一种物理模拟实验锚杆/索机械化支护方法技术

本发明专利技术涉及一种物理模拟实验锚杆/索机械化支护方法，根据相似模拟实验配比在模型架上依次铺装模型，模型晾干后开挖，进行支护。本发明专利技术的优点体现在：以往物理模拟实验锚杆/索支护采用刚性挤入方法，支护过程费时费力，且成功率低，本发明专利技术提供锚杆/索机械化支护方法，对围岩应力场扰动程度小，极大提到实验结果准确度。本发明专利技术提供锚杆/索机械化支护方法能够通过安装在锚杆/索悬露于围岩体外部的测力环对预紧力进行控制，满足物理模拟实验应力相似原理，使支护效果得到提高。

Physical simulation experiment anchor bolt / cable mechanical support method

The invention relates to a physical simulation experiment anchor bolt / cable mechanical support method, according to the ratio of the similar simulation experiment, the model is paved on the model frame, and the model is excavated after being dried, and the support is carried out. The invention has the advantages embodied in: previous physical simulation experiments of anchor cable support used in rigid / supporting method is time-consuming and laborious, and the success rate is low, the invention provides the anchor cable / mechanical support method, field disturbance degree small stress of surrounding rock, great accuracy of the experimental results mentioned. The present invention provides mechanical support / cable anchor method can be installed through the suspension force is exposed to the external surrounding rock ring to control the preload bolt / cable, meet the physical simulation experimental stress similarity principle, the supporting effect is improved.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及矿山、岩土等工程领域物理模拟研究，尤其涉及矿山、岩土等工程领域物理模拟研究中锚杆/索机械化支护方法。
技术介绍
锚杆/索机械化支护在工程实践中取得极大成功，一方面由于支护设备先进，另一方面是工人熟练操作的结果。物理模拟实验是矿山、岩土、地质等学科重要研究手段之一，实验中锚杆/索支护可以用来模拟工作面、巷道等已采空间中锚杆、锚索对巷道的支撑作用，为工程实践中支护提供支护方案和参数。因此，物理模拟实验中锚杆/索安装技术水平很大程度上影响支护方案准确性及经济性。但是，物理模拟实验中支护技术落后，通常采取人工撞击锚杆/索尾部的刚性挤入方法进行安装，这一操作对相似模拟材料构成的围岩应力场产生极大扰动，严重影响实验结果的可靠性。同时，锚杆和锚索具有不同结构和力学特征，以往物理模拟实验采用长度较长锚杆代替锚索进行支护，实验相似原理不能满足，造成实验方案存在问题以及实验结果可靠性低。