CN112067220B - 夹片式锚具震动试验装置及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种夹片式锚具震动试验装置及其用途，其中夹片式锚具震动试验装置包括主框架和穿设在主框架上的锚索，锚索一端与主框架底盘相对固定，另一端与夹持梁相对固定，夹持梁焊接在安装有激震器的震动平台上，震动平台与主框架通过弹簧连接；主框架上设有位于震动平台与底盘之间且供锚索穿过的填充腔，填充腔内填充有模拟岩层的填充料。本发明通过本试验装置填充模拟岩层填充料，捣实后形成模拟岩层；通过激震器提供震动源模拟岩层产生的震动；通过安装在震动平台上的测震器、锚索托盘上的测震器和索具外段锚索上的测震器，得出通过锚索和通过岩层传递震动的时间差，最终确定出在现场岩层性质、震动频率和锚索安装长度条件下，是否出现脱锚现象。

Description

夹片式锚具震动试验装置及其用途

技术领域

本发明涉及试验装置技术领域，尤其涉及到巷道锚固试验装置领域，具体是指一种夹片式锚具震动试验装置及其用途。

背景技术

夹片式锚具主要包括开设有锥形孔的锚环和安装在锥形孔中的夹片，在锚索预紧后，利用夹片与锥形孔的作用下实现自锁。当岩层破坏外胀时，向外推力依次推动锚索托盘、锚环和夹片，从而对锚索产生拉力。同时锚索的张拉力通过与夹片的摩擦力使夹片和锚环更加贴紧，确保锚固效果持续有效。由于简单有效，施工方便，夹片式锚具得到广泛使用。但是，此种结构也有不足，这就是，当岩层中因采动破坏产生震动时，因岩层和锚索传递震动波的速度不同，到达锚索锁具的时间不同，造成锚索夹片和锚环有不同的运动方向，进而出现脱锚，失去对围岩的支撑能力。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种夹片式锚具震动试验装置，通过该试验装置可以发现现场地质条件下夹片式锚具是否可靠。

本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种夹片式锚具震动试验装置，包括主框架和穿设在主框架上的锚索，锚索一端通过锚索托盘、锚环、夹片与主框架的底盘相对固定，另一端通过锚栓与焊接有对开夹持块的夹持梁相对固定，夹持梁焊接在安装有激震器的震动平台上，震动平台与主框架通过弹簧连接；主框架上设有位于震动平台与底盘之间且供锚索穿过的填充腔，填充腔内填充有模拟岩层的填充料。

利用本装置进行试验时，根据所要模拟岩层的层状结构往填充腔内填充相应的模拟岩层填充料层，模拟岩层填充料层干燥固结后形成模拟岩层，与主框架形成一个刚性整体，然后通过锚索的锚具端施加预紧力，锚索张紧后再启动激震器，模拟实际岩层中的震动，激震器震动所产生的震动波经模拟岩层和锚索进行传递，最后通过测振器分别测出通过模拟岩层和锚索的震动时间、频率和强度。由于锚索传递震动波的速度大于岩层传递震动波的速度，因此锚索夹片先于锚索锚环受到震动冲击力，使得夹片与锚环受力存在时间差，产生方向相反的移动，最终导致脱锚。

作为优化，所述震动平台远离主框架的一侧设有两通过螺栓固接的夹持梁，两夹持梁相对的侧面上分别固接有与锚索适配的对开夹持块。本优化方案通过两对开夹持块对锚索进行夹持，并通过紧固螺栓使对开夹持块夹紧锚索，避免锚索滑动，施加预紧力后，震动平台对夹持梁形成限位，两夹持梁紧贴震动平台， 既实现了对锚索端部的可靠固定，同时保证了激震器的震动传至锚索，模拟锚索在锚索孔孔底被锚固剂粘结到岩层中的情况。

