CN110793851B - 一种矿用钢带承载能力测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种矿用钢带承载能力测试装置及测试方法，装置：包括底座、加载架、盒体和被测钢带组件，盒体和底座通过底座螺栓组固定为一体，加载架穿插于盒体之下并位于底座底板之上，加载架立柱的水平移动被固定于盒体侧板的抱箍所限制，加载架仅可以沿着垂直方向上下移动。方法：在盒体内部添加混凝土试块或岩石试块，并在试块之上覆盖钢带，通过钢带中心孔穿过锚杆并安设托盘和螺母，锚杆另一端通过螺母锁止在加载架下梁底板的下梁贯通孔处；将该加载装置置于试验机压板之间。该装置能真实模拟钢带的实际受力情况，能真实反映钢带在巷道中的变形破坏情形；该方法能够实现对矿用钢带在应用于真实煤矿巷道时的失效情形进行模拟和分析。

Description

一种矿用钢带承载能力测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于钢带检测技术领域，具体是一种矿用钢带承载能力测试装置。

背景技术

在煤矿巷道的支护工程中，矿用钢带在与锚杆或锚索的配合下，能够给围岩提供极为有利可靠的支。当前矿用钢带的主要类型有M钢带、W钢带、平钢带等。矿用钢带能够极大扩散锚杆或锚索的预应力和工作阻力影响范围，在锚固系统未配备钢带的情况下，锚杆或锚索对围岩的支护效果是通过托盘和螺母来反应的，而托盘的直径一般有限，在传递锚杆或锚索的支护力时仅能作用于巷道表面，范围很小，无法有效的与邻近支护单元的应力作用范围进行衔接。

当锚杆或锚索配备托盘并压覆在矿用钢带上时，具有以下优点。第一，能够极大地扩散锚杆或锚索的预应力和工作阻力，使锚固力在轴向和横向上都能传递到更广泛的岩层中。第二，更有利于改善围岩应力状态，矿用钢带能够抑制浅表岩层离层和裂隙张开，同时有效保持围岩的完整性，抑制或减小拉应力区，减少岩层弯曲引起的变形与拉伸破坏。第三，有效连接邻近锚固单元，矿用钢带开有数个开孔，可以同时衔接安装在同一个钢带上的数个锚固系统，进而能均衡锚杆或锚索的受力，形成联合支护系统，提高整体刚度与支护能力。有时尽管某个支护单元出现失效，但是该区域的变形也能够被邻近锚固单元所牵制。第四，减少锚杆或锚索预应力的损失，钢带在一定程度上能够降低锚杆或锚索尾部附近区域的集中应力，扩大预应力作用范围。由此可见，具有钢带的组合支护构件对岩层变形控制的重要性是不言而喻的，从而在煤矿巷道支护工程中被大范围使用，因此，为保证煤矿的安全生产工作，使用前，对组合支护构件性能的分析测试尤其重要。

现有技术中，关于锚杆或锚索的拉拔测试分析已经非常常规，对于托盘的力学测试分析也相对常见。然而对于钢带工作性能的测试分析则相对较少，尤其是对钢带真实受力情况的模拟分析相对较少。主要原因是现有的锚杆或锚索和托盘的力学测试分析对测试设备的要求相对较低，常见的MTS试验机就可以完成相关的测试分析工作。然而对于钢带而言，其尺寸较大，测试相应的也变得较为困难，已有的测试装置并不能真实模拟钢带的实际受力情况，因而无法真实反映钢带在巷道中的变形破坏情形。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种矿用钢带承载能力测试装置，该装置能真实模拟钢带的实际受力情况，能真实反映钢带在巷道中的变形破坏情形，便于对钢带的承载能力进行准确的测试和分析。

为了解决上术技术问题，本发明提供了一种矿用钢带承载能力测试装置，包括纵向上由上到下依次设置的加载架、被测钢带组件、盒体和底座；

所述底座包括底座底板、沿长度方向固定连接在底座底板上部的两对立柱、分别固定连接在两对立柱上端的两个连接板和由多个螺栓组成的底座螺栓组；所述连接板上设置有供底座螺栓组中的底座螺栓穿过的连接板孔；

所述加载架包括加载上梁、加载下梁和两个加载立柱，加载上梁和加载下梁分别固定连接在两个加载立柱的上端之间和下端之间并形成框形结构；所述加载上梁和加载下梁的中心于纵向上相对应地开设有上梁贯通孔和下梁贯通孔；

所述盒体内部的尺寸大于待测钢带的尺寸，其主要由在长度方向相对设置的两个盒体端板、在宽度方向相对设置的两个盒体侧板及固定连接在盒体端板和盒体侧板下端之间的盒体底板组成，盒体端板上部于其长度方向相对称地开设有两个端板腰型孔，盒体底板在其中心区域开设有底板中心孔，并在长度方向靠近两端部的位置开设有彼此相对称设置的两个底板腰型孔，在底板中心孔和底板腰型孔之间开设有底板螺纹孔；两个盒体侧板的外侧中心设置有两个抱箍，且盒体侧板的中心区域开设有多个侧板螺纹孔；

