权利要求
1.一种采空区矿柱稳定性模拟试验装置，包括底板(2)以及设置在底板(2)正上方的压板(3)，其特征在于：所述压板(3)的下表面上固定安装有多个压力传感器(15)，多个压力传感器(15)等间隔的分布在压板(3)的圆周方向上，所述压板(3)的上方设置有转动环(4)，所述转动环(4)的上表面转动安装有安装环(19)，所述安装环(19)通过多个支撑杆(18)与底板(2)固定连接，所述压板(3)的上表面固定安装有安装块(6)，所述安装块(6)上设置有第一球体(7)，该第一球体(7)体积的一半以上位于安装块(6)的内部，所述安装环(19)上固定安装有伸缩杆(5)，所述伸缩杆(5)的活动端与第一球体(7)固定连接;
所述转动环(4)上固定安装有多个液压杆(9)，多个液压杆(9)等间隔的分布在转动环(4)的圆周方向上;
所述安装环(19)上安装有驱动组件，该驱动组件能够驱动转动环(4)转动。
2.根据权利要求1所述的一种采空区矿柱稳定性模拟试验装置，其特征在于：所述驱动组件包括齿环(12)、电机(13)以及齿轮(14);
所述齿环(12)固定安装在转动环(4)的外侧边缘处，所述电机(13)固定安装在支撑杆(18)上，所述齿轮(14)固定安装在电机(13)的输出端上，所述齿轮(14)与齿环(12)保持啮合状态。
3.根据权利要求1所述的一种采空区矿柱稳定性模拟试验装置，其特征在于：每个所述液压杆(9)的活动端上均固定安装有安装头(10)，所述安装头(10)的内部转动设置有第二球体(11)，该第二球体(11)体积的一半以上位于安装头(10)的内部。
4.根据权利要求3所述的一种采空区矿柱稳定性模拟试验装置，其特征在于：所述压板(3)的下方设置有提升环(16)，其中一个安装头(10)通过连接杆(17)与提升环(1)。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及采矿工程检测技术领域，具体为一种采空区矿柱稳定性模拟试验装置。
背景技术
[0002]在采矿工程领域，采空区矿柱作为维持采场稳定的关键承重结构，其稳定性直接关系到矿山开采的安全与效率。随着采矿深度的增加和开采范围的扩大，采空区上方岩层易发生塌陷，对矿柱产生复杂的作用力，一旦矿柱失稳破坏，将引发严重的安全事故和经济损失。因此，在矿山开采前及开采过程中，对采空区矿柱的稳定性进行模拟检测至关重要，其检测结果是制定采矿方案和安全防护措施的核心依据。
[0003]目前，行业内常用的采空区矿柱稳定性模拟试验装置多采用垂直加压的方式对矿柱试样进行检测。这类装置通常包括底板、压板及液压驱动组件，通过液压杆带动压板垂直下压矿柱，利用压力传感器监测矿柱的承载能力。然而，实际采矿区塌陷时，岩层对矿柱的作用力并非单纯的垂直力，由于岩层塌陷范围、塌陷速度及岩层自身结构的差异，力的重心会施加在矿柱的不同位置，形成非对称的载荷作用。
[0004]现有装置仅能实现垂直方向的均匀加压，无法模拟塌陷过程中力的重心偏移现象，导致模拟检测的还原度较低。其检测结果仅能反映矿柱在理想垂直载荷下的稳定性，与实际工况存在较大偏差，难以准确评估矿柱在真实塌陷环境下的承载性能。若依据此类检测结果制定采矿方案，可能因对矿柱稳定性的误判，增加采空区坍塌的风险，威胁采矿人员的生命安全，同时造成矿产资源的浪费和开采成本的上升。因此，研发一种能够模拟力的重心在矿柱不同位置作用的试验装置，提高矿柱稳定性检测的还原度，成为当前采矿工程领域亟待解决的技术问题。
发明内容
[0005]针对现有技术的不足，本发明提供一种采空区矿柱稳定性模拟试验装置。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种采空区矿柱稳定性模拟试验装置，包括底板以及设置在底板正上方的压板，所述压板的下表面上固定安装有多个压力传感器，多个压力传感器等间隔的分布在压板的圆周方向上，所述压板的上方设置有转动环，所述转动环的上表面转动安装有安装环，所述安装环通过多个支撑杆与底板固定连接，所述压板的上表面固定安装有安装块，所述安装块上设置有第一球体，该第一球体体积的一半以上位于安装块的内部，所述安装环上固定安装有伸缩杆，所述伸缩杆的活动端与第一球体固定连接;
