【技术实现步骤摘要】
本申请涉及深部地下工程结构安全与防护的，尤其是涉及一种锚固体结构抗冲击性能原位测试系统及试验方法。
技术介绍
1、随着人类对地下空间的不断开发利用，深部地下工程结构的安全与防护问题日益凸显。以矿井、隧道为代表的诸多地下工程结构，不仅在地质条件复杂的地下环境中承受着巨大的外力作用，还可能面临外部冲击、爆炸等突发性事件的影响。因此，确保这些工程结构的安全性和稳定性，对于保障人民生命财产安全和工程的长期稳定运行具有重要意义。
2、锚杆支护技术在地下结构中发挥着至关重要的作用，通过在岩土体中植入高强度的锚杆，不仅能够有效地提高围岩的抗拉、抗压能力，而且通过锚杆与围岩之间的摩擦力和粘结力作用，形成稳固的复合体，确保地下结构在复杂地质条件和外部动态荷载作用下的安全性和稳定性，为地下空间的安全开发和利用提供了坚实的技术保障。
3、相关技术可参考公告号为cn110286029b的中国专利，公开了一种锚杆拉拔实验装置及系统，包括间隔设置的夹持盘和顶压盘，夹持盘的边缘通过多根连接杆与顶压盘的边缘连接；夹持盘的中部设有夹持杆，夹持杆沿背向顶压盘的方向延伸；顶压盘的中部设有通孔；连接杆上设有居中固定器。
4、针对上述中的相关技术，传统的锚杆拉拔测试方法虽然在评估锚杆的锚固力方面发挥着重要作用，但它们通常无法同时在原位实现精准的高应力快速动态拉拔检测，在实际地下工程中，锚杆在受到矿震、爆炸或其他动态荷载时的真实性能难以被准确评估，现有技术往往无法完全反映锚杆在实际工程环境中的动态响应。
技术
1、为了对锚杆在实际工程环境中的动态响应进行模拟，对锚杆的抗冲击性能进行原位测试，本申请提供一种锚固体结构抗冲击性能原位测试系统及试验方法。
2、第一方面，本申请提供一种锚固体结构抗冲击性能原位测试系统，采用如下的技术方案：
3、一种锚固体结构抗冲击性能原位测试系统，包括固定在煤岩体内的锚杆，还包括有反力钢架，所述反力钢架上固定设置有液压缸，所述液压缸的活塞杆通过液压装置供油推动控制，所述锚杆远离煤岩体一端通过拧固头与液压缸的活塞杆连接，所述拧固头包括金属外壳、锚杆夹具和活塞杆夹具，所述锚杆夹具和活塞杆夹具位于金属外壳内部两侧，所述锚杆夹具和活塞杆夹具之间设置有荷载传感器，所述金属外壳上安装有靠近锚杆一侧的垫板，所述垫板内设置有位移传感器，所述位移传感器与液压装置相连，所述液压缸的活塞杆端部设置有连接头，所述活塞杆夹具与连接头连接，所述锚杆夹具与锚杆连接。
4、通过采用上述技术方案，将拧固头一端内置的锚杆夹具与锚杆固定连接，拧固头另一端内置的活塞杆夹具与液压缸活塞杆端部的连接头固定连接，通过液压装置控制液压缸工作，液压缸活塞杆收缩，液压缸的活塞杆通过拧固头将拉拔力作用于锚杆上，以恒定速率实现原位下对锚固体的动态拉拔，对锚杆在实际工程环境中的动态响应进行模拟，对锚杆的抗冲击性能进行原位测试，在试验过程中，安装在拧固头内的荷载传感器和位移传感器同步采集拉拔过程中的数据，并通过有线传输反馈至伺服控制器并存储至计算机，计算机通过输出纠偏信号以实现对液压缸内液压油的伺服控制，使锚杆处于稳定的加载状态。
5、可选的，所述反力钢架包括底座、连接架和两个底托，所述底座固定安装在连接架底部，两个所述底托均固定安装在连接架靠近煤岩体一侧，且两个所述底托与煤岩体抵接。
6、通过采用上述技术方案，反力钢架上的底座和底托与煤岩体贴合，反力钢架通过底托和底座与煤岩体固定，在动态加载时，底托和底座为反力钢架进行支撑，提高反力钢架在试验过程中稳定性，从而提高试验过程中测量数据的精确性。
7、可选的，所述连接架上套设有套筒，所述套筒能够沿连接架上下滑动，所述套筒上设置有用于安装液压缸的固定板，所述固定板与套筒一体成型，所述套筒上下两端设置有用于与连接架可拆卸连接的固定扣，所述固定扣上设置有用于控制固定扣开合的拨杆。
8、通过采用上述技术方案，将反力钢架上固定板通过套筒移动至连接架的合适位置后，压紧两个固定扣上的拨杆，对固定板位置进行调整，将固定板与液压缸之间通过螺栓连接，从而方便对液压缸的高度位置进行调整。
9、可选的，所述液压装置包括油箱、液压泵、进油通道、出油通道和电磁换向阀，所述进油通道和出油通道均与电磁换向阀连通，所述电磁换向阀通过两根油管与液压缸端口连通，所述液压泵连接有伺服控制器，所述伺服控制器与位移传感器相连，所述进油通道上设置有蓄能器和溢流阀。
10、通过采用上述技术方案，通过伺服控制器控制液压泵进行工作，伺服控制器控制液压泵和蓄能器通过进油通道对液压缸的进油量进行控制。
11、第二方面，本申请提供一种锚固体结构抗冲击性能原位测试试验方法，使用上述的锚固体结构抗冲击性能原位测试系统，包括如下步骤：
12、s1、将反力钢架固定安装在煤岩体上，将液压缸固定安装在反力钢架上；
13、s2、将拧固头一端内置的锚杆夹具与锚杆固定连接，拧固头另一端内置的活塞杆夹具与液压缸活塞杆端部的连接头固定连接；
14、s3、将液压缸两端的油管分别与液压装置的进油通道和出油通道连通；
15、s4、启动伺服控制器，启动液压缸，液压缸活塞杆收缩，拧固头向远离锚杆方向移动，对锚杆施加拉拔力；
16、s5、荷载传感器对拧固头受到拉拔力的大小进行采集，记录拉拔力的大小和变化过程；
17、s6、位移传感器采集垫板移动的距离，记录位移传感器移动的距离；
18、s7、锚杆上贴附有应变片，应变片监测锚杆在拉拔作用下的应变变化。
19、可选的，在s2之前，还包括：
20、将反力钢架上固定板通过套筒进行移动，液压缸活塞杆位置与锚杆处于同一直线，压紧两个固定扣上的拨杆，将固定板与液压缸之间通过螺栓连接，将反力钢架上的底座和底托与煤岩体贴合。
21、可选的，在步骤s4中，还包括；
22、在计算机中输入额定的高阈值和额定的低阈值，荷载传感器将采集的拉拔力以实时数据发送给计算机，计算机将实时数据与高阈值和低阈值进行对比；
23、当实时数据不小于高阈值时，计算机向伺服控制器输出负纠偏信号，伺服控制器向液压泵发送指令，液压泵减小输送到液压缸内液压油的压力；
24、当实时数据小于高阈值且大于低阈值时，计算机向伺服控制器输出维持信号，液压缸继续持续当前工作；
25、当实时数据不大于低阈值时，计算机向伺服控制器输出正纠偏信号，伺服控制器向液压泵发送指令，液压泵增大输送到液压缸内液压油的压力。
26、可选的，在s7之后，还包括；
27、伺服控制器向电磁换向阀输出更换信号，电磁换向阀更换液压油流动方向，更换液压缸内液压油的供给位置，液压缸的活塞杆进行回推。
28、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
29、将拧固头一端内置的锚杆夹具与锚杆固定连接，拧本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种锚固体结构抗冲击性能原位测试系统，包括固定在煤岩体(1)内的锚杆(2)，其特征在于：还包括有反力钢架(3)，所述反力钢架(3)上固定设置有液压缸(4)，所述液压缸(4)的活塞杆通过液压装置(5)供油推动控制，所述锚杆(2)远离煤岩体(1)一端通过拧固头(6)与液压缸(4)的活塞杆连接，所述拧固头(6)包括金属外壳(61)、锚杆夹具(62)和活塞杆夹具(63)，所述锚杆夹具(62)和活塞杆夹具(63)位于金属外壳(61)内部两侧，所述锚杆夹具(62)和活塞杆夹具(63)之间设置有荷载传感器(64)，所述金属外壳(61)上安装有靠近锚杆(2)一侧的垫板(65)，所述垫板(65)内设置有位移传感器(66)，所述位移传感器(66)与液压装置(5)相连，所述液压缸(4)的活塞杆端部设置有连接头(42)，所述活塞杆夹具(63)与连接头(42)连接，所述锚杆夹具(62)与锚杆(2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种锚固体结构抗冲击性能原位测试系统，其特征在于：所述反力钢架(3)包括底座(31)、连接架(32)和两个底托(33)，所述底座(31)固定安装在连接架(32)底部
