[发明专利]锚杆或锚索支护应力测试方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及矿山支护领域，特别涉及一种锚杆或锚索支护应力测试方法及装置。

背景技术

锚杆支护技术已在国内外得到普遍应用，由于锚杆支护显著提高了巷道支护效果，降低了巷道支护成本，减轻了工人劳动强度，因此锚杆支护技术是煤矿实现高效生产的关键技术之一。

对锚杆或锚索杆体的受力情况，国内外都进行了研究，对锚杆，或锚索的受力监测不仅可以在实验室进行，也可在井下环境中进行。传统的锚杆或锚索实验室受力测试方法是，在一根额定尺寸的钢管内塞入锚固剂，将锚杆或锚索塞入钢管内并搅拌，在锚杆或锚索外端加上锚杆测力计或锚索测力计，对锚杆或锚索施加轴向力后用测力计进行观测；或者在锚杆或锚索上贴上应变片，测试施加预应力后锚杆或锚索在轴向上的受力。实验室试验的另一种方法是相似模型试验，通过相似模型试验台，按照一定的比例关系模型矿山实际情况，按照比例模拟锚杆或锚索，然后对锚杆或锚索进行受力观测，但这种方法也是测试锚杆或锚索的轴向受力。

锚杆或锚索的支护应力场的概念是近两年才提出的。因此对锚杆或锚索的支护应力测试目前国内外尚没有有效办法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种能够测量锚杆或锚索支护应力的方法和装置，从而有助于掌握锚杆或锚索对围岩的支护作用机理，使得锚杆支护或锚索支护的设计更加科学合理。

(二)技术方案

为此，本发明提供了一种锚杆或锚索支护应力测试方法，包括以下步骤：

步骤10、将在煤矿井下选取的煤岩样制成煤岩粉，将所述煤岩粉与水和添加剂混合制成填充材料；

步骤20、用所述填充材料制作立方体状的模型；

步骤30、在所述模型某一表面安设若干锚杆或锚索，所述锚杆或锚索与模型边长的距离不小于所述锚杆或锚索长度的一半；在所述锚杆或锚索之间埋设若干应力传感器；

步骤40、用螺母将所述锚杆固定在模型上，或用锚具将所述锚索固定在模型上；在所述螺母或锚具和模型之间安装托板，在所述托板与模型之间设置锚杆测力计或锚索测力计，在所述托板上设置若干位移传感器；

步骤50、采用扭矩扳手对所述锚杆进行分级加载，或采用张拉设备对所述锚索进行分级加载，记录所述锚杆或锚索的载荷、应力传感器与位移传感器的读数，直到测出所述锚杆或锚索能承受的最大载荷。

所述步骤50之后还包括：

步骤60、根据所述应力传感器测得的应力值绘制锚杆或锚索支护应力分布曲线，根据锚杆或锚索的载荷与位移传感器测得的位移，绘制载荷与位移曲线。

其中所述步骤20中制作的模型的长、宽和高均不小于600nm。

在所述模型某一表面安设若干锚杆或锚索具体包括：

采用锚杆钻机在所述模型某一表面上钻孔，采用锚固剂或对拉的方式将所述锚杆或锚索锚固在孔中。

本发明还提供了一种锚杆或锚索支护应力测试装置，包括：

使用煤岩粉、水泥和水混合的材料制作的立方体模型，所述模型某一表面安设有若干锚杆或锚索，所述锚杆或锚索与模型边长的距离不小于所述锚杆或锚索长度的一半，所述锚杆用螺母固定在模型上，或所述锚索用锚具固定在模型上；所述锚杆或锚索之间埋设有若干应力传感器；所述螺母或锚具与模型之间设置有托板；所述托板与模型之间设置有锚杆测力计或锚索测力计；所述托板上设置有若干位移传感器。

所述托板为方形。

所述位移传感器为4个，分别设置在方形托板四条边的中间位置。

所述模型的长、宽和高均不小于600nm。

(三)有益效果

上述技术方案具有如下有益效果：本发明提供的锚杆或锚索支护应力测量方法及装置，能够精确有效测量锚杆或锚索的支护应力，从而有助于掌握锚杆或锚索对围岩的支护作用机理，使得锚杆支护或锚索支护的设计更加科学合理；而且本发明成本较低，易于操作和实现。

附图说明

图1是本发明实施例的锚杆或锚索支护应力测试方法流程图；

图2是本发明实施例的锚杆或锚索支护应力测量装置结构示意图；

图3是本发明实施例的锚杆或锚索支护应力测量装置主视图；

图4是本发明实施例的锚杆或锚索支护应力测量装置俯视图；

图5是本发明实施例的锚杆或锚索支护应力测量装置的位移传感器示意图；

图中，1：模型；3：锚杆或锚索；4：螺母或锚具；5：托板；6：应力传感器；7：锚杆测力计或锚索测力计；8：位移传感器。

具体实施方式