專利名稱：錨桿支護錨固施工仿真綜合實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及模擬實驗裝置，特別是一種錨桿支護錨固施工仿真綜合實驗裝置。
背景技術(shù)：
相似材料模擬實驗方法一直是采礦工程實驗研究的主要實驗方法，它的實質(zhì)是在實驗臺上用與模型力學(xué)性質(zhì)相似的材料按照幾何相似的一定比例縮制成實驗?zāi)Ｐ汀Ｔ谀Ｐ蜕峡梢蚤_挖成各類工程，如礦山巷道和硐室、長壁采場，通過對工程過程的模擬和實驗觀察，來研究工程圍巖體的變形、移動和破壞等力學(xué)現(xiàn)象，以及分析作用于支護結(jié)構(gòu)上的力。傳統(tǒng)的巷道錨桿支護效果的相似材料模擬實驗方法一般用的是平面模擬實驗裝置，它只能研究原型的一個剖面，而對于三維應(yīng)力均有變化的研究對象，平面模擬實驗臺存在不合理性。平面實驗臺不能模擬在巷道里面打錨桿的過程，以得到錨桿的受力情況以及支護的質(zhì)量檢測；它的夾緊結(jié)構(gòu)方面也存在不合理性，長期實驗后，槽鋼會造成不同程度的彎曲，裝架后模型表面凹凸不平，影響模型的相似性；模型架升降不方便，升降過程不易控制，往往成型后由于速度控制不當(dāng)產(chǎn)生震動，損壞模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)，造成實驗結(jié)構(gòu)不夠準(zhǔn)確，影響對礦山巷道支護安全預(yù)防，會造成安全事故。因此，應(yīng)用相似理論、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)等學(xué)科知識，開發(fā)出一種三維的、結(jié)構(gòu)簡單合理、實現(xiàn)鉆打錨桿工藝的立體巷道錨桿支護相似材料模擬實驗平臺勢在必行。
發(fā)明內(nèi)容針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本實用新型之目的就是提供一種錨桿支護錨固施工仿真綜合實驗裝置，可有效解決礦山巷道支護的模擬，保證模擬質(zhì)量，確保礦山安全生產(chǎn)問題。本實用新型解決的技術(shù)方案是，包括支架臺、加壓裝置和梯子，所述的支架臺是由四方形上框和四方形上框下部四角經(jīng)上中間板裝有支腿構(gòu)成，支腿下端部裝有置于地面上的下中間板，四方形上框的對應(yīng)兩邊間裝有角鋼，支架臺上部一側(cè)有置于地面上的人工梯子，支架臺上部有人工護欄扶手，角鋼上面通過螺栓固定裝有龍門框架，龍門框架上部裝有油缸，組成加壓裝置；龍門框架的內(nèi)部放置有由箱體、擋板和起壓實作用的壓板組成的模型箱。本實用新型是一種可以模擬三維狀態(tài)下巷道錨桿支護實驗裝置，在三維仿真實驗平臺上面裝好配置好的相似材料以后，可以在實驗平臺下面通過錨桿機往平臺內(nèi)部打錨桿，模擬巷道錨桿支護的錨固過程，還可以檢測錨桿機在打鉆過程中的信息，同時，為巷道錨桿支護的質(zhì)量監(jiān)測提供平臺進行，借助于三維仿真綜合實驗裝置可以對巷道錨桿施工及效果監(jiān)測提供較大的幫助，對于巷道錨桿支護的研究具有推動作用。

[0006]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)立體圖。圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)主視圖。圖3為本實用新型的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對實用新型的具體實施方式
