[发明专利]钻‑封‑注一体化锚固技术综合试验台及其试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种巷道支护相似模拟试验装置，具体涉及一种钻-封-注一体化锚固技术综合试验台及其试验方法。

背景技术

相似材料模拟试验方法一直是采矿工程研究的重要实验方法，它是在试验台上按照相似原则按比例制作试验模型，在模型上开挖形成各类矿山构筑物，如矿井巷道、采场、硐室等，借助相关传感器、数据采集及分析设备来研究矿山构筑物围岩的变形、应力、破坏等现象及其机理。锚杆支护技术自诞生以来, 以其显著的技术和经济优越性得到了广泛应用，是巷道支护技术的一场革命。目前，巷道锚杆支护并不能适用于所有煤岩体，尤其是松软破碎煤岩体，此类围岩锚固孔钻进时成孔性差，易塌孔导致无法顺利进行锚杆锚固，需重新疏通锚固孔。即使顺利进行锚杆锚固，锚杆锚固剂层与围岩粘结力较弱导致锚固力较低，且锚固力衰减速率较大，无法达到理想的锚固效果。针对松软破碎煤岩体支护加固，钻-封-注一体化锚杆能有效克服上述难题，在对钻-封-注一体化锚杆进行实验室研究时多采用平面相似模拟或无载荷作用三维相似模拟，因此无法对钻-封-注一体化锚杆进行注浆加固机理的综合研究，造成此类结果研究往往不能揭示全面的锚固加固机理，偏离实际工程状况，造成成果很难有效应用于巷道锚杆支护设计领域。因此，应用相似模拟理论、结构力学、材料力学、机械设计及制造等学科知识，开发出一种结构简单合理、实现模拟围岩三向受力的钻-封-注一体化锚固技术综合试验台及其试验方法势在必行。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种钻-封-注一体化锚固技术综合试验台及其试验方法，可有效解决矿山巷道钻-封-注一体化锚杆支护的相似模拟及参数优化，保证模拟质量及确保围岩支护安全有效的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：钻-封-注一体化锚固技术综合试验台，包括组合框架、箱体和加压模块，箱体包括成矩形结构的底座，底座上垂直设置有依次连接的前安装架、左安装架、后安装架和右安装架，前安装架后侧面和后安装架前侧面均固定设置有钢挡板9，前侧的钢挡板9上均匀开设有若干个圆孔7，左安装架右侧面和右安装架左侧面均固定设置有有机玻璃板13；底座、两块钢挡板9和两块有机玻璃板13合围的空腔内填充有松软破碎煤岩体；

组合框架包括构造相同的前龙门架和后龙门架，前龙门架包括一根底梁10、两根立柱14和一根顶梁17，底梁10和顶梁17均沿左右方向水平设置，两根立柱14均垂直设置，底梁10沿左右水平方向穿过底座，两根立柱14分别位于左安装架的左侧和右安装架的右侧，两根立柱14下端通过连接板12及第一紧固螺栓11分别与底梁10的两端连接，顶梁17两端通过第二紧固螺栓20对应与两根立柱14的上端连接，前龙门架的顶梁17和后龙门架的顶梁17之间通过两根横梁16连接；

加压模块包括上支撑板2、千斤顶15、压板3和木板4，木板4铺设在松软破碎煤岩体顶部，压板放置在木板4上，上支撑板2通过第三紧固螺栓22水平设置在两根顶梁17底部，千斤顶15位于上支撑板2和压板3之间。

底座包括四根底部围梁8和底部钢板18，四根底部围梁8均水平设置首尾相连形成矩形框架，底部钢板18铺设在矩形框架上；

前安装架、左安装架、后安装架和右安装架均由若干根垂直角钢5和若干根水平角钢19交叉焊接而成，垂直角钢5和水平角钢19均设置有若干根，垂直角钢5下端均焊接在底部围梁8上，水平角钢19沿垂直方向设置至少三层，每层的水平角钢19均与垂直角钢5交叉焊接，最上层的水平角钢19与垂直角钢5的上端齐平。

千斤顶15和上支撑板2均设置有六个，六个千斤顶顶部固定在上支撑板2底部，每个千斤顶15通过耐压管与高压油泵连接。

底梁10、顶梁17均采用的是槽钢，立柱14采用的为H型钢，其中每根顶梁17均由并排相背设置的两根槽钢制成，上支撑板2通过第三紧固螺栓22水平设置在两根槽钢之间。

钻-封-注一体化锚固技术综合试验台的试验方法，包括以下步骤：

A、向两块钢挡板9和两块有机玻璃板13合围的空腔内分层铺设模拟松软破碎煤岩体，铺设过程中使用模拟松软破碎煤岩体棍棒捣实，并根据试验要求在不同深度安装数据采集传感器；

B、当模拟松软破碎煤岩体填充满并铺平后，在模拟松软破碎煤岩体上铺上木板4，在木板4上放置压板3，使压板3均位于六个千斤顶15下方；

C、启动高压油泵，千斤顶15通过压板3向下压木板4，木板4对模拟松软破碎煤岩体下压，对松软破碎煤岩体施加至预设载荷值后停止高压油泵，千斤顶15保持稳定；