CN113029800A - 一种固体充填材料压缩试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种固体充填材料压缩试验装置及方法，涉及固体充填材料力学性质测试技术领域。该装置包括：底板，在底板上围设有第一侧板、第二侧板、第三侧板及第四侧板，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，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，第二侧板与第四侧板相对，第二侧板用于模拟开切眼煤壁，第四侧板下部铰接于底板上，第四侧板在加载机构的推动下，朝向第二侧板绕底板转动，改变与底板的夹角，模拟实际充填过程中夯实机构以不同夯实角向固体充填材料施加侧向夯实力。基于该实验装置及方法得到的实验结果，可较准确地反映出固体充填材料在实际充填开采中的力学性质。

Description

一种固体充填材料压缩试验装置及方法

技术领域

本发明涉及固体充填材料力学性质测试技术领域，尤其涉及一种考虑受夯实角和工作面采高影响的固体充填材料压缩试验装置及方法。

背景技术

传统大规模的垮落法采煤，对煤炭资源造成了很大的损失、给矿区及周边地区生态环境造成了很大的破坏，主要表现为：(一)煤炭损失严重：建筑物下、水体下、铁路下等“三下”压煤损失严重，据不完全统计，目前已探明的损失量高达142亿吨；同时区段间也有一定的煤柱损失。(二)矿山固体废弃物排放量大：煤矿在开采煤炭时产生了大量的矸石固体废弃物，其排放量约占煤炭产量的10％～15％，一般的处理方法是直接外排堆存在地表，形成矸石山；矿山固体废弃物地面排放会造成环境污染与危害、侵占良田以及会导致次生灾害。(三)矿山开采带来严重的环境破坏：主要表现为土地资源破坏严重、地下水大量流失、地表塌陷。

鉴于垮落法开采引起的上述问题，目前最好的解决方法即为充填开采，而充填开采中应用最多、材料来源最为广泛的为固体充填开采。在固体充填开采工艺中，固体充填材料的力学性质在充填效果中起着关键性作用，目前对充填材料的力学性质测试基本上都是采用侧限压缩试验，即利用具有一定刚度的钢筒作为装料装置，如图1所示；再利用电液伺服压力机通过活塞对固体充填材料进行压缩，测试其应力-应变曲线，分析材料的力学性质。这种装置操作简便，在一定程度上可以很好地反应固体充填材料力学性质。本申请的发明人在实现本发明创造的过程中发现：当前为研究固体填充材料力学性质开展的侧限压缩试验，并不能较为真实地模拟实际充填过程中充填材料所表现出的力学行为(即实际受力状态)，致使现有的侧限压缩试验结果并不能较为准确地反映出固体充填材料在实际充填开采中的力学性质。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种考虑受夯实角和工作面采高影响的固体充填材料压缩试验装置及方法，能较为真实地模拟实际充填过程中充填材料的实际受力状态，使得基于该实验装置及方法得到的实验结果，可较准确地反映出固体充填材料在实际充填开采中的力学性质。

第一方面，本发明实施例提供一种固体充填材料压缩试验装置，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。

可选地，所述第四侧板为可伸缩结构板。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，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。

第二方面，本发明实施例提供一种固体充填材料压缩试验方法，基于第一方面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。

可选地，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。

可选地，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。

可选地，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及所述第四侧板与底板的夹角，监测得到每次改变模拟工作面采高及夯实角后，被压缩的固体充填材料体积变化率及应变-应力曲线，以模拟实际充填过程中不同的工作面采高及不同的夯实角对固体填充材料的力学影响环境；根据每次得到的被压缩的充填料体积变化率及应变-应力曲线，分析不同的工作面采高及夯实角对固体填充材料的力学影响。

可选地，所述步骤S10包括：基于预定的模型相似比，根据实际充填开采中矿井工作面的采高确定第一、第二、第三侧板的高度，以及根据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，确定第四侧板的最小长度与最大长度；

根据确定出的第四侧板的最小长度与最大长度，用高强钢板制作具有可伸缩结构的第四侧板；

根据确定出的第一、第二、第三侧板的高度，取三块高度相等的高强度厚钢板，分别制作第一侧板、第二侧板及第三侧板，并固定连接于底板上形成三面固定连接的箱体，用来模拟实际采煤工作面中三面封闭的采空区空间；其中，第一侧板、第三侧板分别与第二侧板呈90°夹角连接，且第一侧板与第三侧板相对，所述第一侧板与第三侧板分别用于模拟采煤工作面上、下顺槽，所述第二侧板用于模拟开切眼煤壁；在所述箱体未封闭的一侧，将所述具有可伸缩结构的第四侧板的下部与底板通过轴承铰接，完成所述压缩实验装置；利用所述第四侧板模拟工作面可移动的液压支架的夯实机构，所述第四侧板与底板的夹角模拟夯实机构的夯实角。