[0007]所述转动环上固定安装有多个液压杆，多个液压杆等间隔的分布在转动环的圆周方向上;
[0008]所述安装环上安装有驱动组件，该驱动组件能够驱动转动环转动。
[0009]优选地，所述驱动组件包括齿环、电机以及齿轮;所述齿环固定安装在转动环的外侧边缘处，所述电机固定安装在支撑杆上，所述齿轮固定安装在电机的输出端上，所述齿轮与齿环保持啮合状态。
[0010]优选地，每个所述液压杆的活动端上均固定安装有安装头，所述安装头的内部转动设置有第二球体，该第二球体体积的一半以上位于安装头的内部。
[0011]优选地，所述压板的下方设置有提升环，其中一个安装头通过连接杆与提升环。
[0012]与现有技术相比，本发明提供了一种采空区矿柱稳定性模拟试验装置，具备以下有益效果：
[0013]1、装置通过驱动组件带动转动环转动，可调整液压杆在矿柱上方的作用位置，结合单液压杆加压实现力的重心偏移模拟，完美复现采矿区塌陷时岩层对矿柱的非对称载荷作用。相比传统垂直加压装置，能更真实反映矿柱实际受力状态，为稳定性评估提供与现场工况高度契合的试验数据，降低因模拟偏差导致的安全误判风险。
[0014]2、装置既可通过单液压杆转动调整实现矿柱不同位置的单点加压检测，又能启动多个液压杆同步加压完成垂直载荷检测，满足不同检测场景需求。同时，第一球体与第二球体的配合设计，使压板可随受力情况自适应微调角度，进一步提升非对称载荷下压力传递的准确性，为研究矿柱各部位承载特性提供全面的试验手段。
[0015]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
[0016]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0017]图1为本发明的结构示意图;
[0018]图2为本发明中压板、转动环、伸缩杆、安装块、第一球体以及安装环的结构示意图;
[0019]图3为本发明中压板下表面的结构示意图。
[0020]图中：1、矿柱;2、底板;3、压板;4、转动环;5、伸缩杆;6、安装块;7、第一球体;8、固定架;9、液压杆;10、安装头;11、第二球体;12、齿环;13、电机;14、齿轮;15、压力传感器;16、提升环;17、连接杆;18、支撑杆;19、安装环。
具体实施方式
[0021]以下结合附图1至图3对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0022]需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0023]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0024]请结合图1至图3所示，本发明公开了一种采空区矿柱稳定性模拟试验装置，用于对采空区矿柱的稳定性进行精准模拟检测，其具体结构及实施方式如下。
[0025]该采空区矿柱稳定性模拟试验装置主要包括底板2、压板3、转动环4、安装环19、压力传感器15、伸缩杆5、液压杆9、驱动组件以及辅助连接部件等，各部件协同配合实现对矿柱1不同状态下的稳定性检测。
[0026]底板2作为装置的基础支撑部件，用于承载整个试验装置及待检测的矿柱1。在底板2的正上方设置有压板3，压板3与底板2呈平行状态分布，其作用是将检测过程中的压力传递至矿柱1。在压板3的下表面上固定安装有多个压力传感器15，多个压力传感器15等间隔地分布在压板3的圆周方向上，通过压力传感器15能够实时监测压板3施加给矿柱1不同位置的压力数值，为稳定性分析提供精准的数据支持。
