CN102692351B - 一种试验台及应用其进行测试倾斜锚杆力学性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿山支护技术领域，特别是涉及一种试验台及应用其进行测试倾斜锚杆力学性能的方法。该试验台包括：待测锚杆，其上设有螺纹，待测锚杆沿螺纹段轴向开设凹槽，凹槽对应位置粘贴电阻应变片，待测锚杆的一端连接螺纹钢；台座，其上设有用于安装孔，底部设有钢槽，螺纹钢卡入钢槽中；台座上放置斜面体，斜面体上设有孔隙；在斜面体上放置锚杆托板和调心球垫；锚杆测力计，其安装在钢槽上，套筒套在待测锚杆远离螺纹钢的一端；施力单元，施力单元与套筒连接，其向待测锚杆施加外力。本发明提供的试验台及应进行测试倾斜锚杆力学性能的方法，可有效测试倾斜锚杆的受力状态和支护作用，对合理地进行锚杆支护设计具有良好的指导意义。

Description

一种试验台及应用其进行测试倾斜锚杆力学性能的方法

技术领域

本发明涉及矿山支护技术领域，特别是涉及一种试验台及应用其进行测试倾斜锚杆力学性能的方法。

背景技术

锚杆支护作为一种经济、有效的巷道支护技术，不仅能够提高巷道支护效果，降低巷道支护成本，而且有利于采煤工作面的快速推进和煤炭产量提高，已成为我国煤矿及其它矿山巷道首选的、安全高效的主要支护方式。

锚杆支护效果与支护参数密切相关。锚杆支护参数包括锚杆直径、强度、长度、倾角、间排距，及锚杆预应力、锚固长度等。其中，倾角是影响锚杆支护效果与受力状态的一个主要因素。

一般情况下，设计锚杆垂直巷道表面布置。但是，由于施工存在一定偏差，而且巷道表面大多凹凸不平，导致在井下巷道中，锚杆很难与表面完全垂直，存在一定倾角。此外，为了控制结构面变形、巷道底鼓等，有时专门设计锚杆与巷道表面呈一定角度。

锚杆与巷道表面不垂直，呈一定角度时，会出现以下问题：在锚杆安装过程中，预应力施加效果差，螺母扭矩转换成预应力的效率低，锚杆预应力扩散到围岩中的范围小；锚杆不仅受到拉伸作用，而且受到弯曲、剪切作用，受力状态显著恶化，锚杆在远低于其拉断强度的情况下发生破断，导致锚杆支护失效。

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试验台及应用其进行测试倾斜锚杆力学性能的方法，以克服现有技术无法对倾斜锚杆力学性能进行有效的测试，导致锚杆不能较好地起到支护效果等缺陷。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明一方面提供一种试验台，包括：

待测锚杆，所述待测锚杆上设有螺纹，所述待测锚杆沿螺纹段轴向开设若干个凹槽，所述凹槽对应位置粘贴电阻应变片，所述待测锚杆的一端连接螺纹钢；

台座，所述台座上设有用于安装待测锚杆的安装孔，所述台座的底部设有钢槽，所述螺纹钢卡入钢槽中；

所述台座上放置具有斜坡的斜面体，所述斜面体上设有使得待测锚杆穿过的孔隙；

在所述斜面体上放置锚杆托板和调心球垫；

锚杆测力计，其安装在所述钢槽上，用于测量待测锚杆的轴向载荷；

套筒，所述套筒套在待测锚杆远离螺纹钢的一端；

施力单元，所述施力单元与套筒连接，其向待测锚杆施力外力。

进一步地，所述待测锚杆远离螺纹钢的一端安装锚杆螺母，在所述锚杆螺母和调心球垫之间设有减摩垫圈。

进一步地，所述施力单元为扭矩扳手，所述扭矩扳手上设有扭矩刻度。

进一步地，所述安装孔的孔径大于待测锚杆直径3-5mm。

进一步地，述待测锚杆的长度为200-500mm，所述锚杆上螺纹长度为100-150mm。

进一步地，所述斜面体的斜坡角度分别为5°、10°、15°、20°25°和30°。

另一方面，本发明还提供一种应用该试验台进行测试倾斜锚杆力学性能的方法，具体包括：

步骤S1、选取一段待测锚杆，所述待测锚杆上设有螺纹，所述待测锚杆沿螺纹段轴向开设若干个凹槽，所述凹槽对应位置粘贴电阻应变片，将电阻应变片的导线引出，并用硅胶充填密封；