所述被测钢带组件包括待测钢带、锚杆托盘，锚杆螺母、锚杆、钢带压板、钢带拉板、拉紧螺钉、锁紧螺栓和限位螺钉；所述待测钢带在其中心区域开设有钢带中心孔，并在长度方向靠近两端部的位置开设有沿宽度方向排布的多个钢带端孔；所述锚杆的两端均设置有外螺纹段；所述钢带压板的数量为两个，钢带压板沿其长度方向开设有与钢带端孔相对应的多个压板光孔；所述钢带拉板的数量为两个，钢带拉板沿其宽度方向相间隔地开设有拉板螺纹孔B和拉板光孔，钢带拉板在靠近拉板光孔一侧的端沿上开设有拉板螺纹孔A，拉板螺纹孔B的数量与钢带端孔的数量相对应，拉板螺纹孔A沿垂直于拉板光孔的方向延伸；

所述加载架纵向地设置在底座上的两对立柱之间，所述盒体横向地穿设于加载架上的两个加载立柱之间，且位于两个连接板的上部；所述底座螺栓组穿过连接板孔后通过螺纹配合连接于底板螺纹孔中将底座与盒体固定连接；两个抱箍分别套设在两个加载立柱下部的外侧；由多个抱箍螺栓组成的抱箍螺栓组在穿过抱箍连接端上的通孔后通过螺纹配合连接于侧板螺纹孔中将加载架与盒体固定连接；所述待测钢带设置在盒体内腔的上部，所述锚杆纵向穿过钢带中心孔、底板中心孔和下梁贯通孔，其上部的螺纹段延伸到盒体的上方，并且在穿过设置在待测钢带上方的锚杆托盘后与锚杆螺母连接，其下部的螺纹段延伸到加载下梁的下方，并与锚杆螺母连接，两个钢带压板分别设置在待测钢带长度方向两端的上部，且多个压板光孔与多个钢带端孔相对应地设置，两个钢带拉板分别设置在待测钢带长度方向两端的下部，且多个拉板螺纹孔B与多个钢带端孔相对应地设置，且拉板螺纹孔A靠近盒体端板地设置，所述锁紧螺栓在依次穿过压板光孔和钢带端孔后通过螺纹配合连接于拉板螺纹孔B中，所述拉紧螺钉依次穿过拉紧调节螺母、大垫圈和端板腰型孔后与通过螺纹配合与拉板螺纹孔A连接，限位螺钉依次穿过拉板光孔、底板腰型孔和限位垫圈后与限位调节螺母连接。

进一步，为了使整体的结构更加合理，承载能力更好，且能有效降低加工制造成本，所述加载上梁为箱式结构，其主要由位于顶部的上梁顶板、位于底部的上梁底板及相对地固定连接在上梁顶板和上梁底板之间的两个上梁立板组成，所述上梁贯通孔依次贯通上梁顶板和上梁底板地设置；

所述加载下梁为箱式结构，其主要由位于顶部的下梁顶板、位于底部的下梁底板、及相对地固定连接在下梁顶板和下梁底板之间的两个下梁立板组成，所述下梁顶板上端面中心和下梁底板的下端面中心分别固定连接有下梁上贴板和下梁下贴板，所述下梁贯通孔依次贯通下梁上贴板、下梁顶板、下梁底板和下梁下贴板地设置；

所述加载立柱为矩形管结构，加载立柱的上端焊接有立柱法兰板，加载立柱通过穿设于立柱法兰板和上梁底板之间的加载螺栓组与加载上梁连接；

所述盒体侧板与抱箍之间还设置有衬垫，抱箍螺栓组在依次穿过抱箍和衬垫后通过螺纹配合连接于侧板螺纹孔中实现抱箍与盒体的连接。

进一步，为了便于在待测钢带发生变形后通过插入长螺杆的方式来防止待测钢带的翘曲，所述盒体侧板的上部于其长度方向开设有多对侧板光孔，每对侧板光孔分别对应设置在待测钢带的上部和下部；进一步，为了辅助吊运该测试装置，所述盒体端板上部于其长度方向相对称地开设有两个端板螺纹孔，每个端板螺纹孔中均通过螺纹配合与位于盒体端板外侧的一个吊环连接。

进一步，为了与待测钢带之间更好的定位配合，所述钢带拉板靠近拉板螺纹孔B的一侧开设有与待测钢板定位配合的定位凹槽，所述定位凹槽的深度与待测钢板的厚度相适配。

进一步，为了保证连接强度，所述底座还包括焊接在立柱和底座底板之间的多个立柱角板；所述连接板与立柱之间、立柱与底座底板之间均焊接；所述上梁顶板和上梁立板之间焊接有上梁加强板；加载立柱和上梁底板之间、加载立柱和下梁顶板之间均焊接有立柱加强板。

作为一种优选，所述衬垫为聚四氟乙烯材质或其它摩擦系数低的塑料。

进一步，为了降低成本，并能保证承载强度，所述底座、加载架和被测钢带组件均采用碳素结构钢制成；所述盒体除衬垫之外均采用碳素结构钢制成。

本发明中，通过底座、加载架和盒体三者的联合空间锁止效应，能将承载在底座底板和加载架上梁顶板之间的压力转为盒体中锚杆与钢带之间的拉力，这种转压缩转换为拉伸的布置方式能够适应绝大多数电液伺服压力试验机。通过在钢带上安设矿用锚杆托盘、矿用锚杆和矿用锚杆螺母，能1:1真实地还原煤矿巷道钢带支护的真实工作受力工况。通过在盒体内布置的混凝土试块或岩石试块可以更为真实地模拟钢带的各种失效及受力情形，从而能够实现对不同围岩赋存条件下钢带、锚杆、锚杆托盘、锚杆螺母之间的具体受力失效特性开展特性分析及测试。本装置的除衬垫所有材料均采用碳素结构钢制成，其承重强度高，造价低，且该装置通过普通的电液伺服压力试验机即可完成钢带的承载能力测试，有效降低了测试装置的制造成本的同时，还降低了测试所需要的附加成本。本装置能真实模拟钢带的实际受力情况，能真实反映钢带在巷道中的变形破坏情形，从而便于实现对真实矿用钢带的受力进行测试分析，同时可以安设锚杆、锚杆托盘、锚杆螺母等实际支护所需构件，便于实现对钢带的承载能力进行准确的测试和分析。

