锚杆抗冲击性能动态定量试验装置及其试验方法与流程

本发明涉及锚杆支护测试技术领域，特别涉及一种锚杆抗冲击性能的测试系统及其使用方法。

背景技术：

锚杆支护是煤矿井下巷道最常用的支护方式。但是随着煤矿开采深度的增加，所遇到的地质条件越来越复杂，高应力引起的岩爆及冲击地压等破坏性强烈的工程灾害越来越频繁、严重。在这种条件下，能够准确了解不同锚固条件下锚杆的抗冲击性能是保证锚固支护效果的关键。

为了测试锚杆的抗冲击性能，需要研发相应的测试装置。申请号为201210093451.5的中国专利介绍了一种锚杆动力学性能测试系统，通过夹持装置固定试件的顶端，利用落锤测试锚杆或锚索的动力学性能；申请号为201110387388.1的中国专利介绍了一种锚杆性能测试装置，通过将锚杆一端固定，利用冲击重盘和静力液压拉伸装置，可以分别测试锚杆的抗冲击性能和静力学性能。以上两种装置都是将锚杆一端固定，对锚杆的另一端直接施加冲击载荷，忽略了锚杆与围岩之间的相互作用，不能准确地反应现场应用中锚杆的抗冲击性能。为了考虑锚杆与围岩之间的相互作用，申请号为201510052234.5的中国专利公布了一种考虑支护-围岩相互作用的锚杆抗冲击测试系统及其应用方法，利用钢管模拟围岩对锚杆的作用,但是不能控制围岩对锚杆的作用参数，无法定量的分析支护-围岩相互作用与锚杆抗冲击性能之间的关系。

在实际工程中，由于地质条件和技术要求的不同，锚杆锚固力的大小和锚固段的长度有很大的区别，这对锚杆的抗冲击性能有较大的影响，针对上述问题，亟需提供一种锚杆抗冲击性能动态定量试验装置，实现不同锚固条件下锚杆抗冲击性能的定量测试。

目前市场上有一种油压驱动筒夹式卡盘，主要包括高速回转油缸和筒夹，通过油缸的前推和后拉实现筒夹的松开和夹紧，液压卡盘精度高，转速快，主要应用于车床及各式加工专用机，进行夹持作业。但是，由于筒夹内壁是光滑的，如果直接用来夹持锚固的锚杆，势必会导致套筒和筒夹之间发生滑动产生位移，该位移和锚杆在冲击力作用下产生的位移混在一起而无法区别，不能实现定量监测锚杆位移的目的。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种锚杆抗冲击性能动态定量试验装置及其试验方法，能够实现锚杆抗冲击性能与锚固长度和锚固力的定量分析。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种锚杆抗冲击性能动态定量试验装置，包括机座，夹持部件和冲击部件，其中：

所述的夹持部件是在机座的中心设有一个门字形外框架，在门字形外框架的横梁上设有锚杆夹具；所述的锚杆夹具包括油压驱动筒夹式卡盘和套筒，油压驱动筒夹式卡盘的筒夹加长，筒夹内壁设有多圈凹槽；所述的套筒是一个带竖向缺口的圆柱形套筒，套筒外壁上设有多圈与筒夹内壁凹槽相契合的凸起，通过凸起和凹槽可以防止试验过程中套筒与筒夹之间发生相对滑动；

所述的冲击部件是在机座的中心设有一个手动的调节油缸，调节油缸上设有一个门字形内框架，门字形内框架横梁上安装有高速中空液压缸，高速中空液压缸轴线与锚杆夹具的筒夹轴线重合，确保锚杆可从高速中空液压缸中穿过；通过手动操作调节油缸调整门字形内框架的高度，从而带动高速液压缸的高度发生调整，使其适应不同长度锚杆冲击性能的测试。

为了防治在锚杆受冲击断裂或从锚杆夹具中脱出时，锚杆直接冲击机座，调节油缸上设有缓冲橡胶垫。

为了防止锚杆被拉断威胁到操作人员的人身安全，在机座四周设有防护板。

利用本发明试验装置对锚杆抗冲击性能进行动态定量试验的方法是：

第一步：设置试验方案

试验的目的有两个：一是得出同一规格的待测锚杆在不同锚固长度、锚固力和冲击力下的情况下试验结果；二是得出不同规格的锚杆抗冲击性能好坏；

第二步：锚固锚杆

首先根据试验方案的要求，用锚固剂将待试验的锚杆锚固端的相应长度锚固于套筒中，并放置等待锚固剂干燥；

第二步：夹持锚杆

手动调节调节油缸，使得调节油缸下降到最低位置，将装有锚杆的套筒夹持在油压驱动筒夹式卡盘的筒夹中，使得套筒外壁上的凸起卡在筒夹内壁的凹槽中；上升调节油缸，调节油缸带动门子形内框架上的高速中空液压缸上升，直至上升到使锚杆下端穿过高速中空液压缸中间的孔，锚杆下端安装托盘和螺母固紧；通过油压驱动筒夹式卡盘对锚杆施加夹持力，

第三步：对锚杆抗冲击性能进行动态定量冲击试验

按照设置的试验方案，通过高速中空液压缸对待测锚杆施加冲击力，在冲击过程中，测试在该冲击力情况下高速中空液压缸的位移，以及锚杆从套筒中移动的位移，通过高速中空液压缸的位移减去锚杆从套筒中移动的位移，便是锚杆的变形量；试验完成后，松开夹持部分，取出套筒，整理试验后的锚杆，并清理套筒，按照步骤2-3进行下一组试验，以此类推，直至所有待测锚杆试验完毕；

