一种测定锚固性能的方法
【专利摘要】本发明公开了一种测定锚固性能的方法，包括步骤：一锚杆锚固在巷道围岩上，将施力装置固接在锚杆上；将检测装置设在施力装置一侧，检测装置包括第一杆体、第一位移传感器和第二位移传感器，第一杆体纵轴向平行于锚杆纵轴向，第一位移传感器一端固接在第一杆体上，另一端连接在锚杆上，第二传感器一端固接在第一杆体上，另一端连接在锚杆托板上；通过施力装置对锚杆逐步施加拉拔力；压力传感器检测记录施力装置对锚杆施加的拉拔力大小；第一位移传感器检测记录锚杆在施力装置逐步施加的拉拔力作用下相对于第一杆体产生的位移量；第二位移传感器检测记录锚杆的托板相对于第一杆体对巷道围岩的压入位移量。该方法操作简单，精度高，自动化程度高。
【专利说明】一种测定锚固性能的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤矿、金属矿或隧道等岩体锚杆支护【技术领域】，特别涉及一种测定锚固性能的方法。
【背景技术】
[0002]预应力锚杆已经广泛应用于水利、矿山、交通、建筑等多个领域的地下工程之中。锚杆拉拔试验的目的是判定巷道围岩的可锚性，评价锚杆、树脂、围岩锚固系统的性能和锚杆的锚固力。围岩的可锚性试验是巷道进行锚杆支护设计的基础工作，也是判断软岩巷道或者进行瓦斯抽采的高瓦斯煤层巷道是否可采用锚杆支护的依据，特别对于高预应力强力锚杆支护系统，围岩的可锚性支护是否成功的关键。目前锚杆支护工程中，没有简单易行的锚固性能测试装置，通常测量锚杆的拉拔力，或者采用人工读取检测数据，计算锚固的性能。煤巷锚杆支护技术规范规定，拉拔试验主要通过对锚杆均匀逐级加载到锚杆滑动或者杆体破坏为止，由一人加载，一人记录完成，只能测出锚杆滑动或者破坏时的拉拔力，不能得到锚杆的托板等护表结构在围岩的压入量，也不能得到每个力学阶段的拉拔力与锚杆之间的位移曲线图。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种测定锚固性能的方法，该方法操作简单，精度高，自动化程度高。
[0004]本发明提供的技术方案为:
[0005]一种测定锚固性能的方法，包括下列步骤:
[0006]步骤一，一锚杆锚固在煤岩体巷道围岩上，将锚固性能测试装置中的施力装置固接在所述锚杆上用于对所述锚杆施加拉拔力；
[0007]步骤二，将锚固性能测试装置中的检测装置设置在所述施力装置的一侧，所述检测装置包括起支撑作用的第一杆体、测量位移量且均固接在所述第一杆体上的第一位移传感器和第二位移传感器，所述第一杆体以其纵轴向平行于所述锚杆纵轴向的方式设置，所述第一位移传感器的一端固接在所述第一杆体上，将另一端连接在所述锚杆上以用于检测所述锚杆在所述施力装置施加的拉拔力作用下相对于所述第一杆体的位移量，所述第二传感器的一端同样固接在所述第一杆体上，将另一端连接在所述锚杆的托板上用以检测所述施力装置对所述锚杆施加拉拔力时所述锚杆的托板相对于所述第一杆体对煤岩体巷道围岩的压入位移量；
[0008]步骤三，通过所述施力装置对所述锚杆逐步施加拉拔力；
[0009]步骤四，与所述施力装置连接的压力传感器检测并记录所述施力装置对所述锚杆施加的拉拔力的大小；
[0010]步骤五，所述第一位移传感器检测并记录所述锚杆在所述施力装置逐步施加的拉拔力作用下相对于所述第一杆体产生的位移量，然后根据所述压力传感器测得的拉拔力的大小和所述第一位移传感器测得的位移量数据，得到拉拔力与锚杆位移量关系曲线图；
[0011]步骤六，所述第二位移传感器检测并记录所述锚杆的托板在所述施力装置逐步施加的拉拔力作用下相对于所述第一杆体对煤岩体巷道围岩的压入位移量，然后根据所述压力传感器测得的拉拔力的大小和所述第二位移传感器测得的位移量数据，得到拉拔力与煤岩体巷道围岩压入位移量关系曲线图。