[0027]在压板3的上方设置有转动环4，转动环4的上表面转动安装有安装环19，安装环19通过多个支撑杆18与底板2固定连接。支撑杆18均匀分布在安装环19的圆周方向上，其一端与安装环19的下表面固定连接，另一端垂直向下延伸并与底板2的上表面固定连接，从而实现对安装环19的稳定支撑，同时保证转动环4能够以安装环19为支撑进行顺畅转动。
[0028]在压板3的上表面固定安装有安装块6，安装块6上设置有第一球体7，该第一球体7体积的一半以上位于安装块6的内部，即第一球体7部分嵌入安装块6中，且能够在安装块6内进行一定角度的转动。在安装环19通过固定架8固定安装有伸缩杆5，伸缩杆5的活动端与第一球体7固定连接。
[0029]在转动环4上固定安装有多个液压杆9，多个液压杆9等间隔地分布在转动环4的圆周方向上，液压杆9的轴线方向垂直向下设置，其固定端与转动环4固定连接，活动端朝下设置，用于对压板3施加压力。每个液压杆9的活动端上均固定安装有安装头10，安装头10的内部转动设置有第二球体11，该第二球体11体积的一半以上位于安装头10的内部，第二球体11的设置能够适应对压板3施加压力时压板3小幅度偏转。
[0030]安装环19上安装有驱动组件，该驱动组件能够驱动转动环4转动。驱动组件包括齿环12、电机13以及齿轮14。其中，齿环12固定安装在转动环4的外侧边缘处，齿环12的轴线与转动环4的轴线相重合;电机13固定安装在支撑杆18上，电机13的输出端朝向齿环12设置;齿轮14固定安装在电机13的输出端上，齿轮14与齿环12保持啮合状态。当电机13启动时，其输出端带动齿轮14转动，齿轮14通过与齿环12的啮合作用驱动转动环4绕自身轴线转动，从而实现对液压杆9位置的调整。
[0031]在压板3的下方设置有提升环16，其中一个安装头10通过连接杆17与提升环16固定连接。提升环16呈环形结构，其内径大于矿柱1的直径，确保在检测过程中不会与矿柱1发生干涉，主要用于在压板3未接触矿柱1时对压板3进行支撑。
[0032]当需要以不同的位置对矿柱1进行检测时，首先将待检测的矿柱1放置在底板2的中心位置。然后启动其中一个与连接杆17连接的液压杆9，该液压杆9的活动端伸出，由于此时压板3的下表面未接触到矿柱1的顶端，压板3由提升环16支撑，随着液压杆9活动端的持续伸出，提升环16带动压板3逐渐下降，直至压板3的下表面与矿柱1的顶端接触。此时，继续控制该液压杆9的活动端伸出，液压杆9的端部便通过第二球体11对压板3施加压力，压力传感器15实时监测并记录压力数据，完成该位置的检测。
[0033]当需要对矿柱1不同的位置进行检测时，停止当前工作的液压杆9，控制其活动端收回至初始位置。然后启动电机13，电机13驱动齿轮14进行转动，齿轮14与齿环12啮合，从而带动转动环4开始转动。根据检测需求调整转动环4的转动角度，使得液压杆9转动至矿柱1的目标检测位置，随后关闭电机13，转动环4停止转动，即可启动液压杆9对矿柱1继续检测。
[0034]当需要对矿柱1施加垂直的作用力进行检测时，将矿柱1放置在底板2中心位置后，同时启动多个液压杆9，通过控制系统控制多个液压杆9的活动端同步下降。由于多个液压杆9等间隔分布在转动环4的圆周方向上，且同步施加压力，此时压板3不会偏转倾斜，保持水平状态下压矿柱1。压力传感器15实时监测各位置的压力数据，从而实现对矿柱1在垂直压力作用下稳定性的检测。
[0035]通过上述结构及实施方式，该采空区矿柱稳定性模拟试验装置能够实现对矿柱不同位置及垂直方向的稳定性检测，操作便捷，检测数据精准，为采空区矿柱的稳定性评估提供可靠的试验依据。
[0036]以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制;凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明;但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例;同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
说明书附图(3)
