基于电磁作用模拟岩层断裂与离层的锚杆索工作性能测试装置及方法制造方法及图纸

一种基于电磁作用模拟岩层断裂与离层的锚杆索工作性能测试装置及方法，适用于模拟巷道现场测试锚杆索工作性能的技术领域。其包括顶座和底座，顶座和底座之间设有多根液压立柱，多根液压立柱上设有夹持装置，在两组拉拔块状夹持体之间设有电磁块体。利用电磁块体的引力与斥力作用，使层状的电磁块体在加载过程中，发生离层或断裂效果，模拟现场围岩与锚杆索试件的相互作用，准确记录锚杆索试件工作状态的各项性能参数，对于指导现场工作具有积极地指导意义。

【技术实现步骤摘要】
基于电磁作用模拟岩层断裂与离层的锚杆索工作性能测试装置及方法
本专利技术涉及一种基于电磁作用模拟岩层断裂与离层的锚杆索工作性能测试装置及方法，尤其适用于模拟巷道现场测试锚杆索工作性能的
技术背景在煤矿深部开采中，由于地应力的增加，巷道围岩更容易发生变形，而围岩变形量超出锚杆索的极限变形能力时，锚杆索将会发生破断。同时，在回采工作面中，由于煤岩体受强采动影响，将会发生较大变形，从而将会引起锚杆索的较大变形，当变形量超出锚杆索的极限变形能力时，锚杆索将会发生破断。锚杆索的破断会引起冒顶或岩爆事故，造成人员伤亡或机械设备损伤。一种层状岩体动载荷作用下锚杆索工作性能测试装置，将模拟围岩对锚杆索的相互作用，监测锚杆索的实际工作性能，为现场施工具有积极的指导作用。现有的锚杆索性能监测装置只是单纯的测试锚杆索的材料性能，并不能反映锚杆索实际工作下基本性能的特征。锚杆索工作状态中不仅受到上覆岩层的垂直应力，同时也受周围岩体的水平应力。所以在工作状态下的锚杆索的基本性能与非工作状态的锚杆索的基本性能是有区别的，因此单纯的测试锚杆索的基本性能而得到的数据，并不能完全指导现场锚杆或锚索的支护工作，将会因锚杆索的性能监测不准确而发生因锚杆索破断引起的顶板安全事故。随着矿井向深地化和大型机械化开采的发展，采掘过程中的地应力与围岩扰动都将逐渐增大，因此为更好指导现场的工程实践，需要对锚杆索的工作性能有准确的把握。目前尚缺一种能够模拟现场围岩与锚杆索相互作用，监测工程实践中的锚杆索工作性能的监测装置，现有的监测装置只能单纯的测验无工作状态下的锚杆索的基本性能，对于指导现场的工程实践并不具有真正的实际意义。
技术实现思路
技术问题：针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单，使用方便，可以有效测试井巷工程中在围岩作用下对锚杆索拉拔状态下的性能变化特征的层状岩体动载荷作用下锚杆索工作性能测试装置及测试方法。技术方案：为实现上述技术目的，本专利技术的层状岩体动载荷作用下锚杆索工作性能测试装置，基于电磁作用模拟岩层断裂与离层的锚杆索工作性能测试装置，包括顶座和底座，顶座和底座之间设有多根液压立柱，多根液压立柱上设有夹持装置；所述夹持装置包括两组拉拔块状夹持体，两组拉拔块状夹持体分别设置在多根液压立柱的液压杆或者液压缸上，两组拉拔块状夹持体上下相对设置，所述拉拔块状夹持体包括多组夹持体，多组夹持体用于夹住或松开被测锚杆索，每组夹持体包括前块状夹持体和后块状夹持体，前块状夹持体内设有与后块状夹持体连接的块状夹持体液压缸，前块状夹持体与后块状夹持体之间滑动连接，每组夹持体的前块状夹持体与其他组夹持体的前块状夹持体之间的接触面上设有块状夹持体感应器；在两组拉拔块状夹持体之间，靠近设置在液压杆处的拉拔块状夹持体的下方设有层状岩体模拟装置，所述层状岩体模拟装置包括电磁体部分，电磁体部分两侧分别设有液压推压挡板，每个液压推压挡板通过电磁千斤顶底部的挡板抵在两侧的液压立柱上，所述的电磁千斤顶包括电磁体液压缸和液压支撑部分，电磁体部分包括两组相对应设置的电磁体，电磁体包括末端电磁体和前端电磁体，其中末端电磁体固定在指液压立柱上，前端电磁体与末端电磁体之间活动连接，便于自由拆卸，前端电磁体和末端电磁体的内角与锚杆索试件接触处设有弧形凹槽，弧形凹槽内设有橡胶弹性垫片，两个前端电磁体之间设有安全门，打开安全门后才可以取出电磁体部分，前端电磁体由多个矩形电磁块体并排构成，安全门设置在多个电磁块体的外侧，电磁块体中设有多个内部电磁线圈，安全门上设有电磁体门把手和安全门阀，安全门为设置在电磁体部分前端的保护措施。所述的矩形电磁块体数量在～个，每个电磁块体的高度为～cm，总高度为cm～cm，电磁体块体利用磁力相互作用形成一个完整的整体。