锚杆支护实践教学实验台的设计与应用

发布时间：2019-08-03 10:27

【摘要】：分析了锚杆支护教学的要点和难点,模块化设计了锚杆支护实践教学实验台,并展开了顶板钻孔施工与锚杆锚固实验、锚杆锚固质量检测实验、顶板合理锚固层位判别实验、实际锚固状态下锚杆力学性能测试、锚杆预紧力损失监测等方面的实践教学。该实验台对于学生完善专业知识、提升实际动手能力、增加专业知识学习兴趣、增强团队合作意识等方面具有积极作用。
【图文】：

锚杆支护实践教学实验台的设计与应用

限度地模拟现场施工条件与围岩环境并可安装真实锚杆，是锚杆支护实践教学实验台结构设计的基本原则，前提是需要与真实巷（隧）道尺寸相当的操作空间。根据机械设计总体要求，结合需要完成的功能，以适于安装的模块化原理为设计理念，实验台由基础架台、龙门框架、围岩箱、加载油缸、液压系统组成。实验台实照及结构如图１所示。其中，基础架台主要用于支撑和固定围岩箱和加载油缸，便于下方的锚杆钻机向围岩箱内钻锚固孔，支腿下端通过地脚螺栓固定在地面，，基础架台装有方便人员上下的扶梯和护栏。围岩箱（结构见图２）由箱体、压板和挡板组成，箱内可分层浇筑以模拟层状围岩，侧边挡板由螺栓固定，各侧边挡板留有２０ｍｍ的间隙以供传感器导线穿过，围岩箱另一边为有机玻璃板，用于观测内部围岩的情况。龙门框架（结构见图３）固定在基础架台上，用于承载围岩箱和加载油缸。加载油缸设置３组，最大行程３００ｍｍ，单个加载油缸最大加载力１０００ｋＮ，并配备相应的高压泵站和连油管。图１实验台实照及结构图实验采用真实锚杆，设置实验台围岩箱的合理尺寸为１０００ｍｍ×５００ｍｍ×１５００ｍｍ，可并排施工２～４根长度不超过１３５０ｍｍ的锚杆。为了尽可能模拟现场施工环境，基础架台的高度定为２０００ｍｍ，即一般巷道掘图２围岩箱结构图图３龙门框架结构示意图进期间锚杆的施工高度。加载油缸用来模拟实际应力环境，加载油缸加载时，围岩变形速度以实际地质条件下的变形特征为依据，其加载速度为ｖｍ＝ＣＶｖｐ式中：ｖｍ为围岩变形速度，ｍｍ／ｓ；ＣＶ为时间相似性系数；ｖｐ为实际围岩变形速度，ｍｍ／ｓ。实验室

锚杆支护实践教学实验台的设计与应用

机压力必须保持在０．４～０．６３ＭＰａ，压缩空气要洁净和干燥，把附近气水分离装置中的积水排放干净。冲洗水压应保持０．６～１．２ＭＰａ。把围岩箱置于基础架台上并固定，开始钻孔工作，开眼位时，转速不可过快，气腿推力要调小一些。当钻进孔眼３０ｍｍ左右时，方可逐步加快转速，加大推力，进入正常钻孔作业。随后，人工用锚杆将一根锚固剂向锚杆孔内推入，并顶到位，装上搅拌套筒，用锚杆机搅拌和安装，钻机的转速，先以中速为宜，气腿推进的时间以１５～３０ｓ为宜，紧固锚杆后完成锚杆锚固。图４为学生进行该实验的现场图片。图４顶板钻孔施工与锚杆锚固试验现场照片２．２锚杆锚固质量检测实验巷（隧）道锚杆锚固质量检测是实际工程中的常规检测项目，本实验的目的是判定巷道围岩的可锚性，以及评价锚杆、树脂、围岩锚固系统的性能和锚杆的锚固力。实际检测必须在现场进行，使用的材料和设备与巷道正常支护相同。本实验目的是使学生掌握锚杆锚固质量检测原理，了解检测中的相关操作规范、操作方法以及检测中所涉技术要点，拉拔检测在锚杆安装后０．５～４．０ｈ进行，检测时应确保锚杆拉力计油缸的中心线与锚杆轴线重合，检测由２人完成，一人加载，一人记录，实验时应缓慢均匀地操作手动泵压杆。当锚杆出现明显位移时停止加压，记录锚杆拉力计读数，此读数即为锚固力数值。２．３顶板合理锚固层位判别实验合理锚固层位判别是层状围岩巷（隧）道支护的重要前提之一，本实验的目的是判断不同层位的可锚性，评价锚杆、树脂、围岩锚固系统的性能和锚杆的锚固力，得到最为合理的锚固层位，需要锚杆拉拔计配合完成。实验前，需要在围岩箱浇筑配别不同强度的层状围岩（见图５）
【作者单位】：河南理工大学能源科学与工程学院;河南理工大学工商管理学院;
【基金】：河南理工大学教育教学改革研究项目资助(2014JG020);河南理工大学博士基金项目资助(B2016-49)
【分类号】：G642.423;TD353.6-4

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