沿空留巷锚固矸石墙承载性能的模拟测试装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种沿空留巷锚固矸石墙承载性能的模拟测试装置，它由U型充填槽、承压板、锚固充填体和位移测量装置组成。利用实验室加载控制系统对压力传递结构进行施压，在压缩过程中，每隔一定时间，记录一次位移测量尺移动的距离以及相应的试验机载荷值，并记录轴向位移值；通过载荷值和轴向、横向移动位移换算出加载过程中不同时刻的横向锚固充填体应力值及应变值；最后绘出加载过程中充填体的应力-应变关系曲线，从而确定出横向锚固充填体的承载性能参数。本实用新型避免了煤矿井下沿空留巷矸石充填测试检验的单一性、不可重复性以及现场复杂试验环境等问题，对煤矿井下沿空留巷横向锚固矸石墙技术的应用具有重要的指导意义。
【专利说明】沿空留巷锚固矸石墙承载性能的模拟测试装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及锚固结构承载性能测试装置，尤其涉及沿空留巷横向锚固矸石墙承载性能模拟测试装置。
【背景技术】
[0002]沿空留巷技术一直是我国煤炭开采的重要技术发展方向。它对降低巷道掘进量、提高煤炭资源回收率、减少矸石排放量、延长矿井服务年限、缓解采掘接替矛盾和实现矿井安全高效绿色开采有显著效果。而在众多的沿空留巷技术研究中，矸石充填沿空留巷技术应用最为广泛，在目前的技术水平下，沿空留巷的成败在很大程度上取决于留巷充填体的设计及顶板条件，如果支护设计方案不能取得良好的留巷效果，不仅会损耗巨大的人力物力，而且还会给矿井的安全生产造成威胁。
[0003]沿空留巷充填体的强度、泊松比、变形模量等物理力学参数的获取对留巷设计具有直接的指导作用。横向锚固矸石墙是通过将锚杆或锚索横向贯穿布置在矸石充填体内，施加一定的预紧力，与巷旁辅助支护、巷内支护形成统一的支护体系。在沿空留巷期间，横向锚固矸石墙通过辅助作用、过渡作用、下缩让压作用、平衡作用承载岩层剧烈运动所产生的应力，保持巷道围岩的稳定性。但在煤矿井下的实际应用中，矸石充填体是一种不可逆压缩材料，搬运耗时费力，无法进行过多的井下现场测试试验；同时由于煤矿井下工作环境的特殊性和复杂性，也无法对充填体中锚杆、钢带的受力情况进行实际的系统分析，再加上巷道变形难以控制、充填工艺与工作面的快速推进同步等现场实际操作问题，使得原位测试难以在煤矿井下进行。
[0004]因此，通过实验室进行模拟测试，是解决上述问题的可靠办法。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种沿空留巷横向锚固矸石墙承载性能的模拟测试装置，通过在实验室模拟测试，可为煤矿井下沿空留巷横向锚固矸石墙技术的应用提供设计指导。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型锚固结构承载性能模拟测试装置所采用的技术方案是:
[0007]—种沿空留巷锚固矸石墙承载性能的模拟测试装置，其特征在于，它由充填槽、锚固充填体、承压板和位移测量装置组成，锚固充填体放置在充填槽中，承压板沉入充填槽后搁置在锚固充填体上，位移测量装置活动安装在充填槽上并与锚固充填体贴紧，其中:
[0008]所述的充填槽是由底钢板和两侧的侧钢板构成的U型槽，侧钢板顶部再用加固钢带固紧，从而形成一个两侧面封闭的充填槽；
[0009]所述的锚固充填体由多个充填袋、锚杆和钢带构成；充填袋按模拟充填体的高度和宽度堆砌在充填槽内形成充填墙体，堆砌时上下层交错压茬，纵向钢带和横向钢带紧贴充填墙体的前、后立面；横向钢带和纵向钢带的重叠交叉处加工有通孔；上述的锚杆从前立面钢带通孔穿过充填袋从后立面钢带通孔中穿出，两端用螺母固定，从而构成锚固充填体；上述的锚杆可以是锚索；
[0010]所述的承压板是一个厚度不小于5mm的钢板，承压板压在充填体上表面处；