本发明实施例提供的固体充填材料压缩试验装置及方法，考虑到实际充填开采中的充填用的可移动液压支架上的夯实机构的夯实角和工作面采高对采空区内固体充填材料的力学影响，用第一侧板、第二侧板、第三侧板及第四侧板围设制作的模型箱的空间形成填料空间，模拟采空区；通过将第四侧板底部绕底板可转动地设置，且其上部可朝第二侧板方向移动，模拟液压支架上的夯实机构，配合第四侧板侧部连接的加载机构，用于模拟实际充填过程中固体填充材料受到的来自液压支架上的夯实机构的以不同夯实角向固体充填材料施加侧向夯实力在开展固体充填材料压缩实验过程中，向所述填料空间中充填固体充填材料，模拟采空区的充填，而且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，模拟实际充填过程中液压支架上的夯实机构以一定的夯实角向采空区内的固体充填材料侧向夯实的过程，从而能较为真实地模拟实际充填过程中充填材料的实际受力状态，使得基于该实验装置及方法得到的实验结果，可较准确地反映出固体充填材料在实际充填开采中的力学性质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为为现有固体充填材料力学侧限压缩试验所用的钢筒示意图；

图2为实际充填开采中固体充填用液压支架及夯实机构对充填体力学作用示意图；

图3为本发明一实施例固体充填材料压缩试验装置结构示意图；

图4为本发明一实施例固体充填材料压缩试验流程示意图；

其中，图2中，护帮板1、前顶梁2、后顶梁3、立柱4、四连杆5、底卸式输送机、夯实机构7、底座8、夯实角α_p、夯实机构长度L、工作面采高Mp、夯实力的水平分力Fh、夯实力的竖向分力Fv及固体充填材料f。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，为了更加清楚说明本发明，在以下的具体实施例中描述了众多技术细节，本领域技术人员应当理解，没有其中的某些细节，本发明同样可以实施。另外，为了凸显本发明的主旨，涉及的一些本领域技术人员所熟知的方法、手段、零部件及其应用等未作详细描述，但是，这并不影响本发明的实施。本文所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

目前对充填材料的力学性质测试或实验，基本上都是采用如图1所示的侧限压缩实验装置开展侧限压缩试验，利用电液伺服压力机将力通过传力杆2及端部的活塞3对钢筒1中填充的固体充填材料4进行压缩，测试其应力-应变曲线，分析材料的力学性质。这种装置操作简便，在一定程度上可以很好地反应充填材料力学性质。但是在实际充填的过程中，充填材料在充填区域会受到支架夯实机构的侧向夯实力，而侧向夯实力主要由夯实机构的推压力在水平方向的分力提供，如图2所示，在一些提出侧向压力对充填材料力学性质的影响的解决方案中，均没有考虑夯实角角度这一因素；而且，在充填的过程中，随着工作面采高的改变，充填体的充填效果也会产生一定的变化。因此在不同的夯实角和工作面采高的情况下，充填材料可能会表现出不同的致密性和应力-应变关系等力学行为。而现有的基于图1所示的钢筒的侧限压缩试验装置及方法，没有考虑夯实角和工作面采高的影响，不能够较为真实地模拟实际充填过程中充填材料实际受力状态，因此基于现有的侧限压缩试验装置及方法开展的试验结果与充填体实际的变形和受力过程存在一定的偏差。

为解决现有的侧限压缩实验装置及方法中存在的上述技术问题，参看图3所示，本发明实施例提供的固体充填材料压缩试验装置，适用于对充填开采中的固体填充材料的力学性能进行实验研究及分析；所述装置包括：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10、第二侧板20、第三侧板30及第四侧板40，所述第一侧板10、第二侧板20、第三侧板30及第四侧板40围设的空间形成填料空间50，用于模拟采空区，所述第一侧板10与第三侧板30相对，分别用于模拟采煤工作面上、下顺槽，所述第二侧板20与第四侧板40相对，所述第二侧板20用于模拟开切眼煤壁，所述第四侧板40上部两端分别活动连接于所述第一侧板10与第三侧板30上，且在与第二侧板20的连线方向上可移动，所述第四侧板40下部铰接于所述底板上，所述第四侧板40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40朝向所述第二侧板20方向绕所述底板转动，以改变与底板的夹角α，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。

