CN110567822A - 模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击的装置及方法,包括龙门架,龙门架的顶部设落锤装置,落锤装置的下方设表面支护安装框架,表面支护安装框架内设有表面支护构件,表面支护安装框架通过支撑柱和拉索拉开固定,表面支护构件上铺设混凝土块,混凝土块上设承载板,所述承载板上设载荷传递装置,混凝土块外部设锚固承载框架,锚固承载框架上设有锚杆,锚杆上通过螺栓锁紧表面支护构件和锚固承载框架,锚杆的一端设空心千斤顶,空心千斤顶底部设压力传感器,锚杆对应表面支护构件下方设有用于支撑表面支护构件的托盘,表面支护构件的下方设有若干加速度传感器,本发明提供了模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击的装置及方法。
Description
技术领域
本发明涉及岩土测试设备技术领域,具体为模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击的装置及方法。
背景技术
围岩加固和支护技术是矿山工程技术人员控制巷道变形的主要手段,其方法是用预应力锚杆加固岩体,或用金属网、钢带或喷射混凝土控制变形岩体的表面。随着开采深度的增加,围岩所处的应力环境日益恶化,岩爆、冲击矿压等动力失稳形式已成为深埋岩体开挖工程中的典型灾害之一,动载条件下对巷道支护构件提出了更高的要求,既要有一定的强度,同时又需具备良好变形能力的,适应冲击变形能力强。
目前,广泛采用的岩爆支护方法是使用高能屈服锚杆和高强临空面约束构件金属网和金属网带,典型的高能屈服如涨壳式锚杆、锥形锚杆、Garford锚杆、Yield-Lok锚杆、CRLD锚杆以及D锚杆。针对不同高能屈服锚杆在冲击载荷作用下的工作阻力和变形性能测试已开发了大量试验装置,然而,针对金属网、钢带和喷射混凝土等围岩表面支护构件在动载条件下的冲击变形能力仍缺乏有效的试验测试装置,已有的实践表明,有效的岩爆支护不仅需要高性能屈服锚杆加固岩体,同时也需要具有良好抗冲击性能的表面支护构件能够支撑喷射出的松散岩体,且后者的作用更为显著。
因此,亟需设计一种可以模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击特性的测试装置,以更好的研究在深部岩爆条件下巷道表面支护构件抗冲击特性和失效特征,为岩爆支护设计和失效控制提供理论基础。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本发明提供了模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击的装置,解决了上述背景技术中提出的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击的装置,包括龙门架,所述龙门架的顶部设有落锤装置,所述落锤装置的下方设有表面支护安装框架,所述表面支护安装框架内设有表面支护构件,所述表面支护安装框架通过支撑柱和拉索拉开固定,所述表面支护构件上铺设有若干错缝排列的混凝土块,所述混凝土块上设有承载板,所述承载板上设有载荷传递装置,所述混凝土块外侧设有锚固承载框架,所述锚固承载框架上设有锚杆,所述锚杆上通过螺栓锁紧表面支护构件和锚固承载框架,所述锚杆的一端对应承载板和锚固承载框架之间设有空心千斤顶,所述空心千斤顶底部设有压力传感器,所述空心千斤顶压紧压力传感器和承载板,所述锚杆对应表面支护构件下方设有用于支撑表面支护构件的托盘,所述表面支护构件的下方设有若干加速度传感器。
进一步的,所述载荷传递装置为呈金字塔形排布的铁包皮混凝土。
进一步的,所述表面支护构件上最底层的混凝土块外圈设有约束框,所述约束框外设有若干固定在立柱上的千斤顶,所述千斤顶的底部设有压力传感器。
进一步的,所述锚固承载框架由两根横梁、两根纵梁和六根立柱组成,所述六根立柱通过地锚固定于地面,所述两根横梁上均预留有两个锚杆安装中心孔。
进一步的,所述锚杆采用可屈服锚杆。
模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击的方法,包括如下步骤,
(1)首先将表面支护构件固定在表面支护安装框架上,然后由八根钢丝绳通过支撑立柱与地锚用螺丝拉紧表面支护安装框架;
(2)将预制好的混凝土块错缝排列在表面支护构件上,再将载荷传递装置放置于混凝土块上;
(3)在混凝土块对应位置钻孔,并将屈服锚杆用锚固剂锚固于混凝土块内,再将锚杆上段穿过锚固承载框架横梁预留的与锚杆直径匹配的中心孔并穿过空心千斤顶,锚杆的上段用螺栓进行固定,锚杆的下段依次穿过表面支护构件、托盘、压力传感器和紧固螺母,并使托盘压紧表面支护构件;