作为优化，震动平台与主框架顶盘之间通过若干弹簧连接；主框架顶盘与底盘之间分别通过四根外立柱和四根内立柱固接。

作为优化，主框架包括震动平台，顶盘，底盘，两端分别与震动平台、顶盘活动连接的弹簧，两端分别与顶盘、底盘固定连接的外立柱和内立柱，以及与底盘的底面固接的支腿；震动平台、底盘、内立柱，以及内立柱和弹簧内侧沿周向闭合的挡板围成填充腔，闭合的挡板在由下向上充填模拟岩层的填充料时逐步安装形成，每安装一层挡板，充填一层填充料，挡板逐层向上增高。

作为优化，所述激震器为两件，分别设置在锚索的两侧。本优化方案的激震器设置，增大了激震力，使试验效果更明显。

作为优化，锚索托盘的外径大于锚环外径。本优化方案通过设置锚索托盘，增大主框架底板的受压面积，从而减小压强。

本方案还是提供了两种夹片式锚具震动试验装置的用途：

1、用于验证锚索、岩层在传递震动波时，速度的大小存在差异，通过安装在锚索托盘测振器和锁具外段锚索测振器对锚索和岩层传递震动波的速度差进行演示；

2、用于验证在岩层出现震动时，现有技术中的夹片式锚具会出现脱锚现象，给技术人员改进锚具结构提供参考；

3、用于验证锚索使用夹片式锚具，脱锚难易程度与锚索长度有关，给技术人员选择锚索长度参数提供参考；

4、用于验证锚索使用夹片式锚具，脱锚难易程度与岩层的刚度性质与复合结构有关，给技术人员改进锚具结构提供参考；

5、验证锚索使用夹片式锚具，脱锚难易程度与震动源强度与频率有关，为研究人员研究矿山动力灾害对巷道支护的影响提供参考；

6、针对矿山现场实际岩层性质、结构类型、震动源强度、震动源频率确定易脱锚锚索长度，避免因锚索参数不合理出现脱锚，预防支护失效。

本发明的有益效果为：利用本装置进行试验时，根据所要模拟岩层的层状结构往填充腔内填充相应的模拟岩层填充料层，模拟岩层填充料层干燥固结后形成模拟岩层，与主框架形成一个刚性整体，然后通过锚索的锚具端施加预紧力，锚索张紧后再启动激震器，模拟实际岩层中的震动，激震器震动所产生的震动波经模拟岩层和锚索进行传递，最后通过测振器分别测出通过模拟岩层和锚索的震动时间、频率和强度。由于锚索传递震动波的速度大于岩层传递震动波的速度，因此锚索夹片先于锚索锚环受到震动冲击力，使得夹片与锚环受力存在时间差，产生方向相反的移动，最终导致脱锚。

附图说明

图1为本发明试验装置结构示意图；

图2为图1中的A向视图；

图中所示：

1、夹片，2、锚环，3、锚索托盘，4、支腿，5、底盘，6、外立柱，7、内立柱，8、模拟岩层填充料， 9、锚索，10、顶盘，11、震动平台，12、激震器，13、夹持梁，14、对开夹持块，15、弹簧，16、震动平台测振器，17、锚索托盘测振器，18、索具外段锚索测振器，19、周向闭合的挡板。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

如图1所示一种夹片式锚具震动试验装置，包括主框架和穿设在主框架上的锚索，锚索下端通过锚索托盘3、锚环2、夹片1与主框架的底盘5相对固定，锚索上端通过锚栓与焊接有对开夹持块4的夹持梁13相对固定，夹持梁13焊接在安装有激震器12的震动平台上。主框架上设有位于震动平台11与底盘5之间且供锚索9穿过的填充腔，填充腔内填充有模拟岩层的填充料8。夹片式锚具为现有技术中常用的结构，包括设有锥孔的锚环和安装在锥孔中的夹片。

