專利名稱：錨桿支護(hù)錨固施工仿真綜合實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬實(shí)驗(yàn)裝置，特別是一種錨桿支護(hù)錨固施工仿真綜合實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
相似材料模擬實(shí)驗(yàn)方法一直是采礦工程實(shí)驗(yàn)研究的主要實(shí)驗(yàn)方法，它的實(shí)質(zhì)是在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上用與模型力學(xué)性質(zhì)相似的材料按照幾何相似的一定比例縮制成實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。在模型上可以開挖成各類工程，如礦山巷道和硐室、長(zhǎng)壁采場(chǎng)，通過(guò)對(duì)工程過(guò)程的模擬和實(shí)驗(yàn)觀察，來(lái)研究工程圍巖體的變形、移動(dòng)和破壞等力學(xué)現(xiàn)象，以及分析作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的力。傳統(tǒng)的巷道錨桿支護(hù)效果的相似材料模擬實(shí)驗(yàn)方法一般用的是平面模擬實(shí)驗(yàn)裝置，它只能研究原型的一個(gè)剖面，而對(duì)于三維應(yīng)力均有變化的研究對(duì)象，平面模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)存在不合理性。平面實(shí)驗(yàn)臺(tái)不能模擬在巷道里面打錨桿的過(guò)程，以得到錨桿的受力情況以及支護(hù)的質(zhì)量檢測(cè)；它的夾緊結(jié)構(gòu)方面也存在不合理性，長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)后，槽鋼會(huì)造成不同程度的彎曲，裝架后模型表面凹凸不平，影響模型的相似性；模型架升降不方便，升降過(guò)程不易控制，往往成型后由于速度控制不當(dāng)產(chǎn)生震動(dòng)，損壞模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)不夠準(zhǔn)確，影響對(duì)礦山巷道支護(hù)安全預(yù)防，會(huì)造成安全事故。因此，應(yīng)用相似理論、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)等學(xué)科知識(shí)，開發(fā)出一種三維的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、實(shí)現(xiàn)鉆打錨桿工藝的立體巷道錨桿支護(hù)相似材料模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種錨桿支護(hù)錨固施工仿真綜合實(shí)驗(yàn)裝置，可有效解決礦山巷道支護(hù)的模擬，保證模擬質(zhì)量，確保礦山安全生產(chǎn)問(wèn)題。本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，包括支架臺(tái)、加壓裝置和梯子，所述的支架臺(tái)是由四方形上框和四方形上框下部四角經(jīng)上中間板裝有支腿構(gòu)成，支腿下端部裝有置于地面上的下中間板，四方形上框的對(duì)應(yīng)兩邊間裝有角鋼，支架臺(tái)上部一側(cè)有置于地面上的人工梯子，支架臺(tái)上部有人工護(hù)欄扶手，角鋼上面通過(guò)螺栓固定裝有龍門框架，龍門框架上部裝有油缸，組成加壓裝置；龍門框架的內(nèi)部放置有由箱體、擋板和起壓實(shí)作用的壓板組成的模型箱。