CN112903463B - 双轴静力-扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双轴静力‑扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置和方法。该装置可实现对1‑5个试件的变角度同步加载，底座上设有四个保护环，每个保护环内部安装有一根机架，机架的底端与底座连接，顶端与横架连接，在底座两侧设有滑轨，侧架通过伸缩立柱与滑轮安装在滑轨上，在工作台底部设有竖向力加载装置，侧架的内侧分别设有横向力加载装置，在横架的底部设有力扰动装置，试样上方为上滑动卡座、上压盘，试样底部为下滑动卡座。本发明可以实现多个煤、岩、充填体、混凝土、煤‑充、岩‑充试件的同步加载，可以获取扰动加载条件下倾斜采空区单排群柱系统的双轴承载能力，得到倾斜采空区群柱个体之间的相互影响关系。

Description

双轴静力-扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置与方法

技术领域

发明涉及一种双轴静力-扰动应力耦合作用下倾斜采空区单排群柱承载能力的测试装置与方法，主要适应于多个煤、岩、充填体、混凝土、煤-充、岩-充试样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，并在许多矿井应用推广。上述充填开采技术方法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，有时为了维护采空区遗留煤柱的稳定性，常采用柱旁充填的方式，这相当于给煤柱施加了一个横向载荷，使之成为双向受压状态。

本文将上述煤柱群、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、矿井水浸蚀、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。

采空区遗留群柱除了受到上覆荷载的静载之外，还会受到强烈的外界扰动作用，这些扰动作用严重威胁着工程人员的人身安全以及工程质量，传统的试验机无法研究扰动下遗留群柱的双轴承载能力。但传统的试验机只能对单个煤柱进行加载，无法对多群柱进行双轴加载，无法研究进行柱旁充填后群柱体系对上覆载荷的承担能力。

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试样来测试。传统的试验机只能对单个柱体试样进行加载，无法对群柱试样进行加载。实际工程中，煤层通常带有一定倾角，并不是水平分布，因此研究变角度下群柱体系承载能力是十分必要的，但传统试验机无法研究变角度下群柱体系的双轴承载能力。

综上，亟需开发一种采场群柱整体承载能力的测试装置方法，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。聚焦倾斜采空区单排群柱，本发明拟提出一种双轴静力-扰动应力耦合作用下倾斜采空区单排群柱承载能力的测试装置与方法。

发明内容

本发明旨在提供一种双轴静力-扰动应力耦合作用下倾斜采空区单排群柱承载能力的测试装置与方法，具体是一种用于多个煤、岩、充填体、混凝土、煤-充、岩-充试件同步加载的装置，可以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。

本发明提供了一种双轴静力-扰动应力耦合作用下倾斜采空区单排群柱承载能力的测试装置，包括：试验机底座、机架、下压盘、上压盘、上滑动卡座、下滑动卡座、横架、主加载杆、主加载油缸、压力传感器、挡板、保护环、扰动力传感器、固定环、固定槽、刻度线，固定螺栓、弧形卡块、固定滚轴、弧形槽、定位槽、横向液压推动轴、横向压板、侧压盘、侧滑动卡座、伸缩立柱、滑轮、滑轨、固定块、加载装置，所述加载装置包括竖向力加载装置、力扰动装置和横向力加载装置；

底座上设有四个保护环，每个保护环内部安装有一根机架，机架的底端与底座连接，顶端与横架连接，在底座两侧设有滑轨，两个侧架通过伸缩立柱与滑轮安装在滑轨上，滑轨固定在底座上；在工作台底部设有竖向力加载装置，所述力加载装置包括主加载杆、主加载油缸、压力传感器；侧架的内侧分别设有横向力加载装置，横向力加载装置包括横向液压推动轴、横向压板、横向加载油缸、横向力传感器；在横架的底部设有力扰动装置，所述力扰动装置包括扰动力传感器、扰动油缸和扰动杆；

试样上方为上滑动卡座、上压盘，上滑动卡座上部与上压盘连接，上压盘与力扰动装置连接，试样底部为下滑动卡座，下滑动卡座与下压盘连接；下压盘固定在工作台上并与竖向力控制装置连接；所述上滑动卡座、下滑动卡座和侧滑动卡座外缘上都设有刻度线，可以精确地调控倾斜角度。

