一種用于測試錨桿剪切載荷的試驗臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及礦山支護【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及了一種用于測試錨桿剪切載荷的試驗臺，該試驗臺包括用于礦山支護的錨桿，還包括工作測試臺、剪切裝置、固定鉆孔模型、隨動鉆孔模型和液壓傳感器，錨桿錨固于固定鉆孔模型和隨動鉆孔模型的鉆孔內(nèi)，固定鉆孔模型安裝于工作測試臺上，剪切裝置驅(qū)動隨動鉆孔模型沿錨桿徑向滑移，在固定鉆孔模型與隨動鉆孔模型之間形成對錨桿的剪切面，液壓傳感器安裝于剪切油缸加載油路系統(tǒng)上，用于測試剪切裝置的油缸系統(tǒng)壓力；通過該試驗臺實現(xiàn)在實驗室內(nèi)對錨桿抗剪性能的測試，為錨桿支護理論研究和復雜應力條件下的錨桿支護設計提供依據(jù)，對深化錨桿支護機理研究和保證工程安全具有重要意義。
【專利說明】一種用于測試錨桿剪切載荷的試驗臺

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及礦山支護【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于測試錨桿剪切載荷的試驗臺。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，錨桿支護已成為煤礦巷道安全高效的主要支護方式，在我國煤礦巷道中得到大面積推廣應用。錨桿支護是將錨桿錨固于煤巖體內(nèi)，擰緊桿尾螺母，對圍巖施加預應力，約束巷道圍巖的變形離層、碎脹與滑移錯動。
[0003]錨桿實際工作過程中的受力情況十分復雜，巷道圍巖發(fā)生離層變形時，巖層內(nèi)部分層面不可避免地發(fā)生滑移錯動。穿過分層面并錨固于巖層中的錨桿，在巖層滑移面處承受巖層滑動時造成的剪切載荷，桿體發(fā)生剪切變形，錨桿實際承載力下降。
[0004]研究錨桿工作過程承受圍巖剪切載荷的測試方法主要有兩大類:井下試驗與實驗室試驗。
[0005]井下試驗主要通過安裝測力計或液壓枕等測試儀器，測試錨桿軸向受力，評價錨桿的工作狀態(tài)。井下試驗獲得的數(shù)據(jù)為現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，能夠真實反映井下錨桿工作狀況。但是，井下試驗的缺點是:只能測試錨桿在各種外力綜合作用下形成的軸向力，無法直接測試巖層間錯動時作用于錨桿的剪切載荷，也無法觀測剪切載荷作用造成的桿體變形。由于井下特殊的環(huán)境，一些先進的監(jiān)測方法與儀器的應用也受到限制，不能準確有效地測試出錨桿工作過程中承受的剪切載荷。
[0006]實驗室試驗目前主要進行錨桿桿體試件的剪切試驗。實驗室試驗測試的數(shù)據(jù)準確，能夠反映錨桿材料的基本力學性能。但是，實驗室試驗缺點是:只反映錨桿材料使用標準剪切模具加載時的抗剪性能，缺少模擬井下巖層間錯動對錨桿進行剪切加載的試驗設備，無法測試處于支護狀態(tài)的錨桿承受巖層滑移剪切載荷的能力。
[0007]因此，針對以上不足，需要一種能夠在實驗室內(nèi)模擬井下巖層間錯動時對錨桿進行剪切加載的試驗臺。
實用新型內(nèi)容
[0008](一 )要解決的技術(shù)問題
[0009]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供了一種用于測試錨桿剪切載荷的試驗臺，使得在實驗室內(nèi)能夠模擬井下巖層間錯動時對支護狀態(tài)的錨桿進行剪切，并準確有效地測試出錨桿承受圍巖剪切載荷的能力，而且可對錨桿剪切變形進行剖切觀察。
