CN103076278A - 锚杆支护锚固施工仿真综合实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锚杆支护锚固施工仿真综合实验装置，可有效解决矿山巷道支护的模拟，保证模拟质量，确保矿山安全生产问题，其结构是，支架台是由四方形上框和四方形上框下部四角经上中间板装有支腿构成，支腿下端部装有置于地面上的下中间板，四方形上框的对应两边间装有角钢，支架台上部一侧有置于地面上的人工梯子，支架台上部有人工护栏扶手，角钢上面通过螺栓固定装有龙门框架，龙门框架上部装有油缸，组成加压装置；龙门框架的内部放置有由箱体、挡板和起压实作用的压板组成的模型箱，本发明可以在实验平台下面通过锚杆机往平台内部打锚杆，模拟巷道锚杆支护的锚固过程，检测锚杆机在打钻过程中的信息，对巷道锚杆施工及效果监测提供帮助。

Description

锚杆支护锚固施工仿真综合实验装置

技术领域

本发明涉及模拟实验装置，特别是一种锚杆支护锚固施工仿真综合实验装置。

背景技术

相似材料模拟实验方法一直是采矿工程实验研究的主要实验方法，它的实质是在实验台上用与模型力学性质相似的材料按照几何相似的一定比例缩制成实验模型。在模型上可以开挖成各类工程，如矿山巷道和硐室、长壁采场，通过对工程过程的模拟和实验观察，来研究工程围岩体的变形、移动和破坏等力学现象，以及分析作用于支护结构上的力。传统的巷道锚杆支护效果的相似材料模拟实验方法一般用的是平面模拟实验装置，它只能研究原型的一个剖面，而对于三维应力均有变化的研究对象，平面模拟实验台存在不合理性。平面实验台不能模拟在巷道里面打锚杆的过程，以得到锚杆的受力情况以及支护的质量检测；它的夹紧结构方面也存在不合理性，长期实验后，槽钢会造成不同程度的弯曲，装架后模型表面凹凸不平，影响模型的相似性；模型架升降不方便，升降过程不易控制，往往成型后由于速度控制不当产生震动，损坏模型内部结构，造成实验结构不够准确，影响对矿山巷道支护安全预防，会造成安全事故。因此，应用相似理论、结构力学、材料力学等学科知识，开发出一种三维的、结构简单合理、实现钻打锚杆工艺的立体巷道锚杆支护相似材料模拟实验平台势在必行。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种锚杆支护锚固施工仿真综合实验装置，可有效解决矿山巷道支护的模拟，保证模拟质量，确保矿山安全生产问题。

本发明解决的技术方案是，包括支架台、加压装置和梯子，所述的支架台是由四方形上框和四方形上框下部四角经上中间板装有支腿构成，支腿下端部装有置于地面上的下中间板，四方形上框的对应两边间装有角钢，支架台上部一侧有置于地面上的人工梯子，支架台上部有人工护栏扶手，角钢上面通过螺栓固定装有龙门框架，龙门框架上部装有油缸，组成加压装置；龙门框架的内部放置有由箱体、挡板和起压实作用的压板组成的模型箱。

本发明是一种可以模拟三维状态下巷道锚杆支护实验装置，在三维仿真实验平台上面装好配置好的相似材料以后，可以在实验平台下面通过锚杆机往平台内部打锚杆，模拟巷道锚杆支护的锚固过程，还可以检测锚杆机在打钻过程中的信息，同时，为巷道锚杆支护的质量监测提供平台，利用三维仿真综合实验装置可以对巷道锚杆施工及效果监测提供帮助，对于巷道锚杆支护的研究具有推动作用。

附图说明

图1为本发明的结构立体图。

图2为本发明的结构主视图。

图3为本发明的结构侧视图。

具体的实施方式

以下结合附图对发明的具体实施方式作以详细描述。

由图1-3所示，本发明包括支架台、加压装置和梯子，所述的支架台是由四方形上框1和四方形上框下部四角经上中间板5装有支腿3构成，支腿3下端部装有置于地面上的下中间板2，四方形上框1的对应两边间装有角钢12，支架台上部一侧有置于地面上的人工梯子4，支架台上部有人工护栏扶手7，角钢12上面通过螺栓固定装有龙门框架8，龙门框架8上部装有油缸组9，组成加压装置13；龙门框架的内部放置有由箱体、挡板和起压实作用的压板10组成的模型箱11。

人工梯子用于工作人员从地面到支架台上面的来往，方便工作。

所述的模型箱11底部有3个直径30mm±0.5mm的圆孔6，模型箱一边有透明的玻璃钢，另一边有可拆卸的挡板，顶部有起压实作用的压板10。

所述的支腿3呈从上往下向外的倾斜状，上中间板5与四方形上框1焊接在一起。

所述的下中间板2置于地面上基础坑内的混凝土固定体上，下中间板5上有地脚孔，由螺栓穿过地脚孔将与支腿焊接在一起的下中间板同混凝土固定体固定在一起（图中未画出）。

所述的四方形框架1是是由直径为15cm的钢管连接而成方形，框架内焊接有180角钢12，角钢表面有直径为30mm±0.5mm的螺栓孔，与支架台上安放的龙门框架8固定连接在一起。