震动平台与主框架顶盘之间通过若干弹簧15连接，具体的，震动平台上安装有激震器，激震器为两件，分别设置在锚索的两侧。

主框架顶盘与底盘之间分别使用四根外立柱和四根内立柱固接。本实施例的立柱上端与顶盘底面焊接，立柱下端与底盘顶面焊接，内立柱和弹簧内侧形成向内充填填充料的填充腔。

主框架上设有位于震动平台与底盘之间且供锚索穿过的填充腔，填充腔内填充有模拟岩层填充料8，利用模拟岩层填充料模拟不同的岩层构造，获得与实际生产一致的岩层。

内外立柱之间还设有爬梯，方便工作人员爬上主框架顶部进行安装和填充模拟岩层用物料。

震动平台远离主框架的一侧，即震动平台的上方设有两通过螺栓固接的夹持梁13，两夹持梁相对的侧面上分别固接有与锚索适配的对开夹持块14，对开夹持块内侧面设有齿牙，增大摩擦力，防止锚索从两对开夹持块中脱出。

底盘的底面固接有支腿4，底盘上开设有供锚索穿过的通孔，底盘与夹片式锚环之间还设有套设在锚索上的锚索托盘3，锚索托盘外径大于锚环2的外径，以减小主框架底板所受的压强。

具体的，本实施例主框架包括震动平台11，顶盘10，底盘5，两端分别与震动平台11、顶盘活动连接的弹簧15，两端分别与顶盘、底盘固定连接的外立柱6和内立柱7，以及与底盘的底面固接的支腿4。

震动平台11、底盘5、内立柱7，以及内立柱7和弹簧15内侧沿周向闭合的挡板19围成填充腔，闭合的挡板19在由下向上充填模拟岩层的填充料8时逐步安装形成，每安装一层闭合的挡板，则充填一层填充料，闭合的挡板逐层向上增高。

为方便获得试验数据，在震动平台上固定安装震动平台测振器16，在锚索托盘上固定安装锚索托盘测振器17，在索具外段的锚索上固定安装索具外段锚索测振器18。通过本试验装置填充模拟岩层填充料，捣实后形成模拟岩层；通过夹持梁上的对开夹持块和夹片式锚具将锚索预紧在模拟岩层上下两端；通过激震器提供震动源模拟采矿生产过程中岩层产生的震动；通过分别安装在震动平台上的测震器、锚索托盘上的测震器和索具外段锚索上的测震器，实验得出震动分别通过锚索和通过岩层到达锁具夹片的时间差，最终确定出在现场岩层性质、震动频率和锚索安装长度条件下，是否出现脱锚现象。

本申请的试验装置可以验证锚索、岩层在传递震动波时，速度的大小存在差异；验证在岩层出现震动时，锚索夹片式锚具会出现脱锚现象；验证锚索使用夹片式锚具，脱锚难易程度与锚索长度有关；验证锚索使用夹片式锚具，脱锚难易程度与岩层的刚度性质与复合结构有关；验证锚索使用夹片式锚具，脱锚难易程度与震动源强度与频率有关；针对矿山现场实际岩层性质、结构类型、震动源强度、震动源频率确定易脱锚锚索长度，避免因锚索参数不合理出现脱锚，预防支护失效。

本申请的试验装置还可以得出岩层结构类型、震动源强度与锚索的锚具端震动幅度、震动频率以及脱锚时间的关系，通过模拟不同结构的岩层，施加不同的震动强度和震动频率，获得对应的锚索锚具端的震动幅度、震动频率和脱锚时间，以方便在实际生产中采取相应的措施。此处脱锚时间是指震动源开始震动至出现脱锚的时长。例如，对于A类复合结构岩层，采用模拟岩层填充料形成与A类岩层结构、硬度、密度一致的模拟岩层，然后将激震器调至Ⅰ级震动，测量托盘与锚具外端锚索的起震时间、震动幅度和震动频率，再将激震器调至Ⅱ级震动，测量托盘与锚具外端锚索的起震时间、震动幅度和震动频率，如此类推，最终获得不同类型岩层组合与锚索之间的震动相位差、强度损失、震动频率以及脱锚时间的关系。在岩层硬度与锚索相同时，两者传递的震动波不存在时间差，不会出现脱锚现象，岩层硬度小于锚索时，在锚索的锚具端存在震动波传递的时间差，会出现脱锚现象。

