一种锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验装置及方法制造方法及图纸

一种锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验装置及方法，涉及采矿工程和岩石力学技术领域，解决了精准测量巷道围岩强度的技术问题。该试验装置包括固定机构、加载机构、测量机构和控制系统，其中固定底座沿固定杆升降，从而方便安装和测量；加载机构包括液压泵和柱塞泵，液压泵带动柱塞泵工作，控制加载油缸的升柱速度，从而调整压模压入围岩的速度；测量机构包括红外测距单元和无线压力监测单元，持续监测并将监测数据反馈至控制系统；控制系统控制加载机构工作，并处理监测数据。该试验装置直接安装在巷道内和锚杆固定，调平装置后开始压入加载，获取监测数据后卸压并拆卸装置，完成锚杆支护巷道围岩强度原位测试，其步骤简单、适应性强。适应性强。适应性强。

【技术实现步骤摘要】
一种锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验装置及方法


[0001]本专利技术涉及采矿工程和测量
，尤其是一种锚杆支护巷道围岩强度的原位测试装置，以及利用该装置进行测试的试验方法。

技术介绍

[0002]岩石力学参数是地下工程支护参数设计和选取的重要依据，其结果直接决定地下工程的巷道支护参数。岩石强度的常用测定方法包括两种，分别为室内试验和现场原位测试。室内试验是先在井下取样，经钻取岩芯，然后运至实验室进行岩石力学参数测定。现场原位测试是在对原岩二次扰动较小的前提下直接测量，该测定更接近原位岩体的有关力学性质。室内试验在岩石取样的基础上获得，在巷道围岩较坚硬时，测试结果准确性相对较高，但围岩为软岩时，岩样取芯较困难，适用性较差。现场原位测试在两种岩性条件下测试岩体强度，准确性相对更高，适用性更强，对地下工程支护设计和稳定控制具有重要的参考价值。
[0003]目前，常见的现场原位测试方法有水力压裂法、钻孔触探法等，这些方法都需要打孔等工序，水力压裂法还需要高压注水，对原岩性质扰动较大。现有技术中：中国专利(CN106680890B)提供了一种矿用水力压裂法原岩应力测试装置及其测试方法，测试装置应用了水力压裂法，对硬岩条件下较为准确，但在软岩条件下，如砂岩或泥岩岩层，高压注水等工序对原岩性质干扰极大，使软岩遇水发生明显变化，对该类围岩测试区域整体影响大。
[0004]为此，需要提供一种测试更加精准、适用性更广、对围岩扰动较小的煤矿巷道围岩强度原位测试试验装置及测试方法，尤其是在软岩条件下的精准测量，对巷道支护设计及围岩稳定性分析是非常重要和必要的。

技术实现思路

[0005]为了解决精准测量巷道围岩强度的问题，尤其是适应软弱岩性的地质条件，避免钻孔或注水对围岩的影响，使测量更加接近原位岩体的有关力学性质，本专利技术提供了一种锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验装置及方法，具体的技术方案如下。
[0006]一种锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验装置，包括固定机构、加载机构、测量机构和控制系统，所述固定机构包括固定杆、套筒、固定底座、调节托盘和安全环，固定底座上设置有多个通孔，固定杆和任意通孔配合，调节托盘安装在固定底座下方并与固定杆上的螺纹配合，固定底座的边缘设置有多个安全环，套筒连接固定杆的上端和巷道内的锚杆外露端；所述加载机构配置在固定底座上，加载机构包括液压泵、柱塞泵、加载油缸、底盘和压模，液压泵通过联轴器和柱塞泵相连，柱塞泵与液压油箱相连，柱塞泵相连的高压油管上分别配置有调速阀和泄压阀；所述高压油管和加载油缸相连，加载油缸的活塞杆上端固定配置有底盘，压模安装在底盘；所述测量系统包括红外测距单元和无线压力监测单元，红外测距单元配置在底盘上，无线压力监测单元配置在加载油缸上；所述测量系统的监测数据传输至控制系统，控制系统处理数据并控制加载机构工作。
[0007]优选的是，固定杆和固定底座连接端的杆体上设置有螺纹，固定杆和套筒的连接端光滑，所述套筒内侧的螺纹和锚杆螺纹端相互配合。
[0008]还优选的是，固定底座呈三角形，固定底座上的通孔沿三角形的中线布置；所述通孔的孔径大于固定杆的直径，固定底座下方的固定杆上配置有螺母，固定底座的上放配置有螺母。
[0009]还优选的是，液压泵为直流液压泵电机并通过直流电源驱动，电源设置有无线电控制开关；所述直流电源还分别与调速阀和泄压阀电连接。
[0010]还优选的是，加载油缸配置在固定底座的中心位置，所述无线应力监测单元测量加载油缸内液压油的油压。
[0011]还优选的是，加载油缸的活塞杆上端通过螺纹和底盘固定，底盘的上方在中心位置设置有压模安装孔，底盘上还设置有多个红外测距单元安装孔。
[0012]还优选的是，控制系统包括显示器、无线传输单元、微处理器和指令单元，指令单元包括多个控制按钮，显示器和无线传输单元与微处理器相连。
[0013]一种锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验的方法，利用上述的一种锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验装置，步骤包括：
[0014]A.确定巷道锚杆间排距，调整固定杆之间的距离，连接套筒和锚杆，完成固定机构、加载机构和测量机构的配置；
[0015]B.利用测量机构调平固定底座；
[0016]C.控制系统数据清零；
[0017]D.控制加载机构工作，压模平稳压入巷道壁；
[0018]E.控制系统确定巷道煤岩体的应力
‑
应变曲线，当应力下降后停止加载；
[0019]F.控制加载机构卸压，拆卸固定机构，完成试验。
[0020]进一步优选的是，该应力的监测值的计算为：其中p
i
为第i次试验测得的围岩应力值，p
i压
为第i次试验压力传感器所测得的压力值，d1、d2分别为油缸内径和压模直径；所述应变的监测值等于红外测距单元与巷道围岩所测距离的变化值。
[0021]进一步优选的是，在同一巷道内进行多次锚杆支护巷道围岩强度原位测试，分别使用多个直径的压模，确定实际巷道围岩的强度。
[0022]本专利技术提供的一种锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验装置及方法有益效果包括：
[0023](1)锚杆支护巷道围岩强度原位测试的试验装置不需要进行钻孔或注水，所以对地质条件的适应性更强，并且试验装置的安装更加方便，对巷道围岩的干扰小；试验装置的测量系统将红外测距单元和无线压力监测单元的监测值转化为围岩的应力和应变关系，从而可以及时得到巷道围岩强度。
[0024](2)该试验装置使测量更加接近原位岩体的有关力学性质，并且可以在巷道的顶板、两帮等多个位置安装，进行围岩强度试验，固定底座上的固定杆之间位置可以根据实际需要进行调节，从而适应不同锚杆间排距的施工条件，所以该装置具有更好的适应性。
[0025](3)加载机构能够实现平稳的自动加载，保证了加载的稳定性，从而减小了试验误
差；并且试验装置的压模可以更换，试验时可以根据压模进入围岩的难易程度选取压模型号；控制系统通过无线传输信号并控制加载机构工作，从而使测量更加方便。
[0026](4)利用锚杆支护巷道围岩强度原位测试的试验装置进行测试的方法，测试步骤更加简便，试验装置拆卸、安装方便，从而可以在巷道内实现快速准确的测量；另外控制系统可以直接处理数据保证了有效的控制加载，数据的处理也更加简便。另外该试验装置及方法还具有结构简单，体积小，重量轻，操作简单快捷等优点。
附图说明
[0027]图1是锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验装置的结构示意图；
[0028]图2是锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验装置的俯视结构示意图；
[0029]图3是固定杆的结构示意图；
[0030]图4是固定底座的结构示意图；
[0031]图5是底座的侧视结构示意图；
[0032]图6是加载机构的配置方式示意图；
[0033]图7是加载油缸的示意图；
[0034]图8是加载油缸的连接图；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验装置，其特征在于，包括固定机构、加载机构、测量机构和控制系统，所述固定机构包括固定杆、套筒、固定底座、调节托盘和安全环，固定底座上设置有多个通孔，固定杆和任意通孔配合，调节托盘安装在固定底座下方并与固定杆上的螺纹配合，固定底座的边缘设置有多个安全环，套筒连接固定杆的上端和巷道内的锚杆外露端；所述加载机构配置在固定底座上，加载机构包括液压泵、柱塞泵、加载油缸、底盘和压模，液压泵通过联轴器和柱塞泵相连，柱塞泵与液压油箱相连，柱塞泵相连的高压油管上分别配置有调速阀和泄压阀；所述高压油管和加载油缸相连，加载油缸的活塞杆上端固定配置有底盘，压模安装在底盘；所述测量系统包括红外测距单元和无线压力监测单元，红外测距单元配置在底盘上，无线压力监测单元配置在加载油缸上；所述测量系统的监测数据传输至控制系统，控制系统处理数据并控制加载机构工作。2.根据权利要求1所述的一种锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验装置，其特征在于，所述固定杆和固定底座连接端的杆体上设置有螺纹，固定杆和套筒的连接端光滑，所述套筒内侧的螺纹和锚杆螺纹端相互配合。3.根据权利要求1或2所述的一种锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验装置，其特征在于，所述固定底座呈三角形，固定底座上的通孔沿三角形的中线布置；所述通孔的孔径大于固定杆的直径，固定底座下方的固定杆上配置有螺母，固定底座的上放配置有螺母。4.根据权利要求1所述的一种锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验装置，其特征在于，所述液压泵为直流液压泵电机并通过直流电源驱动，电源设置有无线电控制开关；所述直流电源还分别与调速阀和泄压阀电连接。5.根据权利要求1所述的一种锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验装置，其特征在于，所述加载油缸配置在固...

【专利技术属性】
技术研发人员：于凤海，杨学瑞，谭云亮，任强，周凯，张闯，杜盼，王庆铎，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：