CN110031319B - 巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台和试验方法 - Google Patents

巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台和试验方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110031319B
CN110031319B CN201910267960.7A CN201910267960A CN110031319B CN 110031319 B CN110031319 B CN 110031319B CN 201910267960 A CN201910267960 A CN 201910267960A CN 110031319 B CN110031319 B CN 110031319B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wall
plate
test
roof
anchor rod
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910267960.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110031319A (zh
Inventor
王朋飞
冯国瑞
李松玉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CN201910267960.7A priority Critical patent/CN110031319B/zh
Publication of CN110031319A publication Critical patent/CN110031319A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110031319B publication Critical patent/CN110031319B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/36—Embedding or analogous mounting of samples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
    • G01N3/12—Pressure testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0001—Type of application of the stress
    • G01N2203/0003—Steady
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0019—Compressive
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003—Generation of the force
    • G01N2203/0032—Generation of the force using mechanical means
    • G01N2203/0039—Hammer or pendulum
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003—Generation of the force
    • G01N2203/0042—Pneumatic or hydraulic means
    • G01N2203/0048—Hydraulic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
    • G01N2203/0062—Crack or flaws
    • G01N2203/0066—Propagation of crack
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0658—Indicating or recording means; Sensing means using acoustic or ultrasonic detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
    • G01N2203/0676—Force, weight, load, energy, speed or acceleration

Abstract

本发明公开了巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台和试验方法，试验台壁是由内外嵌套结构组成，可以实现横向和上下的伸缩，适应各种大型和小型试验的要求。按照常规岩石力学试验得到的强度和相似模拟试验要求进行配比，配比出能够满足相似比折算出来的强度的透明岩体材料。该方法可实现实验室对巷顶沿空掘巷非对称顶板的支护研究，实体模型顶部边缘为弧形，试验可完成非对称锚杆支护试验，即左右锚杆长度不一，通过透明岩体观察到非对称锚杆支护下岩体内部裂隙的发育情况，克服了岩体内部无法观察到的黑箱难题。考虑了巷顶沿空掘巷上部的采空区矸石垫层对顶部载荷的影响，实现了错层位巷顶沿空掘巷非对称围岩的非对称锚杆支护机理的研究。

Description

巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台和试验方法
技术领域
本发明巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台和试验方法，属于煤矿开采巷道锚杆支护试验设备技术领域。
背景技术
巷道是井工煤矿开采的必要通道，畅通、稳定的巷道是煤矿安全、高效开采的保障。据不完全统计，我国国有煤矿每年新掘进的巷道总长达12000 km，巷道工程规模巨大，对煤矿安全、产量与效益有显著的影响。因此，巷道支护理论与技术一直是煤矿岩层控制的核心研究内容之一。国有大中型煤矿的煤巷锚杆支护率达到60%，有些矿区超过了90%，甚至达到100%。
巷顶沿空掘巷是目前常见的沿空巷道之一，多见于近距离煤层群开采、错层位开采中，其巷道布置在采空区下方。受煤层倾角、开采条件等限制，对于巷顶沿空掘巷常出现顶板非对称现象，因此，设计非对称支护方式更加科学。如图1所示。
目前锚杆支护的研究手段主要有理论分析、数值模拟、现场实测和实验室试验。理论分析和数值模拟与实际均有较大的偏差，现场进行锚杆(索)的研究固然有其优势，但目前采矿仍是黑箱问题，岩体内部的结构无法直接观察。而目前实验室锚杆(索)支护研究的装备有限，限制了锚杆(索)支护研究的发展。其次，目前的实验室设备的的尺寸固定，对于揭示体积不同的围岩体的锚杆(索)支护试验，无法满足要求。
发明内容
本发明提供了巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台和试验方法，该方法实现了实验室对巷顶沿空掘巷非对称顶板的支护研究。
本发明通过以下技术方案实现：
巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台，包括框型的试验台壁，所述试验台壁底部设置多根试验台支柱，所述试验台壁横截面为倒T字型，包括水平的底板和竖直的直壁；所述试验台壁底部还可拆卸设置临时基底板，所述临时基底板通过多个卡紧器锁紧于试验台壁底板外侧的外沿儿上，所述临时基底板上设置有试验台支柱凹陷位；
所述卡紧器包括C型卡箍和所述C型卡箍一端螺纹穿设的锁紧螺杆。
所述试验台壁通过四块板壁形成一个四周封闭的模型腔；所述板壁包括嵌套设置的左板与右板，所述左板为中空结构，所述右板活动嵌套于左板中；所述左板与右板均包括嵌套结构的上层壁与下层壁，所述下层壁为中空的顶部开口的倒T型结构，所述上层壁为中空的底部设置有开口的直板型结构，活动嵌套于下层壁中；
左板下层壁的空腔与左板上层壁配套设置，使得左板上层壁能够紧密嵌套入左板下层壁的空腔内；
左板上层壁的空腔与右板下层壁的配套设置，使得右板下层壁的直壁部分能够紧密嵌套于左板上层壁的空腔内；
右板下层壁空腔与右板上层壁配套设置，使得右板上层壁能够紧密嵌套于左板下层壁的空腔内；
所述左板下层壁和右板下层壁上设置多个锁止机构，通过所述锁止机构实现上层壁与下层壁之间的位置固定。
所述锁止机构为T型螺钉，所述左板下层壁和右板下层壁上设置多个与所述螺钉配套的螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接T型螺钉，所述T型螺钉头部设置弹性橡胶垫。
所述试验台支柱底部设置有万向轮，所述万向轮设置为能够锁定的万向轮。
采用所述的巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台进行巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验的方法，包括以下步骤：
