CN111929020A - 地下工程锚固体系抗冲击性能测试方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了地下工程锚固体系抗冲击性能测试方法及系统，其技术方案为：通过固定装置将岩体试件、锚杆或锚索试件、锚固体试件、锚固体内的锚杆或锚索试件固定，利用冲击试验装置对试件施加冲击载荷；通过监测系统实时监测试验数据，并将试验数据传输至数据处理系统；数据处理系统对试验数据进行处理并生成数据曲线。本发明能够准确有效的反映出地下工程锚杆或锚索、锚固体、锚固体内的锚杆或锚索的抗冲击性能，为巷道支护设计提供重要参数依据。

Description

地下工程锚固体系抗冲击性能测试方法及系统

技术领域

本发明涉及地下工程支护领域，尤其涉及地下工程锚固体系抗冲击性能测试方法及系统。

背景技术

随着我国浅部煤炭资源的日益枯竭，煤炭资源的开采深度逐渐由浅部向深部发展，巷道冲击地压发生频率与破坏强度也随之增加，严重影响着矿山的安全生产。

冲击地压发生时，强冲击大变形巷道支护的锚杆或锚索出现断裂或脱锚，主要原因是冲击地压产生的弹性波从震动源传播到巷道，对锚杆或锚索锚固段位置的岩体产生冲击作用，严重影响着锚杆或锚索锚固段的力学性能，同时，巷道表面的煤岩体受冲击影响抛出，对锚杆或锚索产生巨大的作用力，超过其所能承受的极限载荷后，锚杆或锚索杆体发生破断。

基于此，对锚杆或锚索以及岩体与锚杆索组合成的锚固体进行冲击试验，研究锚杆或锚索在冲击作用下的力学性能与锚固体在冲击作用下的锚固力学性能，对冲击地压巷道支护构件的支护参数设计具有重要意义。发明人发现，巷道支护设计时主要采用静力拉伸作用下测得的锚杆或锚索力学参数，现有技术缺乏冲击作用下锚杆或锚索力学性能、锚固体力学性能以及锚固体内的锚杆或锚索抗拔性能的试验研究。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供地下工程锚固体系抗冲击性能测试方法及系统，能够准确有效的反映出地下工程锚杆或锚索、锚固体、锚固体内的锚杆或锚索的抗冲击性能，为巷道支护设计提供重要参数依据。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了地下工程锚固体系抗冲击性能测试方法，通过固定装置将岩体试件、锚杆或锚索试件、锚固体试件、锚固体内的锚杆或锚索试件固定，利用冲击试验装置对试件施加冲击载荷；通过监测系统实时监测试验数据，并将试验数据传输至数据处理系统；数据处理系统对试验数据进行处理并生成数据曲线。

作为进一步的实现方式，截取设定长度的锚杆或锚索作为锚杆或锚索试件，将锚杆或锚索试件一端固定，另一端放置冲击垫板。

作为进一步的实现方式，所述锚杆或锚索试件一端及冲击垫板通过夹具固定；冲击试验时，对冲击垫板施加冲击力，测试锚杆或锚索试件拉伸时的抗冲击性能。

作为进一步的实现方式，将锚固体放置于围压施加装置中，锚固体外露的锚杆或锚索端部放置冲击垫板，冲击垫板通过夹具固定。

作为进一步的实现方式，对平行于锚杆或锚索的各个面施加不同围压，对锚固体内的锚杆或锚索施加不同预紧力；稳定设定时间后，对锚杆或锚索外露部分施加不同冲击载荷，得到锚杆或锚索锚固后的抗冲击性能。

作为进一步的实现方式，试验前对试件关键部位进行检测。

作为进一步的实现方式，对于岩体试件和锚固体试件，试验时，在试件表面粘贴应变片，用于监测冲击试验过程中试件的应变情况。

作为进一步的实现方式，对于锚杆或锚索试件、锚固体内的锚杆或锚索试件，通过负荷传感器和位移传感器监测试验冲击作用下锚杆或锚索的受力及变形情况。

第二方面，本发明实施例还提供了地下工程锚固体系抗冲击性能测试系统，包括：

冲击试验装置，用于对试件施加冲击载荷；

固定装置，用于固定试件；

监测系统，用于采集试验数据；

数据处理系统，用于对监测系统采集的试验数据进行分析处理。

作为进一步的实现方式，所述监测系统包括数字相机和图像分析系统，所述数字相机通过线路连接图像分析系统。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