[0010](二)技術(shù)方案
[0011]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種用于測試錨桿剪切載荷的試驗臺，包括用于礦山支護的錨桿，還包括工作測試臺、剪切裝置、固定鉆孔模型、隨動鉆孔模型和液壓傳感器，所述錨桿插入并錨固于隨動鉆孔模型和固定鉆孔模型的鉆孔內(nèi)，所述固定鉆孔模型固定安裝于工作測試臺上，所述剪切裝置驅(qū)動所述隨動鉆孔模型沿錨桿徑向滑移，使所述錨桿在固定鉆孔模型與隨動鉆孔模型之間形成剪切面，所述液壓傳感器用于測試剪切裝置加載油路的系統(tǒng)壓力。
[0012]其中，所述剪切裝置包括油缸、剪切滑塊、剪切部機架，所述剪切部機架安裝于工作測試臺上，所述剪切部機架上設有垂直于錨桿軸向的導向滑槽，所述剪切滑塊滑動安裝于所述導向滑槽內(nèi)，所述油缸與剪切滑塊對應設置，用于驅(qū)動所述剪切滑塊沿所述導向滑槽滑動，所述隨動鉆孔模型安裝于剪切滑塊內(nèi)部且隨剪切滑塊一起沿導向滑槽滑動，使所述錨桿在固定鉆孔模型與隨動鉆孔模型之間形成剪切面，所述液壓傳感器安裝于油缸的加載油路系統(tǒng)上，用于測試油缸的系統(tǒng)壓力。
[0013]其中，所述油缸固定于工作測試臺的底座上，且其通過活塞桿與剪切滑塊的底部連接，所述油缸活塞腔的油路系統(tǒng)上安裝有用于防止活塞桿回縮的液控單向閥。
[0014]其中，所述油缸的數(shù)量為兩個，且兩個所述油缸通過雙聯(lián)同步液壓馬達以同步其運動速度。
[0015]其中，所述隨動鉆孔模型通過錨固套管、浮筒固定在剪切滑塊的內(nèi)部。
[0016]其中，所述固定鉆孔模型和隨動鉆孔模型通過鉆孔內(nèi)的錨固劑與錨桿相粘結(jié)。
[0017]其中，所述剪切載荷為油缸加載系統(tǒng)壓力與加載油缸面積的乘積。
[0018](三)有益效果
[0019]本實用新型的上述技術(shù)方案具有以下有益效果:本實用新型一種用于測試錨桿剪切載荷的試驗臺在實驗室內(nèi)能夠模擬井下巖層間錯動時對錨桿進行剪切，并準確有效地測試出錨桿的剪切載荷，而且可對錨桿的剪切變形進行剖切觀察，為錨桿支護理論研究和復雜應力條件下的錨桿支護設計提供依據(jù)，對深化錨桿支護機理研究、提高錨桿支護可靠性和保證工程安全具有重要意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型實施例用于測試錨桿剪切載荷的試驗臺的剖視圖。
[0021]其中，2:工作測試臺；5:錨桿；7:剪切裝置；23:固定鉆孔模型；24:隨動鉆孔模型；71:油缸；72:剪切滑塊；73:剪切部機架；91:浮筒；92:錨固套管；105:液壓傳感器。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不能用來限制本實用新型的范圍。
[0023]在本實用新型的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上；術(shù)語“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0024]在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。
