CN101963555B - 锚杆或锚索支护应力测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锚杆或锚索支护应力测试方法及装置，本方法包括：将在煤矿井下选取的煤岩样制成煤岩粉，将煤岩粉与水和添加剂混合制成填充材料；用填充材料制作立方体状的模型；在模型某一表面安设若干锚杆或锚索；在锚杆或锚索之间埋设应力传感器；用螺母将锚杆固定在模型上，或用锚具将锚索固定在模型上；在螺母或锚具与模型之间安装托板，在托板与模型之间设置锚杆或锚索测力计，在托板上设置若干位移传感器；采用扭矩扳手对锚杆，或采用张拉设备对锚索进行分级加载，记录锚杆或锚索的载荷、应力传感器与位移传感器的读数，直到测出锚杆或锚索能承受的最大载荷。本发明能有效测试锚杆或锚索支护应力，易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及矿山支护领域，特别涉及一种锚杆或锚索支护应力测试方法及装置。
背景技术
锚杆支护技术已在国内外得到普遍应用，由于锚杆支护显著提高了巷道支护效果，降低了巷道支护成本，减轻了工人劳动强度，因此锚杆支护技术是煤矿实现高效生产的关键技术之一。
对锚杆或锚索杆体的受力情况，国内外都进行了研究，对锚杆，或锚索的受力监测不仅可以在实验室进行，也可在井下环境中进行。传统的锚杆或锚索实验室受力测试方法是，在一根额定尺寸的钢管内塞入锚固剂，将锚杆或锚索塞入钢管内并搅拌，在锚杆或锚索外端加上锚杆测力计或锚索测力计，对锚杆或锚索施加轴向力后用测力计进行观测；或者在锚杆或锚索上贴上应变片，测试施加预应力后锚杆或锚索在轴向上的受力。实验室试验的另一种方法是相似模型试验，通过相似模型试验台，按照一定的比例关系模型矿山实际情况，按照比例模拟锚杆或锚索，然后对锚杆或锚索进行受力观测，但这种方法也是测试锚杆或锚索的轴向受力。
锚杆或锚索的支护应力场的概念是近两年才提出的。因此对锚杆或锚索的支护应力测试目前国内外尚没有有效办法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种能够测量锚杆或锚索支护应力的方法和装置，从而有助于掌握锚杆或锚索对围岩的支护作用机理，使得锚杆支护或锚索支护的设计更加科学合理。
(二)技术方案
为此，本发明提供了一种锚杆或锚索支护应力测试方法，包括以下步骤：
步骤10、将在煤矿井下选取的煤岩样制成煤岩粉，将所述煤岩粉与水和添加剂混合制成填充材料；
步骤20、用所述填充材料制作立方体状的模型；
步骤30、在所述模型某一表面安设若干锚杆或锚索，所述锚杆或锚索与模型边长的距离不小于所述锚杆或锚索长度的一半；在所述锚杆或锚索之间埋设若干应力传感器；
步骤40、用螺母将所述锚杆固定在模型上，或用锚具将所述锚索固定在模型上；在所述螺母或锚具和模型之间安装托板，在所述托板与模型之间设置锚杆测力计或锚索测力计，在所述托板上设置若干位移传感器；
步骤50、采用扭矩扳手对所述锚杆进行分级加载，或采用张拉设备对所述锚索进行分级加载，记录所述锚杆或锚索的载荷、应力传感器与位移传感器的读数，直到测出所述锚杆或锚索能承受的最大载荷。
所述步骤50之后还包括：
步骤60、根据所述应力传感器测得的应力值绘制锚杆或锚索支护应力分布曲线，根据锚杆或锚索的载荷与位移传感器测得的位移，绘制载荷与位移曲线。
在所述模型某一表面安设若干锚杆或锚索具体包括：
采用锚杆钻机在所述模型某一表面上钻孔，采用锚固剂或对拉的方式将所述锚杆或锚索锚固在孔中。
本发明还提供了一种锚杆或锚索支护应力测试装置，包括：