(4)然后在表面支护构件下表面安装加速度传感器;
(5)在表面支护构件上最底层的混凝土块外圈设约束框,并在立柱上固定对约束框施力的千斤顶;
(6)通过龙门架顶端设置落锤装置将重锤提升至预定高度,千斤顶混凝土块的最底部施加水平方向的预应力,空心千斤顶对混凝土块施加竖直方向的预应力;
(7)待准备就绪后启动落锤释放开关,使落锤装置自设定高度自由下落冲击载荷传递装置最上端的冲击承载板,冲击力通过载荷传递装置均匀传递至混凝土块上,混凝土块在冲击力作用下向下形成喷射力并作用于表面支护构件,测试过程中表面支护所受的实时冲击力和振动加速度分别通过压力传感器和加速度传感器通过数据线传输至计算机系统。
(三)有益效果
本发明提供了模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击的装置。具备以下有益效果:
1、通过载荷传递装置将落锤装置下落所形成的冲击压力均匀传递至混凝土块中,并采用大小一致的混凝土块模拟巷道围岩表层破裂岩体,可以很好的还原松散围岩在岩爆瞬间所受的冲击作用,可以更好的模拟表面支护构件在受松散岩体喷射作用时的失效过程。
2、采用千斤顶和空心千斤顶对混凝土块堆积体施加垂直和水平方向的预压力,可以还原巷道围岩中所原始赋存的垂直应力和水平应力,使试验结果能够更好的模拟现场工程条件。
附图说明
图1为本发明模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击的装置的主视图;
图2为本发明模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击的装置的侧视图;
图3为本发明模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击的装置的俯视图;
图4为本发明模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击的装置的仰视图。
图中:1、龙门架;2、支撑柱;3、落锤装置;4、锚固承载框架;5、锚杆;6、螺栓;7、压力传感器;8、空心千斤顶;9、铁包皮混凝土;10、承载板;11、表面支护安装框架;12、千斤顶;13、托盘;14、拉索;15、加速度传感器;16、表面支护构件;17、约束框;18、混凝土块。
具体实施方式
参照图1至图4对本发明模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件16抗冲击的装置及方法作进一步说明。
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件16抗冲击的装置,包括龙门架1,所述落锤装置3的下方设有表面支护安装框架11,所述表面支护安装框架11内设有表面支护构件16,所述表面支护安装框架11通过支撑柱2和拉索14拉开固定,所述表面支护构件16上铺设有若干错缝排列的混凝土块18,所述混凝土块18上设有承载板10,所述承载板10上设有载荷传递装置,所述混凝土块18外侧设有锚固承载框架4,所述锚固承载框架4设有锚杆5,所述锚杆5上通过螺栓6锁紧表面支护构件16和锚固承载框架4,所述表面支护构件的下方设有若干加速度传感器15,所述锚杆5的一端对应承载板10和锚固承载框架4之间设有空心千斤顶8,所述空心千斤顶8的底部设有压力传感器7,所述空心千斤顶8压紧压力传感器7和承载板10。
首先将表面支护构件16固定在表面支护安装框架11上,然后由八根钢丝绳通过支撑柱2与地锚用螺丝拉紧表面支护安装框架11;将预制好的混凝土块18错缝排列在表面支护构件16上,再将承载板10、载荷传递装置放置于混凝土块18上;在混凝土块18对应位置钻孔,并将屈服锚杆5用锚固剂锚固于混凝土块18内,再将锚杆5上端依次穿过承载板10预留的与锚杆5直径匹配的中心孔、压力传感器7、空心千斤顶8以及锚固承载框架4横梁预留的与锚杆5直径匹配的中心孔,锚杆5的上段用螺栓6与锚固承载框架4横梁进行固定,空心千斤顶8对混凝土块18通过压力传感器7和承载板10施加竖直方向的预应力,锚杆5的下段依次穿过表面支护构件16、托盘13、压力传感器7和螺栓6,并使托盘13压紧表面支护构件16,然后在表面支护构件16下表面安装加速度传感器15;通过龙门架1顶端设置落锤装置3将重锤提升至预定高度,待准备就绪后启动落锤释放开关,使落锤装置3自设定高度自由下落冲击载荷传递装置最上端的铁包皮混凝土9,冲击力通过载荷传递装置和承载板10均匀传递至混凝土块18上,混凝土块18在冲击力作用下向下形成喷射力并作用于表面支护构件16,测试过程中表面支护所受的实时冲击力和振动加速度分别通过压力传感器7和加速度传感器15通过数据线传输至计算机系统。