使用本实施例试验装置进行的试验方法为，从上往下穿设锚索，并通过两夹持梁对锚索上端进行夹紧，锚索下端安装托盘、锚环和夹片，然后通过拉拔器对锚索进行预紧，预紧力达到要求后，根据模拟的岩层组成，向填充腔内填充相应的模拟岩层填充料，模拟岩层填充料干燥固结后与主框架形成一个整体；然后启动激震器，并观察测振器的震动数据和夹片的移动情况，发现夹片与锚环发生轴向的相对位移时，夹片与锚环的自锁机构被破坏，长时间工作以后，出现脱锚现象。而脱锚现象的产生正是由于锚索和岩层传递震动波的速度差造成的，在锚索将震动传至夹片时，锚环并未受到岩层传递的震动波冲击，从而使夹片受到震动冲击力后与锚环发生相对位移。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (7)

1.一种夹片式锚具震动试验装置，其特征在于：包括主框架和穿设在主框架上的锚索（9），锚索一端通过锚索托盘（3）、锚环（2）、夹片（1）与主框架的底盘（5）相对固定，另一端通过锚栓与焊接有对开夹持块（14）的夹持梁（13）相对固定，夹持梁（13）焊接在安装有激震器（12）的震动平台（11）上，震动平台（11）与主框架通过弹簧（15）连接；主框架上设有位于震动平台（11）与底盘（5）之间且供锚索（9）穿过的填充腔，填充腔内填充有模拟岩层的填充料（8）。

2.根据权利要求1所述的夹片式锚具震动试验装置，其特征在于：所述震动平台远离主框架的一侧设有两通过螺栓固接的夹持梁（13），两夹持梁相对的侧面上分别焊接有与锚索适配的对开夹持块（14）。

3.根据权利要求1所述的夹片式锚具震动试验装置，其特征在于：震动平台与主框架顶盘之间通过若干弹簧（15）连接；主框架顶盘与底盘之间分别通过四根外立柱（6）和四根内立柱（7）固接。

4.根据权利要求1所述的夹片式锚具震动试验装置，其特征在于：所述激震器（12）为两件，分别设置在锚索的两侧。

5.根据权利要求1所述的夹片式锚具震动试验装置，其特征在于：主框架包括震动平台（11），顶盘（10），底盘（5），两端分别与震动平台（11）、顶盘活动连接的弹簧（15），两端分别与顶盘、底盘固定连接的外立柱（6）和内立柱（7），以及与底盘的底面固接的支腿（4）；

震动平台（11）、底盘（5）、内立柱（7），以及内立柱（7）和弹簧（15）内侧沿周向闭合的挡板（19）围成填充腔，闭合的挡板（19）在由下向上充填模拟岩层的填充料（8）时逐步安装形成；每安装一层挡板，充填一层填充料，挡板逐层向上增高。

6.根据权利要求1所述的夹片式锚具震动试验装置，其特征在于：锚索托盘（3）的外径大于锚环（2）的外径。

7.权利要求1~6任一项夹片式锚具震动试验装置的用途，其特征在于，包括如下方面：

（1）验证锚索、岩层在传递震动波时，速度的大小存在差异；

（2）验证在岩层出现震动时，锚索夹片式锚具会出现脱锚现象；

（3）验证锚索使用夹片式锚具，脱锚难易程度与锚索长度有关；

（4）验证锚索使用夹片式锚具，脱锚难易程度与岩层的刚度性质与复合结构有关；

（5）验证锚索使用夹片式锚具，脱锚难易程度与震动源强度与频率有关；

（6）针对矿山现场实际岩层性质、结构类型、震动源强度、震动源频率确定易脱锚锚索长度，避免因锚索参数不合理出现脱锚，预防支护失效。

Images