[发明专利]一种能定位导向的煤巷支护物理模型实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤巷物理相似模型实验方法。

背景技术

煤巷物理相似模型实验是研究煤巷支护技术及稳定性的重要科学手段，应用非常广泛，煤巷物理相似模型实验的核心部分为煤(岩)层模拟和支护模拟，煤(岩)层模拟可以通过相似准则计算和配比实验确定合适的模拟材料，支护模拟则存在诸多困难，包括支护构件的准确定位并保持位置不变、锚杆(索)结构形式、轴力等受力性能，因此，正确设置并模拟煤巷支护对提高相似实验结果的准确性具有重要意义。

目前，大部分煤巷物理相似模型实验采用分层填筑法，受煤巷尺寸限制，支护常采用提前埋筑法(即在浇筑整体模型时，提前将锚杆、锚索等支护构件埋筑在模型里面，然后挖出煤巷后就进行加载)。由于锚杆(索)埋筑在模型里面，因此不能施加预应力，也不能测量锚杆(索)的轴力，这导致不能通过锚杆(索)的轴力分析支护构件控制煤巷稳定性时所发挥的作用，不利于研究各项支护技术。而且，在填筑整体模型过程中，不能准确定位锚杆(索)的位置，并容易导致锚杆(索)的位置发生错动，不能准确模拟支护方案。此外，挖煤巷时，容易发生超挖、欠挖及对锚杆(索)的扰动破坏，致使煤巷成型很不规则。

发明内容

本发明的目的是提出一种能定位导向的煤巷支护物理模型实验方法，该方法能借助定位板准确定位并保护锚杆(索)，防止填筑过程中锚杆(索)错位，能在定位板的导向作用下，准确开挖，防止超挖、欠挖及对锚杆(索)的扰动破坏；设计的锚杆(索)结构形式能够准确模拟预紧力锚杆(索)，且能监测其轴力，能有效模拟煤巷支护，提高实验结果的准确性，具有支护简便、准确、可操作性强等优点。

本发明通过以下技术方案实现：

设计了模拟锚杆(索)的结构形式，锚杆(索)由尾部、杆体和端部组成，尾部用螺栓模拟，杆体用锡丝或熔断丝或铁丝等模拟，端部用正方形铁片模拟，三部分使用AB胶均匀连接。锚杆(索)尾部安装托盘、微型测力环和螺母，其中微型测力环位于托盘和螺母之间，根据微型测力环，支护时通过扳手旋转螺母施加一定的预紧力，加载时实时监测锚杆(索)的轴力。

煤巷支护通过定位预埋、导向开挖和组装支护三步骤完成。首先，定位预埋：通过设置定位板，以保证锚杆(索)的精确定位，其中定位板用有机玻璃制作，根据煤巷尺寸和具体支护方案，加工定位板并钻锚杆(索)孔洞；当模型浇筑到相应位置时，将定位板固定在相应位置，准确定位锚杆(索)并将其穿入定位板的孔洞，用螺母进行固定，然后小心填料、压实、整平，重复上述流程，直到所有锚杆(索)埋设完成。其次，导向开挖：当模型达到预定强度时，沿着定位板进行开挖，发挥其导向作用，将定位板之间和锚杆(索)外露部分表面的填筑材料完全清理干净，然后将锚杆(索)的螺母缓慢拧下，并把定位板轻轻卸下，进行必要的测量和修正。最后，组装支护：铺网，安装钢带，然后依次安装锚杆(索)托盘、微型测力环和螺母，依据微型测力环的示数，用扳手旋转螺母以施加一定数值的预紧力。按此方法逐步完成全部支护。

由本发明的技术方案可见，该方法新颖、科学、可操作性强，能保证煤巷成型完整，支护构件准确定位，能施加预紧力并监测锚杆(索)的轴力，从而提高煤巷支护物理模型实验的准确性和科学性。

附图说明

图1为锚杆(索)结构形式示意图；

图2为定位板示意图；

图3为定位预埋示意图；

图4为导向开挖中挖掘示意图；

图5为导向开挖中挖完示意图；

图6为导向开挖完成示意图；

图7为组装支护示意图。

图中：1—锚杆(索)端部，2—锚杆(索)杆体，3—锚杆(索)尾部，4—锚杆(索)托盘，5—螺母，6—微型测力环，7—锚杆(索)孔洞，8—顶板锚杆(索)，9—帮部锚杆(索)，10—顶板定位板，11—帮部定位板，12—底板定位板，13—顶板岩层，14—帮部岩层，15—底板岩层，16—网，17—钢带。

具体实施方式

本发明提出的一种能定位导向的煤巷支护物理模型实验方法较佳的具体实施方式如下：

煤(岩)层模拟可以通过相似准则计算和配比实验确定合适的模拟材料，采用分层填筑法。煤巷支护通过定位预埋、导向开挖和组装支护三步骤完成。

(1)定位预埋。(参照图1、2、3)