一種用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺及測試方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及礦山支護【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及了一種用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺及測試方法。該試驗臺通過在工作測試臺上設(shè)有鉆孔模型，錨桿一端插入鉆孔模型以形成錨固段和自由段；偏轉(zhuǎn)裝置套裝于錨桿的鉆孔模型外露端，用于使錨桿發(fā)生彎曲變形，錨桿在鉆孔模型的孔口處形成第一彎曲部，在錨固段與自由段的分界面處形成第二彎曲部，彎曲應(yīng)力計分別安裝于第一彎曲部和第二彎曲部處，用于測試錨桿的彎曲應(yīng)力。在實驗室內(nèi)實現(xiàn)對錨桿在不同安裝角度時承受的彎曲載荷的測試，為錨桿支護理論研究和復(fù)雜應(yīng)力條件下的錨桿支護設(shè)計提供依據(jù)，對深化錨桿支護機理研究，提高錨桿支護可靠性，保證工程安全具有重要意義。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及礦山支護【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺及 應(yīng)用其測試錨桿彎曲載荷的方法。 一種用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺及測試方法

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，錨桿支護已成為煤礦巷道安全高效的主要支護方式，在我國煤礦巷道中得 到大面積推廣應(yīng)用。錨桿支護是將錨桿錨固于煤巖體內(nèi)，擰緊桿尾螺母，對圍巖施加預(yù)應(yīng) 力，約束巷道圍巖的變形離層、碎脹與滑移錯動。
[0003] 錨桿支護施工過程中，錨桿安裝鉆孔軸線與圍巖表面形成不同角度，安裝托盤擰 緊螺母時，錨桿桿體軸線向圍巖表面法線方向偏轉(zhuǎn)，在錨固段與自由段分界面處和鉆孔孔 口處發(fā)生彎曲，桿體承受彎曲載荷，直接影響錨桿的實際綜合承載能力。研究錨桿承受的彎 曲載荷，對深化錨桿支護機理研究，提高錨桿支護可靠性，保證工程安全具有重要意義。
[0004] 研究錨桿工作過程中承受彎曲載荷時的力學(xué)性能的方法主要有兩大類：井下試驗 與實驗室試驗。
[0005] 井下試驗主要測試的錨桿的軸向受力，只能反映錨桿在各種應(yīng)力綜合作用下形成 的軸向應(yīng)力或軸向載荷大小，無法區(qū)分實際載荷對錨桿的作用方式及幅度，也不能測試鉆 孔軸線與圍巖表面傾斜時，桿體彎曲部位承受的彎曲載荷。因不能重新揭露鉆孔中的錨桿， 也不能測試錨桿桿體在彎曲載荷作用下的實際變形。此外，由于井下特殊的環(huán)境，一些先進 的監(jiān)測方法與儀器的應(yīng)用也受到限制，而且能夠監(jiān)測的錨桿數(shù)量有限，代表性不足。
[0006] 實驗室試驗?zāi)壳爸饕M行錨桿桿體材料試件的拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切及材料沖擊 的單項試驗，雖然測試的數(shù)據(jù)準確，能夠反映錨桿材料的基本力學(xué)性能。但是，室內(nèi)單項試 驗只反映錨桿材料的單一力學(xué)指標，無法模擬錨桿在安裝鉆孔與圍巖表面的夾角變化時的 受力情況，無法測試出錨桿在不同安裝角度下承受的彎曲載荷。
[0007] 因此，針對以上不足，需要一種能夠在實驗室內(nèi)模擬鉆孔軸線與圍巖表面形成不 同角度時，使錨桿發(fā)生彎曲的試驗臺及應(yīng)用該試驗臺準確有效地測試出錨桿承受的彎曲載 荷的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] (一）要解決的技術(shù)問題