[0012]优选的是，所述的测定锚固性能的方法，步骤二中所述的检测装置还包括一接收装置，所述第一位移传感器、所述第二位移传感器和所述压力传感器均与所述接收装置电连接并分别把测得的数据传输至所述接收装置。
[0013]优选的是，所述的测定锚固性能的方法，步骤一中所述施力装置与所述锚杆之间的固接方式为:所述锚杆的露在煤岩体巷道围岩外的一端在其延伸方向上固接一第二杆体，所述施力装置与所述第二杆体通过螺纹固接；步骤二中所述第一传感器的一端与所述锚杆之间的连接方式为:在与所述锚杆固接的所述第二杆体上套装一第一固定板，所述第一传感器的一端以垂直于所述第一固定板的方式与所述第一固定板连接；所述第一位移传感器的另一端与所述第一杆体之间的连接方式为:所述第一位移传感器的另一端固定在一与所述第一固定板平行设置的第二固定板上，所述第二固定板以垂直于所述第一杆体的纵轴向的方式固定在所述第一杆体上。
[0014]优选的是，所述的测定锚固性能的方法，步骤二中所述第二位移传感器的一端与所述锚杆的托板之间的连接方式为:所述第二杆体通过一连接器与所述锚杆的露在煤岩体巷道围岩外的一端进行固接，在所述锚杆托板的下方即所述连接器的圆周围设置有一第三固定板，所述第二位移传感器的一端以垂直于所述第三固定板的方式与所述第三固定板连接；所述第二位移传感器的另一端与所述第一杆体之间的连接方式为:所述第二位移传感器的另一端固定在一与所述第三固定板平行设置的第四固定板上，所述第四固定板以垂直于所述第一杆体的纵轴向的方式固定在所述第一杆体上。
[0015]优选的是，所述的测定锚固性能的方法，步骤一中所述施力装置上还设置有一销轴，其纵轴向平行于所述第二杆体的纵轴向，所述销轴的两端部分别以垂直于所述第一固定板和第三固定板的方式穿过所述第一固定板和所述第三固定板以用来定位第一固定板和第三固定板。
[0016]优选的是，所述的测定锚固性能的方法，所述第一位移传感器和所述第二位移传感器呈镜像设置使所述第二固定板和第四固定板相接触并固定在一起，所述第二固定板和第四固定板的其中一端部均固定在所述第一杆体上，另一端部均位于所述销轴的纵向导向槽中。
[0017]优选的是，所述的测定锚固性能的方法，所述第一固定板和第三固定板相对的两面上分别设置有一凹槽，在所述第一固定板和第三固定板的凹槽中分别设置有一磁铁，所述第一固定板凹槽中的磁铁与所述第一位移传感器的一端的螺钉头相吸进行连接，所述第三固定板凹槽中的磁铁与所述第二位移传感器的一端的螺钉头相吸进行连接。
[0018]优选的是，所述的测定锚固性能的方法，所述施力装置包括中空千斤顶和与中空千斤顶相连的手动泵，所述压力传感器位于所述中空千斤顶与所述手动泵之间的油路上。
[0019]优选的是，所述的锚固性能测试装置，步骤二中所述接收装置包括显示屏，用于实时显示拉拔力与位移量关系曲线图。[0020]本发明所述的测定锚固性能的方法，与现有技术相比，一是该方法在锚固性能测试装置中设置了检测装置，以检测装置中的第一杆体作为一个位置固定的基准点来测量对锚杆施加不同的拉拔力时锚杆的位移量和锚杆托板的压入位移量进而得到拉拔力与位移量的关系曲线图，根据曲线能得到锚杆锚固力、锚杆位移和托板在煤岩体巷道围岩上的压入位移量，进一步提高了煤矿井下煤岩体锚固性能测试水平，同时，在进行锚杆支护设计时，根据曲线设计锚杆预紧力和进行护表构件(托板、钢带)选择，对进一步提高锚杆支护设计的科学合理性和完善锚杆支护理论提供基础。由于第一杆体是可以移动的，所以该锚固性能测试装置可以很方便地测量不同的锚杆锚固性能。二是在该方法中还设置了接收装置，压力传感器，第一位移传感器和第二位移传感器均与接收装置电连接，接收装置可以实时显示压力-位移曲线，根据曲线斜率计算锚固质量。所以该方法具有测量简单、测量精度高，实时性好、方便快捷、数字化显示等优点，是一种具有明显优势的煤岩体锚固质量的测量方法，可广泛的应用于各种需要测量原岩应力及相对应力的岩体工程。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明所述的测定锚固性能的方法中所用到的锚固性能测试装置的结构示意图。
[0022]图2为本发明中所述接收装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0024]如图1所示，本发明提供一种测定锚固性能的方法，包括下列步骤:
[0025]步骤一，一锚杆锚固在煤岩体巷道围岩上，将锚固性能测试装置中的施力装置固接在所述锚杆上用于对所述锚杆施加拉拔力；
[0026]步骤二，将锚固性能测试装置中的检测装置设置在所述施力装置的一侧，所述检测装置包括起支撑作用的第一杆体、测量位移量且均固接在所述第一杆体上的第一位移传感器和第二位移传感器，所述第一杆体以其纵轴向平行于所述锚杆纵轴向的方式设置，所述第一位移传感器的一端固接在所述第一杆体上，将另一端连接在所述锚杆上以用于检测所述锚杆在所述施力装置施加的拉拔力作用下相对于所述第一杆体的位移量，所述第二传感器的一端同样固接在所述第一杆体上，将另一端连接在所述锚杆的托板上用以检测所述施力装置对所述锚杆施加拉拔力时所述锚杆的托板相对于所述第一杆体对煤岩体巷道围岩的压入位移量；
[0027]步骤三，通过所述施力装置对所述锚杆逐步施加拉拔力；
[0028]步骤四，与所述施力装置连接的压力传感器检测并记录所述施力装置对所述锚杆施加的拉拔力的大小；
[0029]步骤五，所述第一位移传感器检测并记录所述锚杆在所述施力装置逐步施加的拉拔力作用下相对于所述第一杆体产生的位移量，然后根据所述压力传感器测得的拉拔力的大小和所述第一位移传感器测得的位移量数据，得到拉拔力与锚杆位移量关系曲线图；
[0030]步骤六，所述第二位移传感器检测并记录所述锚杆的托板在所述施力装置逐步施加的拉拔力作用下相对于所述第一杆体对煤岩体巷道围岩的压入位移量，然后根据所述压力传感器测得的拉拔力的大小和所述第二位移传感器测得的位移量数据，得到拉拔力与煤岩体巷道围岩压入位移量关系曲线图。
[0031]该方法中所用到的锚固性能测试装置的具体结构为:
[0032]锚杆1，其锚固于煤岩体巷道围岩2上；
[0033]施力装置和压力传感器，所述施力装置包括中空千斤顶19和与中空千斤顶相连的手动泵16，所述压力传感器17位于手动泵的前端油路上，所述锚杆I的露在煤岩体巷道围岩外的一端在其延伸方向上通过一连接器3固接一第二杆体4，连接器可以为转换螺母，第二杆体4为一螺杆，第二杆体4通过螺纹与中空千斤顶的中空柱塞进行固定连接，且第二杆体4穿过所述中空柱塞使第二杆体的端头露在中空千斤顶的外侧，这样通过手动泵16和中空千斤顶19对所述锚杆施加拉拔力，所述压力传感器17用于检测所述施力装置对所述锚杆施加的拉拔力的大小；
[0034]位移检测装置，包括起支撑作用的第一杆体9、测量位移量且均固接在所述第一杆体上的第一位移传感器8和第二位移传感器7,所述第一杆体9以其纵轴向平行于所述锚杆I纵轴向的方式设置，其具体的设置方式为:
[0035]在所述锚杆托板的下方即所述连接器的圆周围设置有一第三固定板5，则第三固定板5位于托板和中空千斤顶之间，第二杆体4穿过中空千斤顶后在第二杆体杆体上套装一第一固定板6，然后把一螺母拧上第二杆体对第一固定板6进行固定，在所述中空千斤顶
