[发明专利]一种用于测试锚杆剪切载荷的试验台及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及矿山支护技术领域，尤其涉及一种用于测试锚杆剪切载荷的试验台及测试方法。

背景技术

目前，锚杆支护已成为煤矿巷道安全高效的主要支护方式，在我国煤矿巷道中得到大面积推广应用。锚杆支护是将锚杆锚固于煤岩体内，拧紧杆尾螺母，对围岩施加预应力，约束巷道围岩的变形离层、碎胀与滑移错动。

锚杆实际工作过程中的受力情况十分复杂，巷道围岩发生离层变形时，岩层内部分层面不可避免地发生滑移错动。穿过分层面并锚固于岩层中的锚杆，在岩层滑移面处承受岩层滑动时造成的剪切载荷，杆体发生剪切变形，锚杆实际承载力下降。

研究锚杆工作过程承受围岩剪切载荷的测试方法主要有两大类：井下试验与实验室试验。

井下试验主要通过安装测力计或液压枕等测试仪器，测试锚杆轴向受力，评价锚杆的工作状态。井下试验获得的数据为现场实测数据，能够真实反映井下锚杆工作状况。但是，井下试验的缺点是：只能测试锚杆在各种外力综合作用下形成的轴向力，无法直接测试岩层间错动时作用于锚杆的剪切载荷，也无法观测剪切载荷作用造成的杆体变形。由于井下特殊的环境，一些先进的监测方法与仪器的应用也受到限制，不能准确有效地测试出锚杆工作过程中承受的剪切载荷。

实验室试验目前主要进行锚杆杆体试件的剪切试验。实验室试验测试的数据准确，能够反映锚杆材料的基本力学性能。但是，实验室试验缺点是：只反映锚杆材料使用标准剪切模具加载时的抗剪性能，缺少模拟井下岩层间错动对锚杆进行剪切加载的试验设备，无法测试处于支护状态的锚杆承受岩层滑移剪切载荷的能力。

因此，针对以上不足，需要一种能够在实验室内模拟井下岩层间错动时对锚杆进行剪切加载的试验台及应用该试验台准确有效地测试出锚杆工作过程承受围岩剪切载荷的方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种用于测试锚杆剪切载荷的试验台及测试方法，使得在实验室内能够模拟井下岩层间错动时对支护状态的锚杆进行剪切，并准确有效地测试出锚杆承受围岩剪切载荷的能力，而且可对锚杆剪切变形进行剖切观察。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于测试锚杆剪切载荷的试验台，包括用于矿山支护的锚杆，还包括工作测试台、剪切装置、固定钻孔模型、随动钻孔模型和液压传感器，所述锚杆插入并锚固于随动钻孔模型和固定钻孔模型的钻孔内，所述固定钻孔模型固定安装于工作测试台上，所述剪切装置驱动所述随动钻孔模型沿锚杆径向滑移，使所述锚杆在固定钻孔模型与随动钻孔模型之间形成剪切面，所述液压传感器用于测试剪切装置加载油路的系统压力。

其中，所述剪切装置包括油缸、剪切滑块、剪切部机架，所述剪切部机架安装于工作测试台上，所述剪切部机架上设有垂直于锚杆轴向的导向滑槽，所述剪切滑块滑动安装于所述导向滑槽内，所述油缸与剪切滑块对应设置，用于驱动所述剪切滑块沿所述导向滑槽滑动，所述随动钻孔模型安装于剪切滑块内部且随剪切滑块一起沿导向滑槽滑动，使所述锚杆在固定钻孔模型与随动钻孔模型之间形成剪切面，所述液压传感器安装于油缸的加载油路系统上，用于测试油缸的系统压力。

其中，所述油缸固定于工作测试台的底座上，且其通过活塞杆与剪切滑块的底部连接，所述油缸活塞腔的油路系统上安装有用于防止活塞杆回缩的液控单向阀。

其中，所述油缸的数量为两个，且两个所述油缸通过双联同步液压马达以同步其运动速度。

其中，所述随动钻孔模型通过锚固套管、浮筒固定在剪切滑块的内部。

其中，所述固定钻孔模型和随动钻孔模型通过钻孔内的锚固剂与锚杆相粘结。

一种用于测试锚杆剪切载荷的试验台的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将待测的锚杆锚固于固定钻孔模型和随动钻孔模型的钻孔内；

S2、通过剪切装置驱动随动钻孔模型沿锚杆径向滑移，以对锚杆施加剪切载荷；

S3、在固定钻孔模型与随动钻孔模型的分界处形成剪切面；

S4、通过液压传感器测试剪切油缸系统压力；

S5、根据测试油缸系统压力计算锚杆承受的剪切载荷。

其中，在步骤S2中所述剪切装置在不施加剪切载荷时，油缸活塞杆处于伸出状态以使固定钻孔模型与随动钻孔模型处于同一轴线上；施加剪切载荷时，向油缸活塞杆腔供油，油缸活塞杆回缩并驱动剪切滑块及随动钻孔模型一起向下移动，使固定钻孔模型与随动钻孔模型的分界面处相对滑移，从而对锚杆施加剪切载荷。