第四步：分析试验数据

将上述试验数据进行横向比较和纵向比较，通过横向比较得出同一规格的待测锚杆在不同锚固长度、锚固力和冲击力下的情况下抗冲击性能，通过纵向比较不同规格锚杆的抗冲击性能好坏。

本发明的有益效果：

(1)本发明设计的夹持部件可以模拟围岩对锚杆的作用力，筒夹内壁凹槽与套筒外壁的凸起相互契合，防止试验过程中套筒与筒夹之间发生相对滑动，为定量监测锚杆位移做好了铺垫；又通过调节夹持部件的夹持力来控制围岩对锚杆的作用参数，可以实现不同锚固长度和不同锚固力条件下锚杆抗冲击性能测试。

(2))本发明设计的冲击部件通过调节油缸的调节实现本身高度可调，可以对不同长度锚杆施加载荷；通过控制高速中空液压缸的冲击力可以调节对不同长度的锚杆施加不同的载荷；通过调控高速液压缸的加载速度，可以测试不同速度下锚杆的抗冲击性能，从而实可以实现不同长度锚杆的抗冲击性能测试试验。

(3)本发明将夹持部件和冲击部件的完美结合，动态定量模拟分析了支护-围岩相互作用与锚杆抗冲击性能之间的关系，克服了目前对锚杆力学特性的测试对锚杆与围岩之间相互作用缺乏定量研究的局限性，不但可以得出同一规格的待测锚杆在不同锚固长度、锚固力和冲击力下的情况下试验结果，也可对不同规格的锚杆抗冲击性能进行比较，这些研究成果，为保证井下不同复杂地质条件下锚杆支护效果提供了可控性的依据。

附图说明

图1为本发明试验装置的立体结构示意图；

图2为本发明试验装置安装锚杆后的示意图；

图3为本发明油压驱动筒夹式卡盘的筒夹结构图；

图4为本发明夹持部件中套筒的结构图；

图5为本发明夹持部件的使用状态剖面图。

具体实施方式

下面参照附图和实施例对本发明技术方案做进一步说明。

如图1-5所示，本发明锚杆抗冲击性能动态定量试验装置，包括机座1，夹持部件7和冲击部件；

所述的夹持部件7是在机座1的中心设有一个门字形外框架2，在门字形外框架的横梁3上设有锚杆夹具；所述的锚杆夹具包括油压驱动筒夹式卡盘和套筒，油压驱动筒夹式卡盘的筒夹10加长，筒夹10内壁设有多圈凹槽14；所述的套筒15是一个带竖向缺口的圆柱形套筒，套筒15外壁上设有多圈与筒夹10内壁凹槽相契合的凸起16，通过凸起16和凹槽14可以防止试验过程中套筒15与筒夹10之间发生相对滑动；

所述的冲击部件是在机座1的中心设有一个手动的调节油缸6，调节油缸6上设有一个门字形内框架4，门字形内框架的横梁5上安装有高速中空液压缸8，高速中空液压缸8轴线与筒夹10轴线重合，确保锚杆可从高速中空液压缸8中穿过；通过手动操作调节油缸6调整门字形内框架4的高度，从而带动高速中空液压缸8的高度发生调整，使其适应不同长度锚杆冲击性能的测试

为了防治在锚杆受冲击断裂或从锚杆夹具中脱出时，锚杆11直接冲击机座1，在调节油缸6上设有缓冲橡胶垫9。

为了防止锚杆11被拉断威胁到操作人员的人身安全，在机座1四周设有防护板。

本发明油压驱动筒夹式卡盘可以选用东莞德锐机密机械有限公司的cpc-60a8筒夹夹头。

利用本发明试验装置对锚杆抗冲击性能进行动态定量试验的方法是：

第一步：设置试验方案

试验的目的有两个：一是得出同一规格的待测锚杆在不同锚固长度、锚固力和冲击力下的情况下试验结果；二是得出不同规格的锚杆抗冲击性能好坏。

第二步：锚固锚杆

首先根据试验方案的要求，用锚固剂17将待试验的锚杆11锚固端的相应长度锚固于套筒15中，并放置等待锚固剂17干燥；

第二步：夹持锚杆

手动调节调节油缸6，使得调节油缸6下降到最低位置，将装有锚杆11的套筒15夹持在油压驱动筒夹式卡盘的筒夹10中，使得套筒15外壁上的凸起16卡在筒夹10内壁的凹槽14中；上升调节油缸6，调节油缸6带动门子形内框架4上的高速中空液压缸8上升，直至上升到使锚杆11下端穿过高速中空液压缸8中间的孔，锚杆11下端安装托盘12和螺母13固紧；通过油压驱动筒夹式卡盘对锚杆11施加夹持力，

第三步：对锚杆抗冲击性能进行动态定量冲击试验

按照设置的试验方案，通过高速中空液压缸8对待测锚杆11施加冲击力，在冲击过程中，测试在该冲击力情况下高速中空液压缸8的位移，以及锚杆11从套筒15中移动的位移，通过高速中空液压缸8的位移减去锚杆11从套筒15中移动的位移，便是锚杆11的变形量；试验完成后，松开夹持部件，取出套筒15，整理试验后的锚杆11，并清理套筒15，按照步骤2-3进行下一组试验，以此类推，直至所有待测锚杆11试验完毕；

第四步：分析试验数据

将上述试验数据进行横向比较和纵向比较，通过横向比较得出同一规格的待测锚杆11在不同锚固长度、锚固力和冲击力下的情况下抗冲击性能，通过纵向比较不同规格锚杆的抗冲击性能好坏。