19的外侧设置有一销轴14，该销轴14的纵轴向平行于所述第二杆体4的纵轴向，所述销轴14的两端部分别以垂直于所述第一固定板6和第三固定板5的方式穿过所述第一固定板6和所述第三固定板5以用来定位第一固定板和第三固定板；第一位移传感器8和第二位移传感器7呈镜像设置，第一位移传感器8的一端部固定在第二固定板10上，第二位移传感器7的一端固定在第四固定板11上，使第二固定板10和第四固定板11相接触并把它们通过螺栓13固定在一起，所述第二固定板10与第一固定6板平行设置，第四固定板11与第三固定板5平行设置，然后把第二固定板10和第四固定板11的其中一端部以垂直于所述第一杆体9纵轴向的方向通过螺栓12固定在所述第一杆体9上，移动第一杆体9使第二固定板10和第四固定板11的另一端部均位于所述销轴15的纵向导向槽中，这样第一位移传感器8和第二位移传感器7位于第一固定板6和第三固定板5之间，由于销轴14上设置有一导向槽，且第一位移传感器8拉线端的螺钉头15与第一固定板6之间,第二位移传感器拉线端的螺钉头15与第三固定板5之间的连接方式是通过磁铁实现的，所以第一杆体9与所述销轴14之间的相对位置可根据实际情况进行调节，也可以对第一杆体进行螺纹加长。
[0036]所述第一固定板6和第三固定板5相对的两面上分别设置有一凹槽,在所述第一固定板6和第三固定板5的凹槽中分别设置有一磁铁，所述第一固定板6凹槽中的磁铁与所述第一位移传感器8的拉线端的螺钉头15相吸进行连接，所述第三固定板5凹槽中的磁铁与所述第二位移传感器7的拉线端的螺钉头15相吸进行连接，这样第一位移传感器8、第二位移传感器7、第一固定板6、第二固定板10、第三固定板5、第四固定板11和第一杆体9连接为一个整体。
[0037]还包括一接收装置18，所述第一位移传感器8、所述第二位移传感器7和所述压力传感器17均与所述接收装置18电连接并分别把测得的数据传输至所述接收装置，这样根据所述压力传感器测得的拉拔力的大小和所述第一位移传感器测得的位移量数据，得到拉拔力与锚杆位移量关系曲线图，根据所述压力传感器测得的拉拔力的大小和所述第二位移传感器测得的位移量数据，得到拉拔力与煤岩体巷道围岩压入位移量关系曲线图。
[0038]接收装置的具体结构为:
[0039]包括箱盖18-1、四芯插座18-2、箱体18_3、电池组18_4、显示屏18_5、螺柱18_6、控制电路板18-7，螺柱18-6把控制电路板18-7和显示屏18_5固定在箱体18_3的中部，显示屏18-5和控制电路板18-7电气连接，电池组18-4粘接在电池组18_4底部，电池组18_4和控制电路板18-7电气连接，控制电路板18-7和四芯插座18-2连接，控制电路板18_7包括微处理器18-7-1、微处理器18-7-1和485芯片18_7_2、显示接口 18_7_3连接，稳压模块18-7-4给微处理器18-7-1、485芯片18_7_2、显示接口 18_7_3供电，稳压模块18_7_4和电池组18-4连接，显示接口 18-7-3和显示屏18-5连接。
[0040]尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
【权利要求】
1.一种测定锚固性能的方法，其特征在于，包括下列步骤: 步骤一，一锚杆锚固在煤岩体巷道围岩上，将锚固性能测试装置中的施力装置固接在所述锚杆上用于对所述锚杆施加拉拔力； 步骤二，将锚固性能测试装置中的检测装置设置在所述施力装置的一侧，所述检测装置包括起支撑作用的第一杆体、测量位移量且均固接在所述第一杆体上的第一位移传感器和第二位移传感器，所述第一杆体以其纵轴向平行于所述锚杆纵轴向的方式设置，所述第一位移传感器的一端固接在所述第一杆体上，将另一端连接在所述锚杆上以用于检测所述锚杆在所述施力装置施加的拉拔力作用下相对于所述第一杆体的位移量，所述第二传感器的一端同样固接在所述第一杆体上，将另一端连接在所述锚杆的托板上用以检测所述施力装置对所述锚杆施加拉拔力时所述锚杆的托板相对于所述第一杆体对煤岩体巷道围岩的压入位移量； 步骤三，通过所述施力装置对所述锚杆逐步施加拉拔力； 步骤四，与所述施力装置连接的压力传感器检测并记录所述施力装置对所述锚杆施加的拉拔力的大小； 