第一步：设计并生产出巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆(索)支护试验台；
第二步：准备所需要的材料，包括透明岩体所需材料、可拆卸临时基底板、微型锚杆和树脂药卷、卡紧器；将可拆卸临时基底板用卡紧器卡在试验台外沿儿上，以方便后续拆卸；
第三步：配置透明岩体材料：根据岩石力学试验得到的强度参数和相似理论，按照相似比计算相似模拟材料，采用液体石蜡、正十三烷溶液及硅粉，配比出满足相似比折算出来的强度的透明岩体材料；所述制备透明岩体材料的原料质量配比为：液体石蜡：正十三烷溶液：硅粉=1:0.7-0.9:1.1-1.3。优选以下质量配比：液体石蜡：正十三烷溶液：硅粉=1:0.855:1.2，此时透明岩体材料性能最佳，透明度最好。
根据实际的垮落矸石的性质，制作透明岩石碎块：将上述配比出来的透明岩体材料，凝固后，敲击成透明的碎石块，筛选出块度大小与计算出的相似比大小匹配的碎块，作为试验台中的模拟矸石；
第四步：模型铺设成型：
将第三步中配比并搅拌均匀的透明岩体材料放置为变粘稠至胶体状，即当材料变形性质似橡皮泥时，具有较强的可塑性，此时将材料倒入试验台，采用预制弧形玻璃板或铁板等模具将模型上顶面抹为弧形，按照巷顶沿空掘巷上方顶板的弧度形状进行铺设造型，凝固，形成弧形底板；所述弧形底板上表面为弧形；
提前对弧形底板进行人工预破坏，使实体透明模型由浅至深发生破坏；
弧形底板上铺设第三步中得到的模拟矸石，根据矿井的勘探钻孔得到的岩层柱状图，得到直接顶厚度，即直接位于煤层之上的第一层岩层，厚度，并根据直接顶岩性和垮落矸石的碎胀性(岩层垮落破碎矸石的体积与原体积之比，一般介于1.3-1.5)，确定模拟矸石与完整透明岩体材料的比例，即确定矸石块体的铺设量；得到试验模型；
第五步：试验台中的试验模型铺设好后，将卡紧器拆下、撤掉临时基底板，对巷顶沿空掘巷设计非对称锚杆支护，即设计锚杆的长度、数量或位置关于中心线不对称，在模型搭建后用从底部用钻机打出锚杆孔，先向锚杆孔内放置树脂药卷，然后安装锚杆，托盘，拧紧螺母，上完锚杆；此时内沿儿承担完成后的模型重量；
第六步：检测试验：通过加压板对整个模型顶部施加压力，模拟上覆岩层重量，然后通过在锚杆上设置探测器，观察和分析研究非对称锚杆支护下岩体的裂隙发育扩展规律、非对称锚杆对围岩加固和阻止裂隙扩展发育的机理、确定锚杆对该巷围岩的锚固范围和锚固力大小；
通过改变锚杆的安装深度，监测锚杆受力，探究树脂药卷距采空区极近时丢失或失效规律及其与破碎围岩体的粘结特性；
通过改变安装角度，还能研究锚杆索安装角度对支护效果的影响；
拉拔平台中的锚杆，能够揭示锚固段处于采空区近处塑性破坏区时的锚固能力；
完成巷顶沿空掘巷的非对称支护研究。
所述的第四步中，弧形底板的人工预破坏为在使用透明岩体材料铺设模型时，随机预置薄铁片制造人工裂隙，模拟弧形底板一定程度的破坏。
所述人工预破坏为采用液压控制压力机对表面施加压力或使用机械锤对表面敲击。
所述锚杆上设置的探测器包括但不限于声发射探测器、锚杆应力监测仪。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本实验台和试验方法突破错层位巷顶沿空掘巷围岩的非对称性研究手段的瓶颈，尤其设计巷道顶板的弧形特征，实现了实体模型顶部边缘为弧形；试验可完成非对称锚杆支护试验，即左右锚杆长度不一；通过透明岩体观察到非对称锚杆支护下岩体内部裂隙的发育情况，克服了采矿问题岩体内部无法观察到的黑箱难题；充分考虑了巷顶沿空掘巷上部的采空区矸石垫层对顶部载荷的影响，更为实际地实现了错层位巷顶沿空掘巷非对称围岩的非对称锚杆支护机理的研究；
通过试验台横向和纵向的伸缩，可实现试验台适应大型和小型试验的要求，满足不同的相似模拟试验要求。
附图说明
图1 为巷顶沿空掘巷及非对称支护示意图；
图2为巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台结构示意图；
图3为试验台壁及卡紧器将临时基底锁紧在试验台壁底部外沿儿上的示意图；
图4为临时基底板结构示意图。
图5为模型铺设安装及试验方法示意图；
图6为模型加压示意图。
图中1-试验台支柱；2-试验台壁；3-临时基底板；4-外沿儿；5-卡紧器；6-实体模型顶部轮廓；7-模拟矸石；8-透明岩体材料；9-树脂药卷；10-长锚杆杆体；11-短锚杆杆体；12-镙母；13-锚固作用影响区；14-无锚固作用影响区；16-加压板；18-万向轮；20-底板，21-左板下层壁，22-左板上层壁，23-右板下层壁，24-右板上层壁，25-锁止机构，26-弹性橡胶垫，30-螺纹孔，31-试验台支柱凹陷位，51- C型卡箍，52-锁紧螺杆。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例，凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