使用煤岩粉、水泥和水混合的材料制作的立方体模型，所述模型某一表面安设有若干锚杆或锚索，所述锚杆或锚索与模型边长的距离不小于所述锚杆或锚索长度的一半，所述锚杆用螺母固定在模型上，或所述锚索用锚具固定在模型上；所述锚杆或锚索之间埋设有若干应力传感器；所述螺母或锚具与模型之间设置有托板；所述托板与模型之间设置有锚杆测力计或锚索测力计；所述托板上设置有若干位移传感器。
所述托板为方形。
所述位移传感器为4个，分别设置在方形托板四条边的中间位置。
(三)有益效果
上述技术方案具有如下有益效果：本发明提供的锚杆或锚索支护应力测量方法及装置，能够精确有效测量锚杆或锚索的支护应力，从而有助于掌握锚杆或锚索对围岩的支护作用机理，使得锚杆支护或锚索支护的设计更加科学合理；而且本发明成本较低，易于操作和实现。
附图说明
图1是本发明实施例的锚杆或锚索支护应力测试方法流程图；
图2是本发明实施例的锚杆或锚索支护应力测量装置结构示意图；
图3是本发明实施例的锚杆或锚索支护应力测量装置主视图；
图4是本发明实施例的锚杆或锚索支护应力测量装置俯视图；
图5是本发明实施例的锚杆或锚索支护应力测量装置的位移传感器示意图；
图中，1：模型；3：锚杆或锚索；4：螺母或锚具；5：托板；6：应力传感器；7：锚杆测力计或锚索测力计；8：位移传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，是本发明实施例的锚杆或锚索文护应力测试方法流程图，本实施例包括以下步骤：
步骤10、将在煤矿井下选取的煤岩样磨碎成煤岩粉，将所述煤岩粉与水和添加剂混合制成填充材料；
本步骤在煤矿井下选取煤岩样，将煤岩样进行筛选、磨碎，制成煤岩粉，选取的添加剂用于将煤岩粉粘结，以模拟煤矿井下煤岩体的强度，添加剂包括水泥等材料；水泥等添加剂的添加量根据煤矿井下煤岩体的强度而定；
步骤20、用上一步骤制成的填充材料制作立方体状的模型；
如图2所示，是本发明实施例的锚杆或锚索支护应力测量装置结构示意图；本步骤的模型可以采用槽钢、角钢等材料制作框架，优选的，模型的长、宽和高均不小于600nm。
本实施例制作标准尺寸的模板试块进行单轴抗压强度试验，来确定出与井下煤岩体单轴抗压强度和变形模量比较接近的试件配比。
步骤30、在模型某一表面安设若干锚杆或锚索，该锚杆或锚索与模型边长的距离不小于锚杆或锚索长度的一半；在锚杆或锚索之间埋设若干应力传感器；
如图3及图4所示，分别是本发明实施例的锚杆或锚索支护应力测量装置的主视图和俯视图；具体地，本步骤采用锚杆钻机在模型的某一表面垂直于表面向模型内钻孔，一般选择在靠近表面中间的位置钻孔设置锚杆或锚索，不选择太靠近模板边沿的位置，以便能承受一定拉力；优选地，锚杆或锚索与模型边长的距离不小于锚杆或锚索长度的一半；然后采用锚固剂或对拉的方式将所述锚杆或锚索锚固在孔中。安设的锚杆或锚索的个数根据模型的大小而定，当模型的尺寸加大时，可以适当增加锚杆锚索的个数；
步骤40、用螺母将锚杆固定在模型上，或用锚具将所述锚索固定在模型上，在螺母或锚具与模型之间安设托板，在托板与模型之间设置锚杆测力计或锚索测力计，在托板上设置若干位移传感器；
本步骤的锚杆测力计用于测量锚杆的轴向载荷；将锚杆测力计或锚索测力计安装在模型与托板之间，在托板上设置位移传感器；如图5所示，是本发明实施例的锚杆或锚索支护应力测量装置的位移传感器示意图，优选地，本实施例的锚杆或锚索位于托板的中心位置，位移传感器设置在托板四边的中间位置，用于测量锚杆或锚索托板四边中部的垂直煤岩面的位移。
步骤50、采用扭矩扳手对锚杆进行分级加载，或采用张拉设备对所述锚索进行分级加载，记录锚杆或锚索的载荷、应力传感器与位移传感器的读数，直到测出锚杆或锚索能承受的最大载荷。
其中最大载荷是指锚杆或锚索被拔出或破断时所承受的载荷；