作以詳細描述。由圖1-3所示，本實用新型包括支架臺、加壓裝置和梯子，所述的支架臺是由四方形上框I和四方形上框下部四角經(jīng)上中間板5裝有支腿3構(gòu)成，支腿3下端部裝有置于地面上的下中間板2，四方形上框I的對應(yīng)兩邊間裝有角鋼12，支架臺上部一側(cè)有置于地面上的人工梯子4，支架臺上部有人工護欄扶手7，角鋼12上面通過螺栓固定裝有龍門框架8，龍門框架8上部裝有油缸組9，組成加壓裝置13 ;龍門框架的內(nèi)部放置有由箱體、擋板和起壓實作用的壓板10組成的模型箱11。人工梯子用于工作人員從地面到支架臺上面的來往，方便工作。所述的模型箱11底部有3個直徑30mm±0.5mm的圓孔6，模型箱一邊有透明的玻璃鋼，另一邊有可拆卸的擋板，頂部有起壓實作用的壓板10。所述的支腿3呈從上往下向外的傾斜狀，上中間板5與四方形上框I焊接在一起。所述的下中間板2置于地面上基礎(chǔ)坑內(nèi)的混凝土固定體上，下中間板5上有地腳孔，由螺栓穿過地腳孔將與支腿焊接在一起的下中間板同混凝土固定體固定在一起(圖中未畫出)。所述的四方形框架I是由直徑為15cm的鋼管連接而成方形，框架內(nèi)焊接有180角鋼12，角鋼表面有直徑為30mm±0.5mm的螺栓孔，與支架臺上安放的龍門框架8固定連接在一起。所述的龍門框架8的底部為長方形的邊框，邊框上有螺紋孔，用4條M24螺栓把龍門框架固定在角鋼上，油缸組采用4條M16螺栓固定在龍門框架上。所述的加壓裝置13通過外接連接油管與地面上的高壓油泵連接，通過高壓油泵可控制油缸組的縮進與伸出，轉(zhuǎn)動高壓油泵上的操作手柄能完成操作。所述的油缸組9是由3個100噸的油缸組成。由上述可以看出，本實用新型的支架臺由地腳螺栓固定在基礎(chǔ)之上，支撐上面的箱體和加壓裝置的重量，支架臺上部有護欄和扶手以保護人員的安全；支架臺上部的形狀是邊長為2m的正方形，支架臺距地面的高度是1.9m，支腿略微往外傾斜，安全支撐上部的重量，不易坍塌。加壓裝置由3個100噸油缸以及龍門式框架組成，每個油缸的工作壓力是600KN，最大伸縮量是30mm，龍門式框架的尺寸是1600X 1050mm ;加壓裝置用4條M24螺栓固定在支架之上，3個油缸采用4條M16螺栓并排固定在龍門架的上部。連接油管把高壓油泵和3個油缸連接在一起。模型箱由箱體、壓板、擋板組成，向模型箱內(nèi)加裝材料時，可以從側(cè)面分層加裝材料到一定高度后，再用螺栓固定側(cè)邊擋板；兩個擋板之間留有20mm的間隙，便于安放傳感器的導(dǎo)線；模型箱的另一邊，采用有機玻璃板，便于觀測內(nèi)部材料的情況；在箱體內(nèi)部裝滿材料后，利用油缸的壓力使用壓板把材料壓實；模型箱的底部有3個直徑30mm的孔，通過鉆孔可以使用錨桿機往上部打錨桿。高壓油泵為加壓裝置的3個工作油缸提供高壓油，通過轉(zhuǎn)動高壓油泵上的操作手柄，可以控制油缸的伸出與縮進。本實用新型裝置結(jié)構(gòu)新穎獨特，是在平面模擬實驗裝置的基礎(chǔ)上，進一步發(fā)展成的立體模擬仿真綜合實驗裝置，可以直觀系統(tǒng)的仿真巷道錨桿支護的全過程，有利于現(xiàn)場錨桿錨固施工過程的研究，還有利于現(xiàn)場錨桿支護質(zhì)量的檢測，同時可以根據(jù)打鉆過程識別上面巖層組合形式，防止工作現(xiàn)場頂板事故的發(fā)生。本實用新型為了達到使用效果，在制作時，支架臺的支腿3通過下中間板2與地面連接之前必須要向基礎(chǔ)坑內(nèi)澆灌混凝土，搗實后方可通過地腳螺栓固定在地面上，同時支腿3從上到下略往外傾斜，這是為了保證油缸在向模型箱加壓時確保支架的平衡穩(wěn)定性；支腿上部通過上中間板5與四方形框架通過焊接連在一起，可以增大接觸面積，保證接觸穩(wěn)定性；由于支架臺較高，為了上下支架臺方便一些，在支架臺上焊接了一個人工梯子4，為了確保臺上人員的安全，增加了一個人工扶手護欄7。