1. 巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台：试验台壁是由内外嵌套结构组成的，就如同剑和剑鞘的关系。试验台壁可以实现横向上的伸缩，也可以实现上下的伸缩，以调节试验台的体积。如图2所示。
巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台，包括框型的试验台壁2，所述试验台壁底部设置多根试验台支柱1，所述试验台壁横截面为倒T字型，包括水平的底板20和竖直的直壁29；所述试验台壁2底部还可拆卸设置临时基底板3，所述临时基底板通过多个卡紧器5锁紧于试验台壁底板20外侧的外沿儿4上，所述临时基底板上设置有试验台支柱凹陷位31；
所述卡紧器5包括C型卡箍51和所述C型卡箍一端螺纹穿设的锁紧螺杆52。
所述试验台壁2通过四块板壁形成一个四周封闭的模型腔；所述板壁包括嵌套设置的左板与右板，所述左板为中空结构，所述右板活动嵌套于左板中；所述左板与右板均包括嵌套结构的上层壁与下层壁，所述下层壁为中空的顶部开口的倒T型结构，所述上层壁为中空的底部设置有开口的直板型结构，活动嵌套于下层壁中；
左板下层壁21的空腔与左板上层壁22配套设置，使得左板上层壁22能够紧密嵌套入左板下层壁21的空腔内；
左板上层壁22的空腔与右板下层壁23的配套设置，使得右板下层壁23的直壁部分能够紧密嵌套于左板上层壁22的空腔内；
右板下层壁23空腔与右板上层壁24配套设置，使得右板上层壁24能够紧密嵌套于左板下层壁23的空腔内；
所述左板下层壁21和右板下层壁23上设置多个锁止25机构，通过所述锁止机构25实现上层壁与下层壁之间的位置固定。
所述锁止机构25为T型螺钉，所述左板下层壁21和右板下层壁23上设置多个与所述螺钉配套的螺纹孔30，所述螺纹孔内螺纹连接T型螺钉，所述T型螺钉头部设置弹性橡胶垫26。
所述试验台支柱底部设置有万向轮18，所述万向轮18设置为能够锁定的万向轮。
为了更好地观察围岩裂隙发育情况，采用透明岩体材料。透明岩体的配置材料为液体石蜡、正十三烷溶液及硅粉。按照常规岩石力学试验得到的强度和相似模拟试验要求的相似比对这三种材料进行配比，配比出能够满足相似比折算出来的强度的透明岩体材料。
模型铺设成型时要按照巷顶沿空掘巷上方顶板的弧度铺设，以接近实际。提前对弧形底板进行人工预破坏，使实体透明模型由浅至深发生破坏，亦可在铺设模型时随机预置薄铁片制造人工裂隙，模拟弧形底板一定程度的破坏。
在顶部铺设人工破碎的透明碎石块，模拟矸石。根据实际的垮落矸石的性质，制作透明岩石碎块，同样按照常规垮落矸石的岩石力学试验获得的强度对这三种材料进行配比，配比出能够按照相似比折算出来的强度。
模型搭建后给模型上锚杆，锚杆设计采用非对称锚杆设计。观察和分析研究非对称锚杆支护下岩体的裂隙发育扩展规律、非对称锚杆对围岩加固和阻止裂隙扩展发育的机理、确定锚杆对该巷围岩的锚固范围和锚固力大小。
通过改变锚杆的安装深度，监测锚杆受力，探究树脂药卷距采空区极近时丢失或失效规律及其与破碎围岩体的粘结特性。通过改变安装角度，还能研究锚杆索安装角度对支护效果的影响。拉拔平台中的锚杆，能够揭示锚固段处于采空区近处塑性破坏区时的锚固能力。
2. 采用所述的巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台进行巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验的方法，包括以下步骤：
第一步：设计并生产出巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆(索)支护试验台；
第二步：准备所需要的材料，包括透明岩体所需材料、可拆卸临时基底板、微型锚杆和树脂药卷、卡紧器；将可拆卸临时基底板用卡紧器卡在底板外侧外沿儿上，以方便后续拆卸；
第三步：配置透明岩体材料：根据岩石力学试验得到的强度参数和相似理论，按照相似比计算相似模拟材料，采用液体石蜡、正十三烷溶液及硅粉，配比出满足相似比折算出来的强度的透明岩体材料；所述制备透明岩体材料的原料质量配比为：液体石蜡：正十三烷溶液：硅粉=1:0.7-0.9:1.1-1.3。优选以下质量配比：液体石蜡：正十三烷溶液：硅粉=1:0.855:1.2，此时透明岩体材料性能最佳，透明度最好。