本發(fā)明是一種可以模擬三維狀態(tài)下巷道錨桿支護(hù)實(shí)驗(yàn)裝置，在三維仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上面裝好配置好的相似材料以后，可以在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下面通過(guò)錨桿機(jī)往平臺(tái)內(nèi)部打錨桿，模擬巷道錨桿支護(hù)的錨固過(guò)程，還可以檢測(cè)錨桿機(jī)在打鉆過(guò)程中的信息，同時(shí)，為巷道錨桿支護(hù)的質(zhì)量監(jiān)測(cè)提供平臺(tái)，利用三維仿真綜合實(shí)驗(yàn)裝置可以對(duì)巷道錨桿施工及效果監(jiān)測(cè)提供幫助，對(duì)于巷道錨桿支護(hù)的研究具有推動(dòng)作用。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)立體圖。圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視圖。
圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。具體的實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的具體實(shí)施方式
作以詳細(xì)描述。由圖1-3所示，本發(fā)明包括支架臺(tái)、加壓裝置和梯子，所述的支架臺(tái)是由四方形上框I和四方形上框下部四角經(jīng)上中間板5裝有支腿3構(gòu)成，支腿3下端部裝有置于地面上的下中間板2，四方形上框I的對(duì)應(yīng)兩邊間裝有角鋼12，支架臺(tái)上部一側(cè)有置于地面上的人工梯子4，支架臺(tái)上部有人工護(hù)欄扶手7，角鋼12上面通過(guò)螺栓固定裝有龍門框架8，龍門框架8上部裝有油缸組9，組成加壓裝置13 ;龍門框架的內(nèi)部放置有由箱體、擋板和起壓實(shí)作用的壓板10組成的模型箱11。人工梯子用于工作人員從地面到支架臺(tái)上面的來(lái)往，方便工作。所述的模型箱11底部有3個(gè)直徑30mm±0. 5mm的圓孔6，模型箱一邊有透明的玻璃鋼，另一邊有可拆卸的擋板，頂部有起壓實(shí)作用的壓板10。所述的支腿3呈從上往下向外的傾斜狀，上中間板5與四方形上框I焊接在一起。所述的下中間板2置于地面上基礎(chǔ)坑內(nèi)的混凝土固定體上，下中間板5上有地腳孔，由螺栓穿過(guò)地腳孔將與支腿焊接在一起的下中間板同混凝土固定體固定在一起(圖中未畫出)。所述的四方形框架I是是由直徑為15cm的鋼管連接而成方形，框架內(nèi)焊接有180角鋼12，角鋼表面有直徑為30mm±0. 5mm的螺栓孔，與支架臺(tái)上安放的龍門框架8固定連接
在一起。所述的龍門框架8的底部為長(zhǎng)方形的邊框，邊框上有螺紋孔，用4條M24螺栓把龍門框架固定在角鋼上，油缸組采用4條M16螺栓固定在龍門框架上。所述的加壓裝置13通過(guò)外接連接油管與地面上的高壓油泵連接，通過(guò)高壓油泵可控制油缸組的縮進(jìn)與伸出，轉(zhuǎn)動(dòng)高壓油泵上的操作手柄能完成操作。所述的油缸組9是由3個(gè)100噸的油缸組成。由上述可以看出，本發(fā)明的支架臺(tái)由地腳螺栓固定在基礎(chǔ)之上，支撐上面的箱體和加壓裝置的重量，支架臺(tái)上部有護(hù)欄和扶手以保護(hù)人員的安全；支架臺(tái)上部的形狀是邊長(zhǎng)為2m的正方形，支架臺(tái)距地面的高度是1. 9m，支腿略微往外傾斜，安全支撐上部的重量，不易坍塌。加壓裝置由3個(gè)100噸油缸以及龍門式框架組成，每個(gè)油缸的工作壓力是600KN，最大伸縮量是30mm，龍門式框架的尺寸是1600X 1050mm ;加壓裝置用4條M24螺栓固定在支架之上，3個(gè)油缸采用4條M16螺栓并排固定在龍門架的上部。連接油管把高壓油泵和3個(gè)油缸連接在一起。模型箱由箱體、壓板、擋板組成，向模型箱內(nèi)加裝材料時(shí)，可以從側(cè)面分層加裝材料到一定高度后，再用螺栓固定側(cè)邊擋板；兩個(gè)擋板之間留有20mm的間隙，便于安放傳感器的導(dǎo)線；模型箱的另一邊，采用有機(jī)玻璃板，便于觀測(cè)內(nèi)部材料的情況；在箱體內(nèi)部裝滿材料后，利用油缸的壓力使用壓板把材料壓實(shí)；模型箱的底部有3個(gè)直徑30mm的孔，通過(guò)鉆孔可以使用錨桿機(jī)往上部打錨桿。高壓油泵為加壓裝置的3個(gè)工作油缸提供高壓油，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)高壓油泵上的操作手柄，可以控制油缸的伸出與縮進(jìn)。