[0011]所述的位移测量装置包括固定在充填槽两侧的纵向套筒和卡尺支架，卡尺支架是一个与充填槽长度相匹配的平面框架，平面框架上设有卡尺槽，平面框架的两端设有纵向伸出的纵向杆，纵向杆上加工有螺纹，纵向杆穿过纵向套筒使卡尺支架安装在充填槽上，并在纵向杆上拧上限位螺母，在卡尺槽中水平插入卡尺，插入后卡尺应与充填袋靠紧。
[0012]利用本实用新型装置对锚固结构承载性能进行测试的方法如下:
[0013]第一步，制作模拟测试装置
[0014]第1.1步，制作锚固充填体；
[0015]第1.1.1步，将模拟充填体材料的颗粒装入布袋中，并封口形成充填袋，将充填袋按模拟充填体的高度和宽度堆砌在充填槽内，堆砌时上下层交错压茬，不够一整袋的位置，用半袋填充，将有缝隙的地方用充填体颗粒填实，使表面平整；
[0016]第1.1.2步，将纵向钢带和横向钢带紧贴充填墙体的前、后立面，将锚杆穿过前后立面纵向钢带和横向钢带的通孔后用螺母固紧，对充填袋施加一定的预紧力；
[0017]安装锚杆时可边充填边安装；
[0018]第1.2步,在充填体上表面安放上承压板；
[0019]第1.3步，安装位移测量装置
[0020]将卡尺支架的纵向杆穿过套筒，从而使卡尺支架安装在充填槽上，并在纵向杆上拧上限位螺母，在卡尺槽中水平插入卡尺，使卡尺与充填体贴紧；
[0021]第二步，将上述制作安装好的模拟测试装置放到压力试验机底座上，启动压力试验机，当承压板与压力试验机的传力支柱刚好接触时，记录下卡尺的初始读数；然后开始加载，在加载压缩过程中，充填墙体变形，将卡尺向外推移；此时每隔一定时间，记录一次卡尺移动距离，以及相应的载荷值和充填袋的轴向变形值；
[0022]第三步，通过载荷值和位移值换算出加载过程中不同时刻的充填体应力值σ及轴向应变值S1和横向应变值ε2;
[0023]应力换算公式如下:
[0024]
σ = ^-山
ah
[0025]式中:
[0026]a一7承压板与充填体接触面的长度，mm ；
[0027]b—7|c压板宽度，mm ；
[0028]Pi—第i次试验机施加的载荷，KN ；
[0029]轴向应变换算公式如下:
[0030]
(2)
1h
[0031]式中:[0032]Ui一第i次试验机轴向位移值，mm ；
[0033]U。一试验机轴向初始位移值，mm ；
[0034]h—测试之前的充填墙体高度，mm ；
[0035]横向应变换算公式如下:
[0036]
【权利要求】
1.一种沿空留巷锚固矸石墙承载性能的模拟测试装置，其特征在于，它由充填槽、锚固充填体、承压板和位移测量装置组成，锚固充填体放置在充填槽中，承压板沉入充填槽后搁置在锚固充填体上，位移测量装置活动安装在充填槽上并与锚固充填体贴紧，其中: 所述的充填槽是由底钢板和两侧的侧钢板构成的U型槽，侧钢板顶部再用加固钢带固紧，从而形成一个两侧面封闭的充填槽； 所述的锚固充填体由多个充填袋、锚杆和钢带构成；充填袋按模拟充填体的高度和宽度堆砌在充填槽内形成充填墙体，堆砌时上下层交错压茬，纵向钢带和横向钢带紧贴充填墙体的前、后立面；横向钢带和纵向钢带的重叠交叉处加工有通孔；上述的锚杆从前立面钢带通孔穿过充填袋从后立面钢带通孔中穿出，两端用螺母固定，从而构成锚固充填体；所述的承压板是一个厚度不小于5mm的钢板，承压板压在充填体上表面处； 所述的位移测量装置包括固定在充填槽两侧的纵向套筒和卡尺支架，卡尺支架是一个与充填槽长度相匹配的平面框架，平面框架上设有卡尺槽，平面框架的两端设有纵向伸出的纵向杆，纵向杆上加工有螺纹，纵向杆穿过纵向套筒使卡尺支架安装在充填槽上，并在纵向杆上拧上限位螺母，在卡尺槽中水平插入卡尺，插入后卡尺应与充填袋靠紧。
2.如权利要求1所述的沿空留巷锚固矸石墙承载性能的模拟测试装置，其特征在于，所述的锚杆用锚索替代。
【文档编号】G09B25/04GK203825944SQ201420249159
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】赵同彬, 邹建超, 张富兴, 谭云亮, 蔡来生 申请人:山东科技大学