根据实际的垮落矸石的性质，制作透明岩石碎块：将上述配比出来的透明岩体材料，凝固后，敲击成透明的碎石块，筛选出块度大小与计算出的相似比大小匹配的碎块，作为试验台中的模拟矸石；
第四步：模型铺设成型：
将第三步中配比并搅拌均匀的透明岩体材料放置为变粘稠至胶体状，即当材料变形性质似橡皮泥时，具有较强的可塑性，此时将材料倒入试验台，采用预制弧形玻璃板或铁板等模具将模型上顶面抹为弧形，按照巷顶沿空掘巷上方顶板的弧度形状进行铺设造型，凝固，形成弧形底板；所述弧形底板上表面为弧形；
提前对弧形底板进行人工预破坏，使实体透明模型由浅至深发生破坏；所述人工预破坏为采用液压控制压力机对表面施加压力或使用机械锤对表面敲击。
弧形底板上铺设第三步中得到的模拟矸石，根据矿井的勘探钻孔得到的岩层柱状图，得到直接顶厚度，即直接位于煤层之上的第一层岩层，厚度，并根据直接顶岩性和垮落矸石的碎胀性(岩层垮落破碎矸石的体积与原体积之比，一般介于1.3-1.5)，确定模拟矸石与完整透明岩体材料的比例，即确定矸石块体的铺设量；
得到试验模型；
第五步：试验台中的试验模型铺设好后，将卡紧器拆下、撤掉临时基底板，对巷顶沿空掘巷设计非对称锚杆支护，即设计锚杆的长度、数量或位置关于中心线不对称，在模型搭建后用从底部用钻机打出锚杆孔，先向锚杆孔内放置树脂药卷，然后安装锚杆，托盘，拧紧螺母，上完锚杆；此时内沿儿承担完成后的模型重量；
第六步：检测试验：通过加压板对整个模型顶部施加压力，模拟上覆岩层重量，然后通过在锚杆上设置探测器，观察和分析研究非对称锚杆支护下岩体的裂隙发育扩展规律、非对称锚杆对围岩加固和阻止裂隙扩展发育的机理、确定锚杆对该巷围岩的锚固范围和锚固力大小；
通过改变锚杆的安装深度，监测锚杆受力，探究树脂药卷距采空区极近时丢失或失效规律及其与破碎围岩体的粘结特性；
通过改变安装角度，还能研究锚杆索安装角度对支护效果的影响；
拉拔平台中的锚杆，能够揭示锚固段处于采空区近处塑性破坏区时的锚固能力；
完成巷顶沿空掘巷的非对称支护研究。
所述的第四步中，弧形底板的人工预破坏为在使用透明岩体材料铺设模型时，随机预置薄铁片制造人工裂隙，模拟弧形底板一定程度的破坏。
所述锚杆上设置的探测器包括但不限于声发射探测器、锚杆应力监测仪。
本试验台和试验方法适用于巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆或锚索支护。
本试验台壁是由内外嵌套结构组成的，就如同剑和剑鞘的关系。本试验台壁可以实现横向的伸缩，也可以实现上下的伸缩，可实现试验台适应各种大型和小型试验的要求。为了更好地观察围岩裂隙发育情况，按照常规岩石力学试验得到的强度和相似模拟试验要求的相似比对这三种材料进行配比，配比出能够满足相似比折算出来的强度的透明岩体材料。
本试验方法可实现实验室对巷顶沿空掘巷非对称顶板的支护研究，实现了实体模型顶部边缘为弧形，试验可完成非对称锚杆支护试验，即左右锚杆长度不一，通过透明岩体观察到非对称锚杆支护下岩体内部裂隙的发育情况，克服了采矿问题岩体内部无法观察到的黑箱难题，充分考虑了巷顶沿空掘巷上部的采空区矸石垫层对顶部载荷的影响，更为实际地实现了错层位巷顶沿空掘巷非对称围岩的非对称锚杆支护机理的研究。
本发明不会限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽范围。

Claims (9)

1.巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台，其特征在于，巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台，包括框型的试验台壁，所述试验台壁底部设置多根试验台支柱，所述试验台壁横截面为倒T字型，包括水平的底板和竖直的直壁；所述试验台壁底部还可拆卸设置临时基底板，所述临时基底板通过多个卡紧器锁紧于试验台壁底板外侧的外沿儿上，所述临时基底板上设置有试验台支柱凹陷位；
所述试验台壁通过四块板壁形成一个四周封闭的模型腔；所述板壁包括嵌套设置的左板与右板，所述左板为中空结构，所述右板活动嵌套于左板中；所述左板与右板均包括嵌套结构的上层壁与下层壁，所述下层壁为中空的顶部开口的倒T型结构，所述上层壁为中空的底部设置有开口的直板型结构，活动嵌套于下层壁中；
左板下层壁的空腔与左板上层壁配套设置，使得左板上层壁能够紧密嵌套入左板下层壁的空腔内；
左板上层壁的空腔与右板下层壁的配套设置，使得右板下层壁的直壁部分能够紧密嵌套于左板上层壁的空腔内；
右板下层壁空腔与右板上层壁配套设置，使得右板上层壁能够紧密嵌套于左板下层壁的空腔内；
