用于巷道支护的试验装置与试验方法与流程

本发明涉及巷道支护，尤其涉及一种用于巷道支护的试验装置与试验方法。

背景技术：

1、锚杆、锚索支护技术已成为我国煤矿巷道的围岩控制常用的支护手段，研究巷道变形过程中锚杆、锚索等支护体的力学响应特征及其与围岩的相互作用机理具有重要的理论意义和工程指导价值。实验室相似模型试验(以下简称模型试验)具备试验过程可控、试验现象可视性强、试验结果可量化等综合优势，可真实再现巷道的变形破坏现象，已成为开展巷道的围岩变形破坏特征及锚杆(索)支护体受力响应特征研究的重要手段。

2、但调研发现，在传统的巷道支护模型试验中，往往是在模型制作阶段便提前施工钻孔、安装锚杆等支护体，待模型养护完毕后再将模型、支护体等整体置入加载框架内，再进行模型的加载试验，观察加载过程中巷道变形及支护体受力情况，即“开挖→支护→加载”。这与煤矿巷道支护工程的实际情况有显著差异，原因在于：煤矿地层往往经历了亿万年的地质作用，原始地层内承受很大的自重应力及地质构造应力；巷道掘进期间，周边暴露的围岩随即会释放较大的能量，浅部围岩会发生较大幅度的卸载，然后是施工钻孔，完成支护体的锚固安装，其试验路径为“加载→开挖→支护”。

3、由于模型与工程原型二者之间加载路径的本质性区别，极易导致模拟锚杆等支护体的受力状态与真实工况出现显著差异，进而降低试验结果的准确度、可信度，基于试验结果得到的设计方案难以有效指导工程支护实践。

4、出现上述原理性缺陷的主要原因在于，模型试验中狭小的巷道断面内难以实施模拟锚杆的成孔、安装装置及安装工艺，需要对其进行改进。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于巷道支护的试验装置与试验方法，用以解决现有技术中模拟锚杆等支护体的受力状态与真实工况出现显著差异，导致试验结果的准确度、可信度低的缺陷。

2、本发明提供一种用于巷道支护的试验装置，包括：钻进装置；钻进装置包括：钻进头、柔性传动件、驱动件、固定件；钻进头用于在巷道相似材料模型的巷道的围岩施工钻孔；柔性传动件的一端能够与钻进头或试验锚杆连接；驱动件与柔性传动件的另一端连接；固定件适于与巷道的围岩连接，固定件设置有贯穿孔，贯穿孔用于柔性传动件穿过；在固定件与巷道的围岩连接的情况下，贯穿孔的一端与钻孔的预施工位置对应。

3、根据本发明提供的一种用于巷道支护的试验装置，所述钻进装置还包括：定位板；所述定位板适于弯曲成与巷道的断面相匹配的形状，所述定位板开设有预留孔；在将所述定位板放置于所述巷道的情况下，所述定位板的外侧面朝向所述巷道的围岩，所述预留孔的位置与所述钻孔的预施工位置对应。

4、根据本发明提供的一种用于巷道支护的试验装置，所述固定件设置有吸合部，所述吸合部适于与所述定位板吸合；在所述固定件与所述定位板吸合的情况下，所述贯穿孔与所述预留孔对应。

5、根据本发明提供的一种用于巷道支护的试验装置，所述定位板为铁质板，所述吸合部为磁吸头。

6、根据本发明提供的一种用于巷道支护的试验装置，所述用于巷道支护的试验装置还包括：废屑收集装置；所述废屑收集装置包括：连接管件和废料桶；所述连接管件包括主管与支管，所述主管包括第一开口至第三开口，所述第一开口适于伸入所述钻孔内，第二开口与所述支管的一端连通，所述柔性传动件依次穿过所述第三开口、所述第一开口与所述钻进头连接；所述支管的另一端沿所述巷道的高度方向向下延伸至所述废料桶。

7、根据本发明提供的一种用于巷道支护的试验装置，所述废屑收集装置还包括：漏斗，所述漏斗的小端与所述第一开口连接，所述漏斗的大端朝向所述钻孔的底部；所述漏斗的大端的外径与所述钻孔的内径相匹配；所述柔性传动件穿过所述漏斗与所述钻进头连接。

8、根据本发明提供的一种用于巷道支护的试验装置，所述废屑收集装置还包括：吸吹件，所述吸吹件与所述主管连接。

9、根据本发明提供的一种用于巷道支护的试验装置，所述废屑收集装置还包括：阀门，所述阀门设置于所述支管内，用于控制所述支管的连通和断开。

10、根据本发明提供的一种用于巷道支护的试验装置，所述废屑收集装置还包括：三通阀；所述三通阀包括第一端口、第二端口和第三端口；所述主管包括第一套管和第二套管，所述支管与所述第一套管连接；所述第一套管的一端与所述第一端口连接，另一端适于伸入所述钻孔内；所述第二套管的一端与所述第二端口连通，另一端与所述吸吹件连通；所述柔性传动件依次穿过所述第三端口、所述第一端口、所述第一套管与所述钻进头连接。

11、本发明还提供一种基于上述任一项所述的用于巷道支护的试验装置的试验方法，包括：制定试验方案，并根据工程原型的工程地质条件，制作巷道相似材料模型；按照所述试验方案，在模型养护完成后，对所述巷道相似材料模型加载；按照所述试验方案，控制所述用于巷道支护的试验装置对所述巷道相似材料模型的巷道的围岩施工钻孔；按照所述试验方案，选择锚固剂，将所述锚固剂置入所述钻孔的底部；控制所述用于巷道支护的试验装置将所述试验锚杆插入所述钻孔，旋转并搅拌所述钻孔内的锚固剂，完成所述试验锚杆的安装与锚固；安装完成后，在所述试验锚杆的尾部安装模拟护表构件；按照所述试验方案，对所述试验锚杆进行张拉预紧，以模拟锚杆的预紧过程；按照所述试验方案，对所述试验锚杆执行加载、卸载等试验路径，开展相似模型试验。

12、本发明提供的用于巷道支护的试验装置与试验方法，通过设置柔性传动件和固定件，柔性传动件可伸入狭小的巷道截面传递动力，实现施工钻孔与试验锚杆的安装，固定件可对柔性传动件起到固定作用，从而在钻进头或试验锚杆钻进过程中定向。相对于相关技术中“开挖→支护→加载”的试验路径，本发明可以避免由于巷道相似材料模型加载过程中难以在狭小的巷道断面内手工打孔、人工安装锚杆的情况，能够实现与真实工况更为接近的“加载→开挖→支护”的试验路径，提高了试验结果的准确度、可信度，从而可以有效指导工程支护实践。

技术特征：

1.一种用于巷道支护的试验装置，其特征在于，包括：钻进装置；所述钻进装置包括：

2.根据权利要求1所述的用于巷道支护的试验装置，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的用于巷道支护的试验装置，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的用于巷道支护的试验装置，其特征在于，

5.根据权利要求1至4任一项所述的用于巷道支护的试验装置，其特征在于，所述用于巷道支护的试验装置还包括：废屑收集装置；所述废屑收集装置包括：连接管件和废料桶；

6.根据权利要求5所述的用于巷道支护的试验装置，其特征在于，

7.根据权利要求5所述的用于巷道支护的试验装置，其特征在于，所述废屑收集装置还包括：吸吹件，所述吸吹件与所述主管连接。

8.根据权利要求7所述的用于巷道支护的试验装置，其特征在于，

9.根据权利要求7所述的用于巷道支护的试验装置，其特征在于，所述废屑收集装置还包括：三通阀；

10.一种基于上述权利要求1至9任一项所述的用于巷道支护的试验装置的试验方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供一种用于巷道支护的试验装置与试验方法，所述用于巷道支护的试验装置包括：钻进装置；钻进装置包括：钻进头、柔性传动件、驱动件、固定件；钻进头用于在巷道相似材料模型的巷道的围岩施工钻孔；柔性传动件的一端能够与钻进头或试验锚杆连接；驱动件与柔性传动件的另一端连接；固定件适于与巷道的围岩连接，固定件设置有贯穿孔，贯穿孔用于柔性传动件穿过；在固定件与巷道的围岩连接的情况下，贯穿孔的一端与钻孔的预施工位置对应。本发明通过设置柔性传动件和固定件，柔性传动件可伸入狭小的巷道截面传递动力，实现施工钻孔与试验锚杆的安装，能够实现与真实工况更为接近的试验路径，提高了试验结果的准确度、可信度。

技术研发人员：娄金福,高富强,卢志国,董双勇,原贵阳,刘文举,李建忠,杨磊,王晓卿,曹舒雯
受保护的技术使用者：中煤科工开采研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15