[發明專利]煤礦巷道幫部錨桿或錨索錨固模擬實驗裝置及其實驗方法

在審

• 申請號: 201711353856.7
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN107831009A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 劉少偉;賈后省;付孟雄;王偉;韓冰;姜彥軍;于濤
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01N3/08;E21D20/00
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙)41131
• 代理人: 朱俊峰

技術領域

本發明涉及一種煤礦巷道幫部錨桿或錨索錨固模擬實驗裝置及其實驗方法。

背景技術

相似材料模擬實驗方法一直是采礦工程實驗研究的主要實驗方法，它的實質是在實驗臺上用與模型力學性質相似的材料按照幾何相似的一定比例縮制成實驗模型。在模型上可以開挖成各類工程，如煤礦巷道和硐室、長壁采場，通過對工程過程的模擬和實驗觀察，來研究工程圍巖體的變形、移動和破壞等力學現象，以及分析作用于支護結構上的力。傳統的巷道錨桿（索）支護效果的相似材料模擬實驗方法一般用的是平面模擬實驗裝置，它只能研究原型的一個剖面，而對于三維應力均有變化的研究對象，平面模擬實驗臺存在不合理性。平面實驗臺不能模擬在巷道里面打錨桿（索）的過程，以得到錨桿（索）的受力情況以及支護的質量檢測：它的夾緊結構方面也存在不合理性，長期試驗后，槽鋼會造成不同程度的彎曲，裝架后模型表面凹凸不平，影響模型的相似性；模型架升降不方便，升降過程不易控制，往往成型后由于速度控制不當產生震動，損壞模型內部結構，造成實驗結構不夠準確，影響對煤礦巷道支護安全預防，會造成安全事故。因此，應用相似理論、結構力學、材料力學等學科知識，開發出一種三維的、結構簡單合理、實現鉆打錨桿（索）工藝的立體巷道錨桿（索）支護相似材料模擬實驗臺勢在必行。

發明內容

本發明為了解決現有技術中的不足之處，提供一種能夠模擬煤礦巷道幫部的錨桿（索）支護的錨固效果測試的煤礦巷道幫部錨桿或錨索錨固模擬實驗裝置及其實驗方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：煤礦巷道幫部錨桿或錨索錨固模擬實驗裝置，包括實驗臺、加壓機構和模擬實驗箱，實驗臺包括長方形框架、實驗面板和四塊支撐鋼板，四塊支撐鋼板均垂直設置，四塊支撐鋼板合圍成長方體結構，每塊支撐鋼板的兩側邊底部開設有地腳孔，長方形框架固定在四塊支撐鋼板上邊沿上，長方形框架呈水平設置，實驗面板固定在長方形框架上且實驗面板的尺寸與長方形框架的內框尺寸相同；

模擬實驗箱固定在實驗面板上表面，加壓機構通過加壓支架固定在實驗面板上表面且位于模擬實驗箱的上方；

模擬實驗箱包括后擋板、位于左右兩側的兩塊側鋼板以及若干塊位于前側的前擋板，后擋板以及兩塊側鋼板均垂直固定在實驗面板上，若干塊前擋板上下并排設置，每塊前擋板的左右兩端分別通過第一螺栓連接在兩塊側鋼板的前側邊上；每塊前擋板上設有兩排錨固孔，其中左右相鄰的兩個錨固孔的間距均為200mm，第一排的錨固孔直徑均為32mm±0.5mm，第二排的錨固孔直均為50mm±0.5mm。

相鄰的兩塊支撐鋼板通過角鋼固定連接，角鋼通過第二螺栓固定在相鄰兩塊支撐鋼板的側部。

長方形框架的四個邊框分別通過角鋼連接在四塊支撐鋼板的上邊沿上，角鋼通過第三螺栓固定在長方形框架的邊框和支撐鋼板上邊沿上。

實驗面板通過焊接的方式固定在長方形框架上。

模擬實驗箱位于加壓支架內，加壓支架包括若干塊頂板和若干組龍門架，若干組龍門架前后并排設置，龍門架外形為門字形結構，龍門架包括左立柱、右立柱和水平框架，左立柱和右立柱垂直設置，左立柱的下端通過第四螺栓固定在實驗面板上，左立柱與側鋼板的左側相接觸，右立柱的下端通過第五螺栓固定在實驗面板上，右立柱與另一塊側鋼板的右側相接觸，水平框架水平設置，水平框架通過第六螺栓固定在左立柱和右立柱上端；

若干塊頂板通過第七螺栓固定在若干組龍門架的水平框架上；加壓機構包括油缸組，油缸組包括若干個油缸，每個油缸的缸體端部固定在頂板下表面并穿設在水平框架內，每個油缸的活塞桿垂直向下設置并固定有壓板，壓板呈水平方向設置。

每塊前擋板上設有兩個實驗托板，兩個實驗托板分別位于兩排錨固孔的下方，實驗托板外形為角鋼型，實驗托板的一側板垂直設置并通過第八螺栓固定在前擋板上，實驗托板的另一側板水平設置。

煤礦巷道幫部錨桿或錨索錨固模擬實驗裝置進行錨固模擬的實驗方法，包括以下步驟：

（1）、對實驗臺進行安裝：按照基礎圖，開挖基礎坑，向基礎坑內澆灌混凝土并對混凝土進行搗實，接著將實驗臺安放在混凝土上表面，保證實驗臺的實驗面板水平后，在地腳孔內穿入地腳螺栓，通過地腳螺栓將四塊支撐鋼板固定在混凝土上；

（2）、澆灌混凝土15天后，調整實驗臺的實驗面板至水平狀態并保證實驗臺的支撐鋼板與混凝土上表面緊密接觸后，緊固地腳螺栓上的螺母，接著依次將模擬實驗箱體和加壓支架安裝在實驗臺的實驗面板上，然后把加壓機構裝配在加壓支架頂部；