[发明专利]锚杆支护系统的工况模拟方法及工况模拟试验台

说明书

本发明涉及矿山支护技术领域，提供锚杆支护系统的工况模拟方法及工况模拟试验台。其中，供锚杆支护系统的工况模拟方法包括：采用模型模拟巷道围岩，使得模型的自由面与围岩表面变形前形状一致，其中巷道围岩指代的是顶板、底板和巷帮的其中之一所在的围岩；对照井下巷道将锚杆和护表构件安装至模型的自由面上，并对应护表构件安装测量装置；测量井下巷道围岩的表面变形量；向模型除去自由面以外的其它表面施压，使得自由面的变形量与巷道围岩的表面变形量一致；通过测量装置获取护表构件的受力和/或变形。本发明的锚杆支护系统的工况模拟方法，其可以为锚杆支护理论研究和复杂应力条件下的锚杆支护设计提供理论依据。

技术领域

本发明涉及矿山支护技术领域，尤其涉及锚杆支护系统的工况模拟方法及工况模拟试验台。

背景技术

锚杆支护作为煤矿巷道安全高效的主要支护形式，在我国煤矿巷道中已大面积推广应用。锚杆支护是将锚杆锚固于煤岩体内，拧紧杆尾螺母对围岩施加预应力，约束巷道围岩的变形离层、碎胀与滑移错动。巷道锚杆支护系统由巷道顶底板和两帮围岩、锚杆施力构件，以及约束围岩的护表构件组成。垂直于巷道轴线方向，巷道内锚杆沿巷道断面成排布置，每排锚杆安装一条钢带，钢带轴线与巷道轴线方向垂直，巷道锚杆支护系统如图1至图3。

研究护表构件在锚杆支护系统中的作用机理，最可靠的方法是进行试验研究，试验方法主要有两大类：

一、井下试验：目前主要是通过安装测力计或液压枕等测试仪器，测试锚杆轴向受力；布置表面位移测站，观测巷道两帮、顶板和底板移近量，总体评价锚杆支护系统的安全性及工作状态。仅有个别特例，采用应变测量技术，在井下对极少数的钢带、托盘等护表构件在支护系统中的受力与变形情况进行测试。

井下试验的优点是：获得的数据为现场实测数据，能够真实反映井下锚杆支护系统各类构件的工作状态和变形情况。缺点是：井下可监测的锚杆的护表构件数量有限，获得的数据代表性不足。尤其是针对托盘、钢带、金属网等护表构件的受力与变形的测试手段缺乏，没有可以直接用于护表构件井下测试的相关仪器，煤矿特殊的生产环境也限制了一些测试仪器的使用；同时缺少研究护表构件与围岩和锚杆之间相互作用关系的试验手段，不能测试围岩碎胀过程产生的挤压力，以及围岩内部应力变化，井下试验不能满足护表构件作用机理研究的需要。

二、实验室试验：目前主要进行护表构件的材料力学性能试验。包括：托盘的承载力测试、钢带抗拉能力测试、金属网在集中载荷作用下的变形能力测试等。实验室试验的优点是：测试的数据准确，能够反映护表构件材料的基本力学性能。缺点是：室内材料试验只反映每种护表构件在单一受力条件下的力学指标，而护表构件在支护系统中，实际并不是处于单一的受力状态，尤其是围岩变形破坏过程，护表构件的受力变形更加复杂，实验室的单纯材料试验，无法再现护表构件在锚杆支护系统中的真实力学状态，同样不能满足护表构件支作用机理的试验需求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

本发明的其中一个目的是：提供一种锚杆支护系统的工况模拟方法及工况模拟试验台，解决现有技术中无法准确获知护表构件在锚杆支护系统中的作用机理问题。

为了实现该目的，本发明提供了一种锚杆支护系统的工况模拟方法，包括：

采用模型模拟巷道围岩，使得模型的自由面与围岩表面变形前形状一致，其中巷道围岩指代的是顶板、底板和巷帮的其中之一所在的围岩；

对照井下巷道将锚杆和护表构件安装至模型的自由面上，并对应护表构件安装测量装置；

测量井下巷道围岩的表面变形量；

向模型除去自由面以外的其它表面施压，使得自由面的变形量与巷道围岩的表面变形量一致；

通过测量装置获取护表构件的受力和/或变形。