[发明专利]煤矿巷道帮部锚杆或锚索锚固模拟实验装置及其实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿巷道帮部锚杆或锚索锚固模拟实验装置及其实验方法。

背景技术

相似材料模拟实验方法一直是采矿工程实验研究的主要实验方法，它的实质是在实验台上用与模型力学性质相似的材料按照几何相似的一定比例缩制成实验模型。在模型上可以开挖成各类工程，如煤矿巷道和硐室、长壁采场，通过对工程过程的模拟和实验观察，来研究工程围岩体的变形、移动和破坏等力学现象，以及分析作用于支护结构上的力。传统的巷道锚杆（索）支护效果的相似材料模拟实验方法一般用的是平面模拟实验装置，它只能研究原型的一个剖面，而对于三维应力均有变化的研究对象，平面模拟实验台存在不合理性。平面实验台不能模拟在巷道里面打锚杆（索）的过程，以得到锚杆（索）的受力情况以及支护的质量检测：它的夹紧结构方面也存在不合理性，长期试验后，槽钢会造成不同程度的弯曲，装架后模型表面凹凸不平，影响模型的相似性；模型架升降不方便，升降过程不易控制，往往成型后由于速度控制不当产生震动，损坏模型内部结构，造成实验结构不够准确，影响对煤矿巷道支护安全预防，会造成安全事故。因此，应用相似理论、结构力学、材料力学等学科知识，开发出一种三维的、结构简单合理、实现钻打锚杆（索）工艺的立体巷道锚杆（索）支护相似材料模拟实验台势在必行。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种能够模拟煤矿巷道帮部的锚杆（索）支护的锚固效果测试的煤矿巷道帮部锚杆或锚索锚固模拟实验装置及其实验方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：煤矿巷道帮部锚杆或锚索锚固模拟实验装置，包括实验台、加压机构和模拟实验箱，实验台包括长方形框架、实验面板和四块支撑钢板，四块支撑钢板均垂直设置，四块支撑钢板合围成长方体结构，每块支撑钢板的两侧边底部开设有地脚孔，长方形框架固定在四块支撑钢板上边沿上，长方形框架呈水平设置，实验面板固定在长方形框架上且实验面板的尺寸与长方形框架的内框尺寸相同；

模拟实验箱固定在实验面板上表面，加压机构通过加压支架固定在实验面板上表面且位于模拟实验箱的上方；

模拟实验箱包括后挡板、位于左右两侧的两块侧钢板以及若干块位于前侧的前挡板，后挡板以及两块侧钢板均垂直固定在实验面板上，若干块前挡板上下并排设置，每块前挡板的左右两端分别通过第一螺栓连接在两块侧钢板的前侧边上；每块前挡板上设有两排锚固孔，其中左右相邻的两个锚固孔的间距均为200mm，第一排的锚固孔直径均为32mm±0.5mm，第二排的锚固孔直均为50mm±0.5mm。

相邻的两块支撑钢板通过角钢固定连接，角钢通过第二螺栓固定在相邻两块支撑钢板的侧部。

长方形框架的四个边框分别通过角钢连接在四块支撑钢板的上边沿上，角钢通过第三螺栓固定在长方形框架的边框和支撑钢板上边沿上。

实验面板通过焊接的方式固定在长方形框架上。

模拟实验箱位于加压支架内，加压支架包括若干块顶板和若干组龙门架，若干组龙门架前后并排设置，龙门架外形为门字形结构，龙门架包括左立柱、右立柱和水平框架，左立柱和右立柱垂直设置，左立柱的下端通过第四螺栓固定在实验面板上，左立柱与侧钢板的左侧相接触，右立柱的下端通过第五螺栓固定在实验面板上，右立柱与另一块侧钢板的右侧相接触，水平框架水平设置，水平框架通过第六螺栓固定在左立柱和右立柱上端；

若干块顶板通过第七螺栓固定在若干组龙门架的水平框架上；加压机构包括油缸组，油缸组包括若干个油缸，每个油缸的缸体端部固定在顶板下表面并穿设在水平框架内，每个油缸的活塞杆垂直向下设置并固定有压板，压板呈水平方向设置。

每块前挡板上设有两个实验托板，两个实验托板分别位于两排锚固孔的下方，实验托板外形为角钢型，实验托板的一侧板垂直设置并通过第八螺栓固定在前挡板上，实验托板的另一侧板水平设置。

煤矿巷道帮部锚杆或锚索锚固模拟实验装置进行锚固模拟的实验方法，包括以下步骤：

（1）、对实验台进行安装：按照基础图，开挖基础坑，向基础坑内浇灌混凝土并对混凝土进行捣实，接着将实验台安放在混凝土上表面，保证实验台的实验面板水平后，在地脚孔内穿入地脚螺栓，通过地脚螺栓将四块支撑钢板固定在混凝土上；

（2）、浇灌混凝土15天后，调整实验台的实验面板至水平状态并保证实验台的支撑钢板与混凝土上表面紧密接触后，紧固地脚螺栓上的螺母，接着依次将模拟实验箱体和加压支架安装在实验台的实验面板上，然后把加压机构装配在加压支架顶部；