步骤60、根据应力传感器测得的应力值，绘制锚杆或锚索支护应力分布曲线；根据锚杆或锚索承受的载荷与位移传感器测得的位移，绘制载荷与位移曲线。
再如图2-图5所示，本发明提供的锚杆或锚索支护应力测试装置包括：使用煤岩粉、水泥和水混合的材料制作的立方体状的模型1，该模型1某一表面安设有若干锚杆或锚索3，锚杆或锚索3与模型1边长的距离不小于锚杆或锚索3长度的一半，锚杆3用螺母4固定在模型1上，或锚索3用锚具4固定在模型1上；锚杆或锚索3之间埋设有若干应力传感器6；螺母或锚具4与模型1之间设置有托板5；托板5与模型1之间设置有锚杆测力计或锚索测力计7；托板5上设置有若干位移传感器8。
其中托板可以为方形，优选为正方形，锚杆或锚索穿过托板的中心位置，位移传感器的个数优选为4个，分别设置在托板四条边的中间位置。
其中锚杆测力计或锚索测力计用于测量锚杆或锚索承受的载荷，应力传感器用于测量锚杆或锚索周围煤岩面的应力，位移传感器用于测量托板四条边中部的垂直煤岩面的位移。
本发明提供的锚杆或锚索支护应力测量方法及装置，能够精确有效测量锚杆或锚索的支护应力，从而有助于掌握锚杆或锚索对围岩的支护作用机理，使得锚杆支护或锚索支护的设计更加科学合理；而且本发明成本较低，易于操作和实现。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.锚杆或锚索支护应力测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤10、将在煤矿井下选取的煤岩样制成煤岩粉，将所述煤岩粉与水和用于将煤岩粉粘结，以模拟煤矿井下煤岩体的强度的添加剂混合制成填充材料；
步骤20、用所述填充材料制作立方体状的模型；
步骤30、在所述模型某一表面安设若干锚杆或锚索，所述锚杆或锚索与模型边长的距离不小于所述锚杆或锚索长度的一半；在所述锚杆或锚索之间埋设若干应力传感器；
步骤40、用螺母将所述锚杆固定在模型上，或用锚具将所述锚索固定在模型上；在所述螺母或锚具与模型之间安装托板，在所述托板与模型之间设置锚杆测力计或锚索测力计，在所述托板上设置若干位移传感器；
步骤50、采用扭矩扳手对所述锚杆进行分级加载，或采用张拉设备对所述锚索进行分级加载，记录所述锚杆或锚索的载荷、应力传感器与位移传感器的读数，直到测出所述锚杆或锚索能承受的最大载荷。
2.如权利要求1所述的锚杆或锚索支护应力测试方法，其特征在于，所述步骤50之后还包括：
步骤60、根据所述应力传感器测得的应力值绘制锚杆或锚索支护应力分布曲线，根据锚杆或锚索的载荷与位移传感器测得的位移，绘制载荷与位移曲线。
3.如权利要求1所述的锚杆或锚索支护应力测试方法，其特征在于，在所述模型某一表面安设若干锚杆或锚索具体包括：
采用锚杆钻机在所述模型某一表面上钻孔，采用锚固剂或对拉的方式将所述锚杆或锚索锚固在孔中。
4.应用权利要求1-3中任一项所述的锚杆或锚索支护应力测试方法的锚杆或锚索支护应力测试装置，其特征在于，包括：
使用煤岩粉、水泥和水混合的材料制作的立方体状的模型，所述模型某一表面安设有若干锚杆或锚索，所述锚杆或锚索与模型边长的距离不小于所述锚杆或锚索长度的一半，所述锚杆用螺母固定在模型上，或所述锚索用锚具固定在模型上；所述锚杆或锚索之间埋设有若干应力传感器；所述螺母或锚具与模型之间设置有托板；所述托板与模型之间设置有锚杆测力计或锚索测力计；所述托板上设置有若干位移传感器。
5.如权利要求4所述的锚杆或锚索支护应力测试装置，其特征在于，所述托板为方形。
6.如权利要求4所述的锚杆或锚索支护应力测试装置，其特征在于，所述位移传感器为4个，分别设置在方形托板四条边的中间位置。
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