[0009] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺及測試 方法，使得能夠在實驗室內(nèi)模擬錨桿在不同安裝角度下發(fā)生彎曲，能夠準確有效地測試出 錨桿承受的彎曲載荷，并可對錨桿彎曲部位的變形進行剖切觀察。
[0010](二）技術(shù)方案
[0011] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺，該試 驗臺包括用于礦山支護的錨桿，該試驗臺還包括工作測試臺、彎曲應(yīng)力計和偏轉(zhuǎn)裝置，所述 工作測試臺上設(shè)有鉆孔模型，所述錨桿一端插入鉆孔模型以形成錨固段與自由段，所述偏 轉(zhuǎn)裝置套裝于錨桿的鉆孔模型外露端，用于使所述錨桿發(fā)生彎曲變形，所述錨桿在鉆孔模 型的孔口處形成第一彎曲部，在錨固段與自由段的分界面處形成第二彎曲部，所述彎曲應(yīng) 力計分別安裝于第一彎曲部和第二彎曲部位置，用于測試錨桿的彎曲應(yīng)力。
[0012] 其中，所述偏轉(zhuǎn)裝置包括斜墊板和托盤，所述托盤固定套設(shè)于位于鉆孔模型外的 錨桿上，所述斜墊板安裝于鉆孔模型的孔口處，用于改變所述托盤安裝面與鉆孔模型軸線 之間的夾角。
[0013] 其中，所述斜墊板安裝于鉆孔模型的孔口處，且位于斜墊板與沖擊梁之間。
[0014] 其中,所述斜墊板為斜面體結(jié)構(gòu)。
[0015] 其中，所述斜墊板的法線與鉆孔軸線的傾斜度0° -75°。
[0016] 其中，所述錨桿一端插入鉆孔模型，并在鉆孔模型的孔底段通過錨固劑與其孔壁 粘結(jié)形成錨固段，在不與其孔壁粘結(jié)的孔口段形成自由段。
[0017] 其中，所述錨固段內(nèi)的煤巖體物理模型鉆孔中裝有錨固劑，所述錨桿通過錨固劑 與煤巖體物理模型粘結(jié)在一起。
[0018] 本發(fā)明還提供一種用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺的測試方法，包括如下步驟：
[0019] S1、將待測的錨桿錨固于工作測試臺的鉆孔模型內(nèi)，在鉆孔模型的孔口段形成自 由段，在鉆孔模型的孔底段形成錨固段；
[0020] S2、通過偏轉(zhuǎn)裝置對錨桿施加彎曲載荷，使錨桿在鉆孔模型的孔口處形成第一彎 曲部和在自由段與錨固段之間分界面處形成第二彎曲部；
[0021] S3、通過彎曲應(yīng)力計分別測試第一彎曲部和第二彎曲部的彎曲應(yīng)力。
[0022] 其中，在步驟S2所述通過改變斜墊板的傾斜角度，以改變鉆孔模型軸線與托盤安 裝表面的夾角，使錨桿受到不同的彎曲載荷。
[0023] 其中，在步驟S1所述的鉆孔模型的全長為煤巖體物理模型，錨固段長度隨鉆孔模 型內(nèi)裝入錨固劑的數(shù)量變化可隨意調(diào)整，直至進行鉆孔模型全長錨固。
[0024] (三）有益效果
[0025] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有以下有益效果：本發(fā)明用于測試錨桿彎曲載荷的試驗 臺實現(xiàn)在實驗室內(nèi)模擬錨桿在安裝鉆孔與煤巖體表面夾角變化時的彎曲受力情況；實現(xiàn)在 實驗室內(nèi)對錨桿彎曲載荷的測試，并可對錨桿彎曲部位的變形進行剖切觀察，為錨桿支護 理論研究和復(fù)雜應(yīng)力條件下的錨桿支護設(shè)計提供依據(jù)，對深化錨桿支護機理研究，提高錨 桿支護可靠性，保證工程安全具有重要意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明實施例用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺的剖視圖。
[0027] 其中，2 :工作測試臺；4 :偏轉(zhuǎn)裝置；5 :錨桿；21 :自由段；22 :錨固段；41 :斜墊板； 42 :托盤；62 :沖擊梁；93 :煤巖體物理模型；104 :彎曲應(yīng)力計。

【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于 說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0029] 在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，"多個"的含義是兩個或兩個以上；除非另有說 明，"缺口狀"的含義為除截面平齊外的形狀。術(shù)語"上"、"下"、"左"、"右"、"內(nèi)"、"外"、"前 端"、"后端"、"頭部"、"尾部"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系， 僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定 的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語"第一"、 "第二"、"第三"等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0030] 在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語"安裝"、"相 連"、"連接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可 以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0031] 如圖1所示，本實施例所述的用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺包括用于礦山支護 的錨桿5,該試驗臺還包括工作測試臺2、彎曲應(yīng)力計104和偏轉(zhuǎn)裝置4,工作測試臺2設(shè)有 鉆孔模型，錨桿5 -端插入鉆孔模型以形成自由段21和錨固段22 ;偏轉(zhuǎn)裝置4套裝于錨桿 5外，偏轉(zhuǎn)裝置4位于工作測試臺2鉆孔模型的孔口處，用于使錨桿5發(fā)生彎曲變形，錨桿5 在鉆孔模型的孔口處形成第一彎曲部，在錨固段22與自由段21的分界面處形成第二彎曲 部，彎曲應(yīng)力計104分別安裝于第一彎曲部和第二彎曲部處，用于測試錨桿5的彎曲應(yīng)力。 該試驗臺實現(xiàn)在實驗室內(nèi)模擬錨桿在安裝鉆孔與煤巖體表面夾角變化時的彎曲受力情況。
[0032] 鉆孔模型事先并不劃分錨固段和自由段。錨固段和自由段長度是由使用的錨固劑 數(shù)量決定的。錨固劑增加時，錨固段范圍自然延長，錨固劑用量足夠時，鉆孔內(nèi)的錨桿可全 部與孔壁粘結(jié)，即進行全長錨固。
[0033] 而且，偏轉(zhuǎn)裝置4包括斜墊板41和托盤42,托盤42固定套設(shè)于錨桿5外，托盤42 位于工作測試臺2的鉆孔模型的孔口處，斜墊板41位于托盤42與工作測試臺2之間，斜墊 板41的傾斜面成為錨桿5托盤42的安裝面，使用不同傾斜度的斜墊板41會使托盤42的 安裝面發(fā)生不同角度傾斜，從而改變托盤42安裝面與鉆孔模型軸線之間的夾角；斜墊板41 對托盤42具有力的作用，錨桿5安裝預(yù)緊時，托盤42帶動錨桿5的自由段21軸線向斜墊 板法線方向偏轉(zhuǎn)；錨桿5在托盤42的帶動下在鉆孔模型的孔口處形成第一彎曲部，且在錨 固段22與自由段21的分界面處形成第二彎曲部。
[0034] 優(yōu)選地，為了實現(xiàn)整體一體化設(shè)置，斜墊板41設(shè)置于托盤42與沖擊梁62之間；沖 擊梁62與錨桿5固定連接。斜墊板41優(yōu)選為斜面體結(jié)構(gòu)，斜墊板41的法線與鉆孔軸線傾 斜度可隨意改變，優(yōu)選為0° -75° ;其中斜墊板41可以優(yōu)選為傾斜角度為5°的斜面體結(jié) 構(gòu)；斜墊板41可以優(yōu)選為傾斜角度為10°的斜面體結(jié)構(gòu)；斜墊板41可以優(yōu)選為傾斜角度 為15°的斜面體結(jié)構(gòu)；斜墊板41可以優(yōu)選為傾斜角度為20°的斜面體結(jié)構(gòu)；斜墊板41可 以優(yōu)選為傾斜角度為25°的斜面體結(jié)構(gòu)；斜墊板41可以優(yōu)選為傾斜角度為30°的斜面體 結(jié)構(gòu)；從而獲知鉆孔模型角度與桿體彎曲載荷的關(guān)系。
[0035] 優(yōu)選地，錨桿5 -端插入鉆孔模型，并在鉆孔模型的孔底段通過錨固劑與其孔壁 粘結(jié)形成錨固段22,在不與其孔壁粘結(jié)的孔口段形成自由段21。