所述左板下层壁和右板下层壁上设置多个锁止机构，通过所述锁止机构实现上层壁与下层壁之间的位置固定。
2.根据权利要求1所述的巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台，其特征在于，所述卡紧器包括C型卡箍和所述C型卡箍一端螺纹穿设的锁紧螺杆。
3.根据权利要求1所述的巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台，其特征在于，所述试验台支柱底部设置有万向轮，所述万向轮设置为能够锁定的万向轮。
4.根据权利要求3所述的巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台，其特征在于，所述锁止机构为T型螺钉，所述左板下层壁上设置多个与所述螺钉配套的螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接T型螺钉，所述T型螺钉头部设置弹性橡胶垫。
5.采用权利要求1-4任一所述的巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台进行巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：设计并生产出巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台；
第二步：准备所需要的材料，包括透明岩体所需材料、可拆卸临时基底板、微型锚杆和树脂药卷、卡紧器；将可拆卸临时基底板用卡紧器卡在试验台外沿儿上，以方便后续拆卸；
第三步：配置透明岩体材料：根据岩石力学试验得到的强度参数和相似理论，按照相似比计算相似模拟材料，采用液体石蜡、正十三烷溶液及硅粉，配比出满足相似比折算出来的强度的透明岩体材料；
根据实际的垮落矸石的性质，制作透明岩石碎块：
将上述配比出来的透明岩体材料，凝固后，敲击成透明的碎石块，筛选出块度大小与计算出的相似比大小匹配的碎块，作为试验台中的模拟矸石；
第四步：模型铺设成型：
将第三步中配比并搅拌均匀的透明岩体材料放置为变粘稠至胶体状，即当材料变形性质似橡皮泥时，具有较强的可塑性，此时将材料倒入试验台，采用预制弧形玻璃板或铁板模具将模型上顶面抹为弧形，按照巷顶沿空掘巷上方顶板的弧度形状进行铺设造型，凝固，形成弧形底板；所述弧形底板上表面为弧形；
提前对弧形底板进行人工预破坏，使实体透明模型由浅至深发生破坏；
弧形底板上铺设第三步中得到的模拟矸石，根据矿井的勘探钻孔得到的岩层柱状图，得到直接顶厚度，即直接位于煤层之上的第一层岩层厚度，并根据直接顶岩性和垮落矸石的碎胀性，确定模拟矸石与完整透明岩体材料的比例，即确定矸石块体的铺设量；
得到试验模型；
第五步：试验台中的试验模型铺设好后，将卡紧器拆下、撤掉临时基底板，对巷顶沿空掘巷设计非对称锚杆支护，即设计锚杆的长度、数量或位置关于中心线不对称，在模型搭建后用从底部用钻机打出锚杆孔，先向锚杆孔内放置树脂药卷，然后安装锚杆，托盘，拧紧螺母，上完锚杆；此时内沿儿承担完成后的模型重量；
第六步：检测试验：通过加压板对整个模型顶部施加压力，模拟上覆岩层重量，然后通过在锚杆上设置探测器，观察和分析研究非对称锚杆支护下岩体的裂隙发育扩展规律、非对称锚杆对围岩加固和阻止裂隙扩展发育的机理、确定锚杆对该巷围岩的锚固范围和锚固力大小；
通过改变锚杆的安装深度，监测锚杆受力，探究树脂药卷距采空区极近时丢失或失效规律及其与破碎围岩体的粘结特性；
通过改变安装角度，还能研究锚杆索安装角度对支护效果的影响；
拉拔平台中的锚杆，能够揭示锚固段处于采空区近处塑性破坏区时的锚固能力；
完成巷顶沿空掘巷的非对称支护研究。
6.根据权利要求5所述的巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验的方法，其特征在于：所述的第四步中，弧形底板的人工预破坏为在使用透明岩体材料铺设模型时，随机预置薄铁片制造人工裂隙，模拟弧形底板一定程度的破坏。
7.根据权利要求5所述的巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验的方法，其特征在于：所述人工预破坏为采用液压控制压力机对表面施加压力或使用机械锤对表面敲击。
8.根据权利要求5所述的巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验的方法，其特征在于：所述锚杆上设置的探测器为声发射探测器或锚杆应力监测仪。
