一种锚杆内嵌锚固的巷道围岩压缩承载实验方法

摘要

本发明公开了一种锚杆内嵌锚固的巷道围岩压缩承载实验方法，主要包括：设计装填模具参数，确定开挖巷道断面形状、尺寸及锚固参数；制作巷道内嵌的直墙槽板与弧形槽板、锚杆内嵌紧固的帖层螺母、直轨卡板与弧轨卡板、模拟锚固系统的刻丝螺杆、垫板与外旋螺母；将安设有帖层螺母的刻丝螺杆嵌入巷道内嵌直墙槽板与弧形槽板槽轨上，利用直轨卡板与弧轨卡板确定内嵌刻丝螺杆位置，旋转刻丝螺杆上外旋螺母紧固刻丝螺杆；在模具与内嵌锚固稳定装置间进行相似材料浇铸成型，并进行脱模编号与淋水养护；对刻丝螺杆上外旋螺母进行二次紧固，实现初始预紧力施加；将成型相似材料放置在刚性试验机上进行单轴压缩实验，完成巷道锚杆内嵌锚固围岩压缩承载实验。

说明书

技术领域

本发明涉及一种实验室相似模拟巷道锚杆锚固围岩压缩承载实验方法，是通过自行设计制作巷道内嵌锚固稳定装置结合装填模具配合刚性试验机的实验方法，具体涉及到实验室内相似模拟巷道开挖锚固承载的实验方法。

背景技术

随着国家经济发展和基本建设的快速推进，矿山、能源、水电、交通、国防等深部地下工程越来越多，锚杆支护技术得到广泛推广与应用。锚杆（索）支护属于隐蔽支护，它以支护成本低、施工速度快与劳动强度小等优点成为井巷与岩土工程的主要锚固支护方式。我国每年仅用于煤巷的锚杆（索）数量都在几千万根以上，而锚杆（索）锚固性能将直接影响巷道围岩的承载力能力。事实上，随着煤矿开采向深部的逐渐延伸，巷道围岩受高应力及复杂地质构造的影响越来越大，锚杆（索）的锚固环境更趋复杂多变，如果锚杆（索）支护参数选择不当，将会造成巷道锚固围岩的变形加剧至破坏失稳。因此，研究深部巷道围岩锚固机理及参数设计就显得尤为重要。

目前，对于巷道锚固围岩稳定性研究多为现场试验研究，而实验室多为大型相似模拟实验研究，且存在实验操作繁琐、针对性差、实验试件过大等问题，很少涉及在刚性试验机上进行小型锚固巷道围岩加载条件下的稳定性控制研究。因此，本发明基于模拟巷道内嵌锚固稳定装置结合装填模具配合刚性试验机进行锚固巷道围岩承载实验机理，提出一种锚杆内嵌锚固的巷道围岩压缩承载实验方法，利用自行设计制作巷道内嵌锚固稳定装置结合装填模具配合刚性试验机实现了巷道内置锚杆锚固围岩承载特性试验，实验结果可为不同地质条件下的巷道围岩锚固稳定性控制提供参考。

发明内容

针对目前实验室还原巷道锚固承载实验设备繁琐、实验过程复杂的不足，本发明提出一种锚杆内嵌锚固的巷道围岩压缩承载实验方法，利用自行设计制作巷道内嵌锚固稳定装置结合装填模具配合刚性试验机进行模拟锚固巷道围岩压缩承载实验，该实验方法的巷道内嵌锚固稳定装置操作简单、锚固位置易于调节，较好地实现了不同地质与不同锚固参数条件下锚固巷道围岩稳定性控制研究。

本发明提供了一种锚杆内嵌锚固的巷道围岩压缩承载实验方法，主要包括：设计装填模具参数，确定开挖巷道断面形状、尺寸及锚固参数；制作巷道内嵌直墙槽板与弧形槽板、锚杆内嵌紧固的帖层螺母、直轨卡板与弧轨卡板、模拟锚固系统的刻丝螺杆、垫板与外旋螺母；设计模拟围岩相似材料与刻丝螺杆参数，将安设有帖层螺母的刻丝螺杆嵌入巷道内嵌直墙槽板与弧形槽板槽轨上，利用直轨卡板与弧轨卡板确定内嵌刻丝螺杆位置，旋转刻丝螺杆上外旋螺母紧固垫板、刻丝螺杆；在模具与内嵌锚固稳定装置间进行相似材料浇铸成型，成型相似材料脱模后编号，并进行淋水养护；对刻丝螺杆上外旋螺母进行二次紧固，实现初始预紧力施加；将成型相似材料放置在刚性试验机上进行单轴压缩实验，完成巷道锚杆内嵌锚固围岩压缩承载实验。

