鑽‑封‑注一體化錨固技術綜合試驗臺及其試驗方法與流程

2023-12-09 18:18:01 1

本發明涉及一種巷道支護相似模擬試驗裝置，具體涉及一種鑽-封-注一體化錨固技術綜合試驗臺及其試驗方法。

背景技術：

相似材料模擬試驗方法一直是採礦工程研究的重要實驗方法，它是在試驗臺上按照相似原則按比例製作試驗模型，在模型上開挖形成各類礦山構築物，如礦井巷道、採場、硐室等，藉助相關傳感器、數據採集及分析設備來研究礦山構築物圍巖的變形、應力、破壞等現象及其機理。錨杆支護技術自誕生以來,以其顯著的技術和經濟優越性得到了廣泛應用，是巷道支護技術的一場革命。目前，巷道錨杆支護並不能適用於所有煤巖體，尤其是鬆軟破碎煤巖體，此類圍巖錨固孔鑽進時成孔性差，易塌孔導致無法順利進行錨杆錨固，需重新疏通錨固孔。即使順利進行錨杆錨固，錨杆錨固劑層與圍巖粘結力較弱導致錨固力較低，且錨固力衰減速率較大，無法達到理想的錨固效果。針對鬆軟破碎煤巖體支護加固，鑽-封-注一體化錨杆能有效克服上述難題，在對鑽-封-注一體化錨杆進行實驗室研究時多採用平面相似模擬或無載荷作用三維相似模擬，因此無法對鑽-封-注一體化錨杆進行注漿加固機理的綜合研究，造成此類結果研究往往不能揭示全面的錨固加固機理，偏離實際工程狀況，造成成果很難有效應用於巷道錨杆支護設計領域。因此，應用相似模擬理論、結構力學、材料力學、機械設計及製造等學科知識，開發出一種結構簡單合理、實現模擬圍巖三向受力的鑽-封-注一體化錨固技術綜合試驗臺及其試驗方法勢在必行。

技術實現要素：

本發明為了解決現有技術中的不足之處，提供一種鑽-封-注一體化錨固技術綜合試驗臺及其試驗方法，可有效解決礦山巷道鑽-封-注一體化錨杆支護的相似模擬及參數優化，保證模擬質量及確保圍巖支護安全有效的問題。

為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案：鑽-封-注一體化錨固技術綜合試驗臺，包括組合框架、箱體和加壓模塊，箱體包括成矩形結構的底座，底座上垂直設置有依次連接的前安裝架、左安裝架、後安裝架和右安裝架，前安裝架後側面和後安裝架前側面均固定設置有鋼擋板9，前側的鋼擋板9上均勻開設有若干個圓孔7，左安裝架右側面和右安裝架左側面均固定設置有有機玻璃板13；底座、兩塊鋼擋板9和兩塊有機玻璃板13合圍的空腔內填充有鬆軟破碎煤巖體；

組合框架包括構造相同的前龍門架和後龍門架，前龍門架包括一根底梁10、兩根立柱14和一根頂梁17，底梁10和頂梁17均沿左右方向水平設置，兩根立柱14均垂直設置，底梁10沿左右水平方向穿過底座，兩根立柱14分別位於左安裝架的左側和右安裝架的右側，兩根立柱14下端通過連接板12及第一緊固螺栓11分別與底梁10的兩端連接，頂梁17兩端通過第二緊固螺栓20對應與兩根立柱14的上端連接，前龍門架的頂梁17和後龍門架的頂梁17之間通過兩根橫梁16連接；

加壓模塊包括上支撐板2、千斤頂15、壓板3和木板4，木板4鋪設在鬆軟破碎煤巖體頂部，壓板放置在木板4上，上支撐板2通過第三緊固螺栓22水平設置在兩根頂梁17底部，千斤頂15位於上支撐板2和壓板3之間。