9.根据权利要求5所述的巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验的方法，其特征在于：所述配置透明岩体材料的原料质量配比为：液体石蜡：正十三烷溶液：硅粉=1:0.7-0.9:1.1-1.3。
CN201910267960.7A 2019-04-03 2019-04-03 巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台和试验方法 Active CN110031319B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910267960.7A CN110031319B (zh) 2019-04-03 2019-04-03 巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台和试验方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910267960.7A CN110031319B (zh) 2019-04-03 2019-04-03 巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台和试验方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110031319A CN110031319A (zh) 2019-07-19
CN110031319B true CN110031319B (zh) 2022-02-18

Family

ID=67237481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910267960.7A Active CN110031319B (zh) 2019-04-03 2019-04-03 巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台和试验方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110031319B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111122323B (zh) * 2019-12-31 2022-05-17 太原理工大学 锚杆对围岩动静载荷作用下阻裂机理的试验装置及方法
CN111322072B (zh) * 2020-05-13 2021-06-25 山西工程技术学院 近距离煤层采空区下主动支护非强制切顶沿空留巷方法
CN111982671B (zh) * 2020-06-30 2023-08-08 天地科技股份有限公司 压力拱可视化的碎石锚固试验装置及方法
CN111814242B (zh) * 2020-07-16 2023-10-03 新疆工程学院 一种利用物联网数据判定沿空掘巷煤柱宽度的方法及系统
CN112377232B (zh) * 2020-10-28 2022-12-27 中煤科工开采研究院有限公司 用于测试破碎岩体锚杆支护加固的试验装置及方法
CN113432993B (zh) * 2021-06-17 2022-05-13 太原理工大学 变侧限弧形底矸石压缩响应特征试验装置及其使用方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1985003573A1 (en) * 1984-02-08 1985-08-15 Mts Systems Corporation Load dynamics compensation circuit for servohydraulic control systems
CN204346833U (zh) * 2015-01-13 2015-05-20 河南理工大学 煤矿巷道层状顶板失稳模式仿真综合实验装置
CN104929666A (zh) * 2015-04-30 2015-09-23 中国矿业大学 一种软弱顶板断顶沿空留巷方法
CN105909289A (zh) * 2016-04-18 2016-08-31 中国矿业大学 一种深部三软煤层非对称巷道支护结构
CN207954537U (zh) * 2018-02-05 2018-10-12 南昌市华春汽车零部件有限公司 一种防止损伤的汽车橡胶衬套硫化模具
