一种可实现机械化安装的相似模拟实验测力锚杆的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种相似模拟实验锚杆，具体涉及一种可实现机械化安装的相似模拟实验测力锚杆。
【背景技术】
[0002]随着锚杆安装过程中机械化程度和工人操作水平提高，锚杆支护技术取得重大成功。锚杆支护成功与否需要合理的支护参数作为依据，物理相似模拟实验作为采矿工程学科重要研究手段，它能够模拟开采条件，为实践提供支护方案和参数优化，节约生产成本。但是，物理相似模拟实验中锚杆支护技术落后，归纳起来，存在以下几方面不足:(1) 一般采用铁锤等质量和刚度大物体重复多次撞击锚杆尾部。与现场锚杆安装相比，实验室安装过程材料围岩应力状态受扰动次数多，围岩受损程度大，实验得出的锚杆间排距小、密度大，严重影响支护方案和参数的准确性，造成支护成本增加；(2)实验室安装过程中撞击锚杆尾部，杆体容易发生弯曲，需要返工，影响锚杆安装速度，不能保证相似模拟实验锚杆安装的时间相似性；(3)相似模拟实验锚杆安装后预紧力靠安装人员经验进行施加，应力相似性不能准确满足；(4)在锚杆安装施加载荷时，铁锤质量大容易误伤操作人员，对人员人身安全构成威胁，诸多类似危险源的无法确保实验人员安全。
[0003]因此，物理相似模拟实验过程中锚杆安装问题亟待解决。本实用新型采用一种新型测力锚杆，并借助多功能电钻可实现实验室锚杆安装过程机械化和实验结果准确度提尚ο
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的是针对现有技术中的不足，提高相似模拟实验中巷道、隧道、挡土墙等锚杆安装的速度和成功率，提供一种可实现机械化安装的相似模拟实验测力锚杆。
[0005]为实现上述目的，本实用新型公开了如下技术方案:
[0006]—种可实现机械化安装的相似模拟实验测力锚杆，包括四部分，由上至下依次为破岩部、锚杆主体、固定部及夹持部:
[0007]破岩部为刻有圆锥螺纹的锥体，用于破坏岩体；
[0008]锚杆主体为表面光滑圆柱体；
[0009]固定部通过圆柱螺纹由上至下依次固定有锚杆测力环、托板、垫圈及螺母，其中，锚杆测力环安装在固定部前端与实验相似材料界面之间，锚杆测力环连接计算机的多路压力监测系统；
[0010]夹持部连接多功能电钻，夹持部被多功能电钻夹持的部分设有被削平的扁槽以防止打滑。
[0011]作为一种优选方案，该测力锚杆的材质为钢制材料，以满足实验中对相似模拟材料实施破坏的刚度要求及锚固相似材料的强度需求。
[0012]作为一种优选方案，所述破岩部长度为6_8mm。
[0013]作为一种优选方案，所述夹持部长度为6mm。
[0014]作为一种优选方案，所述固定部长度为8-10mm。
[0015]本实用新型公开的一种可实现机械化安装的相似模拟实验测力锚杆，与现有技术相比，可借助多功能电钻实现实验室锚杆安装过程的机械化，锚杆安装后预紧力实现了可控，满足了相似模拟实验过程中应力相似原则，极大提到实验结果准确度。
【附图说明】
[0016]图1是可实现机械化安装的相似模拟实验测力锚杆主视图，
[0017]图2是测力锚杆夹持部主视图，
[0018]图3是测力锚杆夹持部左视图，
[0019]图4是测力锚杆夹持部俯视图，
[0020]图5是一个实施例的平面图，
[0021]附图标记说明:
[0022]1-破岩部；2_锚杆主体；3_固定部；4_夹持部；5_锚杆测力环；6-托板；7-垫圈；8-螺母；9_多路压力监测系统；10-多功能电钻；11_电源；12-模型架；13_老底；14_直接底；15_煤层；16_直接顶；17_基本顶；1-实用新型长度；l1-破岩部长度；12-锚杆主体长度；13_固定部长度；14-夹持部长度；d-实用新型直径；b-截面宽度。
【具体实施方式】
[0023]下面结合实施例并参照附图对本实用新型作进一步描述。
[0024]请参见图1。本实用新型可实现物理模拟实验中锚杆的机械化安装。本实用新型公开的一种可实现机械化安装的相似模拟实验测力锚杆，包括四部分，由上至下依次为破岩部1、锚杆主体2、固定部3及夹持部4:
[0025]破岩部1为刻有圆锥螺纹的锥体，作用有两点:一方面利于破岩，另一方面有利于将破坏后相似模拟材料碎肩从锚杆端部向后排出；
[0026]锚杆主体2为表面光滑圆柱体，端锚式锚杆对相似材料的约束力主要是托锚力，因此，锚杆主体2对锚杆锚固能力影响至关重要，产生的托锚力可以对锚入的材料实现单向加载。
[0027]固定部3及以下部分通常悬露于相似材料外，通过圆柱螺纹由上至下依次固定有锚杆测力环5、托板6、垫圈7及螺母8，其中，锚杆测力环5安装在固定部3前端与实验相似材料界面之间，锚杆测力环5连接计算机的多路压力监测系统9。依据锚杆支护压缩拱理论，当锚杆安装间距合理且达到一定数量时，各个锚杆形成的压应力锥体相互交错，在岩体内形成一个均匀的压缩拱，拱内材料径向、切向均受压，处于三向应力状态，围岩强度得到提尚。
[0028]请参见图2-图4。夹持部4连接多功能电钻10，多功能电钻10通过对夹持部4作用产生力和扭矩传递至破岩部1，破岩部1破坏岩体，杆体深入；达到机械化安装目的。夹持部4被多功能电钻10夹持的部分设有被削平的扁槽以防止打滑。
[0029]本实用新型中，测力锚杆的材质为钢制材料，以满足实验中对相似模拟材料实施破坏的刚度要求及锚固相似材料的强度需求。
[0030]本实用新型安装后，在固定部3前端与相似材料界面间安装锚杆测力环5，测力环受力发生形变，与多路压力监测系统9连接将应变转化为应力值，实现对锚杆预紧力控制。通过锚杆固定部测力环调整锚杆的预紧力，达到与现场锚杆应力相似。
[0031]本实用新型总长度为1，单位mm，直径为d，破岩部1长度为6mm?8mm，记为1丨，销杆主体2长度为12，固定部3长度为8mm?10mm，记为13，夹持部4长度14为6mm。实验模拟矿井实际使用锚杆长度为L，直径为D，几何相似常数Q，本实用新型其余参数计算方法如下:
[0032]1 = L/Cj
[0033]d = D/Cj
[0034]L2= L — L j— L 3— L 4
[0035]注:lp 13长度以确保实验安全有效进行原则根据模拟实验具体要求作出相应调整。
[0036]本实用新型的夹持部3结构具有以下特点:由于d值小，工作时电钻夹头对锚杆尾部直接进行夹持，电钻和锚杆杆体之间容易发生打滑，降低力和扭矩转化率，因此，沿圆心对称将圆柱形杆体两侧削出宽度为b，高为14的截面，见图2-图4所示夹持部。多功能电钻10通过夹头能够对夹持部3产生扭矩及冲量达到对相似模拟材料切向和轴向进行加载。材料在切向载荷作用下产生裂纹，在轴向冲击载荷作用使裂纹进一步扩展使材料破坏。重复进行，锚杆可以迅速打入模拟材料内部，实现快速安装。
[0037]请参见图5。以某矿地质资料及力学参数为原型，根据相似模拟实验配比在模型架12上依次铺装老底17，直接底16，煤层13，直接顶14，基本顶15。模型晾干后，进行开挖。在进行实验室锚杆支护时，启动电源11，采用多功能电钻10对夹持部4产生力和扭矩，通过锚杆主体2传递至破岩部1，破岩部1的强度大于模拟材料强度，在扭矩作用下相似模拟材料围岩体产生裂纹，在轴向冲量作用下裂纹进一步扩展直至材料破坏。锚杆杆体不断深入，直到固定部3离模拟材料界面约2cm时停止深入。随后依次安装锚杆测力环5、托板6、垫圈7以及螺母8，通过多路压力监测系统9对锚杆预紧力实施控制，使实验满足基本应力相似条件，完成以上步骤即成功完一根相似模拟实验锚杆机械化安装工作。重复上述步骤，直至整个巷道、隧道、挡土墙等安装工作完毕。
[0038]通过以上步骤，成功的实现了物理相似模拟实验中锚杆的机械化安装难题，提高了相似模拟实验对工程实际环境的相似性和实验结果的准确度，锚杆安装效果实现了可控。
[0039]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的前提下，还可以对本实用新型做出的若干改进和补充，这些改进和补充，也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种可实现机械化安装的相似模拟实验测力锚杆，其特征在于，包括四部分，由上至下依次为破岩部、锚杆主体、固定部及夹持部: 破岩部为刻有圆锥螺纹的锥体，用于破坏岩体； 锚杆主体为表面光滑圆柱体； 固定部通过圆柱螺纹由上至下依次固定有锚杆测力环、托板、垫圈及螺母，其中，锚杆测力环安装在固定部前端与实验相似材料界面之间，锚杆测力环连接计算机的多路压力监测系统； 夹持部连接多功能电钻，夹持部被多功能电钻夹持的部分设有被削平的扁槽以防止打滑。2.根据权利要求1所述的一种可实现机械化安装的相似模拟实验测力锚杆，其特征在于，该测力锚杆的材质为钢制材料，以满足实验中对相似模拟材料实施破坏的刚度要求及锚固相似材料的强度需求。3.根据权利要求1所述的一种可实现机械化安装的相似模拟实验测力锚杆，其特征在于，所述破岩部长度为6-8mm。4.根据权利要求3所述的一种可实现机械化安装的相似模拟实验测力锚杆，其特征在于，所述夹持部长度为6mm。5.根据权利要求4所述的一种可实现机械化安装的相似模拟实验测力锚杆，其特征在于，所述固定部长度为8-10mmo
【专利摘要】一种可实现机械化安装的相似模拟实验测力锚杆，锚杆前端锥形破岩部刻有圆锥螺纹，后端固定部安装锚杆测力环，托板，垫圈，螺母，锚杆测力环与多路压力测试系统结合使用达到锚杆预紧力控制目的。多功能电钻对夹持部产生扭矩使围岩体产生裂纹，产生轴向冲击载荷使裂纹进一步扩展直至材料破坏，锚杆杆体进而不断钻入，直到固定部接近模拟材料界面时，安装锚杆测力环，托板，垫圈，螺母，测力环与多路压力测试系统联合使用对锚杆预紧力控制。本实用新型借助多功能电钻实现实验室锚杆安装过程的机械化，锚杆安装后预紧力实现了可控，满足了相似模拟实验过程中应力相似原则，极大提到实验结果准确度。
【IPC分类】E02D5/74, E02D33/00, E21D21/02
【公开号】CN205101012
【申请号】CN201520803949
【发明人】伍永平, 胡博胜, 王红伟, 杜文刚, 解盘石, 曹沛沛
【申请人】西安科技大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年10月16日