实验室液压测试系统如何帮助建立煤柱强度公式？尺寸效应指南

实验室液压测试系统通过对具有不同几何形状的样品进行受控单轴压缩测试，提供了模拟煤柱强度所需的经验基线。通过系统地测试不同高径比（通常范围为 0.3 至 2.0）的煤样，研究人员生成了量化数据，这些数据对于绘制结构强度如何随着物理尺寸变化而演变至关重要。

虽然存在理论模型，但它们需要通过物理实验进行验证。液压测试系统充当数据生成器，将不同尺寸样品的离散失效点转换为连续的数学曲线，从而预测实际采矿作业中大型煤柱的稳定性。

尺寸效应研究的力学原理

为了准确预测大型煤柱在地下行为，研究人员必须首先了解几何形状与强度之间的基本关系。液压测试系统通过严格、可变的测试促进了这一点。

为了研究尺寸效应，仅依赖单一样品尺寸是不够的。

液压系统能够对各种几何形状的煤样进行精确加载。具体来说，它能够适应高径比在 0.3 至 2.0 之间的范围。

这个范围至关重要，因为它涵盖了从“矮胖”煤柱（低比率）到“细长”煤柱（高比率）的行为，提供了结构完整性的完整图景。

液压系统的主要输出是离散的强度数据。

当机器施加单轴压缩时，它会精确记录不同尺寸的样品何时以及如何失效。

这种定量分析揭示了强度的具体演变，定义了随着样品物理体积的变化，承载能力如何增加或减少。

实验室的原始数据点只是起点。液压测试系统的真正价值在于其为预测性数学模型提供信息的能力。

必须将实验室的离散数据点转换为可用的方程。

研究人员使用强度结果来“拟合”经验公式。此过程的一个常见结果是建立倒数立方关系。

这些公式在数学上描述了数据的趋势，消除了单个测试的差异，从而揭示了控制煤炭强度的基本物理定律。

最终目标不仅仅是表征小型实验室样品。

推导出的计算模型旨在外推到实际工程场地使用。

通过在实验室建立稳健的公式，工程师可以自信地计算现场大型煤柱的强度，确保基于经过验证的趋势的运行安全。

虽然液压测试对于建立基线公式至关重要，但认识到实验室建模的固有约束以确保准确应用非常重要。

实验室测试在高度受控的环境中进行。

液压系统通常施加单轴应力，这可能无法完美复制地下深处复杂的、多轴的围压。

因此，仅根据实验室数据推导出的公式在应用于复杂地质环境时通常需要调整系数。

公式的准确性完全取决于所测试样品的质量。

如果液压系统中使用的煤样包含开采时产生的微裂缝，而煤柱中不存在这些裂缝，则由此产生的尺寸效应公式可能会低估真实强度。

成功利用液压测试系统进行煤柱强度研究，需要区分精确的数据收集和实际的模型应用。

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通过将物理测试数据转化为稳健的数学模型，液压测试系统弥合了实验观察与运行稳定性之间的关键差距。

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Peng Huang, Francisco Chano Simao. Multiscale study on coal pillar strength and rational size under variable width working face. DOI: 10.3389/fenvs.2024.1338642

本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .