[發明專利]煤礦巷道錨桿錨索協同作用光彈實驗裝置

有效

• 申請號: 201510009683.1
• 申請日: 2015-01-08
• 公開（公告）號: CN104568253B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 李英明;周姚姚;左超;孟祥瑞
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01B11/16
• 代理公司: 北京雙收知識產權代理有限公司11241
• 代理人: 王菊珍

技術領域

本發明涉及一種實驗裝置，特別涉及一種煤礦巷道錨桿錨索協同作用光彈實驗裝置。

背景技術

煤炭是我國的主要能源之一，煤炭地下開采需要安全的工作空間。目前，煤礦巷道支護廣泛采用錨桿、錨索、錨噴網等支護形式。錨桿-錨索支護則是錨桿支護與錨索支護的結合，預緊力錨桿-錨索支護可以在巷道圍巖錨固結構中形成相互連接、相互疊加的有效應力區，把圍巖從荷載變為承載體，變被動支護為主動支護，通過錨桿-錨索協同作用提高錨固區內巖體的峰值強度和殘余強度，有效控制圍巖變形、位移和裂縫的發展，充分發揮圍巖自身的支撐作用，最大限度的保持圍巖的完整性、穩定性。因此，錨桿-錨索協同作用的研究對煤礦安全、高效生產具有深遠的意義。

光彈性實驗方法是一種光學的應力測量方法，在光測彈性儀上進行，先用具有雙折射性能的透明材料制成和實際構件形狀相似的模型，受力后，以偏振光透過模型，由于應力的存在，產生光的暫時雙折射現象，再透過分析鏡后產生光的干涉，在屏幕上顯示出具有明暗條紋的映象，根據它即可推算出構件內的應力分布情況，所以這種方法對形狀復雜的構件尤為適用。因為測量是全域性的，所以具有直觀性強，能有效而準確地確定受力模型各點的主應力差和主應力方向，并能計算出各點的主應力數值。尤其對構件應力集中系數的確定，光彈性實驗法顯得極為方便和有效。

目前，錨桿-錨索協同作用的研究方法主要包括現場實測、理論分析、物理模擬和數值模擬，模擬分析錨桿-錨索預緊力引起的應力分布特征，但上述方法存在以下問題：1、現場實測方法無法準確測出預緊力大小及方向，較難研究錨桿-錨索的協同作用；2、物理模擬方法忽略原巖應力場的存在，實驗偏差較大；3、理論分析方法是在半實驗、半理論的基礎上發展起來的，假設參數較多，且與實際差別較大，難以完全消除主觀因素的影響；4、上述方法實驗周期較長，成本較高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種煤礦巷道錨桿錨索協同作用光彈實驗裝置，該實驗裝置可以減小實驗誤差，并可將抽象的應力轉化為可直觀觀測的等差線條紋。

為實現上述目的，本發明提供以下的技術方案：煤礦巷道錨桿錨索協同作用光彈實驗裝置，包括實驗臺，所述實驗臺兩端通過兩根橫梁連接起來，兩根橫梁相互平行，所述兩根橫梁上從左向右依次設有五個可沿兩根橫梁軸向滑動的底座，每個底座上端均設有固定塊，其中從左向右排列的第三個底座的固定塊上安裝環氧樹脂制成的不同斷面的巷道模型，并且巷道模型內布置錨桿與錨索模型，所述實驗臺的一端安裝攝像頭，另一端安裝光源，其中靠近攝像頭一端的底座的固定塊上安裝檢偏鏡，靠近光源一端的底座的固定塊上安裝起偏鏡，剩余的兩個底座的固定塊上安裝四分之一波片，所述檢偏鏡、起偏鏡、兩個四分之一波片位于同一高度，安裝巷道模型的固定塊上設有卡槽，并且該固定塊上設有加固旋鈕，所述巷道模型底部通過加固旋鈕固定于卡槽內，起偏鏡、檢偏鏡、兩個四分之一波片也分別通過加固旋鈕與各自的固定塊連接，所述光源與攝像頭也分別通過加固旋鈕與實驗臺連接，所述巷道模型的工藝過程為：1、將環氧樹脂的液體原料和固化劑按4:1的比例混合攪拌均勻，然后用抽氣法除去其中的氣泡；2、將環氧樹脂的液體原料和固化劑的混合漿體倒入潔凈平放的金屬磨具中；3、將錨桿7和錨索6鑲嵌在選定斷面形狀的巷道模型4內；4、將金屬磨具放入烘箱，設置溫度120℃，烘烤4個小時；5、把金屬磨具從烘箱內取出，自然冷卻后將巷道模型4從金屬磨具內脫模取出。

優選的，錨桿用螺釘模擬，錨索用細鐵絲擰成的麻花體模擬，并且錨桿、錨索端頭設有螺紋，通過擰緊螺母可對巷道模型中的錨桿、錨索施加預緊力。

優選的，巷道模型斷面呈矩形。

優選的，巷道模型斷面呈圓拱形。

優選的，巷道模型斷面呈梯形。

本發明將使用環氧樹脂巷道模型和光彈實驗系統兩部分結合起來，利用環氧樹脂在受力變形時產生光學各向異性的特點，根據偏振方向不同光線的光程差確定應力差值，通過采用不同斷面的巷道模型，在特定的偏振光場中觀察，通過與計算機連接的攝像頭進行觀測，能更直觀的觀測到不同等差線條紋，從而實現實時獲取模型材料內部應力傳遞與變形數據，進而研究分析錨桿-錨索預緊力協同作用。本發明通過光彈實驗系統的應用，極大地縮短了實驗周期，減小了實驗誤差，進行錨桿-錨索協同作用原理及支護參數優化設計的研究。

附圖說明

圖1是本發明煤礦巷道錨桿錨索協同作用光彈實驗裝置的結構示意圖；

圖2是本發明中的光學元件固定調節示意圖；

圖3是本發明中的巷道模型固定調節示意圖；