步骤S2、将待测锚杆安装在试验台座上，将连接螺纹钢的一段卡在钢槽中；

步骤S3、更换不同斜坡的斜面体进行测试；

步骤S4、待斜面体的坡度确定后，通过施力单元向锚杆螺母施加不同大小的扭矩，每级记录螺母扭矩值，锚杆测力计读数，电阻应变仪记录应变片应变值；

步骤S5、试验完成后，对变形后的不同安装角度的锚杆螺纹段进行显微观察，分析是否存在裂纹及裂纹形态。

步骤S6、根据锚杆测力计读数，计算锚杆拉伸应力；根据锚杆杆体承受的扭矩，计算扭转应力；根据杆体应变片读数，计算杆体承受的弯曲应力。

(三)有益效果

上述技术方案具有如下优点：本发明提供的试验台及应用该试验台进行测试倾斜锚杆力学性能的方法，可有效测试倾斜锚杆的受力状态和支护作用，对合理地进行锚杆支护设计具有良好的指导意义。

附图说明

图1为本发明实施例试验台结构示意图；

图2为图1中A-A剖面；

图3为锚杆应变片粘贴方式示意图。

图中：

1：台座；2：斜面体；3：待测锚杆；4：锚杆托板；5：调心球垫；6：垫圈；7：锚杆螺母；8：套筒；9：扭矩扳手；10：锚杆测力计；11：短螺纹钢；12：短螺纹钢；13：钢槽；14：凹槽。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1-3所示，本发明实施例提供一种试验台，该试验台包括：台座1、斜面体2、待测锚杆3、锚杆托板4、调心球垫5、垫圈6、锚杆螺母7、套筒8、施力单元和锚杆测力计10。

具体的，该待测锚杆3上设有螺纹，待测锚杆的长度为200-500mm，所述锚杆上螺纹长度为100-150mm。

待测锚杆3沿螺纹段轴向开设若干个凹槽14，凹槽14对应位置粘贴电阻应变片，该待测锚杆3的一端连接两段短螺纹钢11和12，台座1上设有用于安装待测锚杆3的安装孔，安装孔的孔径大于待测锚杆直径3-5mm台座1的底部设有钢槽13，短螺纹钢11和12卡入钢槽13中；台座1上放置具有斜坡的斜面体2，该斜面体2上设有使得待测锚杆3穿过的孔隙；在斜面体2上放置锚杆托板4和调心球垫5；该锚杆测力计10安装在所述钢槽13上，用于测量待测锚杆3的轴向载荷；套筒8套在待测锚杆3远离螺纹钢的一端；施力单元，所述施力单元与套筒8连接，其向待测锚杆3施加外力。本实施例中，施力单元为扭矩扳手9，所述扭矩扳手9上设有扭矩刻度。待测锚杆远离螺纹钢的一端安装锚杆螺母，在所述锚杆螺母和调心球垫之间设有减摩垫圈6。

斜面体的斜坡角度分别为5°、10°、15°、20°25°和30°。设置不同角度的斜坡用于模拟井下巷道中锚杆轴线与垂直呈5°、10°、15°、20°25°和30°的情况。

下面具体说明一下试验台的操作方法：

将待测锚杆3穿过台座1的安装孔，该待测锚杆连接短螺纹钢的一端卡入台座1的钢槽13中，使其不能转动。待将待测锚杆安装在台座1后，在钢槽13上安装锚杆测力计10。

将待测锚杆3穿过斜面体2上的孔隙、继续安装锚杆托板4、调心球垫5和垫圈6，在待测锚杆远离螺纹钢的一端安装锚杆螺母7，在锚杆螺母7上安装套筒8，该套筒8与扭矩扳手9连接。

