本發(fā)明涉及一種巷道支護(hù)相似模擬試驗(yàn)裝置，具體涉及一種鉆-封-注一體化錨固技術(shù)綜合試驗(yàn)臺及其試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

相似材料模擬試驗(yàn)方法一直是采礦工程研究的重要實(shí)驗(yàn)方法，它是在試驗(yàn)臺上按照相似原則按比例制作試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在模型上開挖形成各類礦山構(gòu)筑物，如礦井巷道、采場、硐室等，借助相關(guān)傳感器、數(shù)據(jù)采集及分析設(shè)備來研究礦山構(gòu)筑物圍巖的變形、應(yīng)力、破壞等現(xiàn)象及其機(jī)理。錨桿支護(hù)技術(shù)自誕生以來,以其顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性得到了廣泛應(yīng)用，是巷道支護(hù)技術(shù)的一場革命。目前，巷道錨桿支護(hù)并不能適用于所有煤巖體，尤其是松軟破碎煤巖體，此類圍巖錨固孔鉆進(jìn)時(shí)成孔性差，易塌孔導(dǎo)致無法順利進(jìn)行錨桿錨固，需重新疏通錨固孔。即使順利進(jìn)行錨桿錨固，錨桿錨固劑層與圍巖粘結(jié)力較弱導(dǎo)致錨固力較低，且錨固力衰減速率較大，無法達(dá)到理想的錨固效果。針對松軟破碎煤巖體支護(hù)加固，鉆-封-注一體化錨桿能有效克服上述難題，在對鉆-封-注一體化錨桿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究時(shí)多采用平面相似模擬或無載荷作用三維相似模擬，因此無法對鉆-封-注一體化錨桿進(jìn)行注漿加固機(jī)理的綜合研究，造成此類結(jié)果研究往往不能揭示全面的錨固加固機(jī)理，偏離實(shí)際工程狀況，造成成果很難有效應(yīng)用于巷道錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。因此，應(yīng)用相似模擬理論、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)及制造等學(xué)科知識，開發(fā)出一種結(jié)構(gòu)簡單合理、實(shí)現(xiàn)模擬圍巖三向受力的鉆-封-注一體化錨固技術(shù)綜合試驗(yàn)臺及其試驗(yàn)方法勢在必行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種鉆-封-注一體化錨固技術(shù)綜合試驗(yàn)臺及其試驗(yàn)方法，可有效解決礦山巷道鉆-封-注一體化錨桿支護(hù)的相似模擬及參數(shù)優(yōu)化，保證模擬質(zhì)量及確保圍巖支護(hù)安全有效的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：鉆-封-注一體化錨固技術(shù)綜合試驗(yàn)臺，包括組合框架、箱體和加壓模塊，箱體包括成矩形結(jié)構(gòu)的底座，底座上垂直設(shè)置有依次連接的前安裝架、左安裝架、后安裝架和右安裝架，前安裝架后側(cè)面和后安裝架前側(cè)面均固定設(shè)置有鋼擋板9，前側(cè)的鋼擋板9上均勻開設(shè)有若干個(gè)圓孔7，左安裝架右側(cè)面和右安裝架左側(cè)面均固定設(shè)置有有機(jī)玻璃板13；底座、兩塊鋼擋板9和兩塊有機(jī)玻璃板13合圍的空腔內(nèi)填充有松軟破碎煤巖體；

組合框架包括構(gòu)造相同的前龍門架和后龍門架，前龍門架包括一根底梁10、兩根立柱14和一根頂梁17，底梁10和頂梁17均沿左右方向水平設(shè)置，兩根立柱14均垂直設(shè)置，底梁10沿左右水平方向穿過底座，兩根立柱14分別位于左安裝架的左側(cè)和右安裝架的右側(cè)，兩根立柱14下端通過連接板12及第一緊固螺栓11分別與底梁10的兩端連接，頂梁17兩端通過第二緊固螺栓20對應(yīng)與兩根立柱14的上端連接，前龍門架的頂梁17和后龍門架的頂梁17之間通過兩根橫梁16連接；

加壓模塊包括上支撐板2、千斤頂15、壓板3和木板4，木板4鋪設(shè)在松軟破碎煤巖體頂部，壓板放置在木板4上，上支撐板2通過第三緊固螺栓22水平設(shè)置在兩根頂梁17底部，千斤頂15位于上支撐板2和壓板3之間。

底座包括四根底部圍梁8和底部鋼板18，四根底部圍梁8均水平設(shè)置首尾相連形成矩形框架，底部鋼板18鋪設(shè)在矩形框架上；

前安裝架、左安裝架、后安裝架和右安裝架均由若干根垂直角鋼5和若干根水平角鋼19交叉焊接而成，垂直角鋼5和水平角鋼19均設(shè)置有若干根，垂直角鋼5下端均焊接在底部圍梁8上，水平角鋼19沿垂直方向設(shè)置至少三層，每層的水平角鋼19均與垂直角鋼5交叉焊接，最上層的水平角鋼19與垂直角鋼5的上端齊平。

千斤頂15和上支撐板2均設(shè)置有六個(gè)，六個(gè)千斤頂頂部固定在上支撐板2底部，每個(gè)千斤頂15通過耐壓管與高壓油泵連接。

底梁10、頂梁17均采用的是槽鋼，立柱14采用的為h型鋼，其中每根頂梁17均由并排相背設(shè)置的兩根槽鋼制成，上支撐板2通過第三緊固螺栓22水平設(shè)置在兩根槽鋼之間。

鉆-封-注一體化錨固技術(shù)綜合試驗(yàn)臺的試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

a、向兩塊鋼擋板9和兩塊有機(jī)玻璃板13合圍的空腔內(nèi)分層鋪設(shè)模擬松軟破碎煤巖體，鋪設(shè)過程中使用模擬松軟破碎煤巖體棍棒搗實(shí)，并根據(jù)試驗(yàn)要求在不同深度安裝數(shù)據(jù)采集傳感器；

b、當(dāng)模擬松軟破碎煤巖體填充滿并鋪平后，在模擬松軟破碎煤巖體上鋪上木板4，在木板4上放置壓板3，使壓板3均位于六個(gè)千斤頂15下方；

c、啟動(dòng)高壓油泵，千斤頂15通過壓板3向下壓木板4，木板4對模擬松軟破碎煤巖體下壓，對松軟破碎煤巖體施加至預(yù)設(shè)載荷值后停止高壓油泵，千斤頂15保持穩(wěn)定；

d、連接好風(fēng)機(jī)，使用手持式風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)通過圓孔7向箱體內(nèi)模擬松軟破碎煤巖體打入鉆-封-注一體化錨桿；

e、采用特制的封孔裝置進(jìn)行封孔，連接注漿裝置向模擬松軟破碎煤巖體內(nèi)注入配置的漿液對其進(jìn)行錨固加固，然后在錨桿外安裝托盤和螺母，擰動(dòng)螺母并施加預(yù)緊力使托盤與鋼擋板9壓緊；

f、配合相關(guān)傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置使用對注漿錨桿錨固效果、錨固巖體內(nèi)部應(yīng)力場特征進(jìn)行測；

g、試驗(yàn)結(jié)束后，千斤頂15泄壓，將木板4和壓板3取下，把松軟破碎煤巖體清除并將箱體內(nèi)外均清理干凈。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明是一種可以模擬圍巖三向受力狀態(tài)下鉆-封-注一體化錨固技術(shù)綜合試驗(yàn)臺，在鉆-封-注一體化錨固技術(shù)綜合試驗(yàn)臺箱體內(nèi)鋪設(shè)配置的相似模擬材料并埋設(shè)相關(guān)傳感器，待相似模擬試驗(yàn)材料干燥到所需程度后，用手持式風(fēng)動(dòng)錨桿鉆進(jìn)將鉆-封-注一體化錨桿打入模擬圍巖中，封孔后向模擬圍巖體注入加固漿液，待漿液凝固后安裝托盤并擰緊螺母，然后即可采集研究所需參數(shù)，進(jìn)行后續(xù)的試驗(yàn)研究，能對注漿參數(shù)及支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，此外還能進(jìn)行錨桿支護(hù)工藝演示及其它種類錨桿支護(hù)試驗(yàn)研究，對于巷道錨桿支護(hù)領(lǐng)域的研究具有推動(dòng)作用。

本發(fā)明的試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)新穎獨(dú)特，可以直觀系統(tǒng)的模擬鉆-封-注一體化注漿錨桿支護(hù)的全過程，有利于鉆-封-注一體化注漿錨桿的設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究，為礦井支護(hù)提供堅(jiān)實(shí)可靠的參數(shù)，有助于促進(jìn)松軟破碎煤巖體支護(hù)的進(jìn)一步發(fā)展，有利于礦山巷道錨桿支護(hù)理論及實(shí)踐的進(jìn)步。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的前側(cè)視圖；

