[发明专利]一种管缝式锚杆现场拉拔力测量装置

说明书

本发明提出一种管缝式锚杆拉拔力测量装置，应用于地下矿山支护工程中的管缝式锚杆拉拔力现场测量，主要由卡环(1)、U型卡槽(2)、支撑架(3)、穿心式千斤顶(4)、拉杆(5)和标尺(6)等部分组成。进行试验时，依次将各部件进行安装，并检查整个装置与管缝式锚杆(0)是否保持同轴状态；操作穿心式千斤顶(4)注油、加载，使得穿心式千斤顶(4)带动拉杆(5)及与其连接的U型卡槽(2)、卡环(1)等部件，从而实现对管缝式锚杆(0)的拉拔动作。此装置能保证拉拔过程中所施加的拉拔力始终与管缝式锚杆处于同心状态，从而获得准确的拉拔力测量结果，携带方便，不需要使用电力设备，不受动力源及使用地点的限制。

技术领域

本发明涉及一种管缝式锚杆拉拔力测量装置，特别是矿山井下支护工程中管缝式锚杆拉拔力的现场测量，通过该测量装置，可获得管缝式锚杆的拉拔力和对应的位移值，从而检验管缝锚杆的安装质量，评估管缝锚杆的锚固力及锚固效果。

技术背景

管缝式锚杆是采用高强度金属板卷压成沿全长纵向开缝的长钢管状杆体，属全长摩擦类型锚杆，主要靠管壁与钻孔壁之间的摩擦力起锚固作用。采用外力将锚杆安装入较其直径小的钻孔时，钢管的弹性使其外壁挤压钻孔壁，产生沿钢管全长分布的径向力。同时，锚杆外端金属托盘产生的即时预应力使被支护围岩处于三向应力状态，最终起到加固围岩、柔性抑制围岩移动和实现围岩自支撑效应的作用。管缝式锚杆作为一种支护方式，被广泛应用于地下工程的支护实践中，较其他支护方式而言，具有及时施加主动预应力以及安装效率高等诸多优点。但管缝锚杆也有其明显的不足，比如其锚固力受安装工艺的影响非常显著，钻孔直径、岩体质量等会对其锚固力产生非常大的影响。现场试验表明，同样的管缝锚杆采用不同的安装工艺或安装于不同岩体，其锚固力可能相差数倍。

在进行井巷工程掘进与采场回采过程中，地压显现是必然现象，受不同地质条件、安装工艺等因素的影响，管缝式锚杆起到的支护效果不尽相同。如果起不到支护效果，则可能出现井巷工程的垮塌、人员伤亡、设备受损等一系列问题。准确测定现场管缝式锚杆的拉拔力，掌握其安装质量及效果，是保障井巷工程稳定性，避免人员受伤、设备受损的最直接有效的方式。因此，开展管缝锚杆现场拉拔试验具有非常重要的现实意义。然而对管缝式锚杆的现场拉拔力测量一直是一个技术难题，无法直接拉拔管缝锚杆杆体，为开展管缝锚杆拉拔实验，一般情况下是在管缝式锚杆末端焊接一段金属杆，通过对金属杆进行拉拔，以测定锚杆的拉拔力。但使用这种测量方式，存在如下几个问题：

1)该测量方式不仅需要在地表加工合适的金属杆，还需要使用电焊机、焊钳等工具，需由专业人员到现场进行接电、焊接工作，然而矿山井下巷道并非各个地方都有电源，可能需要专门布置电源至拟测试管缝锚杆附近，可见焊接金属杆这一测量方法对作业条件、作业地点及人员设备具有较高要求。

2)使用电焊会产生明火，易引发火灾事故，在某些存在易燃、易爆气体的矿山(如煤矿)无法使用。

3)焊接工艺本身较为复杂，受矿山井下作业空间小、作业环境差、照明条件不良等因素的限制，使得焊接人员的作业难度提高，焊接质量难以保证。

4)锚杆拉拔力的测量过程中，需要使施加的拉拔力与锚杆处于同轴位置，才能测出准确的管缝锚杆的锚固力(如果非同轴，则测试结果一般会偏大)，然而在焊接过程中操作人员只能根据肉眼判断，这就很难保证焊接的金属杆和管缝锚杆处于同轴位置，从而影响测量结果的准确性。

5)在进行拉拔力测量的过程中，易出现因焊接的金属杆焊点拉断而造成的人员伤害事故。

6)该方式测量周期长，测量工序复杂，测量成本较高。

另一种测量方式是在管缝式锚杆的空心管内安装两个楔子，楔子内侧连接拉杆，通过两个楔子叠合提供抓住管缝锚杆的力量，但这种测量方式最大的问题在于：锚杆壁还受到楔子施加的径向力，从而增大了管缝锚杆与岩壁之间的摩擦力，使得所测得的锚固力高于实际锚固力。

发明内容