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是物理模拟实验中机械化支护问题，提供一种实验室物理模拟实验用锚杆/索机械化支护方法，并对其支护原理进行说明，借助其它装置实现机械化破岩，安装及固定后对支护效果进行测试。为实现上述目的，本专利技术公开了如下技术方案：一种物理模拟实验锚杆/索机械化支护方法，根据相似模拟实验配比在模型架上依次铺装模型，晾干后开挖，进行支护时步骤如下：锚杆进行机械化支护时，采用多功能电钻对锚杆夹持部进行夹持，启动电钻电源，电钻对夹持部产生力和力矩并传递至破岩部，破岩部对围岩进行破坏，杆体深入，直到固定部靠近相似模拟材料界面时停止钻入，依次安装锚杆测力环、托板、垫圈以及螺母进行固定；重复上述步骤对整个工程进行支护；锚索进行机械化安装时，多功能电钻和微型钻头首先对需要安装锚索处进行打孔，孔深能够满足索长度需要；钻孔打好后，用压风清扫钻孔内浮尘；然后将足量锚固剂塞入钻孔，用硬铁丝沿钻孔插入，将锚固剂外包装破坏，使锚固剂布满钻孔；取出铁丝，将锚索沿钻孔插入钻孔最深处；根据相似模拟实验时间相似性，待锚索具有一定承载力时，依次安装锚索束体、锚索托盘、锚索锁具，安装完毕后对锚索施加预紧力，重复上述步骤对整个工程进行支护。进一步的，锚杆进行机械化支护时，当地质条件复杂支护困难，则增加锚索进行支护，锚索长度大于锚杆。进一步的，当锚杆/索支护空间过于狭小时用多功能电钻、90°直角拐弯器及延伸配件自紧夹头对锚杆/索施加载荷，从而实现小空间情况下锚杆/索支护作业；当支护空间能够容纳多功能电钻及锚杆/索整体长度时不需借助其它工具辅助安装。进一步的，所述锚杆/索均为钢质材料，能够满足实验中对围岩破坏刚度要求及锚固围岩的强度需求。进一步的，本专利技术中锚杆/索尺寸满足物理模拟实验相似条件，几何相似常数Cl，应力相似常数Cσ，时间相似常数Ct：li＝Li/Cldi＝Di/Clp＝P/Cσti＝Ti/Ct式中，实验模拟矿井实际使用锚杆/索长为Li，直径为Di，预紧力为P，安装一根锚杆/索用时间Ti；实验用锚杆/索长度为li，直径为di，预紧力为p，安装一根实验室锚杆/索所用时间ti。进一步的，本专利技术中锚杆/索安装时在距固定部前端约2cm处停止钻入，在围岩界面与锚杆/索固定部前端之间安装测力环，测力环与多路压力监测系统连接实现对锚杆预紧力控制。本专利技术公开的一种物理模拟实验锚杆/索机械化支护方法，具有以下有益效果：1.研制了可实现机械化支护的锚杆/索，相比现有支护材料，结构更加合理，支护效果更佳，易于规模化生产，未发生损坏前提下可重复使用。2.以往物理模拟实验锚杆/索支护采用刚性挤入方法，支护过程费时费力，且成功率低，本专利技术提供锚杆/索机械化支护方法，对围岩应力场扰动程度小，极大提到实验结果准确度。3.本专利技术提供锚杆/索机械化支护方法能够通过安装在锚杆/索悬露于围岩体外部的测力环对预紧力进行控制，满足物理模拟实验应力相似原理，使支护效果得到提高。附图说明图1是测力锚杆平面图；图2是物理模拟实验锚杆机械化支护方法及原理一个实施例的剖面图；图3是锚索平面图；图4是物理模拟实验锚索机械化支护方法及原理一个实施例的剖面图；图5是单根锚杆支护原理示意图；图6是多根锚杆支护原理示意图；图7是锚杆和锚索联合支护原理示意图。附图标记说明：1-破岩部；2-锚杆主体；3-固定部；4-夹持部；5-锚杆测力环；6-锚杆托盘；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；18-锚索束体；19-锚索托盘；20-锚索索具；21-微型钻头；22-钻孔；23-锚固剂；24-边坡模型；25-坡积土；26-强制土；27-全风化花岗岩；28-强风化土状花岗岩；29-测力锚杆；30-压缩锥体；31-围岩；32-均匀压缩带；33-内部密实围岩；34-锚索；l1-测力锚杆长度；l2-锚索长度；d2-锚索直径；σ1-锚杆预压力；a-锚杆间距；b-锚杆间距。具体实施方式下面结合实施例并参照附图对本专利技术作进一步描述。实施例1请参见图1。测力锚杆构件有破岩部1、锚杆主体2、固定部3、夹持部4、锚杆测力环5、锚杆托盘6、垫圈7及螺母8组成。模拟实验选中锚杆尺寸应该满足物理模拟实验相似条件，几何相似常数Cl，应力相似常数Cσ，时间相似常数Ct：l1＝L1/Cld1＝D1/Clp1＝P1/Cσt1＝T1/Ct式中，实验模拟矿井实际使用锚杆/索长为L1，直径为D1，预紧力为P1，安装一根锚杆/索用时间T1；实验用锚杆/索长度为l1，直径为d1，预紧力为p1，安装一根实验室锚杆/索所用时间t1。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13，直接底14，煤层15，直接顶16，基本顶17，见图2.模型晾干后，进行开挖。在进行实验室锚杆支护时方法如下：(1)多功能电钻10夹紧夹持部4；(2)启动电源11，多功能电钻10对夹持部4产生力和力矩并传递至破岩部1，破岩部1对模拟材料产生破坏，锚杆杆体2不断深入；(3)杆体2钻入到固定部3离围岩界面约2cm时停止钻入；(4)依次安装锚杆测力环5、锚杆托盘6、垫圈7以及螺母8对围岩进行加固作用；(5)将锚杆测力环5与多路压力监测系统9连接，通过调整螺母8的松紧程度对锚杆受力实施控制；(6)完成以上步骤即成功完成一根相似模拟实验锚杆机械化安装工作。重复(1)～(6)步骤，直到整个巷道支护工作完毕。本专利技术中锚杆支护空间过于狭小时用多功能电钻10和90°直角拐弯器及延伸配件自紧夹头对夹持部4施加载荷作用，从而实现小空间情况下锚杆支护作业。当支护空间能够容纳多功能电钻及锚杆整体长度时不需借助其他工具辅助安装。本专利技术中涉及的锚杆为钢制材料，能够满足实验中对围岩破坏刚度要求及锚固围岩的强度需求。本专利技术实施效果的评价指标是有足够和可靠的锚固力，锚固力是锚杆发挥功能的根本。锚杆安装后赢保证围岩界面密封，保持围岩不会掉落、垮落，并充分保证锚杆端部紧贴围岩形成对围岩的挤压作用，是锚杆支护效果良好发挥的必要条件。实施例2图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种物理模拟实验锚杆/索机械化支护方法，其特征在于，根据相似模拟实验配比在模型架上依次铺装模型，晾干后开挖，进行支护时步骤如下：锚杆进行机械化支护时，采用多功能电钻对锚杆夹持部进行夹持，启动电钻电源，电钻对夹持部产生力和力矩并传递至破岩部，破岩部对围岩进行破坏，杆体深入，直到固定部靠近相似模拟材料界面时停止钻入，依次安装锚杆测力环、托板、垫圈以及螺母进行固定；重复上述步骤对整个工程进行支护；锚索进行机械化安装时，多功能电钻和微型钻头首先对需要安装锚索处进行打孔，孔深能够满足索长度需要；钻孔打好后，用压风清扫钻孔内浮尘；然后将足量锚固剂塞入钻孔，用硬铁丝沿钻孔插入，将锚固剂外包装破坏，使锚固剂布满钻孔；取出铁丝，将锚索沿钻孔插入钻孔最深处；根据相似模拟实验时间相似性，待锚索具有一定承载力时，依次安装锚索束体、锚索托盘、锚索锁具，安装完毕后对锚索施加预紧力，重复上述步骤对整个工程进行支护。

【技术特征摘要】
1.一种物理模拟实验锚杆/索机械化支护方法，其特征在于，根据相似模拟实验配比在模型架上依次铺装模型，晾干后开挖，进行支护时步骤如下：锚杆进行机械化支护时，采用多功能电钻对锚杆夹持部进行夹持，启动电钻电源，电钻对夹持部产生力和力矩并传递至破岩部，破岩部对围岩进行破坏，杆体深入，直到固定部靠近相似模拟材料界面时停止钻入，依次安装锚杆测力环、托板、垫圈以及螺母进行固定；重复上述步骤对整个工程进行支护；锚索进行机械化安装时，多功能电钻和微型钻头首先对需要安装锚索处进行打孔，孔深能够满足索长度需要；钻孔打好后，用压风清扫钻孔内浮尘；然后将足量锚固剂塞入钻孔，用硬铁丝沿钻孔插入，将锚固剂外包装破坏，使锚固剂布满钻孔；取出铁丝，将锚索沿钻孔插入钻孔最深处；根据相似模拟实验时间相似性，待锚索具有一定承载力时，依次安装锚索束体、锚索托盘、锚索锁具，安装完毕后对锚索施加预紧力，重复上述步骤对整个工程进行支护。2.根据权利要求1所述的一种物理模拟实验锚杆/索机械化支护方法，其特征在于，锚杆进行机械化支护时，当地质条件复杂支护困难，则增加锚索进行支护，锚索长度大于锚杆。3.根据权利要求1所述的一种物理模拟实验锚杆/索机械化支护方法，其特征在于，当锚杆\...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍永平，胡博胜，杜文刚，解盘石，王红伟，曹沛沛，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61