底座包括四根底部圍梁8和底部鋼板18，四根底部圍梁8均水平設置首尾相連形成矩形框架，底部鋼板18鋪設在矩形框架上；

前安裝架、左安裝架、後安裝架和右安裝架均由若干根垂直角鋼5和若干根水平角鋼19交叉焊接而成，垂直角鋼5和水平角鋼19均設置有若干根，垂直角鋼5下端均焊接在底部圍梁8上，水平角鋼19沿垂直方向設置至少三層，每層的水平角鋼19均與垂直角鋼5交叉焊接，最上層的水平角鋼19與垂直角鋼5的上端齊平。

千斤頂15和上支撐板2均設置有六個，六個千斤頂頂部固定在上支撐板2底部，每個千斤頂15通過耐壓管與高壓油泵連接。

底梁10、頂梁17均採用的是槽鋼，立柱14採用的為h型鋼，其中每根頂梁17均由並排相背設置的兩根槽鋼製成，上支撐板2通過第三緊固螺栓22水平設置在兩根槽鋼之間。

鑽-封-注一體化錨固技術綜合試驗臺的試驗方法，包括以下步驟：

a、向兩塊鋼擋板9和兩塊有機玻璃板13合圍的空腔內分層鋪設模擬鬆軟破碎煤巖體，鋪設過程中使用模擬鬆軟破碎煤巖體棍棒搗實，並根據試驗要求在不同深度安裝數據採集傳感器；

b、當模擬鬆軟破碎煤巖體填充滿並鋪平後，在模擬鬆軟破碎煤巖體上鋪上木板4，在木板4上放置壓板3，使壓板3均位於六個千斤頂15下方；

c、啟動高壓油泵，千斤頂15通過壓板3向下壓木板4，木板4對模擬鬆軟破碎煤巖體下壓，對鬆軟破碎煤巖體施加至預設載荷值後停止高壓油泵，千斤頂15保持穩定；

d、連接好風機，使用手持式風動鑽機通過圓孔7向箱體內模擬鬆軟破碎煤巖體打入鑽-封-注一體化錨杆；

e、採用特製的封孔裝置進行封孔，連接注漿裝置向模擬鬆軟破碎煤巖體內注入配置的漿液對其進行錨固加固，然後在錨杆外安裝託盤和螺母，擰動螺母並施加預緊力使託盤與鋼擋板9壓緊；

f、配合相關傳感器、數據採集裝置使用對注漿錨杆錨固效果、錨固巖體內部應力場特徵進行測；

g、試驗結束後，千斤頂15洩壓，將木板4和壓板3取下，把鬆軟破碎煤巖體清除並將箱體內外均清理乾淨。

採用上述技術方案，本發明是一種可以模擬圍巖三向受力狀態下鑽-封-注一體化錨固技術綜合試驗臺，在鑽-封-注一體化錨固技術綜合試驗臺箱體內鋪設配置的相似模擬材料並埋設相關傳感器，待相似模擬試驗材料乾燥到所需程度後，用手持式風動錨杆鑽進將鑽-封-注一體化錨杆打入模擬圍巖中，封孔後向模擬圍巖體注入加固漿液，待漿液凝固後安裝託盤並擰緊螺母，然後即可採集研究所需參數，進行後續的試驗研究，能對注漿參數及支護參數進行優化試驗，此外還能進行錨杆支護工藝演示及其它種類錨杆支護試驗研究，對於巷道錨杆支護領域的研究具有推動作用。

本發明的試驗臺結構新穎獨特，可以直觀系統的模擬鑽-封-注一體化注漿錨杆支護的全過程，有利於鑽-封-注一體化注漿錨杆的設計及優化研究，為礦井支護提供堅實可靠的參數，有助於促進鬆軟破碎煤巖體支護的進一步發展，有利於礦山巷道錨杆支護理論及實踐的進步。

附圖說明

圖1是本發明的立體結構示意圖；

圖2是本發明的前側視圖；

圖3是圖2的左視圖。

具體實施方式

如圖1-圖3所示，本發明的鑽-封-注一體化錨固技術綜合試驗臺，包括組合框架、箱體和加壓模塊，箱體包括成矩形結構的底座，底座上垂直設置有依次連接的前安裝架、左安裝架、後安裝架和右安裝架，前安裝架後側面和後安裝架前側面均固定設置有鋼擋板9，前側的鋼擋板9上均勻開設有若干個圓孔7，圓孔7的直徑為100±0.5mm，左安裝架右側面和右安裝架左側面均固定設置有有機玻璃板13；底座、兩塊鋼擋板9和兩塊有機玻璃板13合圍的空腔內填充有鬆軟破碎煤巖體；

