工作面推采完毕后，随着时间的推移，由于流变作用的影响，条带煤柱的强度会随上覆岩层作用的时间延长而降低；另一方面，为了减少资源浪费提高煤炭回收率，需要充分利用条带煤柱的支承能力，开采以前“三下”开采时留设的煤柱，与此同时，随着采深的增加，留设的煤柱也会越来越大，煤柱的受力状态、空间系统结构、力学性质均发生了极大的甚至本质的变化。现有技术中对条带煤柱的研究采用的方法主要有理论分析、数值计算、现场观测和室内试验。理论分析和数值计算忽略大量现场不确定因素，误差较大；现场观测开采完毕后的条带煤柱需再次进入采空区，困难较大，存在一定危险性；室内试验主要采用MTS伺服机进行单轴或者三轴煤岩压缩试验，主要研究煤岩体的强度，忽略了煤岩体的尺寸效应和煤层开采中采场水的耦合作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种条带煤柱稳定性试验装置及试验方法以模拟条带开采过程并对条带煤柱的稳定性进行定量分析。

本发明提供一种条带煤柱稳定性试验装置，包括试验箱体、加载单元、试验架以及供水单元，试验箱体包括下板、后侧板、前侧板、左侧板、右侧板和上板，下板固定连接后侧板，后侧板经螺栓连接由透明材料制作的前侧板，加载单元包括液压组件、左压头、右压头、上压头、加压箱和水囊，液压组件液压连接左压头、右压头和上压头，加压箱包括渗流板、加压上板、支撑条板和加压条板，渗流板上开设有渗流孔，加压上板上固定连接有水接头，支撑条板与渗流板、加压上板的内表面固定连接，加压条板与渗流板、加压上板的四周固定连接，试验架包括左立柱、右立柱和横梁，横梁与左立柱、右立柱固定连接，左压头装配连接左立柱，左压头的活柱装配连接左侧板，右压头装配连接右立柱，右压头的活柱装配连接右侧板，上压头装配连接横梁，上压头的活柱装配连接上板，供水单元经水路连接水囊和水接头。

进一步的，加压条板包括加压左条板、加压右条板、加压前条板和加压后条板，加压左条板和加压右条板上固定连接有半圆柱体过渡板，过渡板的外表面装配连接有橡胶垫，加压前条板和加压后条板开设有凹槽，凹槽内装配连接有圆柱体橡胶条。

进一步的，左侧板的左边沿、右边沿和下边沿开设有凹槽，凹槽内装配连接有圆柱体橡胶条，右侧板的左边沿、右边沿和下边沿开设有凹槽，凹槽内装配连接有圆柱体橡胶条。

进一步的，左侧板或右侧板开设有试验连接孔。

进一步的，液压组件包括经液压管路串接的液压油箱、液压马达、液压阀门和液压表。

进一步的，供水单元包括经水路串接的水箱、水压力泵、水压表和水压阀门。

进一步的，前侧板由有机玻璃材料制成。