[0036] 而且，錨固段內(nèi)的錨桿5通過錨固劑與煤巖體物理模型93固定粘結(jié)，進一步地，煤 巖體物理模型93優(yōu)選為真實的煤或巖石，煤巖體物理模型93也可為與煤巖石相似的其他 工程材質(zhì)制成的鉆孔模型。錨固劑是由不飽和聚酯樹脂、固化劑、促進劑和其它輔料，按一 定比例配制而成的粘稠狀錨固粘接材料，由聚酯薄膜分割包裝呈圓柱狀藥卷，具有攪拌后 常溫固化快，粘接強度高，錨固力可靠和耐久力好等優(yōu)良性能。有效地模擬錨桿在支護時的 真實情況，保證了測試數(shù)據(jù)的準確性。
[0037] 值得提出，改變鉆孔模型內(nèi)錨固劑的裝入量，可改變錨固段與自由段長度，從而改 變錨固段與自由段分界面位置，直至錨桿在鉆孔模型內(nèi)全長錨固，消除孔內(nèi)彎曲點，使錨桿 由兩處彎曲轉(zhuǎn)變?yōu)榭卓谝惶帍澢芰Α?br> [0038] 通過該用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺，可實現(xiàn)在實驗室內(nèi)對錨桿彎曲載荷的測 試，為錨桿支護理論研究和復(fù)雜應(yīng)力條件下的錨桿支護設(shè)計提供依據(jù)，對深化錨桿支護機 理研究，提高錨桿支護可靠性，保證工程安全具有重要意義。
[0039] 本發(fā)明還提供了一種根據(jù)所述的用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺的測試方法，包 括如下步驟：
[0040] S1、將待測的錨桿錨固于工作測試臺的鉆孔模型內(nèi)，在鉆孔模型的孔口段形成自 由段，在鉆孔模型的孔底段形成錨固段；
[0041] 其中，錨桿一端插入鉆孔模型，并在鉆孔模型的孔底段通過錨固劑與其孔壁粘結(jié) 形成錨固段，在不與其孔壁粘結(jié)的孔口段形成自由段；
[0042] 進一步地，鉆孔模型的全長為煤巖體物理模型，錨固段長度隨鉆孔模型內(nèi)裝入錨 固劑的數(shù)量變化可隨意調(diào)整，直至進行鉆孔模型全長錨固。錨桿通過錨固劑攪拌錨固于煤 巖體物理模型內(nèi)，煤巖體物理模型通過浮筒、錨固鋼管安裝于工作測試臺的鉆孔模型內(nèi)。煤 巖體物理模型優(yōu)選為真實的煤或巖石，煤巖體物理模型也可為與煤、巖石相似的其他工程 材質(zhì)制成的鉆孔模型。錨固劑是由不飽和聚酯樹脂、固化劑、促進劑和其它輔料，按一定比 例配制而成的粘稠狀錨固粘接材料，由聚酯薄膜分割包裝呈圓柱狀藥卷，具有常溫固化快， 粘接強度高，錨固力可靠和耐久力好等優(yōu)良性能。
[0043] S2、通過偏轉(zhuǎn)裝置對錨桿施加彎曲載荷，使錨桿在鉆孔模型的孔口處形成第一彎 曲部和在自由段與錨固段之間分界面處形成第二彎曲部；
[0044] 斜墊板對托盤具有力的作用；使用不同傾斜度的斜墊板使托盤的安裝面發(fā)生傾 斜，從而改變托盤安裝面與鉆孔模型軸線之間的夾角，錨桿在托盤的帶動下在鉆孔模型的 孔口處形成第一彎曲部，且在錨固段與自由段的分界面處形成第二彎曲部。
[0045] 具體為：分別使用傾斜角度為5°的斜墊板改變托盤的安裝面；使用傾斜角度為 10°的斜墊板改變托盤的安裝面；使用傾斜角度為15°的斜墊板改變托盤的安裝面；使用 傾斜角度為20°的斜墊板改變托盤的安裝面；使用傾斜角度為25°的斜墊板改變托盤的 安裝面；使用傾斜角度為30°的斜墊板改變托盤的安裝面。
[0046] S3、通過彎曲應(yīng)力計分別測試第一彎曲部和第二彎曲部的彎曲應(yīng)力。
[0047] 相應(yīng)地，在使用傾斜角度為5°的斜墊板時測試并記錄彎曲部的彎曲應(yīng)力；在使 用傾斜角度為10°的斜墊板時測試并記錄彎曲部的彎曲應(yīng)力；在使用傾斜角度為15°的 斜墊板時測試并記錄彎曲部的彎曲應(yīng)力；在使用傾斜角度為20°的斜墊板時測試并記錄 彎曲部的彎曲應(yīng)力；在使用傾斜角度為25°的斜墊板時測試并記錄彎曲部的彎曲應(yīng)力；在 使用傾斜角度為30°的斜墊板時測試并記錄彎曲部的彎曲應(yīng)力。