組合框架包括構造相同的前龍門架和後龍門架，前龍門架包括一根底梁10、兩根立柱14和一根頂梁17，底梁10和頂梁17均沿左右方向水平設置，兩根立柱14均垂直設置，底梁10沿左右水平方向穿過底座，兩根立柱14分別位於左安裝架的左側和右安裝架的右側，兩根立柱14下端通過連接板12及第一緊固螺栓11分別與底梁10的兩端連接，頂梁17兩端通過第二緊固螺栓20對應與兩根立柱14的上端連接，前龍門架的頂梁17和後龍門架的頂梁17之間通過兩根橫梁16連接；

加壓模塊包括上支撐板2、100噸的千斤頂15、壓板3和木板4，木板4鋪設在鬆軟破碎煤巖體頂部，壓板放置在木板4上，上支撐板2通過第三緊固螺栓22水平設置在兩根頂梁17底部，千斤頂15位於上支撐板2和壓板3之間。

底座包括四根底部圍梁8和底部鋼板18，四根底部圍梁8均水平設置首尾相連形成矩形框架，底部鋼板18鋪設在矩形框架上；

前安裝架、左安裝架、後安裝架和右安裝架均由若干根垂直角鋼5和若干根水平角鋼19交叉焊接而成，垂直角鋼5和水平角鋼19均設置有若干根，垂直角鋼5下端均焊接在底部圍梁8上，水平角鋼19沿垂直方向設置至少三層，每層的水平角鋼19均與垂直角鋼5交叉焊接，最上層的水平角鋼19與垂直角鋼5的上端齊平。

千斤頂15和上支撐板2均設置有六個，六個千斤頂頂部固定在上支撐板2底部，每個千斤頂15通過耐壓管與高壓油泵連接。

底梁10、頂梁17均採用的是槽鋼，立柱14採用的為h型鋼，其中每根頂梁17均由並排相背設置的兩根槽鋼製成，上支撐板2通過第三緊固螺栓22水平設置在兩根槽鋼之間。

鑽-封-注一體化錨固技術綜合試驗臺的試驗方法，包括以下步驟：

a、向兩塊鋼擋板9和兩塊有機玻璃板13合圍的空腔內分層鋪設模擬鬆軟破碎煤巖體，鋪設過程中使用模擬鬆軟破碎煤巖體棍棒搗實，並根據試驗要求在不同深度安裝數據採集傳感器；

b、當模擬鬆軟破碎煤巖體填充滿並鋪平後，在模擬鬆軟破碎煤巖體上鋪上木板4，在木板4上放置壓板3，使壓板3均位於六個千斤頂15下方；

c、啟動高壓油泵，千斤頂15通過壓板3向下壓木板4，木板4對模擬鬆軟破碎煤巖體下壓，對鬆軟破碎煤巖體施加至預設載荷值後停止高壓油泵，千斤頂15保持穩定；

d、連接好風機，使用手持式風動鑽機通過圓孔7向箱體內模擬鬆軟破碎煤巖體打入鑽-封-注一體化錨杆；

e、採用特製的封孔裝置進行封孔，連接注漿裝置向模擬鬆軟破碎煤巖體內注入配置的漿液對其進行錨固加固，然後在錨杆外安裝託盤和螺母，擰動螺母並施加預緊力使託盤與鋼擋板9壓緊；

f、配合相關傳感器、數據採集裝置使用對注漿錨杆錨固效果、錨固巖體內部應力場特徵進行測；

g、試驗結束後，千斤頂15洩壓，將木板4和壓板3取下，把鬆軟破碎煤巖體清除並將箱體內外均清理乾淨。

本實施例並非對本發明的形狀、材料、結構等作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍。