CN115406821B - 一种锚杆原位腐蚀试验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锚杆原位腐蚀试验平台，包括主体平台、拉压加载支撑台、拉压加载油缸、剪切加载油缸以及测力螺母。本试验平台一方面能够模拟巷道岩体淋水和内部水流动形成的高湿的酸性环境，同时给锚杆施加不同形式和大小载荷，很大程度上复现巷道内锚杆的工作环境与工作状态；另一方面本试验平台可给锚杆施加不同大小拉、压应力以及不同位置的剪应力加载，实现多种应力工况下对锚杆腐蚀特征影响的测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验平台，具体涉及一种锚杆腐蚀试验平台。
背景技术
煤炭作为最主要的一次能源，由于赋存方式的不同导致其开采方式分为井工开采和露天开采，其中，我国的煤炭开采方式又主要以井工开采为主。煤矿井工开采时巷道支护是保证煤炭安全、高效开采的关键技术。锚杆支护是支护和加固巷道常用的技术手段，具有支护效果良好、成本较低、操作安装简便等优点。
由于被支护巷道矿石中含有硫等元素，溶于岩石裂隙和缝隙中的地下水形成较强的酸性环境。此外，锚杆支护巷道时受到地应力作用下的多种应力效果叠加影响。因此，在湿度较大、具有腐蚀性的环境和外载高应力条件复合作用下，锚杆出现应力腐蚀现象的概率增大，导致锚杆强度降低，支护效果减小，进一步影响煤矿的安全和高效开采。研究不同应力状态对锚杆腐蚀速率和强度变化的影响具有重要意义，因此亟需设计一种可模拟腐蚀环境下不同应力状态对锚杆腐蚀特征影响的试验装置。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种锚杆原位腐蚀试验平台，可对支护锚杆施加拉、压、剪应力的多种应力状态，实现多种应力工况下对锚杆腐蚀特征影响的测试。
技术方案：一种锚杆原位腐蚀试验平台，包括主体平台、拉压加载支撑台、拉压加载油缸、剪切加载油缸以及测力螺母；
主体平台包括立板、底板以及腐蚀箱，腐蚀箱通过底部两侧的支撑板固定在底板上，立板正对腐蚀箱的一端固定在底板上；
腐蚀箱内设有若干隔板，将腐蚀箱的内部空间在宽度方向上均匀分成若干独立的腐蚀槽；腐蚀箱的顶部盖板上正对各腐蚀槽的中轴线上均匀布置若干入水口，各入水口连接有入水口接头；腐蚀箱的底板上正对各腐蚀槽的中轴线上均匀布置若干第一通孔；每个腐蚀槽下方布置有一个剪切加载油缸，剪切加载油缸安装在底板上，剪切加载油缸活塞杆穿过其中一个第一通孔进入腐蚀槽内，剪切加载油缸活塞杆的端部开有限位孔，其余第一通孔通过密封端盖密封；
各腐蚀槽的两端侧分别开有相对的第二通孔，立板内侧正对各第二通孔位置分别安装有三爪卡盘；拉压加载支撑台相对立板设置在蚀箱的另一端，拉压加载油缸固定安装在拉压加载支撑台上，拉压加载油缸活塞杆的端部设有锚杆固定孔；
锚杆的一端连接拉压加载油缸活塞杆的锚杆固定孔，锚杆的主体从腐蚀槽一端的第二通孔进入腐蚀箱内，穿过剪切加载油缸活塞杆端部的限位孔，锚杆的另一端由腐蚀槽另一侧的第二通孔穿出，并由三爪卡盘夹紧固定；各腐蚀槽内填充碎石；
测力螺母和锚杆通过螺纹配合连接，并布置在拉压加载油缸活塞杆和腐蚀箱之间。
进一步的，所述剪切加载油缸活塞杆的端部，于限位孔的顶部开有第一螺纹通孔，第一限位螺栓旋入第一螺纹通孔来对锚杆进行径向固定。
进一步的，锚杆固定孔为拉压加载油缸活塞杆端部开设的和锚杆直径相同的盲孔，盲孔周向上布置有第二螺纹通孔，锚杆的一端插入盲孔，锚杆固定螺栓旋入第二螺纹通孔来夹紧锚杆。
进一步的，密封端盖为带有法兰盘的密封轴，密封轴的直径与第一通孔直径相同，第一通孔内装有密封圈，密封端盖通过连接法兰盘的螺栓连接在腐蚀箱的底部。
进一步的，拉压加载油缸活塞杆端部的盲孔周向上均匀设有三个第一螺纹通孔。
有益效果：本发明的锚杆原位腐蚀试验平台，一方面能够模拟巷道岩体淋水和内部水流动形成的高湿的酸性环境，同时给支护锚杆施加不同形式和大小载荷，很大程度上复现巷道内锚杆的工作环境与工作状态；另一方面本装置可给锚杆施加不同大小拉、压应力以及不同位置的剪应力加载，实现多种应力工况下对锚杆腐蚀特征影响的测试。