优选地，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-充填柱组合群柱等，不仅适用于截面为圆形的群柱，也适用于截面为矩形的群柱，更适用于截面为三角形或梯形的群柱。

优选地，所述装置与方法适用于倾角为-50°~50°的煤层开采以后形成的采空区。

优选地，所述下压盘上面设有五个定位槽，用于放置试件，每个定位槽中心点位于同一直线上，定位槽的形状与试件形状相对应。

优选地，所述下压盘上面设有五个固定槽，用于放置挡板，保证试件在装置旋转过程中不会滑落。

优选地，所述挡板的长度、宽度和高度分别为300mm、5mm、90mm；上滑动卡座和下滑动卡座的长度和宽度分别为1000mm、400mm。

优选地，上滑动卡座、下滑动卡座、侧滑动卡座的外侧设有固定环，固定环的中部设有固定螺栓，将上、下、侧滑动卡座分别与固定环连接；固定环外侧设有弧形卡块，通过弧形卡块与上压盘、下压盘、侧压盘的固定块连接固定。进一步地，所述固定环分别设置在上压盘与上滑动卡座之间、下压盘与下滑动卡座之间、侧压盘与侧滑动卡座之间，上压盘、下压盘、侧压盘与固定环之间通过弧形卡块连接固定，弧形卡块在上压盘与固定环之间、下压盘与固定环之间均为相同结构，弧形卡块的前、后端各设有一个固定滚轴，在上压盘的底部、下压盘的顶部分别设置固定块，固定块内设有一个内部空心的弧形槽，其空心部位用来放置弧形卡块，弧形槽的上底面和下底面分别为凹槽型面，其中每个小凹槽对应的圆心角为2°，固定滚轴位于弧形槽的上底面和下底面之间，通过旋转固定滚轴与弧形槽配合，调控装置旋转角度，模拟倾斜采空区的倾斜角度。

本发明中，在竖直方向和水平方向分别设置了五组和十组力控制装置，竖直方向设有五组，分别固定在工作台底部，水平方向在试件两侧各设有五组，固定在侧架的内部，所述力控制装置包括压力传感器、主加载油缸以及主加载杆，主加载油缸控制主加载杆给上压盘施加载荷；每个横向压板连接一个横向液压推动轴，可实现对不同试件进行速度相同和不同的加载，用于模拟试件横向受压力均匀和受压力不均的情况。

在横梁底部设有力扰动装置，包括了一个扰动力传感器和扰动油缸以及一个扰动杆，扰动荷载通过试验机顶部的扰动油缸施加，在通过扰动杆作用在试样上，可对试件施加波形为余弦波、三角波、方波形式的轴向扰动荷载。

优选地，每个横向压板连接一个横向液压推动轴，可实现对不同试件进行速度相同和不同的加载，用于模拟试件横向受压力均匀和受压力不均的情况。

优选地，所述侧压盘通过伸缩立柱与滑轮安装在滑轨上，滑轨固定在底座上，所述侧压盘可根据实际需求通过伸缩立柱调节高度，通过滑轨调节位置。

优选地，所述装置既可以测试水平群柱体系双轴承载能力，也可以测试变角度下群柱体系双轴承载能力；能够研究单个煤、岩、充填体、混凝土、煤-充、岩-充试样的双轴承载能力，也可以研究多个煤、岩、充填体、混凝土、煤-充、岩-充试样群柱体系的双轴承载能力。

优选地，所述装置操作步骤包括：

步骤一：利用矿井原有地质技术资料，借助补充勘查等技术手段，全面调研待测范围内倾斜采空区中遗留群柱的分布位置、形态和尺寸等。

步骤二：基于步骤一获取的倾斜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。

步骤四：依次将试样安装在下压盘上的定位槽中；

步骤五：为防止试样在装置旋转过程中滑落，先在固定槽中放置挡板；然后通过调节固定滚轴在弧形槽上位置，弧形卡块带动固定环以及上下滑动卡座以及侧滑动卡座进行旋转，进而可以将加载试样旋转至目标角度；