步骤五，所述第一位移传感器检测并记录所述锚杆在所述施力装置逐步施加的拉拔力作用下相对于所述第一杆体产生的位移量，然后根据所述压力传感器测得的拉拔力的大小和所述第一位移传感器测得的位移量数据，得到拉拔力与锚杆位移量关系曲线图； 步骤六，所述第二位移传感器检测并记录所述锚杆的托板在所述施力装置逐步施加的拉拔力作用下相对于所述第一杆体对煤岩体巷道围岩的压入位移量，然后根据所述压力传感器测得的拉拔力的大小和所述第二位移传感器测得的位移量数据，得到拉拔力与煤岩体巷道围岩压入位移量关系曲线图。
2.如权利要求1所述的测定锚固性能的方法，其特征在于，步骤二中所述的检测装置还包括一接收装置，所述第一位移传感器、所述第二位移传感器和所述压力传感器均与所述接收装置电连接并分别把测得的数据传输至所述接收装置。
3.如权利要求2所述的测定锚固性能的方法，其特征在于，步骤一中所述施力装置与所述锚杆之间的固接方式为:所述锚杆的露在煤岩体巷道围岩外的一端在其延伸方向上固接一第二杆体，所述施力装置与所述第二杆体通过螺纹固接；步骤二中所述第一传感器的一端与所述锚杆之间的连接方式为:在与所述锚杆固接的所述第二杆体上套装一第一固定板，所述第一传感器的一端以垂直于所述第一固定板的方式与所述第一固定板连接；所述第一位移传感器的另一端与所述第一杆体之间的连接方式为:所述第一位移传感器的另一端固定在一与所述第一固定板平行设置的第二固定板上，所述第二固定板以垂直于所述第一杆体的纵轴向的方式固定在所述第一杆体上。
4.如权利要求3所述的测定锚固性能的方法，其特征在于，步骤二中所述第二位移传感器的一端与所述锚杆的托板之间的连接方式为:所述第二杆体通过一连接器与所述锚杆的露在煤岩体巷道围岩外的一端进行固接，在所述锚杆托板的下方即所述连接器的圆周围设置有一第三固定板，所述第二位移传感器的一端以垂直于所述第三固定板的方式与所述第三固定板连接；所述第二位移传感器的另一端与所述第一杆体之间的连接方式为:所述第二位移传感器的另一端固定在一与所述第三固定板平行设置的第四固定板上，所述第四固定板以垂直于所述第一杆体的纵轴向的方式固定在所述第一杆体上。
5.如权利要求4所述的测定锚固性能的方法，其特征在于，步骤一中所述施力装置上还设置有一销轴，其纵轴向平行于所述第二杆体的纵轴向，所述销轴的两端部分别以垂直于所述第一固定板和第三固定板的方式穿过所述第一固定板和所述第三固定板以用来定位第一固定板和第三固定板。
6.如权利要求5所述的测定锚固性能的方法，其特征在于，所述第一位移传感器和所述第二位移传感器呈镜像设置使所述第二固定板和第四固定板相接触并固定在一起，所述第二固定板和第四固定板的其中一端部均固定在所述第一杆体上，另一端部均位于所述销轴的纵向导向槽中。
7.如权利要求6所述的测定锚固性能的方法，其特征在于，所述第一固定板和第三固定板相对的两面上分别设置有一凹槽，在所述第一固定板和第三固定板的凹槽中分别设置有一磁铁，所述第一固定板凹槽中的磁铁与所述第一位移传感器的一端的螺钉头相吸进行连接，所述第三固定板凹槽中的磁铁与所述第二位移传感器的一端的螺钉头相吸进行连接。
8.如权利要求7所述的测定锚固性能的方法，其特征在于，所述施力装置包括中空千斤顶和与中空千斤顶相连的手动泵，所述压力传感器位于所述中空千斤顶与所述手动泵之间的油路上。
9.如权利要求8所述的锚固性能测试装置，其特征在于，步骤二中所述接收装置包括显示屏，用于实时显 示拉拔力与位移量关系曲线图。
【文档编号】G01N3/08GK104034585SQ201410253055
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月9日 优先权日:2014年6月9日
【发明者】林健, 吴志刚 申请人:天地科技股份有限公司