一种用于锚杆锚固的试验台及检测方法技术

本发明专利技术涉及矿山支护技术领域，具体涉及了一种用于锚杆锚固的试验台及检测方法。该试验台包括用于矿山支护的锚杆，还包括推进装置、搅拌装置、安装检测台、煤岩体物理模型、动态扭矩转速传感器，推进装置用于带动搅拌装置沿安装检测台直线移动，且搅拌装置驱动锚杆绕其轴线转动，使锚杆锚固于煤岩体物理模型的钻孔内，通过动态扭矩转速传感器检测锚杆的推进力、推进速度、搅拌扭矩和搅拌转速，并将其检测信息发送至计算机控制与数据采集系统，由计算机进行数据处理与控制，在实验室内实现对锚杆锚固过程的推进阻力与搅拌阻力的检测，对优化锚杆结构、深化锚固剂性能研究，保证工程质量具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种用于锚杆锚固的试验台及检测方法
本专利技术涉及矿山支护
，尤其涉及一种用于锚杆锚固的试验台及检测方法。
技术介绍
目前，锚杆支护已成为煤矿巷道安全高效的主要支护方式，在我国煤矿巷道中得到大面积推广应用。锚杆支护是将锚杆锚固于煤岩体内，拧紧杆尾螺母，对围岩施加预应力，约束巷道围岩的变形离层、碎胀与滑移错动。施工过程锚杆的锚固质量是影响锚杆支护效果的主要因素之一。使用合格的锚杆、锚固剂等工程材料，在正常的施工工艺条件下，锚杆的外形结构与尺寸、锚固剂搅拌的难易程度、钻孔直径等直接影响锚杆的锚固质量。研究锚杆的锚固效果是提高锚杆支护质量的重要环节。锚杆的锚固是施工过程中，在巷道围岩锚杆架设位置打钻孔并装入锚固剂，将锚杆边推入钻孔边旋转搅拌锚固剂，锚固剂经搅拌后固化，并将锚杆粘结在钻孔内的过程。锚杆锚固过程推进阻力和搅拌扭矩的大小，决定了锚杆锚固施工的难易程度，锚杆的推进速度和旋转速度，决定了锚固剂搅拌的均匀程度，进而影响锚固剂的固化粘结效果。而钻孔直径的大小对锚杆的推进阻力和锚固剂搅拌的均匀程度都将产生直接影响，钻孔直径增加，推进阻力降低，但钻孔直径超过一定限度时，将导致锚固剂搅拌不均匀，锚固质量降低。目前，对于锚杆锚固过程的检测方法主要有两大类：井下试验与实验室试验。井下试验主要通过锚杆拉拔计、钢卷尺等检测仪器，检测锚杆的锚固力与外露长度，评价锚杆的锚固效果，井下试验获得的数据为现场实测数据，能够真实反映井下锚杆的锚固状况。但是，井下试验的缺点是：由于锚杆锚固涉及锚杆外形、锚固剂性能、钻孔直径、以及施工操作等各方面因素，测试系统极为复杂，加之井下特殊的环境，一些先进的监测方法与仪器的应用也受到限制，还没有能够直接用于井下、进行锚杆锚固过程参数测试的仪器设备。现场检测的内容，只能反映锚杆锚固的事后结果。并且，为保证巷道围岩结构完整性，锚杆锚固于围岩钻孔内后，不能重新取出，也无法检验锚固剂搅拌情况与实际固化状态。针对锚杆锚固的实验室试验，目前已有使用钢管代替煤岩体钻孔，人工推动钻机测试锚杆转速和搅拌扭矩的试验方法，测试的数据能够反映锚固剂搅拌的难易程度。但是，只能进行部分项目测试，并且测试结果受人为因素影响大，测试条件和测试项目不足，不能全面反映推进速度和推进阻力等安装参数，也不能满足系统分析锚杆外形、锚固剂性能以及配套钻孔直径等参数对锚固效果影响的要求。而且，实验室试验的控制技术与数据采集，仍处于手动操作、数字显示与人工抄录的技术水平，试验控制条件可重复性差、数据采集频率低，易丢失数据，完全使用钢管替代围岩钻孔，试验条件差异大，且很难观察钢管内锚固剂的搅拌固化情况。因此，针对以上不足，需要一种能够在实验室内模拟锚杆锚固施工过程的试验台及应用该试验台准确有效地检测锚杆锚固施工参数的方法。