本试验装置可同时进行多组测试，大大提高测试效率并能够对不同应力状态下锚杆腐蚀特征差异直观对比。
本装置主体结构采用插槽式结构，安装、拆卸方便，便于在井下巷道内施工时拆装，提高工作效率。
附图说明
图1为本发明锚护材料原位腐蚀平台轴测图；
图2为本发明锚护材料原位腐蚀平台主视图；
图3为本发明锚护材料原位腐蚀平台侧向剖视图；
图4为本发明中侧向加载油缸夹持手爪示意图；
图5为本发明中剪切加载油缸示意图；
图6为本发明中密封端盖示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1至图3所示，一种锚杆原位腐蚀试验平台，包括主体平台7、拉压加载支撑台1、拉压加载油缸2、剪切加载油缸8以及测力螺母12。
主体平台7包括立板71、底板72以及腐蚀箱73，腐蚀箱73通过底部两侧的支撑板733固定在底板72上，立板71正对腐蚀箱73的一端固定在底板72上，立板71和腐蚀箱73的宽度一致。
如图4所示，腐蚀箱73两端内侧面上加工有插槽结构，其宽度和隔板11的宽度相等，隔板11通过腐蚀箱73内部的插槽结构配合安装，隔板11的数量为两个，将腐蚀箱73的内部空间在宽度方向上三等分，形成三个独立的腐蚀槽。腐蚀箱73的顶部盖板3上正对各腐蚀槽的中轴线上均匀布置三个入水口，各入水口连接有入水口接头4，外部水源通过入水口接头4进入腐蚀箱73内的各腐蚀槽中。
腐蚀箱73的底板上正对各腐蚀槽的中轴线上均匀布置若干第一通孔732，如图4所示。每个腐蚀槽下方布置有一个剪切加载油缸8，剪切加载油缸8通过剪切加载油缸缸体81安装在底板72上，剪切加载油缸活塞杆82的端部开有限位孔821，其孔径大于锚杆5的直径，如图5所示。剪切加载油缸活塞杆82穿过其中一个第一通孔732进入腐蚀槽内，剪切加载油缸活塞杆82的直径与第一通孔732直径一致，其余第一通孔732通过密封端盖9密封。密封端盖9为带有法兰盘92的密封轴91，密封轴91的直径与第一通孔732直径相同，第一通孔732内装有密封圈，密封端盖9通过连接法兰盘92的螺栓连接在腐蚀箱73的底部，如图6所示。
各腐蚀槽的两端侧分别开有相对的第二通孔，第二通孔的直径和锚杆5直径相同，立板71内侧正对各第二通孔位置分别安装有三爪卡盘6。拉压加载支撑台1相对立板71设置在蚀箱73的另一端，拉压加载油缸2通过拉压加载油缸缸体21固定安装在拉压加载支撑台1上，拉压加载油缸活塞杆22的端部设有锚杆固定孔。
锚杆5的一端连接拉压加载油缸活塞杆22的锚杆固定孔，锚杆固定孔为拉压加载油缸活塞杆22端部开设的和锚杆5直径相同的盲孔，盲孔周向上均匀设有三个第一螺纹通孔。锚杆5的一端插入盲孔，锚杆固定螺栓221旋入第二螺纹通孔来夹紧锚杆5。锚杆5的主体从腐蚀槽一端的第二通孔进入腐蚀箱73内，穿过剪切加载油缸活塞杆82端部的限位孔821，锚杆5的另一端由腐蚀槽另一侧的第二通孔穿出，并由三爪卡盘6夹紧固定。剪切加载油缸活塞杆82的端部，于限位孔821的顶部开有第一螺纹通孔，第一限位螺栓822旋入第一螺纹通孔来对锚杆5进行径向固定。各腐蚀槽内填充碎石10，模拟锚杆5工作环境。
测力螺母12和锚杆5通过螺纹配合连接，并布置在拉压加载油缸活塞杆22和腐蚀箱73之间，用以测量锚杆5承受的应力状态及大小。
工作原理：由隔板11将腐蚀箱73在宽度方向上三等分形成三个独立的腐蚀槽，每个腐蚀槽下布置一个剪切加载油缸8，每个腐蚀槽下对应的剪切加载油缸8可布置在不同位置。剪切加载油缸活塞杆82穿过腐蚀箱73底部的其中一个第一通孔732伸入腐蚀槽内，剪切加载油缸活塞杆82端部的限位孔821和腐蚀箱73两端侧上的第二通孔高度保持一致。每个腐蚀槽底部其余的第一通孔732由密封端盖9密封。
锚杆5的尾部穿过腐蚀箱端侧的第二通孔，进入腐蚀箱73内部，并穿过剪切加载油缸活塞杆82端部的限位孔821，由第一限位螺栓822对其进行径向限位，然后由腐蚀箱另一侧的第二通孔穿出。测力螺母12从锚杆5头部旋入，布置在腐蚀箱73和拉压加载油缸活塞杆22之间，锚杆5头部和拉压加载油缸活塞杆22的端部盲孔同轴配合，并由周向布置的锚杆固定螺栓221同时作用将锚杆头部固定；锚杆5尾部从腐蚀箱穿出后由固定安装在立板71上的三爪卡盘6夹紧。
