CN109163896A - 易拆卸可调锚固长度的实验装置及其实验方法 - Google Patents
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Abstract
易拆卸可调锚固长度的实验装置，包括支座，支座上表面前侧通过两根前螺杆组件垂直设置有若干层前四棱围板，支座上表面后侧通过两根后螺杆组件垂直设置有若干层后四棱围板，每层前四棱围板和后四棱围板的左侧均设置有一层左平围板，每层前四棱围板和后四棱围板的右侧均设置有一层右平围板，前螺杆组件和后螺杆组件上通过水平设置有锚固实验面板，锚固实验面板上开设有若干个均上下通透的锚固孔。本发明还公开了易拆卸可调锚固长度的实验装置的实验方法。本发明可以直观系统的仿真巷道锚杆或锚索支护的全过程，有利于现场锚杆或锚索支护锚固施工过程的研究，还有利于现场锚杆或锚索支护质量的检测，同时可以根据模拟巷道锚杆或锚索的锚固过程。
Description
技术领域
本发明属于煤矿巷道支护技术领域，具体涉及一种易拆卸可调锚固长度的实验装置及其实验方法。
背景技术
目前，锚杆或锚索支护已成为煤矿巷道安全高效的主要支护方式，在我国煤矿巷道中得到大面积推广应用。锚杆或锚索支护是将锚杆或锚索锚固于煤岩体内，拧紧锚杆或锚索尾螺母（锁具），对围岩施加预紧力，约束巷道围岩的变形离层、碎胀与滑移错动。研究锚杆或锚索支护过程承受轴向载荷与轴向变形性能，对深化锚杆或锚索支护机理研究,提高锚杆或锚索支护可靠性，保证矿山工程安全具有重要意义。
对于锚杆或锚索支护巷道，锚杆或锚索锚固质量的优劣对能否提高围岩整体承载力有着直接影响，是煤矿安全生产的重要指标。因此对锚杆锚固质量的检测是促进煤矿安全生产的重要环节。锚固试验是进行锚杆或锚索支护基础性工作,可用于验证锚杆或锚索的可锚性，通过该实验可确定锚杆或锚索的锚固力，获得锚杆或锚索锚固过程中锚固体各界面应力传递规律,为确定合理锚固长度提供理论依据。因此对于复杂条件下锚杆或锚索的锚固机理、与围岩相互作用关系、应力分布规律及锚杆或锚索锚固体承载特性等问题作深入的研究很有必要。但是，现场实测经常受到环境条件的限制及多种不确定因素的影响，难以开展。相比较而言，实验室内的锚固特性实验研究更容易获得锚固系统内部规律，从而为工程提供技术支持。因次，设计出一种可在实验室条件下容易实施的、锚杆或锚索锚固长度可以灵活调节且能方便拆卸和重复使用的锚杆或锚索锚固实验装置是十分必要的。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种易拆卸可调锚固长度的实验装置及其实验方法，其可在实验室条件下对于复杂条件下锚杆或锚索锚固机理、与围岩相互作用关系、应力分布规律、锚杆或锚索锚固体承载特性、锚杆或锚索锚固效果测试及观察锚杆或锚索锚固剂的使用效果和锚固力的特征等问题进行模拟研究。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：易拆卸可调锚固长度的实验装置，包括支座，支座上表面前侧通过两根前螺杆组件垂直设置有若干层前四棱围板，支座上表面后侧通过两根后螺杆组件垂直设置有若干层后四棱围板，每层前四棱围板和后四棱围板的左侧均设置有一层左平围板，每层前四棱围板和后四棱围板的右侧均设置有一层右平围板，支座、前四棱围板、后四棱围板、左平围板和右平围板形成顶部敞口的长方体状实验腔，前螺杆组件和后螺杆组件上通过水平设置有位于长方体状实验腔正上方的锚固实验面板，锚固实验面板上开设有若干个均上下通透的锚固孔。
前四棱围板和后四棱围板的构造相同且前后对称布置；
每层前四棱围板均包括垂直设置的立板，立板的上侧边沿固定设置有上条板，立板的下侧边沿固定设置有下条板，立板的左侧边沿固定设置有左条板，立板的右侧边沿固定设置有右条板，上条板、下条板、左条板和右条板均垂直于立板且位于立板的前侧；
上条板和下条板的左侧部及右侧部均上下对应开设有第一螺杆插孔，下层的前四棱围板的上条板与相邻上层的前四棱围板的下条板对应贴合且第一螺杆插孔上下对应通透，左条板和左平围板之间以及右条板和右平围板之间均通过连接螺栓连接。
支座包括水平设置的支板，支板底面的左侧和右侧均设置设有支脚，支脚上开设有地脚螺孔，支板的四角处均开设有一个与第一螺杆插孔一一上下对应的第二螺杆插孔；最下一层前四棱围板和后四棱围板的下条板与支板上表面贴合且第一螺杆插孔与第二螺杆插孔上下对应；
前螺杆组件和后螺杆组件均设置有两组，每组前螺杆组件和后螺杆组件均包括螺杆、第一螺母、第二螺母、第三螺母和第四螺母，螺杆穿设在第一螺杆插孔与第二螺杆插孔内部，第一螺母螺纹连接在螺杆下端并与支板下表面压接配合，第二螺母螺纹连接在螺杆上部并与最上层的上条板上表面压接配合；
锚固实验面板的四角处开设有穿孔，四个穿孔对应穿套在四根螺杆上，第三螺母和第四螺母均螺纹连接在螺杆上，第三螺母上端与锚固实验面板下表面压接配合，第四螺母上端与锚固实验面板上表面压接配合。
易拆卸可调锚固长度的实验装置的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）根据锚杆或锚索需要锚固的长度尺寸组装将支座、前四棱围板、后四棱围板、左平围板和右平围板组装为一体；
（2）将配制好的相似材料摊铺到长方体状实验腔内并压实；
（3）把锚固实验面板安装到四根螺杆上；
（4）模拟煤矿巷道锚杆或锚索支护的锚固过程，在锚固实验面板上放置锚杆或锚索机，通过锚固实验面板上的锚固孔往长方体状实验腔内部的相似材料打锚杆或锚索；
（5）锚杆或锚索锚固稳定后，将锚杆或锚索拉拔机具放置到支座一侧，锚杆或锚索拉拔机具的拉拔头放置到锚固实验面板上夹持住锚杆或锚索对锚杆或锚索向上拉拔。
步骤（1）的具体过程为，根据实验中锚杆或锚索锚固的长度以及要求锚杆或锚索锚固长度，在支板上放置高度与锚固长度相当的几层前四棱围板和后四棱围板，第一螺杆插孔与第二螺杆插孔一一对应后，穿入螺杆，拧上第一螺母和第二螺母，然后使用连接螺栓再把左平围板和右平围板分别固定到左条板和右条板上；最后使用地脚螺栓穿入地脚螺孔将支座固定在实验室的工作台上。
步骤（3）的具体过程为，先将四个第三螺母拧到四根螺杆上，再将锚固实验面板四角处的穿孔对应套到四根螺杆上，接着将四个第四螺母拧到四根螺杆上，在锚固实验面板上放置水平尺，拧动第三螺母和第四螺母使锚固实验面板保持水平，并使锚固实验面板距离长方体状实验腔顶部的距离符合实验要求，锚固实验面板保持水平后再使用扳手拧紧第三螺母和第四螺母。
采用上述技术方案，本发明的工作原理如下：