本发明还提供了一种矿用钢带承载能力测试方法，包括以下步骤；

步骤一：在盒体中放入抗压强度不小于50MPa的预置混凝土试块或岩石试块，形成的预置混凝土试块层或岩石试块层的高度为100～150mm，其中，盒体底板(C3)上开孔的位置均不覆盖预置混凝土试块或岩石试块；

步骤二：在形成的预置混凝土试块层上部铺设碎石子，覆盖过程中避开底板中心孔的位置，形成的碎石子层的高度为100～150mm；

步骤三：将加载架放入底座上的两对立柱之间；将步骤二中铺设好碎石子的盒体穿入加载架中，并置于底座上的两个连接板的上部，用底座螺栓组穿过连接板孔后通过螺纹配合连接于底板螺纹孔中将底座与盒体固定连接；在盒体两外侧的侧板螺纹孔处分别设置两个衬垫，将两个抱箍分别套设在两个加载立柱下部的外侧，再使抱箍螺栓组依次穿过抱箍连接端上的通孔和衬垫上的通孔后通过螺纹配合连接于侧板螺纹孔中将加载架与盒体固定连接；在盒体长度方向的两端外侧的端板螺纹孔中均通过螺纹配合连接吊环；

步骤四：在形成的碎石子层上部铺设待测钢带，并在加载下梁的上表面和下表面分别设置下梁上贴板和下梁下贴板；将两端部带有螺纹段的锚杆由上梁贯通孔穿入加载架内部，再依次向下穿过钢带中心孔、底板中心孔、下梁上贴板上的通孔、下梁贯通孔和下梁下贴板上的通孔，并使上部的螺纹段和下部的螺纹段分别位于待测钢带的上部和加载下梁的上部；在锚杆下部的螺纹段上套接锚杆螺母，将锚杆托盘套设在锚杆上部的螺纹段外侧，并通过螺纹连接锚杆螺母；

步骤五：调整待测钢带的位置，将两个钢带压板分别设置在待测钢带长度方向两端的上部，将两个钢带拉板分别设置在待测钢带长度方向两端的下部，将锁紧螺栓在依次穿过压板光孔和钢带端孔后通过螺纹配合连接于拉板螺纹孔B中，将限位螺钉依次穿过拉板光孔、底板腰型孔和限位垫圈后与限位调节螺母连接，将拉紧螺钉依次穿过拉紧调节螺母、大垫圈和端板腰型孔后与通过螺纹配合与拉板螺纹孔A连接；

步骤六：用叉车将组合成型的测试装置置入电液伺服试验机的压缩平台上，调整加载梁，使上梁顶板与电液伺服试验机的压板保持水平状态，然后开展力学测试，并记录测试数据。

在步骤五中，当待测钢带发变变形时，于每对侧板光孔中穿入贯穿盒体的长螺杆，以防止待测钢带翘曲。

进一步，为了方便吊运，在步骤六中，在将组合成型的测试装置置入电液伺服试验机的压缩平台的过程中，通过吊环来辅助吊运。

通过上述方法能够实现对矿用钢带在应用于真实煤矿巷道时的失效情形进行模拟和分析，并能通过电流伺服试验机来获取力学曲线及变形特征，从而能够实现对不同岩层碎裂程度下的钢带失效情况进行准确的分析测试。同时，通过该方法还能对矿用钢带及附属支护构件对岩层的主被动控制效应有更好的理解，能找出组合支护构件的薄弱环节并在后续生产中加以强化，从而能更好的保证煤矿的安全生产工作。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中底座的结构示意图；

图3是本发明中加载架的结构示意图；

图4是本发明中盒体的结构示意图；

图5是本发明中盒体与被测钢带组件的装配示意图；

图6是图1的主视图；

图7是图6的左视图；

图8是本发明中钢带压板的结构示意图；

图9是本发明中钢带拉板的结构示意图；

图10是本发明中待测钢带的结构示意图。

图中:A、底座，A1、底座底板，A2、立柱，A3、连接板，A31、连接板孔，A4、立柱角板，A5、底座螺栓组；

B、加载架，B1，加载上梁，B11，加载立柱，B12、立柱加强板，B13、下梁立板，B14、下梁底板，B15、下梁上贴板，B16、立柱法兰板，B17、下梁下贴板，B18、下梁顶板，B1a、下梁贯通孔，B2、加载下梁，B21、上梁顶板，B22、上梁加强板，B23、上梁底板，B24、上梁立板，B2a、上梁贯通孔，B3、加载螺栓组；

C、盒体，C1、盒体端板，C1a、端板腰型孔，C1b、端板螺纹孔，C2、盒体侧板，C2a、侧板螺纹孔，C2b、侧板光孔，C3、盒体底板，C3a、底板螺纹孔，C3b、底板中心孔，C3c、底板腰型孔，C4、抱箍，C5、抱箍螺栓组，C6、衬垫，C7、吊环；

