[发明专利]一种用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置

权利要求书

1.一种用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置，其特征在于：包括四个部分：固定托架、防爆裂网、锚固体试件以及冲击力监测与缓冲装置；

整个装置设置在马弗炉内部，便于对装置进行加热；

固定托架由矩形托网、脚撑和减震装置组成，固定托架恰好能放入马弗炉的炉膛内；在矩形托网底部设有四个脚撑；矩形托网上方焊接两排防转动架，防转动架为三角形铁块，每排三个分布在防爆裂网中心线两侧；将防爆裂网采用铅丝铰接在矩形托网上，使防爆裂网位于两排防转动架之间；矩形托网下方垂直装有三根受力主筋；每根受力主筋两端各有一套减震装置，减震装置由减震螺母和减震弹簧连接组成；减震装置紧贴在马弗炉内壁上；

所述防爆裂网为圆筒状结构，由加强筋及细孔金属网组成，加强筋接头焊接牢靠，细孔金属网固定于加强筋内部，防止锚固材料爆轰时锚固体试件飞出；防爆裂网的前端面留有与锚杆杆体直径和压力传感器内径配套的圆孔，用于将压力传感器和锚杆杆体固定于防爆裂网上；防爆裂网的后端面能手动开闭，以便实验加热前先将拉拔试件置入防爆裂网内，并用铅丝重新铰接牢靠；

所述冲击力监测与缓冲装置由冲击力监测装置和冲击力缓冲防护装置组成，分为两组，对称分布在防爆裂网前端面内外两侧；所述冲击力监测装置为耐高温高压压力传感器，共设有两个，分别为内向冲击压力传感器和外向冲击压力传感器，分布在防爆裂网前端面内外两侧；所述冲击力缓冲防护装置包括固定螺母和缓冲防护弹簧，有两组，分别对称分布在防爆裂网前端面内外两侧；

所述锚固体试件由锚杆杆体、锚固材料及模拟钢管组成，锚杆杆体通过锚固材料固定在模拟钢管的中心，并使用固定螺母固定在防爆裂网内部中心位置。

2.根据权利要求1所述的用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置，其特征在于：所述减震弹簧通过螺母调整后分别固定在三根受力主筋两个端部的螺杆上，三根受力主筋垂直焊接在矩形托网的下方；受力主筋设置为一纵两横，减震装置共设有三组，每组包括一根受力主筋、固定螺母和减震弹簧，每组减震装置通过减震弹簧固定在马弗炉内壁上。

3.根据权利要求1所述的用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置，其特征在于：所述压力传感器为耐高温、耐冲击、具有记忆读取功能且能无线传输的智能传感器，量程为0-120 MPa，能记录并读取实验全阶段的压力变化，记录频率为100次/s；所述无线传输为无线短距离网络传输。

4.根据权利要求1所述的用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置，其特征在于：防爆裂网与矩形托网的中轴线重叠，防爆裂网通过金属网孔使用铅丝铰接在矩形托网的中心，并通过固定支架上的防转动架限制其转动。

5.根据权利要求1所述的用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置，其特征在于：所述锚固材料为有机高分子锚固材料，在300~500℃的高温下会快速热解并产生大量的气体，具有爆轰倾向性。

6.一种权利要求1~5任一项所述的用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置的使用方法，其特征在于：实验时，先将锚固体试件通过冲击力监测与缓冲装置固定在防爆裂网内，再将防爆裂网采用铅丝绞接在矩形托网的中轴线上，而后将装置整体放置在马弗炉内进行加热；

高温加热过程中有机高分子锚固材料在300~500℃的高温下会快速热解炭化，产生大量气体并迅速膨胀，由于环向受到钢管的约束，只能沿钢管轴向爆裂喷溅，形成冲击；当锚固体试件在马弗炉中发生高温爆轰时，爆轰气体推动杆体向前或向后冲击，冲击力作用通过内外固定螺母作用在缓冲防护弹簧上，缓冲防护弹簧挤压压力传感器获得杆体冲击力，并对杆体冲击力起到缓冲作用，防止锚固体试件飞出。

7.根据权利要求6所述的用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）预先制备好锚固体试件，并将防爆裂网内部的冲击力监测与缓冲装置通过内侧杆体固定螺母固定在锚杆杆体上；

（2）打开防爆裂网后端面，将锚固体试件和冲击力监测与缓冲装置放进防爆裂网中，将锚杆杆体穿过防爆裂网前端面的孔，并将防爆裂网外部的冲击力监测与缓冲装置通过外部的杆体固定螺母固定在锚杆杆体上；调整外部杆体固定螺母使内外压力传感器与防爆裂网前端面紧密贴合；

（3）用铅丝将防爆裂网后端面铰接固定，并用铅丝将防爆裂网固定在矩形托网的中轴线上；

（4）打开马弗炉炉门，将装置整体放进马弗炉内，调整马弗炉内壁减震装置的减震螺母，使六个减震弹簧与马弗炉内壁贴合紧密，关上马弗炉炉门；

（5）以20℃为加热梯度对锚固材料进行加热，通过压力传感器记录锚固材料发生爆轰的时间及爆轰时的冲击力变化情况。