本发明的目的是利用长方体状实验腔内装好配置好的相似材料，模拟煤矿巷道锚杆或锚索支护的锚固过程，在锚固实验装置上面可以用锚杆或锚索机通过锚固实验面板上的锚固孔往长方体状实验腔内部打锚杆或锚索；螺杆采用全螺纹高强螺杆，通过四根螺杆既能够实现根据实际实验条件，上下移动锚固实验面板到螺杆的各个位置以及同时配合加装方便安装拆卸的固定高度规格（500mm）的前四棱围板、后四棱围板、左平围板以及右平围板，以达到可以灵活调节锚杆或锚索锚固长度的目的；又能够做为一种安全可靠的为锚杆或锚索锚固和施加预紧力的刚性支撑结构，通过螺杆上的螺纹，同步移动第三螺母和第四螺母，保证锚杆或锚索能够被施加足够且精确的预紧力；由此可以在实验室条件下模拟煤矿巷道锚杆或锚索支护的锚固过程和分析对于复杂条件下锚杆或锚索锚固机理、与围岩相互作用关系、应力分布规律、锚杆或锚索锚固体承载特性、锚杆或锚索锚固效果测试及锚杆或锚索的受力情况，检测锚杆或锚索机钻进的信息，锚固系统的力学特征变化以及还可使锚固剂的数量得到优化，可以重复进行锚杆或锚索锚固力拉拔实验并可通过拉拔实验观察锚固剂与围岩的锚固界面、锚固剂与锚杆或锚索的锚固界面之间的特征变化以及观察锚杆或锚索锚固剂的使用效果和锚固力的特征。同时对非现场条件下的巷道锚杆或锚索施工及锚固效果监测提供简易平台进行，借助于此新型锚杆或锚索锚固实验装置可以对巷道锚杆或锚索施工及效果检测提供较大的帮助，对于巷道锚杆或锚索支护的研究具有推动作用。
全螺纹高强螺杆的产品等级为10.9级，材质为42CrMo，产品规格为M50×3500，为锚杆或锚索锚固、施加预紧力以及进行锚杆或锚索拉拔实验提供一种安全可靠的刚性支撑结构，保证锚杆或锚索能够施加足够预紧力和实验装置整体稳定性,其次，通过全螺纹高强螺杆上的螺纹可以精确快速对锚杆或锚索施加预紧力。
本发明结构简单实用、新颖独特，可以直观系统的仿真巷道锚杆或锚索支护的全过程，有利于现场锚杆或锚索支护锚固施工过程的研究，还有利于现场锚杆或锚索支护质量的检测，同时可以根据模拟巷道锚杆或锚索的锚固过程，研究对于复杂条件下锚杆或锚索锚固机理、与围岩相互作用关系、应力分布规律、锚杆或锚索锚固体承载特性、锚杆或锚索锚固效果测试及观察锚杆或锚索锚固剂的使用效果和锚固力的特征分析等问题，分析影响锚杆或锚索支护的因素，防止工作现场由于锚杆或锚索失效而造成事故。
附图说明
图1为本发明的立体结构图。
图2为本发明锚固实验面板的立体结构图。
图3为本发明前四棱围板的立体结构图。
图4为本发明左平围板和右平围板的立体结构图。
图5为本发明螺杆的立体结构图。
图6为本发明支座的立体结构图。
具体实施方式
如图1-图6所示，本发明的易拆卸可调锚固长度的实验装置，包括支座1，支座1上表面前侧通过两根前螺杆组件垂直设置有若干层前四棱围板2，支座1上表面后侧通过两根后螺杆组件垂直设置有若干层后四棱围板3，每层前四棱围板2和后四棱围板3的左侧均设置有一层左平围板4，每层前四棱围板2和后四棱围板3的右侧均设置有一层右平围板5，支座1、前四棱围板2、后四棱围板3、左平围板4和右平围板5形成顶部敞口的长方体状实验腔6，前螺杆组件和后螺杆组件上通过水平设置有位于长方体状实验腔6正上方的锚固实验面板7，锚固实验面板7上开设有若干个均上下通透的锚固孔8。
前四棱围板2和后四棱围板3的构造相同且前后对称布置；
每层前四棱围板2均包括垂直设置的立板9，立板9的上侧边沿固定设置有上条板10，立板9的下侧边沿固定设置有下条板11，立板9的左侧边沿固定设置有左条板12，立板9的右侧边沿固定设置有右条板13，上条板10、下条板11、左条板12和右条板13均垂直于立板9且位于立板9的前侧；
上条板10和下条板11的左侧部及右侧部均上下对应开设有第一螺杆插孔14，下层的前四棱围板2的上条板10与相邻上层的前四棱围板2的下条板11对应贴合且第一螺杆插孔14上下对应通透，左条板12和左平围板4之间以及右条板13和右平围板5之间均通过连接螺栓15连接。