所述多个内部电磁线圈缠绕在圆柱状铁块上整体嵌入电磁块体体内形成一个整体。所述橡胶弹性垫片厚度为～cm，粘结在电磁块体的四分之一圆的弧形凹槽内壁上，弧形凹槽组合形成的圆形孔径为～mm，橡胶弹性垫片有效防止锚杆索与电磁体部分直接的钢性接触，造成对电磁体块的损伤，利用橡胶弹性垫片，改钢性接触为弹性接触，减少了锚杆索破断时对电磁体的损伤。一种基于电磁作用模拟岩层断裂与离层的锚杆索工作性能测试方法，其步骤如下：a、调整多根液压立柱的液压杆升起，带动上拉拔夹持部分移动，使上下拉拔块状夹持体的位置适合锚杆索试件的长度，前端块状夹持体中的块状夹持体液压缸的伸长，使块状夹持体的末端延前端块状夹持体斜向上运动，从而张开拉拔块状夹持体，将锚杆索试件放入张开拉拔块状夹持体中，控制拉拔块状夹持体中的夹持块体的液压缸收缩，使块状夹持体的末端斜向下运动，闭合拉拔块状夹持部分的夹持部分，将锚杆索的试件夹持紧固；b、打开安全门阀，开启安全门，调整两侧的电磁千斤顶收缩，在锚杆索试件四周分别先后水平安装末端电磁体和前端电磁体从而将锚杆索试件包裹住，同时保证末端电磁体和前端电磁体与锚杆索试件接触处位于橡胶弹性垫片处；c、将电磁体部分安装水平后，关闭安全门部分，固定安全门阀；d、推送电磁千斤顶带动液压推压挡板，将水平安装的电磁体部分整体向锚杆索试件施加水平应力，从而向锚杆索试件模拟围岩紧固相互影响的作用；e、控制多根液压立柱的液压杆上升，从而向固定在拉拔块状夹持体中的锚杆索试件施加拉拔力，同时利用拉拔块状夹持体上的块状夹持体感应器实施监测锚杆索试件的应力变化；f、根据需要控制任意电磁块体中的内部电磁线圈电流反向，从而产生相反的力，使得产生方向电流的电磁块体所在的电磁体部分指定位置模拟出层状岩体动载荷的离层现象；g、持续监测锚杆索试件的应力变化，记录锚杆索试件在发生层状岩体动载荷离层现象时的力学数据的变化；h、观测完毕，控制电磁块体断电，同时控制多根液压立柱的液压杆复位，控制电磁千斤顶收缩，打开安全门阀，利用电磁体门把手打开安全门部分，取下电磁体部分，打开拉拔块状夹持体，取出锚杆索试件。有益效果(1)本专利技术直接利用电磁块体的电磁力作用，模拟现场围岩与锚杆索试件的相互作用，通过监测部分准确记录锚杆索试件工作状态的各项性能参数，精确度高，对于指导现场工作具有积极地指导意义；(2)本专利技术的水平应力可以通过液压动力部分推送压挡板进行调节，实现对锚杆索材料既有垂直应力的作用，也有水平应力作用，更加符合锚杆索的实际工作状态；(3)本专利技术设计使用安全防护门和安全门阀，将锚杆索试件的断裂部分完全封闭在独立区域，提高了对设备仪器和实验操作人员的安全性；(4)本专利技术的多组板状电磁单体组成，每组电磁单体模拟一层岩层，而电磁单体之间通过电磁力的引力与斥力，使电磁块体部分在某一处发生动载离层，模拟现场岩层结构的离层现象，拆装方便，结构简单，操作方便。附图说明图1是本专利技术层状岩体动载荷作用下锚杆和锚索性能测试装置的结构示意图；图2是本专利技术层状岩体动载荷作用下锚杆和锚索性能测试装置的结构A-A剖面图；图3是本专利技术层状岩体动载荷作用下锚杆和锚索性能测试装置的电磁体部分示意图；图4是本专利技术层状岩体动载荷作用下锚杆和锚索性能测试装置的电磁块体示意图；图5是本专利技术层状岩体动载荷作用下锚杆和锚索性能测试装置的电磁块体内部电磁线圈示意图；图6是本专利技术层状岩体动载荷作用下锚杆和锚索性能测试装置的电磁体液压缸部分示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电磁作用模拟岩层断裂与离层的锚杆索工作性能测试装置，包括顶座（1）和底座（2），顶座（1）和底座（2）之间设有多根液压立柱（3），多根液压立柱（3）上设有夹持装置 ，其特征在于：所述夹持装置包括两组拉拔块状夹持体（4），两组拉拔块状夹持体（4）分别设置在多根液压立柱（3）的液压杆或者液压缸上，两组拉拔块状夹持体（4）上下相对设置，所述拉拔块状夹持体（4）包括多组夹持体，多组夹持体用于夹住或松开被测锚杆索，每组夹持体包括前块状夹持体（4‑1）和后块状夹持体（4‑2），前块状夹持体（4‑1）内设有与后块状夹持体（4‑2）连接的块状夹持体液压缸（4‑3），前块状夹持体（4‑1）与后块状夹持体（4‑2）之间滑动连接，每组夹持体的前块状夹持体（4‑1）与其他组夹持体的前块状夹持体（4‑1）之间的接触面上设有块状夹持体感应器（4‑4）；在两组拉拔块状夹持体（4）之间，靠近设置在液压杆处的拉拔块状夹持体（4）的下方设有层状岩体模拟装置，所述层状岩体模拟装置包括电磁体部分（7），电磁体部分（7）两侧分别设有液压推压挡板（14），每个液压推压挡板（14）通过电磁千斤顶底部的挡板抵在两侧的液压立柱（3）上，所述的电磁千斤顶包括电磁体液压缸（6）和液压支撑部分（5），电磁体部分（7）包括两组相对应设置的电磁体，电磁体包括末端电磁体（7‑1）和前端电磁体（7‑2），其中末端电磁体（7‑1）固定在指液压立柱（3）上，前端电磁体（7‑2）与末端电磁体（7‑1）之间活动连接，便于自由拆卸，前端电磁体（7‑2）和末端电磁体（7‑1）的内角与锚杆索试件（8）接触处设有弧形凹槽，弧形凹槽内设有橡胶弹性垫片（12），两个前端电磁体（7‑2）之间设有安全门（7‑3），打开安全门（7‑3）后才可以取出电磁体部分（7），前端电磁体（7‑2）由多个矩形电磁块体（9）并排构成，安全门（7‑3）设置在多个电磁块体（9）的外侧，电磁块体（9）中设有多个内部电磁线圈（10），安全门（7‑3）上设有电磁体门把手（11）和安全门阀（13），安全门（7‑3）为设置在电磁体部分（7）前端的保护措施。...

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁作用模拟岩层断裂与离层的锚杆索工作性能测试装置，包括顶座（1）和底座（2），顶座（1）和底座（2）之间设有多根液压立柱（3），多根液压立柱（3）上设有夹持装置，其特征在于：所述夹持装置包括两组拉拔块状夹持体（4），两组拉拔块状夹持体（4）分别设置在多根液压立柱（3）的液压杆或者液压缸上，两组拉拔块状夹持体（4）上下相对设置，所述拉拔块状夹持体（4）包括多组夹持体，多组夹持体用于夹住或松开被测锚杆索，每组夹持体包括前块状夹持体（4-1）和后块状夹持体（4-2），前块状夹持体（4-1）内设有与后块状夹持体（4-2）连接的块状夹持体液压缸（4-3），前块状夹持体（4-1）与后块状夹持体（4-2）之间滑动连接，每组夹持体的前块状夹持体（4-1）与其他组夹持体的前块状夹持体（4-1）之间的接触面上设有块状夹持体感应器（4-4）；在两组拉拔块状夹持体（4）之间，靠近设置在液压杆处的拉拔块状夹持体（4）的下方设有层状岩体模拟装置，所述层状岩体模拟装置包括电磁体部分（7），电磁体部分（7）两侧分别设有液压推压挡板（14），每个液压推压挡板（14）通过电磁千斤顶底部的挡板抵在两侧的液压立柱（3）上，所述的电磁千斤顶包括电磁体液压缸（6）和液压支撑部分（5），电磁体部分（7）包括两组相对应设置的电磁体，电磁体包括末端电磁体（7-1）和前端电磁体（7-2），其中末端电磁体（7-1）固定在指液压立柱（3）上，前端电磁体（7-2）与末端电磁体（7-1）之间活动连接，便于自由拆卸，前端电磁体（7-2）和末端电磁体（7-1）的内角与锚杆索试件（8）接触处设有弧形凹槽，弧形凹槽内设有橡胶弹性垫片（12），两个前端电磁体（7-2）之间设有安全门（7-3），打开安全门（7-3）后才可以取出电磁体部分（7），前端电磁体（7-2）由多个矩形电磁块体（9）并排构成，安全门（7-3）设置在多个电磁块体（9）的外侧，电磁块体（9）中设有多个内部电磁线圈（10），安全门（7-3）上设有电磁体门把手（11）和安全门阀（13），安全门（7-3）为设置在电磁体部分（7）前端的保护措施。2.根据权利要求1所述的基于电磁作用模拟岩层断裂与离层的锚杆索工作性能测试装置，其特征在于：所述的矩形电磁块体（9）数量在4～6个，每个电磁块体（9）的高度为3～10cm，总高度为12cm～60cm，电磁体块体（9）利用磁力相互作用形成一个完整的整体。3.根据权利要求1所述的基于电磁作用模拟岩层断裂与离层的锚杆索工作性能测试装置，其特征在于：所述多个内部电磁线圈（10）缠绕在圆柱状铁块上整体嵌入电磁块体（9）体内形成一个整体。4.根据权利要求1所述的基于电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张农，谢正正，李新跃，韩昌良，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32