具体地，所述第四侧板40下部通过铰接轴41铰接于所述底板上。

本发明实施例提供的固体充填材料压缩试验装置，考虑到实际充填开采中的充填用的可移动液压支架上的夯实机构的夯实角和工作面采高对采空区内固体充填材料的力学影响，用第一侧板、第二侧板、第三侧板及第四侧板围设制作的模型箱的空间形成填料空间，模拟采空区；通过将第四侧板底部绕底板可转动地设置，且其上部可朝第二侧板方向移动，模拟液压支架上的夯实机构，配合第四侧板侧部连接的加载机构，用于模拟实际充填过程中固体填充材料受到的来自液压支架上的夯实机构的以不同夯实角向固体充填材料施加侧向夯实力在开展固体充填材料压缩实验过程中，向所述填料空间中充填固体充填材料，模拟采空区的充填，而且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，模拟实际充填过程中液压支架上的夯实机构以一定的夯实角向采空区内的固体充填材料侧向夯实的过程，从而能较为真实地模拟实际充填过程中充填材料的实际受力状态，使得基于该实验装置及方法得到的实验结果，可较准确地反映出固体充填材料在实际充填开采中的力学性质。。

其中，在一些实现方式中，所述第四侧板40为可伸缩结构板，通过将第四侧板设计为可伸缩结构板，根据需要进行伸缩可以改变其长度，以模拟液压支架夯实机构的长度变化。

所述第一侧板10、第二侧板20及第三侧板30顶部分别设有用于接高的连接部51，通过所述连接部51搭接钢板50可以改变箱体的高度，用来模拟不同的工作面采高。

其中，箱体高度(包括第一侧板、第二侧板及第三侧板的高度)等于第四侧板40的长度乘以夯实角的正弦值；其中，箱体的最小高度为第四侧板40的最小长度乘以最大夯实角的正弦值；箱体最大高度为第四侧板40伸出的最大长度乘以最大夯实角倾的正弦值；该实施例中，该计算用夯实角取支架实际最大夯实角为计算基准。

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。

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。所述高强度钢板(也称为：高强板)是指牌号Q460钢，其强度高。

为了帮助理解本发明实施例提供的技术方案与技术效果，现结合图3及图4，对基于本实施例提供的固体充填材料压缩试验装置开展的实验方法进行展开叙述。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。

本实施例中，通过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，，并制作相应参数的压缩实验装置，可以较真实地模拟实际充填开采中所涉及的设备及其工作环境，为实验结果能够较准确地反映真实的固体填充材料在实际充填开采中的力学性能或行为提供实验环境或条件。

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倾角夯实角向采空区内的固体充填材料侧向夯实的过程。

本实施例中，在实验装置的结构上及实验方法上考虑到支架上的夯实机构以预定夯实角对固体充填材料侧向施加压力对固体充填材料的力学影响，使得测得的充填材料的力学性质更接近于井下充填的实际情况，进而得到的实验结果可较为准确地反映实际充填开采中固体填充材料的力学性能及行为。

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。

其中，所述加载机构可以采用电液伺服压力机，电液伺服压力机为材料拉伸、压缩实验中常用的设备，为凸显发明主旨，就不再对其结构及功能进行详细描述。

本发明实施例中的实验方法，由于充分考虑了实际矿井中支架上的夯实机构侧向夯实角角度的不同对实际开采过程中固体填充材料的力学影响，基于前述各施例中的固体充填材料压缩试验装置，提供了一种能较为真实地模拟实际充填过程中充填材料实际受力状态的固体充填材料压缩试验方法，基于该实验方法得到的实验结果，可较为准确地反映出固体充填材料在实际充填开采中的力学性质。

在一些实施例中，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。。

本实施例中，通过改变实验过程中第四侧板与底板的夹角，可以测得在不同夯实角的侧向施压条件下，固体充填材料的受力状态，根据得到的每次实验结果进行比较分析，可较为真实地了解与分析不同夯实角施加夯实力对充填材料的影响规律，为充填开采工程实践提供理论指导。例如，调整第四侧板与底板的夹角分别为α₀、α₁、α₂、α₃和α_max，分析固定采高为M_min时得到的充填体体积和力学性质随不同夯实角α的变化规律。

在另一些实施例中，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。

本实施例中，通过改变实验过程中模型箱，即第一侧板、第二侧板、第三侧板及第四侧板的高度，可以测得用于反映实际工况中不同的工作面采高条件下，固体充填材料的受力状态，根据该实施例提供的每次实验结果进行比较分析，可较为真实地了解工作面采高对充填材料的影响规律，为充填开采工程实践提供理论指导。类似于前述改变模拟夯实角的大小，得到多个实验数据，在该实施例中通过改变工作面采高，每次得到一组实验数据，根据不同的工作面采高大小，可以得到多组实验数据，将得到的多组实验数据分别进行比较，即可分析出工作面采高对充填材料的影响规律。

具体地，可以利用所述第一侧板10、第二侧板20及第三侧板30顶部分别设设置的用于接高的连接部在模型箱三个侧板上搭接钢板50，改变模型箱的高度，以模拟不同的工作面采高。

在又一些实施例中，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及所述第四侧板与底板的夹角，监测得到每次改变模拟工作面采高及夯实角后，被压缩的固体充填材料体积变化率及应变-应力曲线，以模拟实际充填过程中不同的工作面采高及不同的夯实角对固体填充材料的力学影响环境；

根据每次得到的被压缩的充填料体积变化率及应变-应力曲线，分析不同的工作面采高及夯实角对固体填充材料的力学影响。

本实施例中，通过改变实验过程中的夯实角及工作面采高，可以测得用于反映实际工况中不同的夯实角及工作面采高条件下，固体充填材料的受力状态，根据该实施例提供的每次实验结果进行比较分析，可较为真实地综合了解不同的夯实角及工作面采高整体对充填材料的影响规律，为充填开采工程实践提供理论指导。

具体地，所述步骤S10包括：制作所述固体充填材料压缩试验装置。

具体为：基于预定的模型相似比，根据实际充填开采中矿井工作面的采高确定第一、第二、第三侧板的高度，以及根据液压支架的夯实机构所能达到的最大夯实角α_max及夯实机构最小长度与最大长度，确定第四侧板的最小长度l_min与最大长度l_max；

以及模型箱的最小高度及最大高度，其中，最小高度M_min＝l_min×sinα_max；最大高度M_max＝l_max×sinα_max。第四侧板40的宽度略小于模型箱内部宽度1～2mm。

根据确定出的第四侧板的最小长度与最大长度，用高强钢板制作具有可伸缩结构的第四侧板；

根据确定出的第一、第二、第三侧板的高度，取三块高度相等的高强度厚钢板，分别制作第一侧板、第二侧板及第三侧板，并固定连接于底板上形成三面固定连接的箱体，用来模拟实际采煤工作面中三面封闭的采空区空间；其中，第一侧板、第三侧板分别与第二侧板呈90°夹角连接，且第一侧板与第三侧板相对，所述第一侧板与第三侧板分别用于模拟采煤工作面上、下顺槽，所述第二侧板用于模拟开切眼煤壁；

在所述箱体未封闭的一侧，将所述具有可伸缩结构的第四侧板的下部与底板通过轴承铰接，完成所述压缩实验装置；其中，利用所述第四侧板模拟工作面可移动的液压支架的夯实机构，所述第四侧板与底板的夹角模拟夯实机构的夯实角。

其中，基于预定的模型相似比确定模型箱尺寸；具体为基于所述模型相似比及公式

确定出模型箱尺寸。

一些可实现方式中，第一侧板10、第二侧板20及第三侧板30采用螺栓固定连接，或者焊接固定。

本发明实施例提供的固体充填材料压缩试验装置及方法，基于在工程实践中科学地发现了夯实机构的夯实角和工作面采高对充填材料力学性质的影响，并在考虑该实际充填因素对固体充填材料力学性能的影响的基础上，创造性地发明了考虑夯实机构的夯实角和工作面采高的固体充填材料压缩试验装置，并基于该装置开展实验方法，在一定程度上可以解决现有的侧限压缩试验测得的充填材料的力学性质与实际力学性质有偏差的问题，提高了侧限压缩实验结果的准确性及实际参考价值。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

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。

9.根据权利要求6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及所述第四侧板与底板的夹角，监测得到每次改变模拟工作面采高及夯实角后，被压缩的固体充填材料体积变化率及应变-应力曲线，以模拟实际充填过程中不同的工作面采高及不同的夯实角对固体填充材料的力学影响环境；

根据每次得到的被压缩的充填料体积变化率及应变-应力曲线，分析不同的工作面采高及夯实角对固体填充材料的力学影响。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S10包括：基于预定的模型相似比，根据实际充填开采中矿井工作面的采高确定第一、第二、第三侧板的高度，以及根据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，确定第四侧板的最小长度与最大长度；

根据确定出的第四侧板的最小长度与最大长度，用高强钢板制作具有可伸缩结构的第四侧板；

根据确定出的第一、第二、第三侧板的高度，取三块高度相等的高强度厚钢板，分别制作第一侧板、第二侧板及第三侧板，并固定连接于底板上形成三面固定连接的箱体，用来模拟实际采煤工作面中三面封闭的采空区空间；其中，第一侧板、第三侧板分别与第二侧板呈90°夹角连接，且第一侧板与第三侧板相对，所述第一侧板与第三侧板分别用于模拟采煤工作面上、下顺槽，所述第二侧板用于模拟开切眼煤壁；

在所述箱体未封闭的一侧，将所述具有可伸缩结构的第四侧板的下部与底板通过轴承铰接，完成所述压缩实验装置；其中，利用所述第四侧板模拟工作面可移动的液压支架的夯实机构，所述第四侧板与底板的夹角模拟夯实机构的夯实角。

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