支座1包括水平设置的支板16，支板16底面的左侧和右侧均设置设有支脚17，支脚17上开设有地脚螺孔18，支板16的四角处均开设有一个与第一螺杆插孔14一一上下对应的第二螺杆插孔27；最下一层前四棱围板2和后四棱围板3的下条板11与支板16上表面贴合且第一螺杆插孔14与第二螺杆插孔27上下对应；
前螺杆组件和后螺杆组件均设置有两组，每组前螺杆组件和后螺杆组件均包括螺杆19、第一螺母、第二螺母20、第三螺母21和第四螺母22，螺杆19穿设在第一螺杆穿孔14与第二螺杆穿孔18内部，第一螺母螺纹连接在螺杆19下端并与支板16下表面压接配合，第二螺母20螺纹连接在螺杆19上部并与最上层的上条板10上表面压接配合；
锚固实验面板7的四角处开设有穿孔23，四个穿孔23对应穿套在四根螺杆19上，第三螺母21和第四螺母22均螺纹连接在螺杆19上，第三螺母21上端与锚固实验面板7下表面压接配合，第四螺母22上端与锚固实验面板7上表面压接配合。
易拆卸可调锚固长度的实验装置的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）根据锚杆或锚索26需要锚固的长度尺寸组装将支座1、前四棱围板2、后四棱围板3、左平围板4和右平围板5组装为一体；
（2）将配制好的相似材料摊铺到长方体状实验腔6内并压实；
（3）把锚固实验面板7安装到四根螺杆19上；
（4）模拟煤矿巷道锚杆或锚索26支护的锚固过程，在锚固实验面板7上放置锚杆或锚索26机，通过锚固实验面板7上的锚固孔8往长方体状实验腔6内部的相似材料打锚杆或锚索26；
（5）锚杆或锚索26锚固稳定后，将锚杆或锚索拉拔机具24放置到支座1一侧，锚杆或锚索拉拔机具24的拉拔头25放置到锚固实验面板7上夹持住锚杆或锚索26对锚杆或锚索26向上拉拔。
步骤（1）的具体过程为，根据实验中锚杆或锚索26锚固的长度以及要求锚杆或锚索26锚固长度，在支板16上放置高度与锚固长度相当的几层前四棱围板2和后四棱围板3，第一螺杆穿孔14与第二螺杆穿孔18一一对应后，穿入螺杆19，拧上第一螺母和第二螺母20，然后使用连接螺栓15再把左平围板4和右平围板5分别固定到左条板12和右条板13上；最后使用地脚螺栓穿入地脚螺孔18将支座1固定在实验室的工作台上。
步骤（3）的具体过程为，先将四个第三螺母21拧到四根螺杆19上，再将锚固实验面板7四角处的穿孔23对应套到四根螺杆19上，接着将四个第四螺母22拧到四根螺杆19上，在锚固实验面板7上放置水平尺，拧动第三螺母21和第四螺母22使锚固实验面板7保持水平，并使锚固实验面板7距离长方体状实验腔6顶部的距离符合实验要求，锚固实验面板7保持水平后再使用扳手拧紧第三螺母21和第四螺母22。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.易拆卸可调锚固长度的实验装置，其特征在于：包括支座，支座上表面前侧通过两根前螺杆组件垂直设置有若干层前四棱围板，支座上表面后侧通过两根后螺杆组件垂直设置有若干层后四棱围板，每层前四棱围板和后四棱围板的左侧均设置有一层左平围板，每层前四棱围板和后四棱围板的右侧均设置有一层右平围板，支座、前四棱围板、后四棱围板、左平围板和右平围板形成顶部敞口的长方体状实验腔，前螺杆组件和后螺杆组件上通过水平设置有位于长方体状实验腔正上方的锚固实验面板，锚固实验面板上开设有若干个均上下通透的锚固孔。