(1)本发明的一个或多个实施方式能够准确有效的反映出地下工程锚杆或锚索、锚固体、锚固体内的锚杆或锚索的抗冲击性能，为巷道支护设计提供重要参数依据；

(2)本发明的一个或多个实施方式的试验系统能够进行岩体冲击试验、锚杆或锚索冲击试验、锚固体冲击试验、锚固体内的锚杆或锚索冲击试验，实现一机多用，避免资源浪费；

(3)本发明的一个或多个实施方式利用数据处理系统能够实时接收监测系统采集的监测数据，并对数据进行整合处理，生成相应的应力与应变关系曲线、冲击阻力与位移关系曲线、冲击阻力与冲击能量关系曲线、变形量与冲击能量关系曲线，最后分析得到各试件的力学性能。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的流程图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的锚固体内的锚杆或锚索冲击试验装置；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的锚杆或锚索冲击试验装置；

其中，1.围压施加装置，2.螺母，3.锚索，4.冲击垫板，5.夹具。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

实施例一：

本实施例提供了一种地下工程锚固体系抗冲击性能测试方法，通过固定装置将岩体试件、锚杆或锚索试件、锚固体试件、锚固体内的锚杆或锚索试件固定，利用冲击试验装置对试件施加冲击载荷；通过监测系统实时监测试验数据，并将试验数据传输至数据处理系统；数据处理系统对试验数据进行处理并生成数据曲线。

具体的，如图1所示，包括：

(1)岩体冲击试验：

通过现场采集岩体样本，将岩体样本加工成若干相同尺寸的立方体试件，并将试件固定在固定装置上，对试件一面施加冲击载荷。所述固定装置采用现有结构，只要能够实现岩体试件的固定即可。

岩体试件根据锚杆或锚索锚固的实际岩体范围等比例预制，且岩体试件的强度需与实际岩体的强度保持一致，以保证试验结果的准确性。模拟不同现场岩体在冲击作用下的力学性能。

(2)锚杆或锚索冲击试验：

截取一定长度的锚杆或锚索为锚杆或锚索试件，将锚杆或锚索试件一端固定，如图3所示，锚杆或锚索试件一端用夹具5固定。锚杆或锚索试件的另一端放置冲击垫板4，并用夹具5固定冲击垫板4。冲击试验时，对冲击垫板4施加冲击力，测试锚杆或锚索试件拉伸时的抗冲击性能。

(3)锚固体冲击试验：

预制岩体试件，同时将锚杆或锚索锚固于岩体试件内，形成锚固体。锚杆或锚索的预紧力、冲击能量的大小均为可调节的变量。

对岩体试件内的锚杆或锚索进行不同预紧力、锚固方式固定，对锚固体表面进行不同冲击能量的冲击试验，得到锚固体的抗冲击力学性能。

(4)锚固体内的锚杆或锚索冲击试验：

预制完成锚固体后，将锚固体放置于围压施加装置1中，如图2所示，锚固体外露的锚杆或锚索3端部放置冲击垫板4，所述冲击垫板4通过夹具固定。试验时，将围压施加装置1固定。

对平行于锚杆或锚索3的四个面施加不同围压，对锚固体内的锚杆或锚索3施加不同预紧力，稳定一段时间后，再对锚杆或锚索3外露部分施加不同冲击载荷，得到锚杆或锚索3锚固后的抗冲击性能。

进一步的，所述围压施加装置1可以通过液压油缸加载、螺母2旋转加载等方式实现，通过调节液压油缸加载参数或螺母2扭矩的大小改变试件所受围压的大小。

对于上述试验，试验前对试件关键部位进行检测。试件关键部位的检测包括对夹具5夹紧程度的检测，以及对冲击垫板4平整度的检测。冲击垫板4的平整度可以通过激光扫描、直尺测量、放置水平仪等方法进行检测。

连接监测系统与数据处理系统，在试验过程中，利用监测系统对试件进行实时监测，并将数据传输至数据处理系统，进行数据处理。

岩体、锚固体试验时，在试件表面粘贴应变片，用于监测冲击试验过程中试件的应变情况。监测系统包括数字相机和图像分析系统，数字相机对试验过程中的试件整体进行拍照，图像分析系统对拍摄的图像进行对比分析，以监测试验过程中试件表面裂隙情况。

在含锚杆或锚索的试件试验时，通过负荷传感器和位移传感器监测各试验冲击作用下锚杆或锚索试件的受力及变形情况。其中，负荷传感器与锚杆或锚索固定，设置在冲击垫板4与夹具5之间，用于测试每次施加上的冲击力大小。位移传感器安装于夹具5和固定装置之间，用于测试锚杆或锚索的位移。

