[发明专利]一种固体充填材料压缩试验装置及方法

权利要求书

1.一种固体充填材料压缩试验装置，其特征在于，包括：模型箱，所述模型箱包括底板，在所述底板上围设有第一侧板、第二侧板、第三侧板及第四侧板，所述第一侧板、第二侧板、第三侧板及第四侧板围设的空间形成填料空间，用于模拟采空区，所述第一侧板与第三侧板相对，分别用于模拟采煤工作面上、下顺槽，所述第二侧板与第四侧板相对，所述第二侧板用于模拟开切眼煤壁，所述第四侧板上部两端分别活动连接于所述第一侧板与第三侧板上，且在与第二侧板的连线方向上可移动，所述第四侧板下部铰接于所述底板上，所述第四侧板外侧用于连接加载机构，在所述加载机构的推动下，所述第四侧板朝向所述第二侧板方向绕所述底板转动，以改变与底板的夹角，用于模拟实际充填过程中液压支架上的夯实机构以不同夯实角向固体充填材料施加侧向夯实力。

2.根据权利要求1所述的压缩试验装置，其特征在于，所述第四侧板为可伸缩结构板。

3.根据权利要求1或2所述的压缩试验装置，其特征在于，所述第一侧板、第二侧板及第三侧板顶部分别设有用于接高的连接部。

4.根据权利要求1所述的压缩试验装置，其特征在于，所述第一侧板、第二侧板、第三侧板及第四侧板的弹性模量大于固体填充材料的弹性模量。

5.根据权利要求1所述的压缩试验装置，其特征在于，所述第一侧板、第二侧板、第三侧板及第四侧板为高强度钢板制作。

6.一种固体充填材料压缩试验方法，其特征在于，基于权利要求1至5任一所述的固体充填材料压缩试验装置实施，所述方法包括步骤：

S10、根据实际充填开采中矿井工作面的采高、液压支架的夯实机构所能达到的最大夯实角及夯实机构最小长度与最大长度，确定所述压缩实验装置的各参数值，制作相应参数的压缩实验装置；其中，第一侧板、第二侧板、第三侧板及第四侧板围设的空间形成填料空间，用于模拟采空区，第一侧板、第二侧板、第三侧板及第四侧板的高度用于模拟工作面采高，第四侧板与底板的夹角用于模拟液压支架的夯实机构的夯实角；

S20、向所述填料空间中充填固体充填材料，模拟采空区的充填，在充填过程中，利用加载机构作用于第四侧板外表面，推动第四侧板朝向第二侧板方向绕底板转动，调整第四侧板与底板的夹角至第一角度，模拟实际充填过程中液压支架上的夯实机构以第一夯实角向采空区内的固体充填材料侧向夯实的过程；

S30、在夯实完成后，监测得到采空区内被压缩的固体填充材料第一体积变化率及应变-应力曲线。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在充填过程中，利用加载机构作用于第四侧板外表面，推动第四侧板朝向第二侧板方向绕底板转动，调整第四侧板与底板的夹角至第二角度，改变所述第四侧板与底板的夹角，模拟实际充填过程中液压支架上的夯实机构以不同的夯实角向采空区内的固体充填材料侧向夯实对固体填充材料的力学影响环境；

在夯实完成后，监测得到采空区内被压缩的固体填充材料第二体积变化率及应变-应力曲线；

根据每次得到的被压缩的固体填充材料体积变化率及应变-应力曲线，分析不同的夯实角对固体填充材料的力学影响。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：每次实验中，改变第一侧板、第二侧板、第三侧板及第四侧板的高度，加载机构，以模拟不同的工作面采高环境；

对应模拟的不同的工作面采高环境，重复步骤S20及S30，得到多个模拟不同的工作面采高环境下采空区内被压缩的固体填充材料的体积变化率及应变-应力曲线；

根据得到多个模拟不同的工作面采高环境下采空区内被压缩的固体填充材料的体积变化率及应变-应力曲线，分析不同的工作面采高对固体填充材料的力学影响。