2.根据权利要求1所述的易拆卸可调锚固长度的实验装置，其特征在于：前四棱围板和后四棱围板的构造相同且前后对称布置；
每层前四棱围板均包括垂直设置的立板，立板的上侧边沿固定设置有上条板，立板的下侧边沿固定设置有下条板，立板的左侧边沿固定设置有左条板，立板的右侧边沿固定设置有右条板，上条板、下条板、左条板和右条板均垂直于立板且位于立板的前侧；
上条板和下条板的左侧部及右侧部均上下对应开设有第一螺杆插孔，下层的前四棱围板的上条板与相邻上层的前四棱围板的下条板对应贴合且第一螺杆插孔上下对应通透，左条板和左平围板之间以及右条板和右平围板之间均通过连接螺栓连接。
3.根据权利要求2所述的易拆卸可调锚固长度的实验装置，其特征在于：支座包括水平设置的支板，支板底面的左侧和右侧均设置设有支脚，支脚上开设有地脚螺孔，支板的四角处均开设有一个与第一螺杆插孔一一上下对应的第二螺杆插孔；最下一层前四棱围板和后四棱围板的下条板与支板上表面贴合且第一螺杆插孔与第二螺杆插孔上下对应；
前螺杆组件和后螺杆组件均设置有两组，每组前螺杆组件和后螺杆组件均包括螺杆、第一螺母、第二螺母、第三螺母和第四螺母，螺杆穿设在第一螺杆插孔与第二螺杆插孔内部，第一螺母螺纹连接在螺杆下端并与支板下表面压接配合，第二螺母螺纹连接在螺杆上部并与最上层的上条板上表面压接配合；
锚固实验面板的四角处开设有穿孔，四个穿孔对应穿套在四根螺杆上，第三螺母和第四螺母均螺纹连接在螺杆上，第三螺母上端与锚固实验面板下表面压接配合，第四螺母上端与锚固实验面板上表面压接配合。
4.采用权利要求3所述的易拆卸可调锚固长度的实验装置的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）根据锚杆或锚索需要锚固的长度尺寸组装将支座、前四棱围板、后四棱围板、左平围板和右平围板组装为一体；
（2）将配制好的相似材料摊铺到长方体状实验腔内并压实；
（3）把锚固实验面板安装到四根螺杆上；
（4）模拟煤矿巷道锚杆或锚索支护的锚固过程，在锚固实验面板上放置锚杆或锚索机，通过锚固实验面板上的锚固孔往长方体状实验腔内部的相似材料打锚杆或锚索；
（5）锚杆或锚索锚固稳定后，将锚杆或锚索拉拔机具放置到支座一侧，锚杆或锚索拉拔机具的拉拔头放置到锚固实验面板上夹持住锚杆或锚索对锚杆或锚索向上拉拔。
5.根据权利要求4所述的易拆卸可调锚固长度的实验装置的实验方法，其特征在于：步骤（1）的具体过程为，根据实验中锚杆或锚索锚固的长度以及要求锚杆或锚索锚固长度，在支板上放置高度与锚固长度相当的几层前四棱围板和后四棱围板，第一螺杆插孔与第二螺杆插孔一一对应后，穿入螺杆，拧上第一螺母和第二螺母，然后使用连接螺栓再把左平围板和右平围板分别固定到左条板和右条板上；最后使用地脚螺栓穿入地脚螺孔将支座固定在实验室的工作台上。
6.根据权利要求4所述的易拆卸可调锚固长度的实验装置的实验方法，其特征在于：步骤（3）的具体过程为，先将四个第三螺母拧到四根螺杆上，再将锚固实验面板四角处的穿孔对应套到四根螺杆上，接着将四个第四螺母拧到四根螺杆上，在锚固实验面板上放置水平尺，拧动第三螺母和第四螺母使锚固实验面板保持水平，并使锚固实验面板距离长方体状实验腔顶部的距离符合实验要求，锚固实验面板保持水平后再使用扳手拧紧第三螺母和第四螺母。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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