试验过程中对试件进行微观监测，监测系统包括CT扫描仪、超声检测探伤仪、热成像仪，利用CT扫描、超声检测探伤仪对试验过程中的试件整体进行扫描，监测试件内部结构的变化，输出试件内部破坏图像。热成像仪监测试验过程中试件内部的能量，输出试件内部能量分布图像。

冲击能量大小按照500J、1000J、1500J的顺序随之调节，主要通过驱动器使冲击块高速移动冲击试件实现。驱动器包括电磁驱动器、气压驱动器、弹簧驱动器，通过调节驱动器的驱动参数来改变试验过程中的冲击载荷大小。

锚杆或锚索冲击试验与锚固体内锚杆或锚索冲击试验结束后，利用测量卡尺对锚杆或锚索断裂面的直径进行四个方向的测量，测量结果取平均值后与锚杆或锚索试验前直径对比，得到锚杆或锚索的径向变形量。

利用数据处理系统能实时接收监测系统采集的监测数据，并对数据进行整合处理，生成相应的应力与应变关系曲线、冲击阻力与位移关系曲线、冲击阻力与冲击能量关系曲线、变形量与冲击能量关系曲线，最后分析得到各试件的力学性能。

实施例二：

本实施例提供了一种地下工程锚固体系抗冲击性能测试系统，包括冲击试验装置、固定装置、监测系统、数据处理系统，固定装置用于固定试件，冲击试验装置用于对试件施加冲击载荷。所述监测系统与数据处理系统相连，监测系统用于采集试验数据，数据处理系统能够实时接收监测系统采集的监测数据，并进行分析处理。

在本实施例中，冲击试验装置采用现有结构实现，此处不再赘述。所述固定装置可以为夹具或其他能够固定试件的装置。

监测系统包括数字相机和图像分析系统，所述数字相机通过线路连接图像分析系统。数字相机对试验过程中的试件整体进行拍照，图像分析系统对拍摄的图像进行对比分析，以监测试验过程中试件表面裂隙情况。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.地下工程锚固体系抗冲击性能测试方法，其特征在于，通过固定装置将岩体试件、锚杆或锚索试件、锚固体试件、锚固体内的锚杆或锚索试件固定，利用冲击试验装置对试件施加冲击载荷；通过监测系统实时监测试验数据，并将试验数据传输至数据处理系统；数据处理系统对试验数据进行处理并生成数据曲线。

2.根据权利要求1所述的地下工程锚固体系抗冲击性能测试方法，其特征在于，截取设定长度的锚杆或锚索作为锚杆或锚索试件，将锚杆或锚索试件一端固定，另一端放置冲击垫板。

3.根据权利要求2所述的地下工程锚固体系抗冲击性能测试方法，其特征在于，所述锚杆或锚索试件一端及冲击垫板通过夹具固定；冲击试验时，对冲击垫板施加冲击力，测试锚杆或锚索试件拉伸时的抗冲击性能。

4.根据权利要求1所述的地下工程锚固体系抗冲击性能测试方法，其特征在于，将锚固体放置于围压施加装置中，锚固体外露的锚杆或锚索端部放置冲击垫板，冲击垫板通过夹具固定。

5.根据权利要求4所述的地下工程锚固体系抗冲击性能测试方法，其特征在于，对平行于锚杆或锚索的各个面施加不同围压，对锚固体内的锚杆或锚索施加不同预紧力；稳定设定时间后，对锚杆或锚索外露部分施加不同冲击载荷，得到锚杆或锚索锚固后的抗冲击性能。

6.根据权利要求1所述的地下工程锚固体系抗冲击性能测试方法，其特征在于，试验前对试件关键部位进行检测。

7.根据权利要求1所述的地下工程锚固体系抗冲击性能测试方法，其特征在于，对于岩体试件和锚固体试件，试验时，在试件表面粘贴应变片，用于监测冲击试验过程中试件的应变情况。

8.根据权利要求1所述的地下工程锚固体系抗冲击性能测试方法，其特征在于，对于锚杆或锚索试件、锚固体内的锚杆或锚索试件，通过负荷传感器和位移传感器监测试验冲击作用下锚杆或锚索的受力及变形情况。

9.地下工程锚固体系抗冲击性能测试系统，其特征在于，包括：

冲击试验装置，用于对试件施加冲击载荷；

固定装置，用于固定试件；

监测系统，用于采集试验数据；

数据处理系统，用于对监测系统采集的试验数据进行分析处理。

10.根据权利要求9所述的地下工程锚固体系抗冲击性能测试系统，其特征在于，所述监测系统包括数字相机和图像分析系统，所述数字相机通过线路连接图像分析系统。