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是提供了一种用于锚杆锚固的试验台及检测方法，使得能够在实验室内模拟锚杆锚固施工过程，并且控制和检测施工参数，可对锚固剂搅拌固化效果进行剖切观察。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于锚杆锚固的试验台，该试验台包括用于矿山支护的锚杆，该试验台还包括推进装置、搅拌装置、安装检测台、煤岩体物理模型和动态扭矩转速传感器，所述推进装置用于带动搅拌装置沿安装检测台直线移动，且所述搅拌装置驱动所述锚杆绕其轴线转动，使锚杆锚固于煤岩体物理模型的钻孔内，所述动态扭矩转速传感器分别安装于推进装置和搅拌装置上，通过所述动态扭矩转速传感器检测锚杆的推进力、推进速度、搅拌扭矩和搅拌转速，并将检测信息传输至计算机控制与数据采集系统以进行数据处理与控制。其中，所述推进装置包括驱动机构和滚珠丝杠，所述驱动机构固定于所述安装检测台的端部，所述滚珠丝杠与驱动机构的输出轴固定连接，所述滚珠丝杠的丝杠螺母固定连接于搅拌装置上，所述动态扭矩转速传感器安装于驱动机构的输出轴上。其中，所述搅拌装置包括驱动机构和推进平车，所述推进平车与丝杠螺母固定连接，并通过推进平车底面滑块沿安装检测台顶面滑轨直线滑动，推进平车上固定安装有所述驱动机构，所述驱动机构的输出轴与锚杆连接，所述动态扭矩转速传感器安装于驱动机构的输出轴上。其中，所述驱动机构通过液压马达驱动控制其输出轴的扭矩和转速或者通过变频电机变频调速控制其输出轴的扭矩和转速或者通过伺服电机脉冲控制其输出轴的扭矩和转速。其中，所述安装检测台上安装有轴承座，所述滚珠丝杠穿设于所述轴承座上。其中，所述安装检测台底部安装有底座，所述底座上设有滑轨，所述安装检测台沿所述滑轨滑动。其中，所述煤岩体物理模型钻孔内设有用于粘结固定锚杆的锚固剂。一种用于锚杆锚固的试验台的检测方法，包括如下步骤：S1、将安装检测台移动至靠近煤岩体物理模型位置；S2、向煤岩体物理模型钻孔内加入锚固剂；S3、将待测锚杆的一端安装于搅拌装置上；S4、通过推进装置使锚杆沿轴向插入煤岩体物理模型钻孔内；S5、通过搅拌装置使锚杆绕其轴线旋转，锚杆充分搅拌锚固剂；S6、通过动态扭矩转速传感器检测锚杆的推进力、推进速度、搅拌扭矩和搅拌转速，并将其检测信息传输至计算机控制与数据采集系统，由计算机进行数据处理与控制。其中，在步骤S6所述推进力根据推进装置驱动机构的输出扭矩、滚珠丝杠直径、滚珠丝杠螺旋升角、滚珠丝杠摩擦力及推进平车摩擦力计算所得；所述推进速度根据推进装置驱动机构的输出转速和滚珠丝杠螺旋升角计算所得。其中，在步骤S6所述搅拌转速为搅拌装置驱动机构的输出轴转速；所述搅拌扭矩为搅拌装置驱动机构输出轴的扭矩。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有以下有益效果：本专利技术用于锚杆锚固的试验台的推进装置用于带动搅拌装置沿安装检测台直线移动；搅拌装置在直线移动时且驱动锚杆绕其轴线转动，使锚杆锚固安装于煤岩体物理模型的钻孔内，实现在实验室内模拟锚杆施工的锚固过程；通过动态扭矩转速传感器检测锚杆的推进力、推进速度、搅拌扭矩和搅拌转速，并将其检测信息发送至计算机控制与数据采集系统，由计算机进行数据处理与控制。根据锚杆推进扭矩计算可得锚杆的推进力；根据锚杆推进转速计算锚杆的推进速度。通过该用于锚杆锚固的试验台，可实现在实验室内对锚杆锚固推进阻力与搅拌阻力的检测，还可在锚杆锚固后，取出并打开煤岩体物理模型，检查每种钻孔直径条件下，不同外形结构的锚杆，采用不同的推进速度和转速进行锚固时，锚固剂的搅拌效果，系统分析锚杆外形结构、钻孔直径、锚杆推进速度、锚杆旋转速度等对搅拌效果的影响，为钻孔直径、锚杆外形结构尺寸及锚固剂性能等工程参数及材料优化提供依据，对提高锚杆支护可靠性，保证工程安全具有重要意义。