[0025]如圖1所示，本實施例提供的用于測試錨桿剪切載荷的試驗臺包括用于礦山支護的錨桿5，該試驗臺還包括工作測試臺2、剪切裝置7、固定鉆孔模型23、隨動鉆孔模型24和液壓傳感器105，錨桿5插入并錨固于固定鉆孔模型23和隨動鉆孔模型24的鉆孔內(nèi)，固定鉆孔模型23安裝于工作測試臺2上，剪切裝置7驅(qū)動隨動鉆孔模型24沿錨桿5徑向偏移，使錨桿5在固定鉆孔模型23與隨動鉆孔模型24之間形成剪切面，液壓傳感器105用于測試剪切裝置7加載油路的系統(tǒng)壓力。
[0026]為了實現(xiàn)自動控制，剪切裝置7包括油缸71、剪切滑塊72、剪切部機架73，剪切部機架73安裝于工作測試臺2上，剪切部機架73上設有垂直于錨桿5軸向的導向滑槽，剪切滑塊72滑動安裝于導向滑槽內(nèi)，油缸71與剪切滑塊72對應設置，用于驅(qū)動剪切滑塊72沿導向滑槽滑動，隨動鉆孔模型24安裝于剪切滑塊72內(nèi)部且隨剪切滑塊72 —起沿導向滑槽滑動，使錨桿5在固定鉆孔模型23與隨動鉆孔模型24之間形成剪切面，從而實現(xiàn)對錨桿5的剪切作用；液壓傳感器105安裝于油缸71的加載油路系統(tǒng)上，用于測試油缸71的系統(tǒng)壓力。
[0027]進一步地，隨動鉆孔模型24通過錨固套管92、浮筒91固定在剪切滑塊72的內(nèi)部，固定鉆孔模型23固定在前支撐座上，同時，固定鉆孔模型23和隨動鉆孔模型24通過鉆孔內(nèi)的錨固劑與錨桿5相粘結(jié)。
[0028]這個兩個鉆孔模型固定于模型套管內(nèi)，其中固定鉆孔模型23通過模型套管固定在工作測試臺2上，并與前機架內(nèi)的鉆孔模型同軸連接；隨動鉆孔模型24通過錨固套管92、浮筒91固定在剪切滑塊72的內(nèi)部，與固定鉆孔模型23同軸安裝。
[0029]將錨桿5錨固在這兩個模型鉆孔內(nèi)，在錨桿5鉆孔模型外露端安裝托盤，并擰緊螺母施加預緊力，使錨桿處于支護工作狀態(tài)后施加剪切載荷。剪切油缸71驅(qū)動剪切滑塊72垂直于錨桿5軸線滑動時，兩個鉆孔模型在滑移面處剪切錨桿5。本試驗臺的剪切滑塊72是采用垂直向下滑移加載的方式。
[0030]為避免剪切加載過程因錨桿5變形，固定鉆孔模型23的套管和隨動鉆孔模型24的套管直接剪切錨桿5，沿錨桿5軸線垂直剪切面，在隨動鉆孔模型24的套管頂部和固定鉆孔模型23的套管底部以及前機架的剪切面一側(cè)開設有寬度和深度大于錨桿5直徑的豁口，以保證試驗全過程由鉆孔模型對錨桿5進行剪切。
[0031]油缸71固定于工作測試臺2的底座上，且其通過活塞桿與剪切滑塊72的底部連接，活塞桿的方向垂直于錨桿5的軸向，向油缸71活塞桿腔供油時，油缸71活塞桿回縮并驅(qū)動剪切滑塊，帶動內(nèi)部安裝的主軸及隨動鉆孔模型24 —起向下移動，使隨動鉆孔模型24與固定鉆孔模型23在分界面處發(fā)生相對滑移，從而對錨桿5施加剪切載荷。
[0032]油缸71活塞腔的油路系統(tǒng)上安裝有用于防止活塞桿回縮的液控單向閥，用于非剪切試驗過程的油缸71閉鎖，避免油缸71活塞桿的自動回縮，以保證隨動鉆孔模型24與固定鉆孔模型23在非剪切試驗過程時處于同一軸線上。
[0033]優(yōu)選地，油缸71的數(shù)量為兩個，且兩個油缸71通過雙聯(lián)同步液壓馬達以同步其運動速度。在油缸71的加載油路系統(tǒng)上安裝有雙聯(lián)同步液壓馬達，用于保證兩條油缸71運動速度的一致性，防止剪切滑塊72沿直線滑移時發(fā)生偏斜，以保證對錨桿5施加垂直于錨桿5軸線的純剪切載荷。
[0034]同時，油缸71通過控制系統(tǒng)控制先導比例減壓閥動作，改變供液系統(tǒng)的壓力，可調(diào)節(jié)油缸輸出的剪切力；利用雙單向節(jié)流閥控制液壓系統(tǒng)流量，可改變油缸活塞桿的回縮速度，進而控制剪切載荷的加載速度。
[0035]而且，固定鉆孔模型23和隨動鉆孔模型24通過鉆孔內(nèi)的錨固劑與錨桿5相粘結(jié)。
