[发明专利]一种锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验装置及方法

说明书

一种锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验装置及方法，涉及采矿工程和岩石力学技术领域，解决了精准测量巷道围岩强度的技术问题。该试验装置包括固定机构、加载机构、测量机构和控制系统，其中固定底座沿固定杆升降，从而方便安装和测量；加载机构包括液压泵和柱塞泵，液压泵带动柱塞泵工作，控制加载油缸的升柱速度，从而调整压模压入围岩的速度；测量机构包括红外测距单元和无线压力监测单元，持续监测并将监测数据反馈至控制系统；控制系统控制加载机构工作，并处理监测数据。该试验装置直接安装在巷道内和锚杆固定，调平装置后开始压入加载，获取监测数据后卸压并拆卸装置，完成锚杆支护巷道围岩强度原位测试，其步骤简单、适应性强。

技术领域

本发明涉及采矿工程和测量技术领域，尤其是一种锚杆支护巷道围岩强度的原位测试装置，以及利用该装置进行测试的试验方法。

背景技术

岩石力学参数是地下工程支护参数设计和选取的重要依据，其结果直接决定地下工程的巷道支护参数。岩石强度的常用测定方法包括两种，分别为室内试验和现场原位测试。室内试验是先在井下取样，经钻取岩芯，然后运至实验室进行岩石力学参数测定。现场原位测试是在对原岩二次扰动较小的前提下直接测量，该测定更接近原位岩体的有关力学性质。室内试验在岩石取样的基础上获得，在巷道围岩较坚硬时，测试结果准确性相对较高，但围岩为软岩时，岩样取芯较困难，适用性较差。现场原位测试在两种岩性条件下测试岩体强度，准确性相对更高，适用性更强，对地下工程支护设计和稳定控制具有重要的参考价值。

目前，常见的现场原位测试方法有水力压裂法、钻孔触探法等，这些方法都需要打孔等工序，水力压裂法还需要高压注水，对原岩性质扰动较大。现有技术中：中国专利(CN106680890B)提供了一种矿用水力压裂法原岩应力测试装置及其测试方法，测试装置应用了水力压裂法，对硬岩条件下较为准确，但在软岩条件下，如砂岩或泥岩岩层，高压注水等工序对原岩性质干扰极大，使软岩遇水发生明显变化，对该类围岩测试区域整体影响大。

为此，需要提供一种测试更加精准、适用性更广、对围岩扰动较小的煤矿巷道围岩强度原位测试试验装置及测试方法，尤其是在软岩条件下的精准测量，对巷道支护设计及围岩稳定性分析是非常重要和必要的。

发明内容

为了解决精准测量巷道围岩强度的问题，尤其是适应软弱岩性的地质条件，避免钻孔或注水对围岩的影响，使测量更加接近原位岩体的有关力学性质，本发明提供了一种锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验装置及方法，具体的技术方案如下。

一种锚杆支护巷道围岩强度原位测试试验装置，包括固定机构、加载机构、测量机构和控制系统，所述固定机构包括固定杆、套筒、固定底座、调节托盘和安全环，固定底座上设置有多个通孔，固定杆和任意通孔配合，调节托盘安装在固定底座下方并与固定杆上的螺纹配合，固定底座的边缘设置有多个安全环，套筒连接固定杆的上端和巷道内的锚杆外露端；所述加载机构配置在固定底座上，加载机构包括液压泵、柱塞泵、加载油缸、底盘和压模，液压泵通过联轴器和柱塞泵相连，柱塞泵与液压油箱相连，柱塞泵相连的高压油管上分别配置有调速阀和泄压阀；所述高压油管和加载油缸相连，加载油缸的活塞杆上端固定配置有底盘，压模安装在底盘；所述测量机构包括红外测距单元和无线压力监测单元，红外测距单元配置在底盘上，无线压力监测单元配置在加载油缸上；所述测量机构的监测数据传输至控制系统，控制系统处理数据并控制加载机构工作。

优选的是，固定杆和固定底座连接端的杆体上设置有螺纹，固定杆和套筒的连接端光滑，所述套筒内侧的螺纹和锚杆螺纹端相互配合。

还优选的是，固定底座呈三角形，固定底座上的通孔沿三角形的中线布置；所述通孔的孔径大于固定杆的直径，固定底座下方的固定杆上配置有螺母，固定底座的上放配置有螺母。

还优选的是，液压泵为直流液压泵电机并通过直流电源驱动，电源设置有无线电控制开关；所述直流电源还分别与调速阀和泄压阀电连接。

还优选的是，加载油缸配置在固定底座的中心位置，所述无线应力监测单元测量加载油缸内液压油的油压。