所述的龙门框架8的底部为长方形的边框，边框上有螺纹孔，用4条M24螺栓把龙门框架固定在角钢上，油缸组采用4条M16螺栓固定在龙门框架上。

所述的加压装置13通过外接连接油管与地面上的高压油泵连接，通过高压油泵可控制油缸组的缩进与伸出，转动高压油泵上的操作手柄能完成操作。

所述的油缸组9是由3个100吨的油缸组成。

由上述可以看出，本发明的支架台由地脚螺栓固定在基础之上，支撑上面的箱体和加压装置的重量，支架台上部有护栏和扶手以保护人员的安全；支架台上部的形状是边长为2m的正方形，支架台距地面的高度是1.9m，支腿略微往外倾斜，安全支撑上部的重量，不易坍塌。加压装置由3个100吨油缸以及龙门式框架组成，每个油缸的工作压力是600KN，最大伸缩量是30mm，龙门式框架的尺寸是1600×1050mm；加压装置用4条M24螺栓固定在支架之上，3个油缸采用4条M16螺栓并排固定在龙门架的上部。连接油管把高压油泵和3个油缸连接在一起。模型箱由箱体、压板、挡板组成，向模型箱内加装材料时，可以从侧面分层加装材料到一定高度后，再用螺栓固定侧边挡板；两个挡板之间留有20mm的间隙，便于安放传感器的导线；模型箱的另一边，采用有机玻璃板，便于观测内部材料的情况；在箱体内部装满材料后，利用油缸的压力使用压板把材料压实；模型箱的底部有3个直径30mm的孔，通过钻孔可以使用锚杆机往上部打锚杆。高压油泵为加压装置的3个工作油缸提供高压油，通过转动高压油泵上的操作手柄，可以控制油缸的伸出与缩进。

本发明装置结构新颖独特，是在平面模拟实验装置的基础上，进一步发展成的立体模拟仿真综合实验装置，可以直观系统的仿真巷道锚杆支护的全过程，有利于现场锚杆锚固施工过程的研究，还有利于现场锚杆支护质量的检测，同时可以根据打钻过程识别上面岩层组合形式，防止工作现场顶板事故的发生。

本发明为了达到使用效果，在制作时，支架台的支腿3通过下中间板2与地面连接之前必须要向基础坑内浇灌混凝土，捣实后方可通过地脚螺栓固定在地面上，同时支腿3从上到下略往外倾斜，这是为了保证油缸在向模型箱加压时确保支架的平衡稳定性；支腿上部通过上中间板5与四方形框架通过焊接连在一起，可以增大接触面积，保证接触稳定性；由于支架台较高，为了上下支架台方便一些，在支架台上焊接了一个人工梯子4，为了确保台上人员的安全，增加了一个人工扶手护栏7。由于模型箱11本身的重量很大，通过油缸加压时支架台承受的压力很大，在支架台的上方框架两边连接两个180角钢12，可以防止支架台因受力不均匀出现变形坍塌事故；为了保证模型箱11的稳定性，箱子放置在龙门框架8上，被龙门框架所包围，同时龙门框架的顶部放置有三个油缸9，可以向模型箱11内的模拟材料加压，油缸组9外通过连接油管与高压油泵联通，转动手柄即可控制油缸的伸缩量和加压的大小。在模型箱11的底部留有3个30mm±5mm的圆孔，在模型做好以后，可以通过小孔往模型内部打锚杆，可以进行锚杆锚固施工仿真和相关的检测。

本发明的工作原理如下：

本发明的目的是利用在立体模型箱11内部装有相似材料，仿真模拟岩层三维应力状态均有变化的现场情况，在模型箱11的下部通过锚杆机往里面打锚杆，由此可以分析锚杆在岩层内部的受力情况和锚杆锚固的施工过程、锚固质量检测，还能基于锚杆质量检测仪对锚杆本身的质量进行无损检测，同时，还可以根据外部连接的传感器探测岩层内部的组合方式，预测岩层组合劣化的过程。在模型箱内部装好相似材料以后，龙门框架8上的3个油缸9通过压板10对模型箱11内部的材料进行压实，高压油泵通过加压装置13对模型箱内部的材料进行加压，可以改变岩层的受力的大小，进而可以分析岩层的三维受力情况。同时模型箱11的下部留有3个直径为30mm±5mm的圆孔，锚杆机通过孔向上打锚杆，通过相关仪器监测信息，利用监测仪器，在其下部对锚杆支护效果进行监测。通过模型箱11、加压装置13和打钻可以实时仿真锚杆锚固现场的施工情况。

本发明的工作情况是：

由于煤矿现场工作条件的复杂特性，要对锚杆进行三维受力状态分析和锚固质量检测具有一定的局限和困难，因此在实验室里设计一个仿真综合实验装置势在必行。如图所示，将本发明的设备按照一定的步棸进行正确的安装。首先把模型箱放置在位置合理的地面上，然后对支架进行安装，按照基础图，开挖基础坑，向基础坑内浇灌混凝土，并捣实，安放支架，保证支架上平面水平后，在地脚孔内穿入地脚螺栓。基础浇灌15天后，然后向支架上部安装加压装置，调整支架顶面水平，并保证支架底板与地面紧密接触无空隙后，紧固地脚螺栓的螺母。把加压装置吊到支架平台上后，调整加压装置位置，使底部的4个螺栓孔与支架上部的4个孔对准，然后用M16×50螺栓连接成一体。把液压泵站放置在合适位置，连接高压油管到加压装置立柱上的接头上，给液压泵站通电后，转动手柄，使油缸动作，可以控制油缸的缩进量。本发明正确安装好以后，把力学性质相似的材料按照一定比例放置在模型箱内部，每放置一部分材料要进行捣实压紧，到达一定高度后用螺栓固定侧面的挡板，继续添加直到模型箱装满为止，最后转动液压泵站的手柄，控制油缸的动作，压紧最上部的压板。用天车把装好材料以后的模型箱调到龙门架上，固定模型箱体，然后进行相关的实验。在模型箱体的下部留有3个直径为30mm±5mm的圆孔，锚杆机通过圆孔往模型箱内部打锚杆，锚杆机通过孔向上打锚杆，通过相关仪器监测信息，利用监测仪器，在其下部对锚杆支护效果进行监测。

Claims (8)

1.一种锚杆支护锚固施工仿真综合实验装置，包括支架台、加压装置和梯子，其特征在于，所述的支架台是由四方形上框（1）和四方形上框下部四角经上中间板（5）装有支腿（3）构成，支腿（3）下端部装有置于地面上的下中间板（2），四方形上框（1）的对应两边间装有角钢（12），支架台上部一侧有置于地面上的梯子（4），支架台上部有人工护栏扶手（7），角钢（12）上面通过螺栓固定装有龙门框架（8），龙门框架（8）上部装有油缸组（9），组成加压装置（13）；龙门框架的内部放置有由箱体、挡板和起压实作用的压板（10）组成的模型箱（11）。

2.根据权利要求1所述的锚杆支护锚固施工仿真综合实验装置，其特征在于，所述的模型箱（11）底部有3个直径30mm±0.5mm的圆孔（6），模型箱一边有透明的玻璃钢，另一边有可拆卸的挡板，顶部有起压实作用的压板（10），锚杆机通过圆孔往模型箱内部打锚杆，钻杆的外部连接有相应的传感器，钻杆工作的过程中记录传感器上变化的参数信息，锚杆打好以后，拧紧托盘，对锚杆可以进行三维受力状态分析，利用锚杆质量检测仪对锚杆的质量进行无损检测，同时对锚杆锚固质量的好坏进行分析，对于现场的锚杆锚固施工有很大的帮助作用。

3.根据权利要求1所述的锚杆支护锚固施工仿真综合实验装置，其特征在于，所述的支腿（3）呈从上往下向外的倾斜状，上中间板（5）与四方形上框（1）焊接在一起。

4.根据权利要求1所述的锚杆支护锚固施工仿真综合实验装置，其特征在于，所述的下中间板（2）置于地面上基础坑内的混凝土固定体上，下中间板（5）上有地脚孔，由螺栓穿过地脚孔将与支腿焊接在一起的下中间板同混凝土固定体固定在一起。

5.根据权利要求1所述的锚杆支护锚固施工仿真综合实验装置，其特征在于，所述的四方形框架（1）是是由直径为15cm的钢管连接而成方形，框架内焊接有180角钢（12），角钢表面有直径为30mm±0.5mm的螺栓孔，与支架台上安放的龙门框架（8）固定连接在一起。

6.根据权利要求1所述的锚杆支护锚固施工仿真综合实验装置，其特征在于，所述的龙门框架（8）的底部为长方形的边框，边框上有螺纹孔，用4条M24螺栓把龙门框架固定在角钢上，油缸组采用4条M16螺栓固定在龙门框架上。

7.根据权利要求1所述的锚杆支护锚固施工仿真综合实验装置，其特征在于，所述的加压装置（13）通过外接连接油管与地面上的高压油泵连接，通过高压油泵可控制油缸组的缩进与伸出，转动高压油泵上的操作手柄完成向模型箱（11）内的模拟材料加压或释放。

8.根据权利要求1所述的锚杆支护锚固施工仿真综合实验装置，其特征在于，所述的油缸组（9）是经油管连通的3个100吨的油缸组成，通过油管与高压油泵连通。

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