模拟巷道围岩全长锚固质量检测的拉拔试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种模拟巷道围岩全长锚固质量检测的拉拔试验装置及方法，属于采矿工程的技术领域，拉拔试验装置包括模拟试验箱、拉拔系统、用于监测锚杆拉拔过程中拉拔力的压力传感器、用于监测锚杆拉拔过程中位移的位移传感器以及通过数据传输导线分别与压力传感器和位移传感器连接的计算机系统；模拟试验箱包括箱体、设置在箱体内壁上的由电液控制的液压油缸、设置在液压油缸活动端头上的围压板以及伸缩弹簧管；拉拔系统包括由电液控制的空心千斤顶、与空心千斤顶配套的锚杆锚具以及设置有中心孔的承压板和垫盘。该装置可以较真实地实现锚固体原位应力场的模拟和锚杆安装过程中的预紧力施加，尽可能地还原现场。

Drawing test device and method for full-length anchorage quality detection of simulated roadway surrounding rock

The invention provides a pull-out test device and method for simulating the full-length anchorage quality detection of surrounding rock of roadway, belonging to the technical field of mining engineering. The pull-out test device includes a simulation test box, a pull-out system, a pressure sensor for monitoring the pull-out force during the pull-out process of the bolt, a displacement sensor for monitoring the displacement during the pull-out process of the bolt, and a data transmission wire, respectively. The computer system connected with pressure sensor and displacement sensor; the simulation test box includes the box body, the hydraulic cylinder set on the inner wall of the box controlled by electro-hydraulic, the confining pressure plate set on the movable end of the hydraulic cylinder and the telescopic spring tube; the drawing system includes the hollow jack controlled by electro-hydraulic, the bolt anchor matched with the hollow jack and the pressure bearing with the central hole. Plates and washers. The device can simulate the in-situ stress field of the anchor and exert the pre-tightening force during the installation of the anchor, so as to restore the site as much as possible.

【技术实现步骤摘要】
模拟巷道围岩全长锚固质量检测的拉拔试验装置及方法
本专利技术涉及采矿工程的
，特别是涉及一种模拟巷道围岩全长锚固质量检测的拉拔试验装置及方法。
技术介绍
在地下采矿活动中，巷道作为运输、通风及行人的通道，实现其围岩稳定性控制是保障矿井安全高效绿色开采的关键。锚杆，由于其成本经济、操作简单、控制效果良好等诸多优点，已被广泛用于煤矿巷道的围岩控制。随着地下采矿活动不断向深部延伸，巷道围岩由于高地应力和强采动应力的影响，表现出围岩变形量大、破坏损伤严重的特点，相应地也必然会带来锚杆的受力发生变化，如果巷道锚杆支护质量不佳，则将可能导致锚杆锚固结构破坏失效，引发巷道事故，给矿井乃至整个社会带来巨大的损失。深部巷道围岩锚杆支护常常采用全长锚固，这样不仅增大了锚固系统对围岩变形的敏感性，利于锚杆及时生效，同时也增强了锚固体的整体强度，利于巷道围岩控制。那么如何实现深部巷道全长锚固支护的合理设计和效果评价呢，目前普遍采用锚杆拉拔试验来进行锚固质量检测，并为锚杆支护的合理设计提供理论依据和指导。