附图说明图1为本专利技术实施例用于锚杆锚固的试验台的剖视图。其中，1：安装检测台；5：锚杆；11：底座；31：推进装置；32：搅拌装置；93：煤岩体物理模型；101：动态扭矩转速传感器；311：驱动机构；312：滚珠丝杠；322：推进平车。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不能用来限制本专利技术的范围。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；除非另有说明，“缺口状”的含义为除截面平齐外的形状。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于锚杆锚固的试验台，包括用于矿山支护的锚杆(5)，其特征在于，还包括推进装置(31)、搅拌装置(32)、安装检测台(1)、煤岩体物理模型(93)和动态扭矩转速传感器(101)，所述推进装置(31)用于带动搅拌装置(32)沿安装检测台(1)直线移动，且所述搅拌装置(32)驱动所述锚杆(5)绕其轴线转动，使锚杆(5)锚固于煤岩体物理模型(93)的钻孔内，所述动态扭矩转速传感器(101)分别安装于推进装置(31)和搅拌装置(32)上，通过所述动态扭矩转速传感器(101)检测锚杆(5)的推进力、推进速度、搅拌扭矩和搅拌转速，并将检测信息传输至计算机控制与数据采集系统以进行数据处理与控制。

【技术特征摘要】
1.一种用于锚杆锚固的试验台，包括用于矿山支护的锚杆(5)，其特征在于，还包括推进装置(31)、搅拌装置(32)、安装检测台(1)、煤岩体物理模型(93)和动态扭矩转速传感器(101)，所述推进装置(31)用于带动搅拌装置(32)沿安装检测台(1)直线移动，且所述搅拌装置(32)驱动所述锚杆(5)绕其轴线转动，使锚杆(5)锚固于煤岩体物理模型(93)的钻孔内，所述动态扭矩转速传感器(101)分别安装于推进装置(31)和搅拌装置(32)上，通过所述动态扭矩转速传感器(101)检测锚杆(5)的推进力、推进速度、搅拌扭矩和搅拌转速，并将检测信息传输至计算机控制与数据采集系统以进行数据处理与控制；其中，所述动态扭矩转速传感器(101)包括转速传感器和扭矩传感器，使用转速传感器检测驱动机构(311)输出轴的转速，使用扭矩传感器检测驱动机构(311)输出轴的扭矩，根据所述扭矩、滚珠丝杠直径、滚珠丝杠螺旋升角、滚珠丝杠摩擦力及推进平车摩擦力计算得出锚杆安装过程的推进力，根据所述转速和滚珠丝杠螺旋升角计算得出锚杆安装过程的推进速度；所述推进装置(31)包括驱动机构(311)和滚珠丝杠(312)，所述驱动机构(311)固定于所述安装检测台(1)的端部，所述滚珠丝杠(312)与驱动机构(311)的输出轴固定连接，所述滚珠丝杠(312)的丝杠螺母固定连接于搅拌装置(32)上，所述动态扭矩转速传感器(101)安装于驱动机构(311)的输出轴上。2.根据权利要求1所述的用于锚杆锚固的试验台，其特征在于，所述搅拌装置(32)包括驱动机构(311)和推进平车(322)，所述推进平车(322)与滚珠丝杠(312)的丝杠螺母固定连接，并通过推进平车(322)底面滑块沿安装检测台(1)顶面滑轨直线滑动，推进平车(322)上固定安装有所述驱动机构(311)，所述驱动机构(311)的输出轴与锚杆(5)连...

【专利技术属性】
技术研发人员：康红普，林健，杨景贺，吕华文，吴拥政，高富强，邵培森，
申请(专利权)人：天地科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11