由于模型箱11本身的重量很大，通過油缸加壓時支架臺承受的壓力很大，在支架臺的上方框架兩邊連接兩個180角鋼12，可以防止支架臺因受力不均勻出現(xiàn)變形坍塌事故；為了保證模型箱11的穩(wěn)定性，箱子放置在龍門框架8上，被龍門框架所包圍，同時龍門框架的頂部放置有三個油缸9，可以向模型箱11內(nèi)的模擬材料加壓，油缸組9外通過連接油管與高壓油泵聯(lián)通，轉(zhuǎn)動手柄即可控制油缸的伸縮量和加壓的大小。在模型箱11的底部留有3個30mm±5mm的圓孔,在模型做好以后，可以通過小孔往模型內(nèi)部打錨桿，可以進行錨桿錨固施工仿真和相關(guān)的檢測。本實用新型的工作原理如下:本實用新型的目的是利用在立體模型箱11內(nèi)部裝有相似材料，仿真模擬巖層三維應(yīng)力狀態(tài)均有變化的現(xiàn)場情況，在模型箱11的下部通過錨桿機往里面打錨桿，由此可以分析錨桿在巖層內(nèi)部的受力情況和錨桿錨固的施工過程、錨固質(zhì)量檢測，還能基于錨桿質(zhì)量檢測儀對錨桿本身的質(zhì)量進行無損檢測，同時，還可以根據(jù)外部連接的傳感器探測巖層內(nèi)部的組合方式，預(yù)測巖層組合劣化的過程。在模型箱內(nèi)部裝好相似材料以后，龍門框架8上的3個油缸9通過壓板10對模型箱11內(nèi)部的材料進行壓實，高壓油泵通過加壓裝置13對模型箱內(nèi)部的材料進行加壓，可以改變巖層的受力的大小，進而可以分析巖層的三維受力情況。同時模型箱11的下部留有3個直徑為30mm±5mm的圓孔，錨桿機通過孔向上打錨桿，通過相關(guān)儀器監(jiān)測信息，利用監(jiān)測儀器，在其下部對錨桿支護效果進行監(jiān)測。通過模型箱11、加壓裝置13和打鉆可以實時仿真錨桿錨固現(xiàn)場的施工情況。本實用新型的工作情況是:由于煤礦現(xiàn)場工作條件的復(fù)雜特性，要對錨桿進行三維受力狀態(tài)分析和錨固質(zhì)量檢測具有一定的局限和困難，因此在實驗室里設(shè)計一個仿真綜合實驗裝置勢在必行。如圖所示，將本實用新型的設(shè)備按照一定的步栗進行正確的安裝。首先把模型箱放置在位置合理的地面上，然后對支架進行安裝，按照基礎(chǔ)圖，開挖基礎(chǔ)坑，向基礎(chǔ)坑內(nèi)澆灌混凝土，并搗實，安放支架，保證支架上平面水平后，在地腳孔內(nèi)穿入地腳螺栓?；A(chǔ)澆灌15天后，然后向支架上部安裝加壓裝置，調(diào)整支架頂面水平，并保證支架底板與地面緊密接觸無空隙后，緊固地腳螺栓的螺母。把加壓裝置吊到支架平臺上后，調(diào)整加壓裝置位置，使底部的4個螺栓孔與支架上部的4個孔對準(zhǔn)，然后用M16 X 50螺栓連接成一體。把液壓泵站放置在合適位置，連接高壓油管到加壓裝置立柱上的接頭上，給液壓泵站通電后，轉(zhuǎn)動手柄，使油缸動作，可以控制油缸的縮進量。本實用新型正確安裝好以后，把力學(xué)性質(zhì)相似的材料按照一定比例放置在模型箱內(nèi)部，每放置一部分材料要進行搗實壓緊，到達一定高度后用螺栓固定側(cè)面的擋板，繼續(xù)添加直到模型箱裝滿為止，最后轉(zhuǎn)動液壓泵站的手柄，控制油缸的動作，壓緊最上部的壓板。用天車把裝好材料以后的模型箱調(diào)到龍門架上，固定模型箱體，然后進行相關(guān)的實驗。在模型箱體的下部留有3個直徑為30mm±5mm的圓孔，錨桿機通過圓孔往模型箱內(nèi)部打錨桿，錨桿機通過孔向上打錨桿，通過相關(guān)儀器監(jiān)測信息，利用監(jiān)測儀器，在其下部對錨桿支護效果進行監(jiān)測。