D、被测钢带组件，D1、待测钢带，D1a、钢带中心孔，D1b、钢带端孔，D2、锚杆托盘；D3、锚杆螺母；D4、锚杆，D5、钢带压板，D51、压板光孔，D6、钢带拉板，D6a、拉板螺纹孔A，D6b、拉板光孔，D6c、拉板螺纹孔B，D7、定位凹槽，D71、拉紧螺钉，D72、拉紧调节螺母，D73、大垫圈，D81、限位螺钉，D82、限位调节螺母，D83、限位垫圈，D9、锁紧螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图10所示，本发明提供一种矿用钢带承载能力测试装置，包括纵向上由上到下依次设置的加载架B、被测钢带组件D、盒体C和底座A；

所述底座A包括底座底板A1、沿长度方向固定连接在底座底板A1上部的两对立柱A2、分别固定连接在两对立柱A2上端的两个连接板A3和由多个螺栓组成的底座螺栓组A5；所述连接板A3上设置有供底座螺栓组A5中的底座螺栓穿过的连接板孔A31；

所述加载架B包括加载上梁B1、加载下梁B2和两个加载立柱B11，加载上梁B1和加载下梁B2分别固定连接在两个加载立柱B11的上端之间和下端之间并形成框形结构；所述加载上梁B1和加载下梁B2的中心于纵向上相对应地开设有上梁贯通孔B2a和下梁贯通孔B1a；

所述盒体C内部的尺寸大于待测钢带D1的尺寸，其主要由在长度方向相对设置的两个盒体端板C1、在宽度方向相对设置的两个盒体侧板C2及固定连接在盒体端板C1和盒体侧板C2下端之间的盒体底板C3组成，盒体端板C1上部于其长度方向相对称地开设有两个端板腰型孔C1a，盒体底板C3在其中心区域开设有底板中心孔C3b，并在长度方向靠近两端部的位置开设有彼此相对称设置的两个底板腰型孔C3c，在底板中心孔C3b和底板腰型孔C3c之间开设有底板螺纹孔C3a；两个盒体侧板C2的外侧中心设置有两个抱箍C4，且盒体侧板C2的中心区域开设有多个侧板螺纹孔C2a；

所述被测钢带组件D包括待测钢带D1、锚杆托盘D2，锚杆螺母D3、锚杆D4、钢带压板D5、钢带拉板D6、拉紧螺钉D71、锁紧螺栓D9和限位螺钉D81；所述待测钢带D1在其中心区域开设有钢带中心孔D1a，并在长度方向靠近两端部的位置开设有沿宽度方向排布的多个钢带端孔D1b；所述锚杆D4的两端均设置有外螺纹段，外螺纹段的长度可以为100mm；所述钢带压板D5的数量为两个，钢带压板D5沿其长度方向开设有与钢带端孔D1b相对应的多个压板光孔D51；所述钢带拉板D6的数量为两个，钢带拉板D6沿其宽度方向相间隔地开设有拉板螺纹孔BD6c和拉板光孔D6b，钢带拉板D6在靠近拉板光孔D6b一侧的端沿上开设有拉板螺纹孔AD6a，拉板螺纹孔BD6c的数量与钢带端孔D1b的数量相对应，拉板螺纹孔AD6a沿垂直于拉板光孔D6b的方向延伸；

所述加载架B纵向地设置在底座A上的两对立柱A2之间，所述盒体C横向地穿设于加载架B上的两个加载立柱B11之间，且位于两个连接板A3的上部；所述底座螺栓组A5穿过连接板孔A31后通过螺纹配合连接于底板螺纹孔C3a中将底座A与盒体C固定连接；两个抱箍C4分别套设在两个加载立柱B11下部的外侧；由多个抱箍螺栓组成的抱箍螺栓组C5在穿过抱箍C4连接端上的通孔后通过螺纹配合连接于侧板螺纹孔C2a中将加载架B与盒体C固定连接；所述待测钢带D1设置在盒体C内腔的上部，所述锚杆D4纵向穿过钢带中心孔D1a、底板中心孔C3b和下梁贯通孔B1a，其上部的螺纹段延伸到盒体C的上方，并且在穿过设置在待测钢带D1上方的锚杆托盘D2后与锚杆螺母D3连接，其下部的螺纹段延伸到加载下梁B2的下方，并与锚杆螺母D3连接，作为一种优选，锚杆D4在待测钢带D1上部的长度大于在加载下梁B2底部的长度，两个钢带压板D5分别设置在待测钢带D1长度方向两端的上部，且多个压板光孔D51与多个钢带端孔D1b相对应地设置，两个钢带拉板D6分别设置在待测钢带D1长度方向两端的下部，且多个拉板螺纹孔BD6c与多个钢带端孔D1b相对应地设置，且拉板螺纹孔AD6a靠近盒体端板C1地设置，所述锁紧螺栓D9在依次穿过压板光孔D51和钢带端孔D1b后通过螺纹配合连接于拉板螺纹孔BD6c中，所述拉紧螺钉D71依次穿过拉紧调节螺母D72、大垫圈D73和端板腰型孔C1a后与通过螺纹配合与拉板螺纹孔AD6a连接，限位螺钉D81依次穿过拉板光孔D6b、底板腰型孔C3c和限位垫圈D83后与限位调节螺母D82连接。

