锚索动态力学性能测试方法及其测试系统技术方案

本发明专利技术涉及煤炭开采技术领域，提供一种锚索动态力学性能测试方法及其测试系统。本发明专利技术利用重锤和模拟岩层模拟锚索受到的冲击，并实时采集重锤的冲击力和位移数据，同时监测锚索的应变变化情况、锚索的受力变化情况、岩层的超声波变化情况、岩层的表面位移和破坏情况以及金属网的动态变形形态，根据采集和监测到的数据情况，计算并获得重锤冲击力时程曲线、重锤位移时程曲线、锚索应变时程曲线、锚索受力时程曲线、模拟岩层的超声波时程曲线和模拟岩层表面的变形场，从而实现对锚索轴向抗冲击性能的测试，对锚索的动载力学性能具有重要意义，能够对现场施工给予指导作用。能够对现场施工给予指导作用。能够对现场施工给予指导作用。

【技术实现步骤摘要】
锚索动态力学性能测试方法及其测试系统


[0001]本专利技术涉及煤炭开采
，尤其涉及一种锚索动态力学性能测试方法及其测试系统。

技术介绍

[0002]冲击地压是煤炭深部开采中经常遇到的典型煤岩动力灾害，随着开采深度的增加，冲击地压发生的强度和频次均显著增加。从冲击地压发生的位置区域来看，冲击地压主要发生在回采巷道中，因此，回采巷道冲击地压防冲技术一直是国内外学者研究的重点。其中冲击地压巷道支护技术作为实现巷道防冲的重要手段之一，越来越受到国内外学者的关注。
[0003]锚索支护作为最常用的巷道支护方式，其支护形式具有较强的抗冲击性能，但冲击地压巷道对锚索支护材料及构件具有特殊的要求。锚索作为锚杆支护中主要的支护材料，在静载作用下，高质量的锚索能提供高的支护阻力，在高静载荷作用下不易破断失效，锚索的力学性能与其直径、材质等密切相关，国内外学者对不同锚索的静载力学性能进行了大量的研究工作，揭示了不同锚索的静载力学性能，但对锚索的动载力学性能研究较少，一直缺乏原尺寸下锚索的轴向抗冲击性能的测试装备和测试方法。因此，如何根据现场实际情况，对锚索的轴向抗冲击性能进行测试，从而给予现场施工以指导作用是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种锚索动态力学性能测试方法及其测试系统，用以解决现有技术中缺乏锚索的轴向抗冲击性能的测试装备和测试方法，难以对现场施工给予指导作用的缺陷。
[0005]本专利技术提供一种锚索动态力学性能测试方法，包括：
[0006]S1、将锚索的上端固定在安装框架上，锚索下端固定有金属网，在金属网上布置模拟岩层，设定锚索的预紧力和/或锚固方式，在模拟岩层的一侧设置剪切装置，确定冲击能量并在模拟岩层的上方设置重锤；
[0007]S2、根据确定好的冲击能量，释放重锤对模拟岩层产生冲击，冲击力传递至锚索，实时采集重锤的冲击力和位移数据，同时监测锚索的应变变化情况、锚索的受力变化情况、模拟岩层的超声波变化情况、模拟岩层的表面位移和破坏情况以及金属网的动态变形形态；
[0008]S3、根据步骤S2采集和监测到的数据情况，计算并获得重锤冲击力时程曲线、重锤位移时程曲线、锚索应变时程曲线、锚索受力时程曲线、模拟岩层的超声波时程曲线和模拟岩层表面的变形场。
[0009]根据本申请提供的一种锚索动态力学性能测试方法，在步骤S3之后，还包括：
[0010]S4、在冲击过程中锚索破断后，对锚索断口进行测试，分析冲击载荷下锚索破断形
态。
[0011]根据本申请提供的一种锚索动态力学性能测试方法，步骤S4还包括：
[0012]在冲击过程中锚索破断后，对锚索的金相组织和化学元素进行测试，分析锚索的金相组织和化学元素对锚索加固岩体抗冲击能力的影响。
[0013]根据本申请提供的一种锚索动态力学性能测试方法，步骤S1中将锚索的上端固定在安装框架上，锚索下端固定有金属网，在金属网上布置模拟岩层，具体包括：
[0014]锚索上部与安装框架顶梁固定，锚索下部与金属网固定，在金属网上方依次放置层状岩石板，用于模拟煤矿井下岩层，层状岩石板上放置垫块，用于承受重锤冲击。
[0015]根据本申请提供的一种锚索动态力学性能测试方法，步骤S1中设定锚索的预紧力和/或锚固方式，具体包括：
[0016]采用千斤顶张拉锚索的方式设定锚索的预紧力，其中锚索的预紧力设定为100～350kN；和/或，
[0017]锚索的锚固方式包括：锚索全长锚固和锚索端部锚固；其中，
[0018]若锚索全长锚固时，锚索与层状岩石板间采用树脂锚固剂进行锚固，且锚索的锚固长度超过其总长度的90％；
[0019]若锚索端部锚固时，锚索与层状岩石板锚采用树脂锚固剂进行锚固，且锚索的锚固长度低于其总长度的1/3。
[0020]根据本申请提供的一种锚索动态力学性能测试方法，步骤S1中剪切装置给层状岩石板施加侧向作用力，用于模拟锚索在剪切作用下的工作状态，锚索剪切作用力施加范围为50～350kN。