[〇〇48] 本發(fā)明的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā) 明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。選 擇和描述實施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺，包括用于礦山支護的錨桿（5)，其特征在于， 還包括工作測試臺（2)、彎曲應(yīng)力計（104)和偏轉(zhuǎn)裝置（4)，所述工作測試臺（2)上設(shè)有鉆 孔模型，所述錨桿（5) -端插入鉆孔模型以形成錨固段（22)與自由段（21)，所述偏轉(zhuǎn)裝置 (4) 套裝于錨桿（5)的鉆孔模型外露端，用于使所述錨桿（5)發(fā)生彎曲變形，所述錨桿（5) 在鉆孔模型的孔口處形成第一彎曲部，在錨固段（22)與自由段（21)的分界面處形成第二 彎曲部，所述彎曲應(yīng)力計（104)分別安裝于第一彎曲部和第二彎曲部位置，用于測試錨桿 (5) 的彎曲應(yīng)力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺，其特征在于，所述偏轉(zhuǎn)裝 置（4)包括斜墊板（41)和托盤（42)，所述托盤（42)固定套設(shè)于位于鉆孔模型外的錨桿（5) 上，所述斜墊板（41)安裝于鉆孔模型的孔口處，用于改變所述托盤（42)安裝面與鉆孔模型 軸線之間的夾角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺，其特征在于，所述斜墊板 (41)安裝于鉆孔模型的孔口處，且位于斜墊板（41)與沖擊梁（62)之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺，其特征在于，所述斜墊板 (41)為斜面體結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺，其特征在于，所述斜墊板 (41)的法線與鉆孔軸線的傾斜度0° -75°。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺，其特征在于，所述錨桿（5) 一端插入鉆孔模型，并在鉆孔模型的孔底段通過錨固劑與其孔壁粘結(jié)形成錨固段（22)，在 不與其孔壁粘結(jié)的孔口段形成自由段（21)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺，其特征在于，所述錨固段 (22)內(nèi)的煤巖體物理模型（93)鉆孔中裝有錨固劑，所述錨桿（5)通過錨固劑與煤巖體物理 模型（93)粘結(jié)在一起。
8. -種根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的用于測試錨桿彎曲載荷的試驗臺的測試方 法，其特征在于，包括如下步驟： 51、 將待測的錨桿錨固于工作測試臺的鉆孔模型內(nèi)，在鉆孔模型的孔口段形成自由段， 在鉆孔模型的孔底段形成錨固段； 52、 通過偏轉(zhuǎn)裝置對錨桿施加彎曲載荷，使錨桿在鉆孔模型的孔口處形成第一彎曲部 和在自由段與錨固段之間分界面處形成第二彎曲部； 53、 通過彎曲應(yīng)力計分別測試第一彎曲部和第二彎曲部的彎曲應(yīng)力。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的測試方法，其特征在于，在步驟S2所述通過改變斜墊板的傾 斜角度，以改變鉆孔模型軸線與托盤安裝表面的夾角，使錨桿受到不同的彎曲載荷。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的測試方法，其特征在于，在步驟S1所述的鉆孔模型的全長為 煤巖體物理模型，錨固段長度隨鉆孔模型內(nèi)裝入錨固劑的數(shù)量變化可隨意調(diào)整，直至進行 鉆孔模型全長錨固。
【文檔編號】G01N3/20GK104101546SQ201410305995
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】康紅普, 呂華文, 楊景賀, 吳擁政, 林健, 邵培森, 王正勝 申請人:天地科技股份有限公司