圖3是圖2的左視圖。

具體實(shí)施方式

如圖1-圖3所示，本發(fā)明的鉆-封-注一體化錨固技術(shù)綜合試驗(yàn)臺，包括組合框架、箱體和加壓模塊，箱體包括成矩形結(jié)構(gòu)的底座，底座上垂直設(shè)置有依次連接的前安裝架、左安裝架、后安裝架和右安裝架，前安裝架后側(cè)面和后安裝架前側(cè)面均固定設(shè)置有鋼擋板9，前側(cè)的鋼擋板9上均勻開設(shè)有若干個(gè)圓孔7，圓孔7的直徑為100±0.5mm，左安裝架右側(cè)面和右安裝架左側(cè)面均固定設(shè)置有有機(jī)玻璃板13；底座、兩塊鋼擋板9和兩塊有機(jī)玻璃板13合圍的空腔內(nèi)填充有松軟破碎煤巖體；

組合框架包括構(gòu)造相同的前龍門架和后龍門架，前龍門架包括一根底梁10、兩根立柱14和一根頂梁17，底梁10和頂梁17均沿左右方向水平設(shè)置，兩根立柱14均垂直設(shè)置，底梁10沿左右水平方向穿過底座，兩根立柱14分別位于左安裝架的左側(cè)和右安裝架的右側(cè)，兩根立柱14下端通過連接板12及第一緊固螺栓11分別與底梁10的兩端連接，頂梁17兩端通過第二緊固螺栓20對應(yīng)與兩根立柱14的上端連接，前龍門架的頂梁17和后龍門架的頂梁17之間通過兩根橫梁16連接；

加壓模塊包括上支撐板2、100噸的千斤頂15、壓板3和木板4，木板4鋪設(shè)在松軟破碎煤巖體頂部，壓板放置在木板4上，上支撐板2通過第三緊固螺栓22水平設(shè)置在兩根頂梁17底部，千斤頂15位于上支撐板2和壓板3之間。

底座包括四根底部圍梁8和底部鋼板18，四根底部圍梁8均水平設(shè)置首尾相連形成矩形框架，底部鋼板18鋪設(shè)在矩形框架上；

前安裝架、左安裝架、后安裝架和右安裝架均由若干根垂直角鋼5和若干根水平角鋼19交叉焊接而成，垂直角鋼5和水平角鋼19均設(shè)置有若干根，垂直角鋼5下端均焊接在底部圍梁8上，水平角鋼19沿垂直方向設(shè)置至少三層，每層的水平角鋼19均與垂直角鋼5交叉焊接，最上層的水平角鋼19與垂直角鋼5的上端齊平。

千斤頂15和上支撐板2均設(shè)置有六個(gè)，六個(gè)千斤頂頂部固定在上支撐板2底部，每個(gè)千斤頂15通過耐壓管與高壓油泵連接。

底梁10、頂梁17均采用的是槽鋼，立柱14采用的為h型鋼，其中每根頂梁17均由并排相背設(shè)置的兩根槽鋼制成，上支撐板2通過第三緊固螺栓22水平設(shè)置在兩根槽鋼之間。

鉆-封-注一體化錨固技術(shù)綜合試驗(yàn)臺的試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

a、向兩塊鋼擋板9和兩塊有機(jī)玻璃板13合圍的空腔內(nèi)分層鋪設(shè)模擬松軟破碎煤巖體，鋪設(shè)過程中使用模擬松軟破碎煤巖體棍棒搗實(shí)，并根據(jù)試驗(yàn)要求在不同深度安裝數(shù)據(jù)采集傳感器；

b、當(dāng)模擬松軟破碎煤巖體填充滿并鋪平后，在模擬松軟破碎煤巖體上鋪上木板4，在木板4上放置壓板3，使壓板3均位于六個(gè)千斤頂15下方；

c、啟動(dòng)高壓油泵，千斤頂15通過壓板3向下壓木板4，木板4對模擬松軟破碎煤巖體下壓，對松軟破碎煤巖體施加至預(yù)設(shè)載荷值后停止高壓油泵，千斤頂15保持穩(wěn)定；

d、連接好風(fēng)機(jī)，使用手持式風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)通過圓孔7向箱體內(nèi)模擬松軟破碎煤巖體打入鉆-封-注一體化錨桿；

e、采用特制的封孔裝置進(jìn)行封孔，連接注漿裝置向模擬松軟破碎煤巖體內(nèi)注入配置的漿液對其進(jìn)行錨固加固，然后在錨桿外安裝托盤和螺母，擰動(dòng)螺母并施加預(yù)緊力使托盤與鋼擋板9壓緊；

f、配合相關(guān)傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置使用對注漿錨桿錨固效果、錨固巖體內(nèi)部應(yīng)力場特征進(jìn)行測；

g、試驗(yàn)結(jié)束后，千斤頂15泄壓，將木板4和壓板3取下，把松軟破碎煤巖體清除并將箱體內(nèi)外均清理干凈。

本實(shí)施例并非對本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。