为了使整体的结构更加合理，承载能力更好，且能有效降低加工制造成本，所述加载上梁B1为箱式结构，其主要由位于顶部的上梁顶板B21、位于底部的上梁底板B23及相对地固定连接在上梁顶板B21和上梁底板B23之间的两个上梁立板B24组成，所述上梁贯通孔B2a依次贯通上梁顶板B21和上梁底板B23地设置；

所述加载下梁B2为箱式结构，其主要由位于顶部的下梁顶板B18、位于底部的下梁底板B14、及相对地固定连接在下梁顶板B18和下梁底板B14之间的两个下梁立板B13组成，所述下梁顶板B18上端面中心和下梁底板B14的下端面中心分别固定连接有下梁上贴板B15和下梁下贴板B17，所述下梁贯通孔B1a依次贯通下梁上贴板B15、下梁顶板B18、下梁底板B14和下梁下贴板B17地设置；

所述加载立柱B11为矩形管结构，加载立柱B11的上端焊接有立柱法兰板B16，加载立柱B11通过穿设于立柱法兰板B16和上梁底板B23之间的加载螺栓组B3与加载上梁B1连接；

所述盒体侧板C2与抱箍C4之间还设置有衬垫C6，抱箍螺栓组C5在依次穿过抱箍C4和衬垫C6后通过螺纹配合连接于侧板螺纹孔C2a中实现抱箍C4与盒体C的连接。

为了便于在待测钢带发生变形后通过插入长螺杆的方式来防止待测钢带的翘曲，所述盒体侧板C2的上部于其长度方向开设有多对侧板光孔C2b，每对侧板光孔C2b分别对应设置在待测钢带D1的上部和下部；为了辅助吊运该测试装置，所述盒体端板C1上部于其长度方向相对称地开设有两个端板螺纹孔C1b，每个端板螺纹孔C1b中均通过螺纹配合与位于盒体端板C1外侧的一个吊环C7连接。

为了与待测钢带之间更好的定位配合，所述钢带拉板D6靠近拉板螺纹孔BD6c的一侧开设有与待测钢板D1定位配合的定位凹槽D7，所述定位凹槽D7的深度与待测钢板D1的厚度相适配。

为了保证连接强度，所述底座A还包括焊接在立柱A2和底座底板A1之间的多个立柱角板A4；所述连接板A3与立柱A2之间、立柱A2与底座底板A1之间均焊接；所述上梁顶板B21和上梁立板B24之间焊接有上梁加强板B22；加载立柱B11和上梁底板B23之间、加载立柱B11和下梁顶板B18之间均焊接有立柱加强板B12。

作为一种优选，所述衬垫C6为聚四氟乙烯材质或其它摩擦系数低的塑料。

为了降低成本，并能保证承载强度，所述底座A、加载架B和被测钢带组件D均采用碳素结构钢制成；所述盒体C除衬垫C6之外均采用碳素结构钢制成。

通过底座、加载架和盒体三者的联合空间锁止效应，能将承载在底座底板和加载架上梁顶板之间的压力转为盒体中锚杆与钢带之间的拉力，这种转压缩转换为拉伸的布置方式能够适应绝大多数电液伺服压力试验机。通过在钢带上安设矿用锚杆托盘、矿用锚杆和矿用锚杆螺母，能1:1真实地还原煤矿巷道钢带支护的真实工作受力工况。通过在盒体内布置的混凝土试块或岩石试块可以更为真实地模拟钢带的各种失效及受力情形，从而能够实现对不同围岩赋存条件下钢带、锚杆、锚杆托盘、锚杆螺母之间的具体受力失效特性开展特性分析及测试。本装置的除衬垫所有材料均采用碳素结构钢制成，其承重强度高，造价低，且该装置通过普通的电液伺服压力试验机即可完成钢带的承载能力测试，有效降低了测试装置的制造成本的同时，还降低了测试所需要的附加成本。本装置能真实模拟钢带的实际受力情况，能真实反映钢带在巷道中的变形破坏情形，从而便于实现对真实矿用钢带的受力进行测试分析，同时可以安设锚杆、锚杆托盘、锚杆螺母等实际支护所需构件，便于实现对钢带的承载能力进行准确的测试和分析。

本发明还提供了一种矿用钢带承载能力测试方法，包括以下步骤；

步骤一：在盒体C中放入抗压强度不小于50MPa的预置混凝土试块或岩石试块，形成的预置混凝土试块层或岩石试块层的高度为100～150mm，其中，盒体底板C3上开孔的位置均不覆盖预置混凝土试块或岩石试块；无论是采用预置混凝土试块还是岩石试块，其粒径均为20～40mm；作为一种优选，作为一种优选，还可以采用真实煤矿巷道围岩，从而真实模拟钢带在煤矿支护过程中的各种失效情形。真实煤矿巷道围岩可以为空洞岩块、裂隙岩块、均质岩块、软岩岩块和硬岩岩块中的一种或多种组合，以能够实现对不同围岩赋存条件下钢带、锚杆、锚杆托盘、锚杆螺母之间的具体受力失效特性开展分析测试。

步骤二：在形成的预置混凝土试块层上部铺设碎石子，碎石子的大小及硬度依据所模拟煤矿岩层条件具体界定，覆盖过程中避开底板中心孔C3b的位置，形成的碎石子层的高度为100～150mm；