锚杆5安装完成后，在每个腐蚀槽内填入粒度均匀、组份相同的碎石10模拟出锚杆在巷道内的工作环境，然后顶部盖板3盖在腐蚀箱上方，顶部盖板3在每个腐蚀槽对应的上方沿长度方向布置多个入水口通孔，并和入水口接头4通过螺纹方式连接，外部水源通过入水口接头4进入各腐蚀槽内，模拟巷道内的地下渗水，为锚杆创造湿度环境。腐蚀箱73底部设有排水口731，便于测试结束后的箱体排水。
工作时拉压加载油缸活塞杆22通过伸长和收缩为给锚杆5施加压、拉应力，且三个拉压加载油缸2可分别单独操作，为不同锚杆5施加不同状态和大小的应力。安装在底部不同位置的剪切加载油缸8为锚杆5施加不同位置和大小的剪应力。锚杆5受到的应力大小和受力状态由测力螺母12显示。根据对相同腐蚀环境下锚杆5施加不同大小和状态的应力，一段时间后将锚杆5取出，观察其在不同应力大小和受力状态下的腐蚀情况，可得到应力状态和大小对锚杆5腐蚀特征影响的规律。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种锚杆原位腐蚀试验平台，其特征在于，包括主体平台（7）、拉压加载支撑台（1）、拉压加载油缸（2）、剪切加载油缸（8）以及测力螺母（12）；
主体平台（7）包括立板（71）、底板（72）以及腐蚀箱（73），腐蚀箱（73）通过底部两侧的支撑板（733）固定在底板（72）上，立板（71）正对腐蚀箱（73）的一端固定在底板（72）上；
腐蚀箱（73）内设有若干隔板（11），将腐蚀箱（73）的内部空间在宽度方向上均匀分成若干独立的腐蚀槽；腐蚀箱（73）的顶部盖板（3）上正对各腐蚀槽的中轴线上均匀布置若干入水口，各入水口连接有入水口接头（4）；腐蚀箱（73）的底板上正对各腐蚀槽的中轴线上均匀布置若干第一通孔（732）；每个腐蚀槽下方布置有一个剪切加载油缸（8），剪切加载油缸（8）安装在底板（72）上，剪切加载油缸活塞杆（82）穿过其中一个第一通孔（732）进入腐蚀槽内，剪切加载油缸活塞杆（82）的端部开有限位孔（821），其余第一通孔（732）通过密封端盖（9）密封；
各腐蚀槽的两端侧分别开有相对的第二通孔，立板（71）内侧正对各第二通孔位置分别安装有三爪卡盘（6）；拉压加载支撑台（1）相对立板（71）设置在蚀箱（73）的另一端，拉压加载油缸（2）固定安装在拉压加载支撑台（1）上，拉压加载油缸活塞杆（22）的端部设有锚杆固定孔；
锚杆（5）的一端连接拉压加载油缸活塞杆（22）的锚杆固定孔，锚杆（5）的主体从腐蚀槽一端的第二通孔进入腐蚀箱（73）内，穿过剪切加载油缸活塞杆（82）端部的限位孔（821），锚杆（5）的另一端由腐蚀槽另一侧的第二通孔穿出，并由三爪卡盘（6）夹紧固定；各腐蚀槽内填充碎石（10）；
测力螺母（12）和锚杆（5）通过螺纹配合连接，并布置在拉压加载油缸活塞杆（22）和腐蚀箱（73）之间。
2.根据权利要求1所述的锚杆原位腐蚀试验平台，其特征在于，所述剪切加载油缸活塞杆（82）的端部，于限位孔（821）的顶部开有第一螺纹通孔，第一限位螺栓（822）旋入第一螺纹通孔来对锚杆（5）进行径向固定。
3.根据权利要求1所述的锚杆原位腐蚀试验平台，其特征在于，锚杆固定孔为拉压加载油缸活塞杆（22）端部开设的和锚杆（5）直径相同的盲孔，盲孔周向上布置有第二螺纹通孔，锚杆（5）的一端插入盲孔，锚杆固定螺栓（221）旋入第二螺纹通孔来夹紧锚杆（5）。
4.根据权利要求1所述的锚杆原位腐蚀试验平台，其特征在于，密封端盖（9）为带有法兰盘（92）的密封轴（91），密封轴（91）的直径与第一通孔（732）直径相同，第一通孔（732）内装有密封圈，密封端盖（9）通过连接法兰盘（92）的螺栓连接在腐蚀箱（73）的底部。
5.根据权利要求3所述的锚杆原位腐蚀试验平台，其特征在于，拉压加载油缸活塞杆（22）端部的盲孔周向上均匀设有三个第一螺纹通孔。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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