常用的锚杆拉拔试验主要有现场原位拉拔试验和实验室模型拉拔试验两种。现场原位拉拔试验数据结果准确，但劳动成本高、可重复性差，并且不能完全反映锚杆拉拔过程中的传力机理和失效特征；相比较而言，实验室模型拉拔试验的优势显而易见。对于实验室模型拉拔试验，要想尽可能地与现场相似，需要考虑以下两点：一是要考虑锚杆安装过程中所施加的预紧力；二是要考虑锚固体约束围压的应力状态。在公开号CN103323336A公开的“一种可进行锚杆拉拔力测试的试验模拟装置及其方法”、公开号CN205449674U公开的“一种实验室锚杆拉拔试验拉拔力-位移检测装置”和公开号CN207248634U公开的“一种锚杆拉拔试验装置”中，其均未考虑锚固结构中锚杆预紧力和约束围岩应力的施加，这使得实验室模型的简化与现场实际不符，导致锚杆拉拔过程中传力机理及失效特征结果出现偏差，影响锚杆支护的合理设计和效果评价。基于以上不足，亟需设计一种更能真实模拟深部巷道围岩全长锚固锚杆安装及锚固体赋存条件的实验室模型拉拔试验装置，能更好地反映锚杆拉拔过程中的传力机理和失效特征，为锚杆支护的合理设计和效果评价奠定理论基础。
技术实现思路
针对现有装置存在的问题，本专利技术提供一种模拟巷道围岩全长锚固质量检测的拉拔试验装置及方法，其不但能够实现锚固体中各参数变化对锚固性能的影响研究，而且还能更加真实的模拟围岩锚杆安装及锚固体赋存条件对锚固性能的影响，从而为全长锚固支护的合理设计和效果评价提供更准确的指导。为实现上述目的，本专利技术提供一种模拟巷道围岩全长锚固质量检测的拉拔试验装置，包括模拟试验箱、拉拔系统、用于监测锚杆拉拔过程中拉拔力的压力传感器、用于监测锚杆拉拔过程中位移的位移传感器以及通过数据传输导线分别与压力传感器和位移传感器连接的计算机系统；模拟试验箱包括箱体、设置在箱体内壁上的由电液控制的液压油缸、设置在液压油缸活动端头上的围压板以及伸缩弹簧管；箱体的底板设置有立方岩石试块放置位；液压油缸的数量为四个，与立方岩石试块的四个侧面一一对应，且围绕立方岩石试块放置位均匀布置；围压板在液压油缸的推动下对立方岩石试块施加围压；伸缩弹簧管的数量为多个，围绕立方岩石试块放置位均匀布置，包括与箱体底板滑动配合的底座、底端与底座连接的外管、设置在外管内的螺纹杆和弹簧以及套设在螺纹杆上的弹簧垫板；螺纹杆的底端固定在底座上，顶端位于外管外，位于弹簧垫板外的杆体上设置有紧固螺母和用于检测弹簧弹力的压力计；弹簧位于螺纹杆外，两端分别与底座和弹簧垫板连接；拉拔系统包括由电液控制的空心千斤顶、与空心千斤顶配套的锚杆锚具以及设置有中心孔的承压板和垫盘；承压板通过紧固螺母安装于立方岩石试块的顶面；垫盘位于空心千斤顶和承压板之间；承压板和垫盘的中心孔、立方岩石试块的中心孔以及空心千斤顶的轴线重合。进一步地，上述模拟巷道围岩全长锚固质量检测的拉拔试验装置，还包括粘贴在锚杆上用于监测锚杆拉拔过程中的受力变化的应变片；应变片与计算机系统通过数据传输导线连接。进一步地，箱体的底板上设置有围合成立方岩石试块放置位的压缩式弹簧卡座；压缩式弹簧卡座包括卡座板和压缩弹簧；卡座板的侧边转动连接的在箱体的底板上；压缩弹簧的两端分别与箱体的底板和卡座板连接。进一步地，伸缩弹簧管的数量为四个，与立方岩石试块的四个侧边一一对应。进一步地，四个液压油缸中相对的两个为一组由同一个控制阀控制，两个控制阀通过供油管Ⅰ和供油管Ⅱ分别向两组液压油缸供油。进一步地，压力传感器安装在空心千斤顶和锚杆锚具之间，表面安装有平行于承压板的标杆；位移传感器为拉绳式位移传感器，安装在承压板上，拉绳连接在标杆上。进一步地，标杆为带有磁性底座的标杆，吸附在压力传感器上。进一步地，立方岩石试块放置位内设置有排水孔和/或所述立方岩石试块放置位的中心设置有对中孔。进一步地，箱体外设置有高强螺栓。本专利技术还提供一种模拟巷道围岩全长锚固质量检测的拉拔试验方法，包括下述步骤：S1，将提前预制并养护好的立方岩石试块放入箱体内的立方岩石试块放置位处，启动液压油缸的电液控制开关，根据简化的锚固体赋存应力状态，围压板在液压油缸的推动下对立方岩石试块施加围压，施加方式以应力速率控制，加载速率在0.01MPa/s-0.1MPa/s之间，直到达到预先设定的围压状态则停止，并保持稳压状态；S2，锚杆预紧力设定，将伸缩弹簧管滑动至立方岩石试块边缘，承压板通过紧固螺母安装于立方岩石试块的顶面，拧紧紧固螺母压缩伸缩弹簧管内的弹簧进行预紧力的设定，当预紧力达到预先设定值时即停止；S3，将配制好的矿用快速树脂锚固剂和矿用慢速树脂锚固剂按用量要求快速均匀的倒入立方岩石试块的中心孔内，将锚杆插入中心孔中央，依次安装垫盘、空心千斤顶、压力传感器和锚杆锚具，待矿用快速树脂锚固剂凝固后，拧掉紧固螺母，弹簧回弹的反力给锚杆施加预紧力，撤掉压力计和伸缩弹簧管，然后进行实验室养护；S4，养护结束后开始拉拔试验，试验过程中测定的锚杆拉拔力和位移数据通过导线传输导线分别传入计算机系统，并绘制相应的分析曲线，直至拉拔试验结束。本专利技术的有益效果是：一是可以较真实地实现锚固体原位应力场的模拟和锚杆安装过程中的预紧力施加，尽可能地还原现场；二是可以实现锚固体多因素多变量等的系统研究，为巷道锚杆设计和效果评价提供更好地理论基础和指导；三是所用试验结构相对简单，使用方便，集成度高，试验控制和数据采集记录均采用电子化，避免了人为误差，使得试验数据更准确。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的模拟巷道围岩全长锚固质量检测的拉拔试验装置的主视图；图2为图1所示拉拔试验装置的俯视图；图3为图1所示拉拔试验装置中伸缩弹簧管的结构示意图；图4为图1所示拉拔试验装置中压缩式弹簧卡座的结构示意图。图中：1-压力传感；2-位移传感器；3-箱体；3.1-凹形滑槽；4-液压油缸；5-围压板；6-伸缩弹簧管；6.1-底座；6.2-外管；6.3-螺纹杆；6.4-弹簧；6.5-弹簧垫板；7-紧固螺母；8-压力计；9-空心千斤顶；10-锚杆锚具；11-承压板；12-垫盘；13-数据传输导线I；14-数据传输导线II；15-压缩式弹簧卡座；15.1-卡座板；15.2-压缩弹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟巷道围岩全长锚固质量检测的拉拔试验装置，其特征在于，包括模拟试验箱、拉拔系统、用于监测锚杆拉拔过程中拉拔力的压力传感器、用于监测锚杆拉拔过程中位移的位移传感器以及通过数据传输导线分别与压力传感器和位移传感器连接的计算机系统；所述模拟试验箱包括箱体、设置在箱体内壁上的由电液控制的液压油缸、设置在液压油缸活动端头上的围压板以及伸缩弹簧管；所述箱体的底板设置有立方岩石试块放置位；所述液压油缸的数量为四个，与立方岩石试块的四个侧面一一对应，且围绕立方岩石试块放置位均匀布置；所述围压板在液压油缸的推动下对立方岩石试块施加围压；所述伸缩弹簧管的数量为多个，围绕立方岩石试块放置位均匀布置，包括与箱体底板滑动配合的底座、底端与底座连接的外管、设置在外管内的螺纹杆和弹簧以及套设在螺纹杆上的弹簧垫板；所述螺纹杆的底端固定在底座上，顶端位于外管外，位于弹簧垫板外的杆体上设置有紧固螺母和用于检测弹簧弹力的压力计；所述弹簧位于螺纹杆外，两端分别与底座和弹簧垫板连接；所述拉拔系统包括由电液控制的空心千斤顶、与空心千斤顶配套的锚杆锚具以及设置有中心孔的承压板和垫盘；所述承压板通过紧固螺母安装于立方岩石试块的顶面；所述垫盘位于空心千斤顶和承压板之间；所述承压板和垫盘的中心孔、立方岩石试块的中心孔以及空心千斤顶的轴线重合。...

【技术特征摘要】
1.一种模拟巷道围岩全长锚固质量检测的拉拔试验装置，其特征在于，包括模拟试验箱、拉拔系统、用于监测锚杆拉拔过程中拉拔力的压力传感器、用于监测锚杆拉拔过程中位移的位移传感器以及通过数据传输导线分别与压力传感器和位移传感器连接的计算机系统；所述模拟试验箱包括箱体、设置在箱体内壁上的由电液控制的液压油缸、设置在液压油缸活动端头上的围压板以及伸缩弹簧管；所述箱体的底板设置有立方岩石试块放置位；所述液压油缸的数量为四个，与立方岩石试块的四个侧面一一对应，且围绕立方岩石试块放置位均匀布置；所述围压板在液压油缸的推动下对立方岩石试块施加围压；所述伸缩弹簧管的数量为多个，围绕立方岩石试块放置位均匀布置，包括与箱体底板滑动配合的底座、底端与底座连接的外管、设置在外管内的螺纹杆和弹簧以及套设在螺纹杆上的弹簧垫板；所述螺纹杆的底端固定在底座上，顶端位于外管外，位于弹簧垫板外的杆体上设置有紧固螺母和用于检测弹簧弹力的压力计；所述弹簧位于螺纹杆外，两端分别与底座和弹簧垫板连接；所述拉拔系统包括由电液控制的空心千斤顶、与空心千斤顶配套的锚杆锚具以及设置有中心孔的承压板和垫盘；所述承压板通过紧固螺母安装于立方岩石试块的顶面；所述垫盘位于空心千斤顶和承压板之间；所述承压板和垫盘的中心孔、立方岩石试块的中心孔以及空心千斤顶的轴线重合。2.根据权利要求1所述的模拟巷道围岩全长锚固质量检测的拉拔试验装置，其特征在于，还包括粘贴在锚杆上用于监测锚杆拉拔过程中的受力变化的应变片；所述应变片与计算机系统通过数据传输导线连接。3.根据权利要求2所述的模拟巷道围岩全长锚固质量检测的拉拔试验装置，其特征在于，所述箱体的底板上设置有围合成立方岩石试块放置位的压缩式弹簧卡座；所述压缩式弹簧卡座包括卡座板和压缩弹簧；所述卡座板的侧边转动连接的在箱体的底板上；所述压缩弹簧的两端分别与箱体的底板和卡座板连接。4.根据权利要求1所述的模拟巷道围岩全长锚固质量检测的拉拔试验装置，其特征在于，所述伸缩弹簧管的数量为四个，与立方岩石试块的四个侧边一一对应。5.根据权利要求1所述的模拟巷道围岩全长锚固质量检...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯国瑞，杜云楼，康红普，张玉江，白锦文，王凯，杨创前，王胜伟，杨文博，闫永敢，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14