3.根据权利要求2所述的一种锚固体结构抗冲击性能原位测试系统，其特征在于：所述连接架(32)上套设有套筒(34)，所述套筒(34)能够沿连接架(32)上下滑动，所述套筒(34)上设置有用于安装液压缸(4)的固定板(35)，所述固定板(35)与套筒(34)一体成型，所述套筒(34)上下两端设置有用于与连接架(32)可拆卸连接的固定扣(341)，所述固定扣(341)上设置有用于控制固定扣(341)开合的拨杆(3411)。
4.根据权利要求1所述的一种锚固体结构抗冲击性能原位测试系统，其特征在于：所述液压装置(5)包括油箱(51)、液压泵(52)、进油通道(53)、出油通道(54)和电磁换向阀(55)，所述进油通道(53)和出油通道(54)均与电磁换向阀(55)连通，所述电磁换向阀(55)通过两根油管与液压缸(4)端口连通，所述液压泵(52)连接有伺服控制器(56)，所述伺服控制器(56)与位移传感器(66)相连，所述进油通道(53)上设置有蓄能器(57)和溢流阀(58)。
5.一种锚固体结构抗冲击性能原位测试试验方法，使用权利要求1-4任一权利要求所述的锚固体结构抗冲击性能原位测试系统，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种锚固体结构抗冲击性能原位测试试验方法，其特征在于，在S2之前，还包括：
7.根据权利要求6所述的一种锚固体结构抗冲击性能原位测试试验方法，其特征在于，在步骤S4中，还包括；
8.根据权利要求7所述的一种锚固体结构抗冲击性能原位测试试验方法，其特征在于，在S7之后，还包括；
...【技术特征摘要】
1.一种锚固体结构抗冲击性能原位测试系统，包括固定在煤岩体(1)内的锚杆(2)，其特征在于：还包括有反力钢架(3)，所述反力钢架(3)上固定设置有液压缸(4)，所述液压缸(4)的活塞杆通过液压装置(5)供油推动控制，所述锚杆(2)远离煤岩体(1)一端通过拧固头(6)与液压缸(4)的活塞杆连接，所述拧固头(6)包括金属外壳(61)、锚杆夹具(62)和活塞杆夹具(63)，所述锚杆夹具(62)和活塞杆夹具(63)位于金属外壳(61)内部两侧，所述锚杆夹具(62)和活塞杆夹具(63)之间设置有荷载传感器(64)，所述金属外壳(61)上安装有靠近锚杆(2)一侧的垫板(65)，所述垫板(65)内设置有位移传感器(66)，所述位移传感器(66)与液压装置(5)相连，所述液压缸(4)的活塞杆端部设置有连接头(42)，所述活塞杆夹具(63)与连接头(42)连接，所述锚杆夹具(62)与锚杆(2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种锚固体结构抗冲击性能原位测试系统，其特征在于：所述反力钢架(3)包括底座(31)、连接架(32)和两个底托(33)，所述底座(31)固定安装在连接架(32)底部，两个所述底托(33)均固定安装在连接架(32)靠近煤岩体(1)一侧，且两个所述底托(33)与煤岩体(1)抵接。
3.根据权利要求2所述的一种锚固体结构抗冲击性能原位测试系统，其特征在于：所述连接架(32)上套设有套筒(34)，所述套筒(34)能够...
【专利技术属性】
技术研发人员：鞠明和，张波，窦林名，蔚立元，张田录，王永忠，胡李华，赵龙，柴发英，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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