步骤三：将加载架B放入底座A上的两对立柱A2之间；将步骤二中铺设好碎石子的盒体C穿入加载架B中，并置于底座A上的两个连接板A3的上部，用底座螺栓组A5穿过连接板孔A31后通过螺纹配合连接于底板螺纹孔C3a中将底座A与盒体C固定连接；在盒体C两外侧的侧板螺纹孔C2a处分别设置两个衬垫C6，将两个抱箍C4分别套设在两个加载立柱B11下部的外侧，再使抱箍螺栓组C5依次穿过抱箍C4连接端上的通孔和衬垫C6上的通孔后通过螺纹配合连接于侧板螺纹孔C2a中将加载架B与盒体C固定连接；在盒体C长度方向的两端外侧的端板螺纹孔C1b中均通过螺纹配合连接吊环C7；

步骤四：在形成的碎石子层上部铺设待测钢带D，并在加载下梁B2的上表面和下表面分别设置下梁上贴板B15和下梁下贴板B17；将两端部带有螺纹段的锚杆D4由上梁贯通孔B2a穿入加载架B内部，再依次向下穿过钢带中心孔D1a、底板中心孔C3b、下梁上贴板B15上的通孔、下梁贯通孔B1a和下梁下贴板B17上的通孔，并使上部的螺纹段和下部的螺纹段分别位于待测钢带D的上部和加载下梁B2的上部；在锚杆D4下部的螺纹段上套接锚杆螺母D3，将锚杆托盘D2套设在锚杆D4上部的螺纹段外侧，并通过螺纹连接锚杆螺母D3；

步骤五：调整待测钢带D的位置，将两个钢带压板D5分别设置在待测钢带D1长度方向两端的上部，将两个钢带拉板D6分别设置在待测钢带D1长度方向两端的下部，将锁紧螺栓D9在依次穿过压板光孔D51和钢带端孔D1b后通过螺纹配合连接于拉板螺纹孔BD6c中，将限位螺钉D81依次穿过拉板光孔D6b、底板腰型孔C3c和限位垫圈D83后与限位调节螺母D82连接，将拉紧螺钉D71依次穿过拉紧调节螺母D72、大垫圈D73和端板腰型孔C1a后与通过螺纹配合与拉板螺纹孔AD6a连接；当待测钢带D1发变变形时，于每对侧板光孔C2b中穿入贯穿盒体C的长螺杆，以防止待测钢带D1翘曲；

步骤六：用叉车将组合成型的测试装置置入电液伺服试验机的压缩平台上，调整加载梁B，使上梁顶板B21与电液伺服试验机的压板保持水平状态，然后开展力学测试，并记录测试数据。在将组合成型的测试装置置入电液伺服试验机的压缩平台的过程中，通过吊环C7来辅助吊运。将组成成型的试装置置于电液伺服试验机压板之间后，当源自压板的压力作用在加载架上梁顶板和底座的底座底板上时，加载架的加载下梁会将压力转换为对锚杆杆体向下的拉力，通过该拉力即可以实现对待测钢带接近真实承载情况的模拟及测试分析。

通过上述方法能够实现对矿用钢带在应用于真实煤矿巷道时的失效情形进行模拟和分析，并能通过电流伺服试验机来获取力学曲线及变形特征，从而能够实现对不同岩层碎裂程度下的钢带失效情况进行准确的分析测试。同时，通过该方法还能对矿用钢带及附属支护构件对岩层的主被动控制效应有更好的理解，能找出组合支护构件的薄弱环节并在后续生产中加以强化，从而能更好的保证煤矿的安全生产工作。

Claims (10)

1.一种矿用钢带承载能力测试装置，包括纵向上由上到下依次设置的加载架（B）、被测钢带组件（D）和底座（A），其特征在于，还包括盒体（C）；

所述底座（A）包括底座底板（A1）、沿长度方向固定连接在底座底板（A1）上部的两对立柱（A2）、分别固定连接在两对立柱（A2）上端的两个连接板（A3）和由多个螺栓组成 的底座螺栓组（A5）；所述连接板（A3）上设置有供底座螺栓组（A5）中的底座螺栓穿过的连接板孔（A31）；

所述加载架（B）包括加载上梁（B1）、加载下梁（B2）和两个加载立柱（B11），加载上梁（B1）和加载下梁（B2）分别固定连接在两个加载立柱（B11）的上端之间和下端之间并形成框形结构；所述加载上梁（B1）和加载下梁（B2）的中心于纵向上相对应地开设有上梁贯通孔（B2a）和下梁贯通孔（B1a）；

所述盒体（C）内部的尺寸大于待测钢带（D1）的尺寸，其主要由在长度方向相对设置的两个盒体端板（C1）、在宽度方向相对设置的两个盒体侧板（C2）及固定连接在盒体端板（C1）和盒体侧板（C2）下端之间的盒体底板（C3）组成，盒体端板（C1）上部于其长度方向相对称地开设有两个端板腰型孔（C1a），盒体底板（C3）在其中心区域开设有底板中心孔（C3b），并在长度方向靠近两端部的位置开设有彼此相对称设置的两个底板腰型孔（C3c），在底板中心孔（C3b）和底板腰型孔（C3c）之间开设有底板螺纹孔（C3a）；两个盒体侧板（C2）的外侧中心设置有两个抱箍（C4），且盒体侧板（C2）的中心区域开设有多个侧板螺纹孔（C2a）；