本实施例中所述载荷传递装置为呈金字塔形排布的铁包皮混凝土9,使得落锤装置3对铁包皮混凝土9的冲击力逐级传递至混凝土块18上,使得混凝土块18受到的冲击力均匀。
本实施例中所述表面支护构件16上最底层的混凝土块18外圈设有约束框17,所述约束框17外设有若干千斤顶12,所述千斤顶12处设有压力传感器7,本实施例中的千斤顶12用于模拟深部巷道围岩赋存的原岩应力环境,通过若干千斤顶12,对约束框17施压,约束框17将压力均匀传递给混凝土块18,模拟围岩的水平应力,从而可以更好的模拟在真实地底深处巷道表面支护构件16在受松散岩体喷射作用时的失效过程。。
本实施例中所述锚固承载框架4由两根横梁、两根纵梁和六根立柱组成,所述六根立柱通过地锚固定于地面,所述两根横梁上均预留有两个锚杆5安装中心孔。
本实施例中所述锚杆5对应表面支护构件下方设有用于支撑表面支护构件的托盘13,本实施例中的托盘13将表面支护构件16和锚杆5组合成一整体,起到共同承载的作用。
本实施例中所述锚杆5采用可屈服锚杆5,可以防止锚杆5在表面支护构件16破坏前发生失效,从而干扰试验结果。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击的装置,其特征在于:包括龙门架,所述龙门架的顶部设有落锤装置,所述落锤装置的下方设有表面支护安装框架,所述表面支护安装框架内设有表面支护构件,所述表面支护安装框架通过支撑柱和拉索拉开固定,所述表面支护构件上铺设有若干错缝排列的混凝土块,所述混凝土块上设有承载板,所述承载板上设有载荷传递装置,所述混凝土块外侧设有锚固承载框架,所述锚固承载框架上设有锚杆,所述锚杆上通过螺栓锁紧表面支护构件和锚固承载框架,所述锚杆的一端对应承载板和锚固承载框架之间设有空心千斤顶,所述空心千斤顶底部设有压力传感器,所述空心千斤顶压紧压力传感器和承载板,所述锚杆对应表面支护构件下方设有用于支撑表面支护构件的托盘,所述表面支护构件的下方设有若干加速度传感器。
2.根据权利要求1所述的模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击的装置,其特征在于:所述载荷传递装置为呈金字塔形排布的铁包皮混凝土。
3.根据权利要求1所述的模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击的装置,其特征在于:所述表面支护构件上最底层的混凝土块外圈设有约束框,所述约束框外设有若干固定在立柱上的千斤顶,所述千斤顶的底部设有压力传感器。
4.根据权利要求1所述的模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击的装置,其特征在于:所述锚固承载框架由两根横梁、两根纵梁和六根立柱组成,所述六根立柱通过地锚固定于地面,所述两根横梁上均预留有两个锚杆安装中心孔。
5.根据权利要求1所述的模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击的装置,其特征在于:所述锚杆采用可屈服锚杆。
6.模拟岩爆条件下的巷道表面支护构件抗冲击的方法,其特征在于:包括如下步骤,
(1)首先将表面支护构件固定在表面支护安装框架上,然后由八根钢丝绳通过支撑立柱与地锚用螺丝拉紧表面支护安装框架;
(2)将预制好的混凝土块错缝排列在表面支护构件上,再将载荷传递装置放置于混凝土块上;
(3)在混凝土块对应位置钻孔,并将屈服锚杆用锚固剂锚固于混凝土块内,再将锚杆上段穿过锚固承载框架横梁预留的与锚杆直径匹配的中心孔并穿过空心千斤顶,锚杆的上段用螺栓进行固定,锚杆的下段依次穿过表面支护构件、托盘、压力传感器和紧固螺母,并使托盘压紧表面支护构件;
(4)然后在表面支护构件下表面安装加速度传感器;
(5)在表面支护构件上最底层的混凝土块外圈设约束框,并在立柱上固定对约束框施力的千斤顶;
(6)通过龙门架顶端设置落锤装置将重锤提升至预定高度,千斤顶混凝土块的最底部施加水平方向的预应力,空心千斤顶对混凝土块施加竖直方向的预应力;
(7)待准备就绪后启动落锤释放开关,使落锤装置自设定高度自由下落冲击载荷传递装置最上端的冲击承载板,冲击力通过载荷传递装置均匀传递至混凝土块上,混凝土块在冲击力作用下向下形成喷射力并作用于表面支护构件,测试过程中表面支护所受的实时冲击力和振动加速度分别通过压力传感器和加速度传感器通过数据线传输至计算机系统。
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