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原文传递巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台和试验方法

专利名称：	巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台和试验方法
摘要：	本发明公开了巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台和试验方法，试验台壁是由内外嵌套结构组成，可以实现横向和上下的伸缩，适应各种大型和小型试验的要求。按照常规岩石力学试验得到的强度和相似模拟试验要求进行配比，配比出能够满足相似比折算出来的强度的透明岩体材料。该方法可实现实验室对巷顶沿空掘巷非对称顶板的支护研究，实体模型顶部边缘为弧形，试验可完成非对称锚杆支护试验，即左右锚杆长度不一，通过透明岩体观察到非对称锚杆支护下岩体内部裂隙的发育情况，克服了岩体内部无法观察到的黑箱难题。考虑了巷顶沿空掘巷上部的采空区矸石垫层对顶部载荷的影响，实现了错层位巷顶沿空掘巷非对称围岩的非对称锚杆支护机理的研究。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山西;14
申请人：	太原理工大学
发明人：	王朋飞;冯国瑞;李松玉
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-03T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910267960.7
公开号：	CN110031319A
代理机构：	太原高欣科创专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	崔雪花;冷锦超
分类号：	G01N3/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	030024 山西省太原市迎泽西大街79号
主权项：	1.巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台，其特征在于，巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台，包括框型的试验台壁，所述试验台壁底部设置多根试验台支柱，所述试验台壁横截面为倒T字型，包括水平的底板和竖直的直壁；所述试验台壁底部还可拆卸设置临时基底板，所述临时基底板通过多个卡紧器锁紧于试验台壁底板外侧的外沿儿上，所述临时基底板上设置有试验台支柱凹陷位；所述试验台壁通过四块板壁形成一个四周封闭的模型腔；所述板壁包括嵌套设置的左板与右板，所述左板为中空结构，所述右板活动嵌套于左板中；所述左板与右板均包括嵌套结构的上层壁与下层壁，所述下层壁为中空的顶部开口的倒T型结构，所述上层壁为中空的底部设置有开口的直板型结构，活动嵌套于下层壁中；左板下层壁的空腔与左板上层壁配套设置，使得左板上层壁能够紧密嵌套入左板下层壁的空腔内；左板上层壁的空腔与右板下层壁的配套设置，使得右板下层壁的直壁部分能够紧密嵌套于左板上层壁的空腔内；右板下层壁空腔与右板上层壁配套设置，使得右板上层壁能够紧密嵌套于左板下层壁的空腔内；所述左板下层壁和右板下层壁上设置多个锁止机构，通过所述锁止机构实现上层壁与下层壁之间的位置固定。 2.根据权利要求1所述的巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台，其特征在于，所述卡紧器包括C型卡箍和所述C型卡箍一端螺纹穿设的锁紧螺杆。 3.根据权利要求1所述的巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台，其特征在于，所述试验台支柱底部设置有万向轮，所述万向轮设置为能够锁定的万向轮。 4.根据权利要求3所述的巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台，其特征在于，所述锁止机构为T型螺钉，所述左板下层壁上设置多个与所述螺钉配套的螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接T型螺钉，所述T型螺钉头部设置弹性橡胶垫。 5.采用权利要求1-4任一所述的巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验台进行巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：设计并生产出巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆(索)支护试验台；第二步：准备所需要的材料，包括透明岩体所需材料、可拆卸临时基底板、微型锚杆和树脂药卷、卡紧器；将可拆卸临时基底板用卡紧器卡在试验台外沿儿上，以方便后续拆卸；第三步：配置透明岩体材料：根据岩石力学试验得到的强度参数和相似理论，按照相似比计算相似模拟材料，采用液体石蜡、正十三烷溶液及硅粉，配比出满足相似比折算出来的强度的透明岩体材料；根据实际的垮落矸石的性质，制作透明岩石碎块：将上述配比出来的透明岩体材料，凝固后，敲击成透明的碎石块，筛选出块度大小与计算出的相似比大小匹配的碎块，作为试验台中的模拟矸石；第四步：模型铺设成型：将第三步中配比并搅拌均匀的透明岩体材料放置为变粘稠至胶体状，即当材料变形性质似橡皮泥时，具有较强的可塑性，此时将材料倒入试验台，采用预制弧形玻璃板或铁板等模具将模型上顶面抹为弧形，按照巷顶沿空掘巷上方顶板的弧度形状进行铺设造型，凝固，形成弧形底板；所述弧形底板上表面为弧形；提前对弧形底板进行人工预破坏，使实体透明模型由浅至深发生破坏；弧形底板上铺设第三步中得到的模拟矸石，根据矿井的勘探钻孔得到的岩层柱状图，得到直接顶厚度，即直接位于煤层之上的第一层岩层厚度，并根据直接顶岩性和垮落矸石的碎胀性，确定模拟矸石与完整透明岩体材料的比例，即确定矸石块体的铺设量；得到试验模型；第五步：试验台中的试验模型铺设好后，将卡紧器拆下、撤掉临时基底板，对巷顶沿空掘巷设计非对称锚杆支护，即设计锚杆的长度、数量或位置关于中心线不对称，在模型搭建后用从底部用钻机打出锚杆孔，先向锚杆孔内放置树脂药卷，然后安装锚杆，托盘，拧紧螺母，上完锚杆；此时内沿儿承担完成后的模型重量；第六步：检测试验：通过加压板对整个模型顶部施加压力，模拟上覆岩层重量，然后通过在锚杆上设置探测器，观察和分析研究非对称锚杆支护下岩体的裂隙发育扩展规律、非对称锚杆对围岩加固和阻止裂隙扩展发育的机理、确定锚杆对该巷围岩的锚固范围和锚固力大小；通过改变锚杆的安装深度，监测锚杆受力，探究树脂药卷距采空区极近时丢失或失效规律及其与破碎围岩体的粘结特性；通过改变安装角度，还能研究锚杆索安装角度对支护效果的影响；拉拔平台中的锚杆，能够揭示锚固段处于采空区近处塑性破坏区时的锚固能力；完成巷顶沿空掘巷的非对称支护研究。 6.根据权利要求5所述的巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验方法，其特征在于：所述的第四步中，弧形底板的人工预破坏为在使用透明岩体材料铺设模型时，随机预置薄铁片制造人工裂隙，模拟弧形底板一定程度的破坏。 7.根据权利要求5所述的巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验方法其特征在于：所述人工预破坏为采用液压控制压力机对表面施加压力或使用机械锤对表面敲击。 8.根据权利要求5所述的巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验方法，其特征在于：所述锚杆上设置的探测器包括但不限于声发射探测器、锚杆应力监测仪。 9.根据权利要求5所述的巷顶沿空掘巷顶板非对称锚杆支护试验方法，其特征在于：所述制备透明岩体材料的原料质量配比为：液体石蜡：正十三烷溶液：硅粉=1:0.7-0.9:1.1-1.3。
所属类别：	发明专利