[0036]相應地，為保證實驗數(shù)據(jù)的真實性和準確性，固定鉆孔模型23和隨動鉆孔模型24優(yōu)選為煤、巖石材質(zhì)制成；
[0037]此外，固定鉆孔模型23和隨動鉆孔模型24也可為與煤、巖石相似的其他工程材質(zhì)制成的鉆孔模型，
[0038]其中，錨固劑是由不飽和聚酯樹脂、固化劑、促進劑和其它輔料，按一定比例配制而成的粘稠狀錨固粘接材料，由聚酯薄膜分割包裝呈圓柱狀藥卷，具有攪拌后常溫固化快，粘接強度高，錨固力可靠和耐久力好等優(yōu)良性能，可有效地模擬錨桿在支護時的真實情況，保證了測試數(shù)據(jù)的準確性。
[0039]通過該用于測試錨桿剪切載荷的試驗臺，可實現(xiàn)在實驗室內(nèi)對錨桿抗剪性能的測試，為錨桿支護理論研究和復雜應力條件下的錨桿支護設計提供依據(jù)，對深化錨桿支護機理研究、提高錨桿支護可靠性和保證工程安全具有重要意義。
[0040]本實用新型還提供一種用于測試錨桿剪切載荷的試驗臺的測試方法，包括如下步驟:
[0041]S1、將待測的錨桿錨固于固定鉆孔模型和隨動鉆孔模型的鉆孔內(nèi)；
[0042]進行剪切試驗的錨桿一端錨固于煤巖體物理模型鉆孔內(nèi)，孔口端安裝托盤擰緊螺母預緊后，使隨動鉆孔模型在剪切油缸的驅(qū)動下沿錨桿徑向(垂直于錨桿軸線方向)滑移，模擬井下錨桿支護過程圍巖變形層面間錯動時，錨桿承受剪切載荷的過程。
[0043]S2、通過剪切裝置驅(qū)動隨動鉆孔模型沿錨桿徑向滑移，以對錨桿施加剪切載荷；
[0044]S3、在固定鉆孔模型與隨動鉆孔模型的分界處形成剪切面；
[0045]隨動鉆孔模型與固定鉆孔模型分界面發(fā)生滑動，鉆孔模型相對滑動的反方向一側(cè)孔壁擠壓錨桿，對錨桿形成剪切。隨動鉆孔模型可以向垂直于錨桿軸線的360°任意方向滑動，本試驗臺剪切油缸安裝于試驗臺底座上，隨動鉆孔模型垂直向下滑移剪切錨桿。
[0046]S4、通過液壓傳感器測試剪切油缸系統(tǒng)壓力；
[0047]S5、根據(jù)測試油缸系統(tǒng)壓力計算錨桿承受的剪切載荷。
[0048]其中，在步驟S2中所述剪切裝置在不施加剪切載荷時，油缸活塞桿處于伸出狀態(tài)以使固定鉆孔模型與隨動鉆孔模型處于同一軸線上；施加剪切載荷時，向油缸活塞桿腔供油，油缸活塞桿回縮并驅(qū)動剪切滑塊及隨動鉆孔模型一起向下移動，使固定鉆孔模型與隨動鉆孔模型的分界面處相對滑移，從而對錨桿施加剪切載荷。
[0049]其中，所述油缸通過控制系統(tǒng)控制先導比例減壓閥動作，以改變供液系統(tǒng)的壓力，從而改變油缸活塞桿輸出的剪切力；利用節(jié)流閥控制液壓系統(tǒng)流量，可改變油缸活塞桿的回縮速度，進而控制剪切載荷的加載速度。
[0050]值得說明:錨桿在鉆孔模型內(nèi)的錨固段長度與隨動鉆孔模型長度無關(guān)，可低于隨動鉆孔模型長度，也可與隨動鉆孔模型長度相同，還可大于隨動鉆孔模型長度，甚至可以進行鉆孔模型全長錨固。錨固長度由錨桿的實際錨固劑用量決定，可模擬各種錨固條件下的錨桿剪切試驗。錨桿錨固長度小于隨動鉆孔模型長度時，剪切過程為單純巖層滑移對錨桿剪切；錨桿錨固長度大于隨動鉆孔模型時，剪切過程為巖層錯動對錨固劑與錨桿結(jié)合體的剪切。
[0051]綜上所述，本實用新型一種用于測試錨桿剪切載荷的試驗臺在實驗室內(nèi)能夠模擬井下巖層間錯動時對錨桿進行剪切，并準確有效地測試出錨桿的剪切載荷，而且可對錨桿的剪切變形進行剖切觀察，為錨桿支護理論研究和復雜應力條件下的錨桿支護設計提供依據(jù)，對深化錨桿支護機理研究、提高錨桿支護可靠性和保證工程安全具有重要意義。
[0052]本實用新型的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本實用新型限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本實用新型的原理和實際應用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本實用新型從而設計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于測試錨桿剪切載荷的試驗臺，包括用于礦山支護的錨桿(5)，其特征在于，還包括工作測試臺(2)、剪切裝置(7)、固定鉆孔模型(23)、隨動鉆孔模型(24)和液壓傳感器(105)，所述錨桿(5)插入并錨固于隨動鉆孔模型(24)和固定鉆孔模型(23)的鉆孔內(nèi)，所述固定鉆孔模型(23)固定安裝于工作測試臺(2)上，所述剪切裝置(7)驅(qū)動所述隨動鉆孔模型(24)沿錨桿(5)徑向滑移，使所述錨桿(5)在固定鉆孔模型(23)與隨動鉆孔模型(24)之間形成剪切面，所述液壓傳感器(105)用于測試剪切裝置(7)加載油路的系統(tǒng)壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測試錨桿剪切載荷的試驗臺，其特征在于，所述剪切裝置(7)包括油缸(71)、剪切滑塊(72)、剪切部機架(73)，所述剪切部機架(73)安裝于工作測試臺(2)上，所述剪切部機架(73)上設有垂直于錨桿(5)軸向的導向滑槽，所述剪切滑塊(72)滑動安裝于所述導向滑槽內(nèi)，所述油缸(71)與剪切滑塊(72)對應設置，用于驅(qū)動所述剪切滑塊(72)沿所述導向滑槽滑動，所述隨動鉆孔模型(24)安裝于剪切滑塊(72)內(nèi)部且隨剪切滑塊(72) —起沿導向滑槽滑動，使所述錨桿(5)在固定鉆孔模型(23)與隨動鉆孔模型(24)之間形成剪切面，所述液壓傳感器(105)安裝于油缸(71)的加載油路系統(tǒng)上，用于測試油缸(71)的系統(tǒng)壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于測試錨桿剪切載荷的試驗臺，其特征在于，所述油缸(71)固定于工作測試臺(2)的底座上，且其通過活塞桿與剪切滑塊(72)的底部連接，所述油缸(71)活塞腔的油路系統(tǒng)上安裝有用于防止活塞桿回縮的液控單向閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于測試錨桿剪切載荷的試驗臺，其特征在于，所述油缸(71)的數(shù)量為兩個，且兩個所述油缸(71)通過雙聯(lián)同步液壓馬達以同步其運動速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于測試錨桿剪切載荷的試驗臺，其特征在于，所述隨動鉆孔模型(24)通過錨固套管(92)、浮筒(91)固定在剪切滑塊(72)的內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于測試錨桿剪切載荷的試驗臺，其特征在于，所述固定鉆孔模型(23)和隨動鉆孔模型(24)通過鉆孔內(nèi)的錨固劑與錨桿(5)相粘結(jié)。
【文檔編號】G01N3/24GK204008330SQ201420358101
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】康紅普, 楊景賀, 吳擁政, 林健, 呂華文, 邵培森, 高富強 申請人:天地科技股份有限公司