權(quán)利要求1.一種錨桿支護錨固施工仿真綜合實驗裝置，包括支架臺、加壓裝置和梯子，其特征在于，所述的支架臺是由四方形上框(I)和四方形上框下部四角經(jīng)上中間板(5)裝有支腿(3)構(gòu)成，支腿(3)下端部裝有置于地面上的下中間板(2)，四方形上框(I)的對應(yīng)兩邊間裝有角鋼(12)，支架臺上部一側(cè)有置于地面上的梯子(4)，支架臺上部有人工護欄扶手(7)，角鋼(12)上面通過螺栓固定裝有龍門框架(8)，龍門框架(8)上部裝有油缸組(9)，組成加壓裝置(13);龍門框架的內(nèi)部放置有由箱體、擋板和起壓實作用的壓板(10)組成的模型箱(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿支護錨固施工仿真綜合實驗裝置，其特征在于，所述的模型箱(11)底部有3個直徑30mm±0.5mm的圓孔(6)，模型箱一邊有透明的玻璃鋼，另一邊有可拆卸的擋板，頂部有起壓實作用的壓板(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿支護錨固施工仿真綜合實驗裝置，其特征在于，所述的支腿(3)呈從上往下向外的傾斜狀，上中間板(5)與四方形上框(I)焊接在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿支護錨固施工仿真綜合實驗裝置，其特征在于，所述的下中間板(2)置于地面上基礎(chǔ)坑內(nèi)的混凝土固定體上，下中間板(5)上有地腳孔，由螺栓穿過地腳孔將與支腿焊接在一起的下中間板同混凝土固定體固定在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿支護錨固施工仿真綜合實驗裝置，其特征在于，所述的四方形框架(I)是由直徑為15cm的鋼管連接而成方形，框架內(nèi)焊接有180角鋼(12)，角鋼表面有直徑為30mm±0.5mm的螺栓孔，與支架臺上安放的龍門框架(8)固定連接在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿支護錨固施工仿真綜合實驗裝置，其特征在于，所述的龍門框架(8)的底部為長方形的邊框，邊框上有螺紋孔，用4條M24螺栓把龍門框架固定在角鋼上，油缸組采用4條M16螺栓固定在龍門框架上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿支護錨固施工仿真綜合實驗裝置，其特征在于，所述的加壓裝置(13)通過外接連接油管與地面上的高壓油泵連接，通過高壓油泵可控制油缸組的縮進與伸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨桿支護錨固施工仿真綜合實驗裝置，其特征在于，所述的油缸組(9)是經(jīng)油管連通的3個100噸的油缸組成，通過油管與高壓油泵連通。
專利摘要本實用新型涉及錨桿支護錨固施工仿真綜合實驗裝置，可有效解決礦山巷道支護的模擬，保證模擬質(zhì)量，確保礦山安全生產(chǎn)問題，其結(jié)構(gòu)是，支架臺是由四方形上框和四方形上框下部四角經(jīng)上中間板裝有支腿構(gòu)成，支腿下端部裝有置于地面上的下中間板，四方形上框的對應(yīng)兩邊間裝有角鋼，支架臺上部一側(cè)有置于地面上的人工梯子，支架臺上部有人工護欄扶手，角鋼上面通過螺栓固定裝有龍門框架，龍門框架上部裝有油缸，組成加壓裝置；龍門框架的內(nèi)部放置有由箱體、擋板和起壓實作用的壓板組成的模型箱，本實用新型可以在實驗平臺下面通過錨桿機往平臺內(nèi)部打錨桿，模擬巷道錨桿支護的錨固過程，檢測錨桿機在打鉆過程中的信息，對巷道錨桿施工及效果監(jiān)測提供幫助。
文檔編號G01L5/00GK203053834SQ201320035218
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月23日
發(fā)明者劉少偉, 張益民, 樊克松, 馮友良, 孟偉峰, 李小偉, 蔡克欣, 焦建康, 李鑫濤, 張祥, 劉棟梁 申請人:河南理工大學(xué)