所述被测钢带组件（D）包括待测钢带（D1）、锚杆托盘（D2），锚杆螺母（D3）、锚杆（D4）、钢带压板（D5）、钢带拉板（D6）、拉紧螺钉（D71）、锁紧螺栓（D9）和限位螺钉（D81）；所述待测钢带（D1）在其中心区域开设有钢带中心孔（D1a），并在长度方向靠近两端部的位置开设有沿宽度方向排布的多个钢带端孔（D1b）；所述锚杆（D4）的两端均设置有外螺纹段；所述钢带压板（D5）的数量为两个，钢带压板（D5）沿其长度方向开设有与钢带端孔（D1b）相对应的多个压板光孔（D51）；所述钢带拉板（D6）的数量为两个，钢带拉板（D6）沿其宽度方向相间隔地开设有拉板螺纹孔B（D6c）和拉板光孔（D6b），钢带拉板（D6）在靠近拉板光孔（D6b）一侧的端沿上开设有拉板螺纹孔A（D6a），拉板螺纹孔B（D6c）的数量与钢带端孔（D1b）的数量相对应，拉板螺纹孔A（D6a）沿垂直于拉板光孔（D6b）的方向延伸；

所述加载架（B）纵向地设置在底座（A）上的两对立柱（A2）之间，所述盒体（C）横向地穿设于加载架（B）上的两个加载立柱（B11）之间，且位于两个连接板（A3）的上部；所述底座螺栓组（A5）穿过连接板孔（A31）后通过螺纹配合连接于底板螺纹孔（C3a）中将底座（A）与盒体（C）固定连接；两个抱箍（C4）分别套设在两个加载立柱（B11）下部的外侧；由多个抱箍螺栓组成的抱箍螺栓组（C5）在穿过抱箍（C4）连接端上的通孔后通过螺纹配合连接于侧板螺纹孔（C2a）中将加载架（B）与盒体（C）固定连接；所述待测钢带（D1）设置在盒体（C）内腔的上部，所述锚杆（D4）纵向穿过钢带中心孔（D1a）、底板中心孔（C3b）和下梁贯通孔（B1a），其上部的螺纹段延伸到盒体（C）的上方，并且在穿过设置在待测钢带（D1）上方的锚杆托盘（D2）后与锚杆螺母（D3）连接，其下部的螺纹段延伸到加载下梁（B2）的下方，并与锚杆螺母（D3）连接 ，两个钢带压板（D5）分别设置在待测钢带（D1）长度方向两端的上部，且多个压板光孔（D51）与多个钢带端孔（D1b）相对应地设置，两个钢带拉板（D6）分别设置在待测钢带（D1）长度方向两端的下部，且多个拉板螺纹孔B（D6c）与多个钢带端孔（D1b）相对应地设置，且拉板螺纹孔A（D6a）靠近盒体端板（C1）地设置，所述锁紧螺栓（D9）在依次穿过压板光孔（D51）和钢带端孔（D1b）后通过螺纹配合连接于拉板螺纹孔B（D6c）中，所述拉紧螺钉（D71）依次穿过拉紧调节螺母（D72）、大垫圈（D73）和端板腰型孔（C1a）后与通过螺纹配合与拉板螺纹孔A（D6a）连接，限位螺钉（D81）依次穿过拉板光孔（D6b）、底板腰型孔（C3c）和限位垫圈（D83）后与限位调节螺母（D82）连接。

2.根据权利要求1 所述的一种矿用钢带承载能力测试装置，其特征在于，所述加载上梁（B1）为箱式结构，其主要由位于顶部的上梁顶板（B21）、位于底部的上梁底板（B23）及相对地固定连接在上梁顶板（B21）和上梁底板（B23）之间的两个上梁立板（B24）组成，所述上梁贯通孔（B2a）依次贯通上梁顶板（B21）和上梁底板（B23）地设置；

所述加载下梁（B2）为箱式结构，其主要由位于顶部的下梁顶板（B18）、位于底部的下梁底板（B14）、及相对地固定连接在下梁顶板（B18）和下梁底板（B14）之间的两个下梁立板（B13）组成，所述下梁顶板（B18）上端面中心和下梁底板（B14）的下端面中心分别固定连接有下梁上贴板（B15）和下梁下贴板（B17），所述下梁贯通孔（B1a）依次贯通下梁上贴板（B15）、下梁顶板（B18）、下梁底板（B14）和下梁下贴板（B17）地设置；

所述加载立柱（B11）为矩形管结构，加载立柱（B11）的上端焊接有立柱法兰板（B16），加载立柱（B11）通过穿设于立柱法兰板（B16）和上梁底板（B23）之间的加载螺栓组（B3）与加载上梁（B1）连接；

所述盒体侧板（C2）与抱箍（C4）之间还设置有衬垫（C6），抱箍螺栓组（C5）在依次穿过抱箍（C4）和衬垫（C6）后通过螺纹配合连接于侧板螺纹孔（C2a）中实现抱箍（C4）与盒体（C）的连接。

3.根据权利要求2所述的一种矿用钢带承载能力测试装置，其特征在于，所述盒体侧板（C2）的上部于其长度方向开设有多对侧板光孔（C2b），每对侧板光孔（C2b）分别对应设置在待测钢带（D1）的上部和下部；所述盒体端板（C1）上部于其长度方向相对称地开设有两个端板螺纹孔（C1b），每个端板螺纹孔（C1b）中均通过螺纹配合与位于盒体端板（C1）外侧的一个吊环（C7）连接。