[0021]本申请还提供一种锚索动态力学性能测试系统，包括：
[0022]安装框架，用于与待测锚索的上端固定；
[0023]金属网，用于与待测锚索的下端固定，并在所述金属网上放置模拟岩层；
[0024]重锤，设于所述模拟岩层的上方，用于砸向所述模拟岩层，以模拟锚索受到冲击；
[0025]预紧力装置，用于与待测锚索连接，为锚索提供预紧力；
[0026]剪切装置，设于所述模拟岩层的侧部并与所述模拟岩层连接，用于给所述模拟岩层施加侧向作用力；
[0027]应变传感器，设于待测锚索上，用于监测待测锚索的应变变化情况；
[0028]测力计，设于待测锚索上，用于监测待测锚索的受力变化情况；
[0029]超声波传感器，设于所述模拟岩层的侧部，用于监测模拟岩层的超声波变化情况；
[0030]DIC测量装置，用于监测模拟岩层的表面位移和破坏情况；
[0031]冲击力传感器和激光位移计，分别设置在重锤的下方，用于监测重锤的冲击力和位移；
[0032]图像采集装置，靠近所述金属网设置，用于监测所述金属网的动态变形形态；
[0033]计算装置，用于计算并获得重锤冲击力时程曲线、重锤位移时程曲线、锚索应变时程曲线、锚索受力时程曲线、模拟岩层的超声波时程曲线和模拟岩层表面的变形场。
[0034]根据本申请提供的一种锚索动态力学性能测试系统，还包括：垫块，所述垫块设于所述模拟岩层的上方，且与所述重锤对应设置。
[0035]根据本申请提供的一种锚索动态力学性能测试系统，还包括：
[0036]第一固定装置，所述安装框架通过所述第一固定装置与待测锚索的上端固定连接；
[0037]第二固定装置，所述金属网通过所述第二固定装置与待测锚索的下端固定连接。
[0038]根据本申请提供的一种锚索动态力学性能测试系统，所述模拟岩层包括层状岩石板。
[0039]本专利技术提供的一种锚索动态力学性能测试方法及其测试系统，利用重锤和模拟岩层模拟锚索受到的冲击，并实时采集重锤的冲击力和位移数据，同时监测锚索的应变变化情况、锚索的受力变化情况、模拟岩层的超声波变化情况、模拟岩层的表面位移和破坏情况以及金属网的动态变形形态，根据采集和监测到的数据情况，计算并获得重锤冲击力时程曲线、重锤位移时程曲线、锚索应变时程曲线、锚索受力时程曲线、模拟岩层的超声波时程曲线和模拟岩层表面的变形场，从而实现对锚索轴向抗冲击性能的测试，对锚索的动载力学性能具有重要意义，能够对现场施工给予指导作用。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锚索动态力学性能测试方法，其特征在于，包括：S1、将锚索的上端固定在安装框架上，锚索下端固定有金属网，在金属网上布置模拟岩层，设定锚索的预紧力和/或锚固方式，在模拟岩层的一侧设置剪切装置，确定冲击能量并在模拟岩层的上方设置重锤；S2、根据确定好的冲击能量，释放重锤对模拟岩层产生冲击，冲击力传递至锚索，实时采集重锤的冲击力和位移数据，同时监测锚索的应变变化情况、锚索的受力变化情况、模拟岩层的超声波变化情况、模拟岩层的表面位移和破坏情况以及金属网的动态变形形态；S3、根据步骤S2采集和监测到的数据情况，计算并获得重锤冲击力时程曲线、重锤位移时程曲线、锚索应变时程曲线、锚索受力时程曲线、模拟岩层的超声波时程曲线和模拟岩层表面的变形场。2.根据权利要求1所述的锚索动态力学性能测试方法，其特征在于，在步骤S3之后，还包括：S4、在冲击过程中锚索破断后，对锚索断口进行测试，分析冲击载荷下锚索破断形态。3.根据权利要求2所述的锚索动态力学性能测试方法，其特征在于，步骤S4还包括：在冲击过程中锚索破断后，对锚索的金相组织和化学元素进行测试，分析锚索的金相组织和化学元素对锚索加固岩体抗冲击能力的影响。4.根据权利要求1所述的锚索动态力学性能测试方法，其特征在于，步骤S1中将锚索的上端固定在安装框架上，锚索下端固定有金属网，在金属网上布置模拟岩层，具体包括：锚索上部与安装框架顶梁固定，锚索下部与金属网固定，在金属网上方依次放置层状岩石板，用于模拟煤矿井下岩层，层状岩石板上放置垫块，用于承受重锤冲击。5.根据权利要求4所述的锚索动态力学性能测试方法，其特征在于，步骤S1中设定锚索的预紧力和/或锚固方式，具体包括：采用千斤顶张拉锚索的方式设定锚索的预紧力，其中锚索的预紧力设定为100～350kN；和/或，锚索的锚固方式包括：锚索全长锚固和锚索端部锚固；其中，若锚索全长锚固时，锚索与层状岩石板间采用树脂锚固剂进行锚固，且锚索的锚固长度超过其总长度的9...

【专利技术属性】
技术研发人员：付玉凯，吴拥政，王书文，周鹏赫，孙卓越，山世昌，
申请(专利权)人：中国中煤能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：