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)新穎獨(dú)特，是在平面模擬實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展成的立體模擬仿真綜合實(shí)驗(yàn)裝置，可以直觀系統(tǒng)的仿真巷道錨桿支護(hù)的全過(guò)程，有利于現(xiàn)場(chǎng)錨桿錨固施工過(guò)程的研究，還有利于現(xiàn)場(chǎng)錨桿支護(hù)質(zhì)量的檢測(cè)，同時(shí)可以根據(jù)打鉆過(guò)程識(shí)別上面巖層組合形式，防止工作現(xiàn)場(chǎng)頂板事故的發(fā)生。本發(fā)明為了達(dá)到使用效果，在制作時(shí)，支架臺(tái)的支腿3通過(guò)下中間板2與地面連接之前必須要向基礎(chǔ)坑內(nèi)澆灌混凝土，搗實(shí)后方可通過(guò)地腳螺栓固定在地面上，同時(shí)支腿3從上到下略往外傾斜，這是為了保證油缸在向模型箱加壓時(shí)確保支架的平衡穩(wěn)定性；支腿上部通過(guò)上中間板5與四方形框架通過(guò)焊接連在一起，可以增大接觸面積，保證接觸穩(wěn)定性；由于支架臺(tái)較高，為了上下支架臺(tái)方便一些，在支架臺(tái)上焊接了一個(gè)人工梯子4，為了確保臺(tái)上人員的安全，增加了 一個(gè)人工扶手護(hù)欄7。由于模型箱11本身的重量很大，通過(guò)油缸加壓時(shí)支架臺(tái)承受的壓力很大，在支架臺(tái)的上方框架兩邊連接兩個(gè)180角鋼12，可以防止支架臺(tái)因受力不均勻出現(xiàn)變形坍塌事故；為了保證模型箱11的穩(wěn)定性，箱子放置在龍門框架8上，被龍門框架所包圍，同時(shí)龍門框架的頂部放置有三個(gè)油缸9，可以向模型箱11內(nèi)的模擬材料加壓，油缸組9外通過(guò)連接油管與高壓油泵聯(lián)通，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄即可控制油缸的伸縮量和加壓的大小。在模型箱11的底部留有3個(gè)30mm±5mm的圓孔，在模型做好以后，可以通過(guò)小孔往模型內(nèi)部打錨桿，可以進(jìn)行錨桿錨固施工仿真和相關(guān)的檢測(cè)。本發(fā)明的工作原理如下
本發(fā)明的目的是利用在立體模型箱11內(nèi)部裝有相似材料，仿真模擬巖層三維應(yīng)力狀態(tài)均有變化的現(xiàn)場(chǎng)情況，在模型箱11的下部通過(guò)錨桿機(jī)往里面打錨桿，由此可以分析錨桿在巖層內(nèi)部的受力情況和錨桿錨固的施工過(guò)程、錨固質(zhì)量檢測(cè)，還能基于錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀對(duì)錨桿本身的質(zhì)量進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，同時(shí)，還可以根據(jù)外部連接的傳感器探測(cè)巖層內(nèi)部的組合方式，預(yù)測(cè)巖層組合劣化的過(guò)程。在模型箱內(nèi)部裝好相似材料以后，龍門框架8上的3個(gè)油缸9通過(guò)壓板10對(duì)模型箱11內(nèi)部的材料進(jìn)行壓實(shí)，高壓油泵通過(guò)加壓裝置13對(duì)模型箱內(nèi)部的材料進(jìn)行加壓，可以改變巖層的受力的大小，進(jìn)而可以分析巖層的三維受力情況。同時(shí)模型箱11的下部留有3個(gè)直徑為30mm±5mm的圓孔，錨桿機(jī)通過(guò)孔向上打錨桿，通過(guò)相關(guān)儀器監(jiān)測(cè)信息，利用監(jiān)測(cè)儀器，在其下部對(duì)錨桿支護(hù)效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)模型箱11、加壓裝置13和打鉆可以實(shí)時(shí)仿真錨桿錨固現(xiàn)場(chǎng)的施工情況。本發(fā)明的工作情況是