CN108843354A (zh) * 2018-06-22 2018-11-20 太原理工大学 一种倾斜特厚煤层巷顶沿空掘巷非对称锚秆支护方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1985003573A1 (en) * 1984-02-08 1985-08-15 Mts Systems Corporation Load dynamics compensation circuit for servohydraulic control systems
CN204346833U (zh) * 2015-01-13 2015-05-20 河南理工大学 煤矿巷道层状顶板失稳模式仿真综合实验装置
CN104929666A (zh) * 2015-04-30 2015-09-23 中国矿业大学 一种软弱顶板断顶沿空留巷方法
CN105909289A (zh) * 2016-04-18 2016-08-31 中国矿业大学 一种深部三软煤层非对称巷道支护结构
CN207954537U (zh) * 2018-02-05 2018-10-12 南昌市华春汽车零部件有限公司 一种防止损伤的汽车橡胶衬套硫化模具
CN108843354A (zh) * 2018-06-22 2018-11-20 太原理工大学 一种倾斜特厚煤层巷顶沿空掘巷非对称锚秆支护方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
大倾角煤层回采巷道非对称锚网索支护与实践;杨科 等;《地下空间与工程学报》;20130831;第9卷(第4期);第924-933页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110031319A (zh) 2019-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110031319B (zh) 巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台和试验方法
EP3712589B1 (en) Test apparatus and method for key roof block collapse in bidirectional static-dynamic loading
CN103983494B (zh) 一种含夹层类岩体制作模型试验装置及其试验方法
CN101308126A (zh) 一种水下开采顶板渗流突水试验方法及装置
CN205808669U (zh) 模拟复杂条件下深埋隧道断层突水的试验系统装置
CN106932245A (zh) 用于页岩实验的岩心制备方法
CN108709977B (zh) 一种地面堆载影响既有地铁隧道的室内模型试验装置及试验方法
CN108760370B (zh) 多角度倾斜岩层巷道支护相似模拟试验装置及试验方法
CN106769753B (zh) 用于渗流试验的含凿痕结构柱状节理试样制备方法
CN113588457A (zh) 考虑支护-卸压-围岩耦合作用的巷道抗冲击计算方法
CN109470576A (zh) 用于模拟隐伏构造底板突水的试验系统及试验方法
CN112881166B (zh) 一种采矿全过程及采空塌陷区地基稳定性试验装置及方法
CN114184530A (zh) 一种单一裂隙溃砂启动的模拟试验装置及方法
Guo et al. Physical simulation of water inrush through the mine floor from a confined aquifer
CN104614244B (zh) 一种高应力巷道稳定性相似模拟试验装置及试验方法
CN110261234B (zh) 裂隙岩体离层锚固控制模拟试验装置及方法
CN111505237A (zh) 一种残煤复采破碎煤岩体注浆改性试验装置及试验方法
CN104764617B (zh) 褶曲构造的形成模拟装置及试验方法
CN208705027U (zh) 易拆卸可调锚固长度的实验装置
CN111537431A (zh) 液态co2相变致裂效果相似模拟实验装置及实验方法
CN106157792B (zh) 铁矿露天转井采岩体跨落的模拟装置及方法
CN113686603B (zh) 深埋隧洞围岩与衬砌结构联合承载仿真试验方法
CN209927559U (zh) 一种制作加锚杆含裂隙岩样的模具
CN107271276A (zh) 一种确定柱状节理岩体受力及破坏机制的试验方法
CN209432568U (zh) 含有软弱夹层且厚度可调及刚性约束的结构面模型制作模具

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant