CN105021421A - 一种能定位导向的煤巷支护物理模型实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能定位导向的煤巷支护物理模型实验方法。本发明设计了模拟锚杆(索)的结构形式，支护时能准确施加预紧力，加载时能监测锚杆(索)的轴力。煤巷支护通过定位预埋、导向开挖和组装支护三步骤完成。定位预埋：设计制作定位板，填筑模型时，通过布置定位板，精确定位并结合螺母固定锚杆(索)，然后填料压实。导向开挖：沿着定位板开挖，发挥其导向作用，挖完后依次将螺母和定位板卸下。组装支护：铺网，装钢带，依次组装锚杆(索)托盘、微型测力环和螺母，依据微型测力环，施加一定预紧力，完成支护。本发明通过布置定位板能准确定位并保护锚杆(索)，防止其错位，定位板导向开挖，使煤巷成型规则；能施加锚杆(索)预紧力并监测其轴力，准确模拟煤巷支护，提高了模型实验的准确性和科学性。

Description

一种能定位导向的煤巷支护物理模型实验方法

技术领域

本发明涉及煤巷物理相似模型实验方法。

背景技术

煤巷物理相似模型实验是研究煤巷支护技术及稳定性的重要科学手段，应用非常广泛，煤巷物理相似模型实验的核心部分为煤(岩)层模拟和支护模拟，煤(岩)层模拟可以通过相似准则计算和配比实验确定合适的模拟材料，支护模拟则存在诸多困难，包括支护构件的准确定位并保持位置不变、锚杆(索)结构形式、轴力等受力性能，因此，正确设置并模拟煤巷支护对提高相似实验结果的准确性具有重要意义。

目前，大部分煤巷物理相似模型实验采用分层填筑法，受煤巷尺寸限制，支护常采用提前埋筑法(即在浇筑整体模型时，提前将锚杆、锚索等支护构件埋筑在模型里面，然后挖出煤巷后就进行加载)。由于锚杆(索)埋筑在模型里面，因此不能施加预应力，也不能测量锚杆(索)的轴力，这导致不能通过锚杆(索)的轴力分析支护构件控制煤巷稳定性时所发挥的作用，不利于研究各项支护技术。而且，在填筑整体模型过程中，不能准确定位锚杆(索)的位置，并容易导致锚杆(索)的位置发生错动，不能准确模拟支护方案。此外，挖煤巷时，容易发生超挖、欠挖及对锚杆(索)的扰动破坏，致使煤巷成型很不规则。

发明内容

本发明的目的是提出一种能定位导向的煤巷支护物理模型实验方法，该方法能借助定位板准确定位并保护锚杆(索)，防止填筑过程中锚杆(索)错位，能在定位板的导向作用下，准确开挖，防止超挖、欠挖及对锚杆(索)的扰动破坏；设计的锚杆(索)结构形式能够准确模拟预紧力锚杆(索)，且能监测其轴力，能有效模拟煤巷支护，提高实验结果的准确性，具有支护简便、准确、可操作性强等优点。

本发明通过以下技术方案实现：

设计了模拟锚杆(索)的结构形式，锚杆(索)由尾部、杆体和端部组成，尾部用螺栓模拟，杆体用锡丝或熔断丝或铁丝等模拟，端部用正方形铁片模拟，三部分使用AB胶均匀连接。锚杆(索)尾部安装托盘、微型测力环和螺母，其中微型测力环位于托盘和螺母之间，根据微型测力环，支护时通过扳手旋转螺母施加一定的预紧力，加载时实时监测锚杆(索)的轴力。

煤巷支护通过定位预埋、导向开挖和组装支护三步骤完成。首先，定位预埋：通过设置定位板，以保证锚杆(索)的精确定位，其中定位板用有机玻璃制作，根据煤巷尺寸和具体支护方案，加工定位板并钻锚杆(索)孔洞；当模型浇筑到相应位置时，将定位板固定在相应位置，准确定位锚杆(索)并将其穿入定位板的孔洞，用螺母进行固定，然后小心填料、压实、整平，重复上述流程，直到所有锚杆(索)埋设完成。其次，导向开挖：当模型达到预定强度时，沿着定位板进行开挖，发挥其导向作用，将定位板之间和锚杆(索)外露部分表面的填筑材料完全清理干净，然后将锚杆(索)的螺母缓慢拧下，并把定位板轻轻卸下，进行必要的测量和修正。最后，组装支护：铺网，安装钢带，然后依次安装锚杆(索)托盘、微型测力环和螺母，依据微型测力环的示数，用扳手旋转螺母以施加一定数值的预紧力。按此方法逐步完成全部支护。

由本发明的技术方案可见，该方法新颖、科学、可操作性强，能保证煤巷成型完整，支护构件准确定位，能施加预紧力并监测锚杆(索)的轴力，从而提高煤巷支护物理模型实验的准确性和科学性。

附图说明

图1为锚杆(索)结构形式示意图；

图2为定位板示意图；

图3为定位预埋示意图；

图4为导向开挖中挖掘示意图；

图5为导向开挖中挖完示意图；

图6为导向开挖完成示意图；

图7为组装支护示意图。

图中：1—锚杆(索)端部，2—锚杆(索)杆体，3—锚杆(索)尾部，4—锚杆(索)托盘，5—螺母，6—微型测力环，7—锚杆(索)孔洞，8—顶板锚杆(索)，9—帮部锚杆(索)，10—顶板定位板，11—帮部定位板，12—底板定位板，13—顶板岩层，14—帮部岩层，15—底板岩层，16—网，17—钢带。

具体实施方式

本发明提出的一种能定位导向的煤巷支护物理模型实验方法较佳的具体实施方式如下：

煤(岩)层模拟可以通过相似准则计算和配比实验确定合适的模拟材料，采用分层填筑法。煤巷支护通过定位预埋、导向开挖和组装支护三步骤完成。

(1)定位预埋。(参照图1、2、3)

①制作模拟的锚杆(索)：根据模拟的支护方案、相似准则及抗拉实验选取合适的锚杆(索)材料，如锡丝或熔断丝或铁丝等，依据本发明设计的形式制作锚杆(索)，锚杆(索)由尾部3、杆体2和端部1组成，用螺栓模拟尾部3，用锡丝或熔断丝或铁丝等模拟杆体2，用边长为10mm的正方形铁片模拟端部1，用AB胶均匀连接三部分从而组成一个整体。

②制作定位板：若是矩形或梯形煤巷，需要制作四块定位板，分别为一块顶板定位板10、两块帮部定位板11和一块底板定位板12，定位板可用厚2mm的有机玻璃板制作，根据煤巷尺寸和具体支护方案，进行准确测绘后，加工定位板的外尺寸，用钻机在定位板上钻出锚杆(索)位置的孔洞7。

③进行定位预埋：若底板无支护，则在模型填筑完底板岩层15后，放置底板定位板12；将两块帮部定位板11固定在相应位置，逐步填料压实，到帮部锚杆(索)9位置后，将相应位置处的帮部锚杆(索)9穿入帮部定位板11的孔洞中，用螺母5进行固定，然后小心填料、压实、整平，重复上述流程，直到所有帮部锚杆(索)9埋设完成；当填筑到顶部位置处时，将顶板锚杆(索)8穿入顶板定位板10的孔洞中，用螺母5进行固定，然后将顶板定位板10布置到相应位置，继续小心填料压实，直到完成整个模型的填筑。

(2)导向开挖。(参照图4、5、6)

当整个模型达到预定强度时，在钢尺等测量工具的辅助下，用挖掘刀对煤巷进行开挖。开挖时，沿着顶板定位板10、帮部定位板11和底板定位板12进行开挖，充分发挥定位板的开挖导向作用，将四块定位板之间及锚杆(索)外露部分表面的填筑材料清理干净，然后缓慢卸下锚杆(索)的螺母5，依次轻轻卸下定位板，进行必要的测量和修正，能够形成非常规整的煤巷，且锚杆(索)已经准确的布置到了预定位置。

(3)组装支护。(参照图7)

①制作支护构件，用边长为15mm厚0.5mm的方形铁片模拟锚索托盘，用边长为10mm厚0.5mm的方形铁片模拟锚杆托盘。用厚度0.5mm的条形铁片模拟钢带17，用钻机钻出锚杆(索)孔。用聚乙烯塑料网模拟金属网16。

②进行组装支护：铺网16，安装钢带17，然后依次安装锚杆(索)的托盘4、微型测力环6和螺母5，根据微型测力环6的示数，用扳手旋转螺母5以施加一定数值的预紧力。按此方法逐步完成全部支护。

以上所述，仅为较佳的具体实施方式，根据不同的支护方案，应进行相应的调整。本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本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内。

Claims (5)

1.一种能定位导向的煤巷支护物理模型实验方法，其特征在于：包括以下步骤：首先，定位预埋，即设计并制作定位板，填筑模型时，通过布置定位板，能准确定位并保护锚杆(索)；然后，导向开挖，即利用定位板导向开挖，使煤巷成型规则，挖完后，取出定位板；最后，组装支护，即依据设计的模拟锚杆(索)结构形式，安装网、钢带，依次组装锚杆(索)托盘、微型测力环和螺母，依据微型测力环，施加一定预紧力以完成支护，且加载时能监测锚杆(索)轴力。

2.根据权利要求1所述的一种能定位导向的煤巷支护物理模型实验方法，其特征在于：设计模拟锚杆(索)的结构形式，由尾部、杆体和端部组成，尾部用螺栓模拟，杆体用锡丝或熔断丝或铁丝模拟，端部用正方形铁片模拟，三部分用AB胶连接；尾部依次安装托盘、微型测力环和螺母，根据微型测力环，支护时旋转螺母施加预紧力，加载时监测轴力。

3.根据权利要求1所述的一种能定位导向的煤巷支护物理模型实验方法，其特征在于：定位预埋时，定位板用有机玻璃制作，根据煤巷尺寸和支护方案，加工定位板并钻锚杆(索)孔洞；当模型浇筑到相应位置时，布置定位板，准确定位锚杆(索)并将其穿入定位板的孔洞，用螺母进行固定，然后填料压实，重复上述流程，完成所有锚杆(索)埋设。

4.根据权利要求1所述的一种能定位导向的煤巷支护物理模型实验方法，其特征在于：导向开挖时，发挥定位板导向作用进行开挖，将定位板之间和锚杆(索)外露部分表面的填筑材料清理干净，然后将螺母和定位板轻轻卸下，进行必要的修正。

5.根据权利要求1所述的一种能定位导向的煤巷支护物理模型实验方法，其特征在于：组装支护时，铺网，安装钢带，依次安装锚杆(索)托盘、微型测力环和螺母，依据微型测力环测得的数值，用扳手旋转螺母以施加一定数值的预紧力。