另一方面，本发明还提供一种应用该试验台进行测试倾斜锚杆力学性能的方法，具体包括：

步骤S1、选取一段待测锚杆，所述待测锚杆上设有螺纹，所述待测锚杆沿螺纹段轴向开设若干个凹槽，所述凹槽对应位置粘贴电阻应变片，将电阻应变片的导线引出，并用硅胶充填密封。

步骤S2、将待测锚杆安装在试验台座上，将连接螺纹钢的一段卡在钢槽中。

步骤S3、更换不同斜坡的斜面体进行测试。

步骤S4、待斜面体的坡度确定后，通过施力单元向锚杆螺母施加不同大小的扭矩，每级记录螺母扭矩值，锚杆测力计读数，电阻应变仪记录应变片应变值。具体的，通过扭矩扳手向锚杆螺母施加扭矩，逐级施加，一直加到待测锚杆能承受的最大扭矩加载级差为50-100N.m。

步骤S5、试验完成后，对变形后的不同安装角度的锚杆螺纹段进行显微观察，分析是否存在裂纹及裂纹形态。

步骤S6、根据锚杆测力计读数，计算锚杆拉伸应力；根据锚杆杆体承受的扭矩，计算扭转应力；根据杆体应变片读数，计算杆体承受的弯曲应力，最后，计算和分析待测锚杆的拉伸、扭转与弯曲的复合应力。

本发明提供的试验台及应用该试验台进行测试倾斜锚杆力学性能的方法，可有效测试倾斜锚杆的受力状态和支护作用，对合理地进行锚杆支护设计具有良好的指导意义。

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替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种试验台，其特征在于，包括：

待测锚杆，所述待测锚杆上设有螺纹，所述待测锚杆沿螺纹段轴向开设若干个凹槽，所述凹槽对应位置粘贴电阻应变片，所述待测锚杆的一端连接螺纹钢；

台座，所述台座上设有用于安装待测锚杆的安装孔，所述台座的底部设有钢槽，所述螺纹钢卡入钢槽中；

所述台座上放置具有斜坡的斜面体，所述斜面体上设有使得待测锚杆穿过的孔隙，所述斜面体的斜坡角度分别为5°、10°、15°、20°25°和30°；

在所述斜面体上放置锚杆托板和调心球垫；

锚杆测力计，其安装在所述钢槽上，用于测量待测锚杆的轴向载荷；

套筒，所述套筒套在待测锚杆远离螺纹钢的一端；

施力单元，所述施力单元与套筒连接，其向待测锚杆施加外力。

2.如权利要求1所述的试验台，其特征在于，所述待测锚杆远离螺纹钢的一端安装锚杆螺母，在所述锚杆螺母和调心球垫之间设有减摩垫圈。

3.如权利要求1所述的试验台，其特征在于，所述施力单元为扭矩扳手，所述扭矩扳手上设有扭矩刻度。

4.如权利要求1所述的试验台，其特征在于，所述安装孔的孔径大于待测锚杆直径3-5mm。

5.如权利要求1所述的试验台，其特征在于，所述待测锚杆的长度为200-500mm，所述待测锚杆上的螺纹长度为100-150mm。

6.一种应用权利要求1-5任一项的试验台进行测试倾斜锚杆力学性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、选取一段待测锚杆，所述待测锚杆上设有螺纹，所述待测锚杆沿螺纹段轴向开设若干个凹槽，所述凹槽对应位置粘贴电阻应变片，将电阻应变片的导线引出，并用硅胶充填密封；

步骤S2、将待测锚杆安装在试验台座上，将连接螺纹钢的一段卡在钢槽中；

步骤S3、更换不同斜坡的斜面体进行测试；

步骤S4、待斜面体的坡度确定后，通过施力单元向锚杆螺母施加不同大小的扭矩，每级记录螺母扭矩值，锚杆测力计读数，电阻应变仪记录应变片应变值；

步骤S5、试验完成后，对变形后的不同安装角度的锚杆螺纹段进行显微观察，分析是否存在裂纹及裂纹形态；

步骤S6、根据锚杆测力计读数，计算锚杆拉伸应力；根据锚杆杆体承受的扭矩，计算扭转应力；根据杆体应变片读数，计算杆体承受的弯曲应力。

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