4.根据权利要求3所述的一种矿用钢带承载能力测试装置，其特征在于，所述钢带拉板（D6）靠近拉板螺纹孔B（D6c）的一侧开设有与待测钢板（D1）定位配合的定位凹槽（D7），所述定位凹槽（D7）的深度与待测钢板（D1）的厚度相适配。

5.根据权利要求4所述的一种矿用钢带承载能力测试装置，其特征在于，所述底座（A）还包括焊接在立柱（A2）和底座底板（A1）之间的多个立柱角板（A4）；所述连接板（A3）与立柱（A2）之间、立柱（A2）与底座底板（A1）之间均焊接；所述上梁顶板（B21）和上梁立板（B24）之间焊接有上梁加强板（B22）；加载立柱（B11）和上梁底板（B23）之间、加载立柱（B11）和下梁顶板（B18）之间均焊接有立柱加强板（B12）。

6.根据权利要求5所述的一种矿用钢带承载能力测试装置，其特征在于，所述衬垫（C6）为聚四氟乙烯材质或其它摩擦系数低的塑料。

7.根据权利要求6所述的一种矿用钢带承载能力测试装置，其特征在于，所述底座（A）、加载架（B）和被测钢带组件（D）均采用碳素结构钢制成；所述盒体（C）除衬垫（C6）之外均采用碳素结构钢制成。

8.根据权利要求7所述的一种矿用钢带承载能力测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤；

步骤一：在盒体（C）中放入抗压强度不小于50 MPa的预置混凝土试块或岩石试块，形成的预置混凝土试块层或岩石试块层的高度为100~150 mm，其中，盒体底板（C3）上开孔的位置均不覆盖预置混凝土试块或岩石试块；

步骤二：在形成的预置混凝土试块层上部铺设碎石子，覆盖过程中避开底板中心孔（C3b）的位置，形成的碎石子层的高度为100~150 mm；

步骤三：将加载架（B）放入底座（A）上的两对立柱（A2）之间；将步骤二中铺设好碎石子的盒体（C）穿入加载架（B）中，并置于底座（A）上的两个连接板（A3）的上部，用底座螺栓组（A5）穿过连接板孔（A31）后通过螺纹配合连接于底板螺纹孔（C3a）中将底座（A）与盒体（C）固定连接；在盒体（C）两外侧的侧板螺纹孔（C2a）处分别设置两个衬垫（C6），将两个抱箍（C4）分别套设在两个加载立柱（B11）下部的外侧，再使抱箍螺栓组（C5）依次穿过抱箍（C4）连接端上的通孔和衬垫（C6）上的通孔后通过螺纹配合连接于侧板螺纹孔（C2a）中将加载架（B）与盒体（C）固定连接；在盒体（C）长度方向的两端外侧的端板螺纹孔（C1b）中均通过螺纹配合连接吊环（C7）；

步骤四：在形成的碎石子层上部铺设待测钢带（D），并在加载下梁（B2）的上表面和下表面分别设置下梁上贴板（B15）和下梁下贴板（B17）；将两端部带有螺纹段的锚杆（D4）由上梁贯通孔（B2a）穿入加载架（B）内部，再依次向下穿过钢带中心孔（D1a）、底板中心孔（C3b）、下梁上贴板（B15）上的通孔、下梁贯通孔（B1a）和下梁下贴板（B17）上的通孔，并使上部的螺纹段和下部的螺纹段分别位于待测钢带（D）的上部和加载下梁（B2）的上部；在锚杆（D4）下部的螺纹段上套接锚杆螺母（D3），将锚杆托盘（D2）套设在锚杆（D4）上部的螺纹段外侧，并通过螺纹连接锚杆螺母（D3）；

步骤五：调整待测钢带（D）的位置，将两个钢带压板（D5）分别设置在待测钢带（D1）长度方向两端的上部，将两个钢带拉板（D6）分别设置在待测钢带（D1）长度方向两端的下部，将锁紧螺栓（D9）在依次穿过压板光孔（D51）和钢带端孔（D1b）后通过螺纹配合连接于拉板螺纹孔B（D6c）中，将限位螺钉（D81）依次穿过拉板光孔（D6b）、底板腰型孔（C3c）和限位垫圈（D83）后与限位调节螺母（D82）连接，将拉紧螺钉（D71）依次穿过拉紧调节螺母（D72）、大垫圈（D73）和端板腰型孔（C1a）后与通过螺纹配合与拉板螺纹孔A（D6a）连接；

步骤六：用叉车将组合成型的测试装置置入电液伺服试验机的压缩平台上，调整加载梁（B），使上梁顶板（B21）与电液伺服试验机的压板保持水平状态，通过底座（A）、加载架（B）和盒体（C）三者的联合空间锁止效应，将承载在底座底板（A1）和加载架（B）的上梁顶板（B21）之间的压力转为盒体（C）中锚杆（D4）与钢带（D1）之间的拉力，然后开展力学测试，并记录测试数据。

9.根据权利要求8所述的一种矿用钢带承载能力测试方法，其特征在于，在步骤五中，当待测钢带（D1）发变变形时，于每对侧板光孔（C2b）中穿入贯穿盒体（C）的长螺杆，以防止待测钢带（D1）翘曲。

10.根据权利要求9所述的一种矿用钢带承载能力测试方法，其特征在于，在步骤六中，在将组合成型的测试装置置入电液伺服试验机的压缩平台的过程中，通过吊环（C7）来辅助吊运。

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