步骤六：将每个压力传感器上力数值清零，进行竖向预加载；

步骤七：设定横向施加荷载的大小并通过横向液压泵控制横向液压推动轴加载至目标值；

步骤八：横向加载完成后分别设定每个竖向液压推动轴的加载速度，进行加载；

步骤九：轴向加载至目标值时，根据试验需求利用扰动杆施加轴向的扰动荷载；

步骤十：施加扰动荷载之后继续施加轴向荷载，直至试样发生失稳或满足试验要求后停止加载；

步骤十一：加载完成后，通过竖向液压泵控制竖向液压推动轴、横向液压泵控制横向液压推动轴进行卸载，完成试验。

本发明的有益效果：

本发明可以实现多个煤、岩、充填体、混凝土、煤-充、岩-充试样的变角度下的同时加载，进而实现多个体矿柱受载破坏的模拟，并且可以连续改变试件受载的角度，研究不同角度下群柱体系的双轴承载能力。

附图说明

图1是倾斜采空区遗留群柱分布图；

图2是本发明结构示意图；

图3是本发明在水平角度下工作场景示意图；

图4是本发明在倾斜角度下工作场景示意图；

图5是本发明用加载结构组合示意图；

图6是本发明固定环结构示意图；

图7是本发明上压盘内部结构示意图；

图8是本发明上固定块与弧形槽的固定滚轴连接关系图；

图9是本发明上固定块与弧形槽咬合固定滚轴示意图；

图10为本发明上滑动卡座上刻度示意图；

图11是本发明横向加载结构示意图；

图12是本发明加载装置的剖视图；

图13是本发明横向加载装置的示意图。

图中：1—试验机底座；2—机架；3—下压盘；4—上压盘；5—上滑动卡座；6—下滑动卡座；7—横架；8—主加载杆；9—主加载油缸；10—压力传感器；11—挡板；12—保护环；13—扰动力传感器；14—固定环；15—试样；16—刻度线；17—固定螺栓；18弧形卡块；19—固定滚轴；20—弧形槽；21—定位槽；22—横向液压推动轴；23—横向压板；24—侧压盘；25—侧滑动卡座；26—伸缩立柱；27—滑轮；28—滑轨；29—固定块；30—扰动杆；31—扰动油缸；32—横向加载油缸；33—横向力传感器。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

如图1～12所示，一种双轴静力-扰动应力耦合作用下倾斜采空区单排群柱承载能力的测试装置与方法其特征在于包括：试验机底座1、机架2、下压盘3、上压盘4、上滑动卡座5、下滑动卡座6、横架7、主加载杆8、主加载油缸9、压力传感器10、挡板11、保护环12、扰动力传感器13、固定环14、刻度线16，固定螺栓17、弧形卡块18、固定滚轴19、弧形槽20、定位槽21、横向液压推动轴22、横向压板23、侧压盘24、侧滑动卡座25、伸缩立柱26、滑轮27、滑轨28、固定块29、加载装置，所述加载装置包括竖向力加载装置、力扰动装置和横向力加载装置；

试验机底座1上设有四个保护环12，每个保护环12内部安装有一根机架2，机架2的底端与底座连接，顶端与横架7连接，在试验机底座1两侧设有滑轨28，侧架通过伸缩立柱26与滑轮27安装在滑轨28上，滑轨28固定在试验机底座1上；在工作台底部设有竖向力加载装置，所述竖向力加载装置包括主加载杆8、主加载油缸9、压力传感器10；侧架的内侧分别设有横向力加载装置，横向力加载装置包括横向液压推动轴22、横向压板23、横向加载油缸32、横向力传感器33；在横架的底部设有力扰动装置，所述力扰动装置包括扰动力传感器13、扰动油缸31和扰动杆32；

底座上设有四个保护环，每个保护环内部安装有一根机架，机架的底端与底座连接，顶端与横架连接，在底座两侧设有滑轨，两个侧架通过伸缩立柱与滑轮安装在滑轨上，滑轨固定在底座上；在工作台底部设有竖向力加载装置，所述力加载装置包括主加载杆、主加载油缸、压力传感器；侧架的内侧分别设有横向力加载装置，横向力加载装置包括横向液压推动轴、横向压板、横向液压泵；在横架的底部设有力扰动装置，所述力扰动装置包括扰动力传感器、扰动油缸和扰动杆；

试样上方为上滑动卡座、上压盘，上滑动卡座上部与上压盘连接，上压盘与力扰动装置连接，试样底部为下滑动卡座，下滑动卡座与下压盘连接；下压盘固定在工作台上并与竖向力控制装置连接；所述上滑动卡座、下滑动卡座和侧滑动卡座外缘上都设有刻度线，可以精确地调控倾斜角度。

试样上方为上滑动卡座、上压盘，上滑动卡座上部与上压盘连接，上压盘与力扰动装置连接，试样底部为下滑动卡座，下滑动卡座与下压盘连接；下压盘固定在工作台上并与竖向力控制装置连接；所述上滑动卡座、下滑动卡座和侧滑动卡座外缘上都设有刻度线，可以精确地调控倾斜角度。

优选地，所述装置与方法适用于倾角为-50°～50°的群柱体系。

优选地，所述装置与方法不仅适用于截面为圆形的遗留煤柱，也适用于截面为矩形的遗留煤柱，更适用于截面为三角形的遗留煤柱。

优选地，所述下压盘3上面设有五个定位槽21，用于放置试件，每个定位槽中心点位于同一直线上，且定位槽的形状与试样的形状相对应，如图3所示。

优选地，所述下压盘3上面设有五个固定槽，用于放置挡板11，保证试件在装置旋转过程中不会滑落，如图2所示。

上滑动卡座、下滑动卡座、侧滑动卡座的外侧设有固定环，固定环的中部设有固定螺栓，将上、下、侧滑动卡座分别与固定环连接；

固定环外侧设有弧形卡块，通过弧形卡块与上压盘3、下压盘4、侧压盘24的固定块连接固定；

所述固定环分别设置在上压盘与上滑动卡座之间、下压盘与下滑动卡座之间、侧压盘与侧滑动卡座之间，上压盘、下压盘、侧压盘与固定环之间通过弧形卡块连接固定，弧形卡块在上压盘与固定环之间、下压盘与固定环之间、测压盘与固定环之间均为相同结构，弧形卡块的前、后端各设有一个固定滚轴，在上压盘的底部、下压盘的顶部分别设置固定块，固定块内设有一个内部空心的弧形槽，其空心部位用来放置弧形卡块，弧形槽的上底面和下底面分别为凹槽型面，其中每个小凹槽对应的圆心角为2°，固定滚轴位于弧形槽的上底面和下底面之间，通过旋转固定滚轴与弧形槽配合，调控装置旋转角度，模拟倾斜采空区的倾斜角度。

在竖直方向和水平方向分别设置了五组和十组力控制装置，竖直方向设有五组，分别固定在工作台底部，水平方向在试件两侧各设有五组，固定在侧架的内部，所述力控制装置包括压力传感器、主加载油缸以及主加载杆，主加载油缸控制主加载杆给上压盘施加载荷；每个横向压板23连接一个横向液压推动轴22，可实现对不同试件进行速度相同和不同的加载，用于模拟试件横向受压力均匀和受压力不均的情况。

所述装置包括力扰动装置，力扰动装置包括了一个扰动力传感器13和扰动油缸31以及一个扰动杆30，可对试件施加余弦波、三角波、方波形式的轴向扰动荷载。

优选地，所述挡板11的长度、宽度和高度分别为300mm、5mm、90mm；上滑动卡座5和下滑动卡座6的长度和宽度分别为1000mm、400mm。

优选地，所述上滑动卡座5、下滑动卡座6和侧滑动卡座25上都设有刻度线16，可以精确的调控倾斜角度，如图2所示。

优选地，所述上压盘3、下压盘4与固定环14之间通过弧形卡块18连接固定，固定环14与上滑动卡座5、下滑动卡座6之间通过固定螺栓17连接，如图5所示。

优选地，所述弧形卡块18上设有两个固定滚轴19，压盘内部设有弧形槽20，每个弧形槽之间相隔2°，通过固定滚轴19与弧形槽20配合调控装置旋转角度，如图6和图7所示。

优选地，所述上压盘和下压盘内部设置固定块，与弧形槽咬合固定滚轴19，实现装置旋转后的固定，如图8和图9所示。

优选地，每个横向压板23连接一个横向液压推动轴22，可实现对不同试件进行速度相同和不同的加载，用于模拟试件横向受压力均匀和受压力不均的情况，如图3所示。

优选地，所述侧压盘24通过伸缩立柱26与滑轮27安装在滑轨28上，滑轨28固定在底座1上，所述侧压盘24可根据实际需求通过伸缩立柱26调节高度，通过滑轨28调节位置，如图11所示。

优选地，所述装置既可以测试水平角度群柱体系双轴承载能力，也可以测试变角度下群柱体系双轴承载能力；能够研究单个煤、岩、充填体试样的双轴承载能力，也可以研究多个煤、岩、充填体群柱体系的双轴承载能力。

优选地，所述装置操作步骤包括：

步骤一：利用矿井原有地质技术资料，借助补充勘查等技术手段，全面调研待测范围内倾斜采空区中遗留群柱的分布位置、形态和尺寸等。

步骤二：基于步骤一获取的倾斜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。

步骤四：依次将试样安装在下压盘上的定位槽中；

步骤五：为防止试样在装置旋转过程中滑落，先在固定槽中放置挡板；然后通过调节固定滚轴在弧形槽上位置，弧形卡块带动固定环以及上下滑动卡座以及侧滑动卡座进行旋转，进而可以将加载试样旋转至目标角度；

步骤六：将每个压力传感器上力数值清零，进行竖向预加载；

步骤七：设定横向施加荷载的大小并通过横向液压泵控制横向液压推动轴加载至目标值；

步骤八：横向加载完成后分别设定每个竖向液压推动轴的加载速度，进行加载；

步骤九：轴向加载至目标值时，根据试验需求利用扰动杆施加轴向的扰动荷载；

步骤十：施加扰动荷载之后继续施加轴向荷载，直至试样发生失稳或满足试验要求后停止加载；

步骤十一：加载完成后，通过竖向液压泵控制竖向液压推动轴、横向液压泵控制横向液压推动轴进行卸载，完成试验。

上述为本发明的实施方式，应当指出，本发明并不限于上述实施方式，可以依据本发明的实质对其进行简单修改，这些均属于本发明的技术方案范围。

Claims (8)

1.一种双轴静力-扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置，其特征在于包括：试验机底座（1）、机架（2）、下压盘（3）、上压盘（4）、上滑动卡座（5）、下滑动卡座（6）、横架（7）、挡板（11）、保护环（12）、固定环（14）、刻度线（16），固定螺栓（17）、弧形卡块（18）、固定滚轴（19）、弧形槽（20）、定位槽（21）、侧压盘（24）、侧滑动卡座（25）、伸缩立柱（26）、滑轮（27）、滑轨（28）、固定块（29）、加载装置，所述加载装置包括竖向力加载装置、力扰动装置和横向力加载装置；

底座上设有四个保护环，每个保护环内部安装有一根机架，机架的底端与底座连接，顶端与横架连接，在底座两侧设有滑轨，两个侧架通过伸缩立柱与滑轮安装在滑轨上，滑轨固定在底座上；在工作台底部设有竖向力加载装置，所述竖向力加载装置包括主加载杆、主加载油缸、压力传感器；侧架的内侧分别设有横向力加载装置，横向力加载装置包括横向液压推动轴、横向压板、横向加载油缸、横向力传感器；在横架的底部设有力扰动装置，所述力扰动装置包括扰动力传感器、扰动油缸和扰动杆；

试样上方为上滑动卡座、上压盘，上滑动卡座上部与上压盘连接，上压盘与力扰动装置连接，试样底部为下滑动卡座，下滑动卡座与下压盘连接；下压盘固定在工作台上并与竖向力加载装置连接；上滑动卡座、下滑动卡座、侧滑动卡座的外侧设有固定环，固定环的中部设有固定螺栓，将上、下、侧滑动卡座分别与固定环连接；固定环外侧设有弧形卡块，通过弧形卡块与上压盘（4）、下压盘（3）、侧压盘（24）的固定块连接固定；侧压盘（24）通过伸缩立柱（26）与滑轮（27）安装在滑轨（28）上；

下压盘（3）上面的下滑动卡座设有五个定位槽（21），用于放置试样，定位槽的形状与试样形状相对应，每个定位槽（21）中心点位于同一直线上；横向压板（23）中心点位于同一直线上；下压盘（3）上面的下滑动卡座设有五个固定槽，用于放置挡板（11），保证试样在装置旋转过程中不会滑落；

所述上滑动卡座、下滑动卡座和侧滑动卡座外缘上都设有刻度线，可以精确地调控倾斜角度；弧形卡块的前、后端各设有一个固定滚轴，在上压盘的底部、下压盘的顶部分别设置固定块，固定块内设有一个内部空心的弧形槽，其空心部位用来放置弧形卡块，弧形槽的上底面和下底面分别为凹槽型面，其中每个小凹槽对应的圆心角为2°，固定滚轴位于弧形槽的上底面和下底面之间，通过旋转固定滚轴与弧形槽配合，调控装置旋转角度，模拟倾斜采空区的倾斜角度。

2.根据权利要求1所述的双轴静力-扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置，其特征在于：所述的采空区为倾角为-50°~50°的煤层开采后形成的采空区；所述的群柱包括煤柱群、矿柱群、充填柱群、混凝土柱群、煤柱-充填柱组合群柱、矿柱-充填柱组合群柱、煤柱-混凝土柱组合群柱中的一种；所述的群柱是截面为圆形或矩形或三角形或梯形的群柱。

3.根据权利要求1所述的双轴静力-扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置，其特征在于：滑轨（28）固定在底座（1）上，所述侧压盘（24）可根据实际需求通过伸缩立柱（26）调节高度，通过滑轨（28）调节位置。

4.根据权利要求1所述的双轴静力-扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置，其特征在于：所述固定环分别设置在上压盘与上滑动卡座之间、下压盘与下滑动卡座之间、侧压盘与侧滑动卡座之间，上压盘、下压盘、侧压盘与固定环之间通过弧形卡块连接固定，弧形卡块在上压盘与固定环之间、下压盘与固定环之间均为相同结构。

5.根据权利要求1所述的双轴静力-扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置，其特征在于：在竖直方向和水平方向分别设置了一组和十组力加载装置，竖直方向设有一组，固定在工作台底部，水平方向在试样两侧各设有五组力加载装置，固定在侧架的内部，所述竖向力加载装置包括压力传感器、主加载油缸以及主加载杆，主加载油缸控制主加载杆给下压盘施加载荷；每个横向压板（23）连接一个横向液压推动轴（22），可实现对不同试样进行速度相同和不同的加载，用于模拟试样横向受压力均匀和受压力不均的情况。

6.根据权利要求1所述的双轴静力-扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置，其特征在于：每组力扰动装置包括扰动力传感器、扰动油缸和扰动杆，扰动荷载通过试验机顶部的扰动油缸施加，再通过扰动杆作用在试样上，对试样施加余弦波、三角波、方波形式的轴向扰动荷载。

7.根据权利要求1所述的双轴静力-扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置，其特征在于：所述挡板的长度、宽度和高度分别为300mm、5mm、90mm；上滑动卡座和下滑动卡座的长度和宽度分别为1000mm、400mm。

8.一种双轴静力-扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试方法，采用权利要求1~7任一项所述的双轴静力-扰动耦合倾斜采空区群柱承载测试装置，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倾斜采空区中遗留群柱的分布位置、形态和尺寸；

步骤二：基于步骤一获取的倾斜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;

步骤四：依次将试样安装在下滑动卡座上的定位槽中；

步骤五：为防止试样在装置旋转过程中滑落，先在固定槽中放置挡板；然后通过调节固定滚轴在弧形槽上位置，弧形卡块带动固定环以及上下滑动卡座以及侧滑动卡座进行旋转，进而可以将加载试样旋转至目标角度；

步骤六：将每个压力传感器上力数值清零，进行竖向预加载；

步骤七：设定横向施加荷载的大小并通过横向加载油缸控制横向液压推动轴加载至目标值；

步骤八：横向加载完成后分别设定每个主加载杆的加载速度，进行加载；

步骤九：轴向加载至目标值时，根据试验需求利用扰动杆施加轴向的扰动荷载；

步骤十：施加扰动荷载之后继续施加轴向荷载，直至试样发生失稳或满足试验要求后停止加载；

步骤十一：加载完成后，通过主加载油缸控制主加载杆、横向加载油缸控制横向液压推动轴进行卸载，完成试验。

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