由于煤礦現(xiàn)場(chǎng)工作條件的復(fù)雜特性，要對(duì)錨桿進(jìn)行三維受力狀態(tài)分析和錨固質(zhì)量檢測(cè)具有一定的局限和困難，因此在實(shí)驗(yàn)室里設(shè)計(jì)一個(gè)仿真綜合實(shí)驗(yàn)裝置勢(shì)在必行。如圖所示，將本發(fā)明的設(shè)備按照一定的步栗進(jìn)行正確的安裝。首先把模型箱放置在位置合理的地面上，然后對(duì)支架進(jìn)行安裝，按照基礎(chǔ)圖，開挖基礎(chǔ)坑，向基礎(chǔ)坑內(nèi)澆灌混凝土，并搗實(shí)，安放支架，保證支架上平面水平后，在地腳孔內(nèi)穿入地腳螺栓?；A(chǔ)澆灌15天后，然后向支架上部安裝加壓裝置，調(diào)整支架頂面水平，并保證支架底板與地面緊密接觸無(wú)空隙后，緊固地腳螺栓的螺母。把加壓裝置吊到支架平臺(tái)上后，調(diào)整加壓裝置位置，使底部的4個(gè)螺栓孔與支架上部的4個(gè)孔對(duì)準(zhǔn)，然后用M16X50螺栓連接成一體。把液壓泵站放置在合適位置，連接高壓油管到加壓裝置立柱上的接頭上，給液壓泵站通電后，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，使油缸動(dòng)作，可以控制油缸的縮進(jìn)量。本發(fā)明正確安裝好以后，把力學(xué)性質(zhì)相似的材料按照一定比例放置在模型箱內(nèi)部，每放置一部分材料要進(jìn)行搗實(shí)壓緊，到達(dá)一定高度后用螺栓固定側(cè)面的擋板，繼續(xù)添加直到模型箱裝滿為止，最后轉(zhuǎn)動(dòng)液壓泵站的手柄，控制油缸的動(dòng)作，壓緊最上部的壓板。用天車把裝好材料以后的模型箱調(diào)到龍門架上，固定模型箱體，然后進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。在模型箱體的下部留有3個(gè)直徑為30mm±5mm的圓孔，錨桿機(jī)通過(guò)圓孔往模型箱內(nèi)部打錨桿，錨桿機(jī)通過(guò)孔向上打錨桿，通過(guò)相關(guān)儀器監(jiān)測(cè)信息，利用監(jiān)測(cè)儀器，在其下部對(duì)錨桿支護(hù)效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種錨桿支護(hù)錨固施工仿真綜合實(shí)驗(yàn)裝置，包括支架臺(tái)、加壓裝置和梯子，其特征在于，所述的支架臺(tái)是由四方形上框(I)和四方形上框下部四角經(jīng)上中間板(5)裝有支腿(3)構(gòu)成，支腿(3)下端部裝有置于地面上的下中間板(2)，四方形上框(I)的對(duì)應(yīng)兩邊間裝有角鋼(12)，支架臺(tái)上部一側(cè)有置于地面上的梯子(4)，支架臺(tái)上部有人工護(hù)欄扶手(7)，角鋼(12)上面通過(guò)螺栓固定裝有龍門框架(8)，龍門框架(8)上部裝有油缸組(9)，組成加壓裝置(13);龍門框架的內(nèi)部放置有由箱體、擋板和起壓實(shí)作用的壓板(10)組成的模型箱(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿支護(hù)錨固施工仿真綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的模型箱(11)底部有3個(gè)直徑30mm±0.5mm的圓孔(6)，模型箱一邊有透明的玻璃鋼，另一邊有可拆卸的擋板，頂部有起壓實(shí)作用的壓板(10)，錨桿機(jī)通過(guò)圓孔往模型箱內(nèi)部打錨桿，鉆桿的外部連接有相應(yīng)的傳感器，鉆桿工作的過(guò)程中記錄傳感器上變化的參數(shù)信息，錨桿打好以后，擰緊托盤，對(duì)錨桿可以進(jìn)行三維受力狀態(tài)分析，利用錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀對(duì)錨桿的質(zhì)量進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，同時(shí)對(duì)錨桿錨固質(zhì)量的好壞進(jìn)行分析，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的錨桿錨固施工有很大的幫助作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿支護(hù)錨固施工仿真綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的支腿(3)呈從上往下向外的傾斜狀，上中間板(5)與四方形上框(I)焊接在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿支護(hù)錨固施工仿真綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的下中間板(2)置于地面上基礎(chǔ)坑內(nèi)的混凝土固定體上，下中間板(5)上有地腳孔，由螺栓穿過(guò)地腳孔將與支腿焊接在一起的下中間板同混凝土固定體固定在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿支護(hù)錨固施工仿真綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的四方形框架(I)是是由直徑為15cm的鋼管連接而成方形，框架內(nèi)焊接有180角鋼(12)，角鋼表面有直徑為30mm±0.5mm的螺栓孔，與支架臺(tái)上安放的龍門框架(8)固定連接在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿支護(hù)錨固施工仿真綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的龍門框架(8)的底部為長(zhǎng)方形的邊框，邊框上有螺紋孔，用4條M24螺栓把龍門框架固定在角鋼上，油缸組采用4條M16螺栓固定在龍門框架上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿支護(hù)錨固施工仿真綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的加壓裝置(13)通過(guò)外接連接油管與地面上的高壓油泵連接，通過(guò)高壓油泵可控制油缸組的縮進(jìn)與伸出，轉(zhuǎn)動(dòng)高壓油泵上的操作手柄完成向模型箱(11)內(nèi)的模擬材料加壓或釋放。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿支護(hù)錨固施工仿真綜合實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的油缸組(9)是經(jīng)油管連通的3個(gè)100噸的油缸組成，通過(guò)油管與高壓油泵連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及錨桿支護(hù)錨固施工仿真綜合實(shí)驗(yàn)裝置，可有效解決礦山巷道支護(hù)的模擬，保證模擬質(zhì)量，確保礦山安全生產(chǎn)問(wèn)題，其結(jié)構(gòu)是，支架臺(tái)是由四方形上框和四方形上框下部四角經(jīng)上中間板裝有支腿構(gòu)成，支腿下端部裝有置于地面上的下中間板，四方形上框的對(duì)應(yīng)兩邊間裝有角鋼，支架臺(tái)上部一側(cè)有置于地面上的人工梯子，支架臺(tái)上部有人工護(hù)欄扶手，角鋼上面通過(guò)螺栓固定裝有龍門框架，龍門框架上部裝有油缸，組成加壓裝置；龍門框架的內(nèi)部放置有由箱體、擋板和起壓實(shí)作用的壓板組成的模型箱，本發(fā)明可以在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)下面通過(guò)錨桿機(jī)往平臺(tái)內(nèi)部打錨桿，模擬巷道錨桿支護(hù)的錨固過(guò)程，檢測(cè)錨桿機(jī)在打鉆過(guò)程中的信息，對(duì)巷道錨桿施工及效果監(jiān)測(cè)提供幫助。
文檔編號(hào)G01L5/00GK103076278SQ20131002463
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月23日
發(fā)明者劉少偉, 張益民, 樊克松, 馮友良, 孟偉峰, 李小偉, 蔡克欣, 焦建康, 李鑫濤, 張祥, 劉棟梁 申請(qǐng)人:河南理工大學(xué)