具体步骤如下：

步骤一，设计装填模具规格形状，确定开挖模拟巷道的断面形状、尺寸及锚杆、锚索的锚固参数；

步骤二，制作并安装巷道内嵌锚固稳定装置，包括巷道断面成型的内嵌直墙槽板与弧形槽板、模拟锚固系统的刻丝螺杆、垫板与外旋螺母、锚杆内嵌紧固的帖层螺母、直轨卡板与弧轨卡板；

步骤三，依据巷道围岩特征及锚固参数，选择设计模拟围岩的相似材料与刻丝螺杆参数，将安设有帖层螺母的刻丝螺杆嵌入巷道内嵌直墙槽板与弧形槽板的槽轨上，利用直轨卡板直轨与弧轨卡板弧轨确定内嵌刻丝螺杆位置，旋转刻丝螺杆上外旋螺母紧固垫板与刻丝螺杆；

步骤四，在装填模具与内嵌锚固稳定装置间进行相似材料浇铸成型，成型相似材料脱模后排序标号，并进行成型相似材料养护，确保成型相似材料强度指标稳定；

步骤五，对脱模后成型相似材料内嵌锚固稳定装置的外旋螺母进行二次紧固，实现刻丝螺杆初始预紧力的施加，记录刻丝螺杆初始预紧力数据；

步骤六，将脱模成型相似材料放置在刚性试验机上进行单轴压缩承载实验，采集模拟巷道的围岩应力、围岩变形及刻丝螺杆受力数据，完成锚杆内嵌锚固巷道围岩压缩承载实验。

进一步，在步骤一中，模具规格形状为250mm×250mm×250mm铸铁正方体。

进一步，在步骤二中，直墙槽板与弧形槽板上均设置有槽轨，且直墙槽板与弧形槽板通过卡箍连接。

进一步，在步骤三中，不同规格刻丝螺杆分别模拟巷道支护的锚杆与锚索。

进一步，在步骤四中，相似材料可采用不同型号硅酸盐水泥加一定比例清水制成，浇铸脱模相似材料养护时间大于28天。

进一步，在步骤五中，相似材料脱模包括脱去装填模具以及内嵌直墙槽板与弧形槽板、直轨卡板与弧轨卡板。

进一步，在步骤六中，根据地质条件可在开挖巷道轴向方向上，对脱模相似材料外部两侧进行紧固，以施加不同围岩应力。

本发明的优点和有益效果是：本发明方法具有设备简单、易于操作、成本低廉等特点，不仅研究了不同地质条件下巷道在不同锚固条件下的力学性质，而且为实验室巷道内置锚固实验方法提供了参考与依据。

附图说明

图1是实现本发明一种锚杆内嵌锚固的巷道围岩压缩承载实验方法示意图。

图中：1为装填模具；2为相似材料；3为弧形槽板；4为弧轨；5为弧轨卡板；6为直轨；7为直轨卡板；8为直墙槽板；9为刻丝螺杆；10槽轨；11为巷道；12为卡箍；13为垫板；14为外旋螺母；15为帖层螺母。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示，本发明提供了一种锚杆内嵌锚固的巷道围岩压缩承载实验方法，具体步骤如下：

步骤一，设计装填模具1规格形状，确定开挖模拟巷道11的断面形状、尺寸及锚杆、锚索锚固参数；

步骤二，制作并安装巷道11内嵌锚固稳定装置，包括巷道11断面成型的内嵌直墙槽板8与弧形槽板3、模拟锚固系统的刻丝螺杆9、垫板13与外旋螺母14、锚杆内嵌紧固的帖层螺母15、直轨卡板7与弧轨卡板5；

步骤三，依据巷道11围岩特征及锚固参数，选择设计模拟围岩的相似材料2与刻丝螺杆9参数，将安设有帖层螺母15的刻丝螺杆9嵌入巷道11内嵌直墙槽板8与弧形槽板3的槽轨10上，利用直轨卡板7直轨6与弧轨卡板5弧轨4确定内嵌刻丝螺杆9位置，旋转刻丝螺杆9上外旋螺母14紧固垫板13与刻丝螺杆9；

步骤四，在装填模具1与内嵌锚固稳定装置间进行相似材料2浇铸成型，成型相似材料2脱模后排序标号，并进行成型相似材料2养护，确保成型相似材料2强度指标稳定；

步骤五，对脱模后成型相似材料2内嵌锚固稳定装置的外旋螺母14进行二次紧固，实现刻丝螺杆9初始预紧力的施加，记录刻丝螺杆9初始预紧力数据；

步骤六，将脱模成型相似材料2放置在刚性试验机上进行单轴压缩承载实验，采集模拟巷道11的围岩应力、围岩变形及刻丝螺杆9受力数据，完成锚杆内嵌锚固巷道11围岩压缩承载实验。

进一步，在步骤一中，模具1规格形状为250mm×250mm×250mm铸铁正方体。

进一步，在步骤二中，直墙槽板8与弧形槽板3上均设置有槽轨10，且直墙槽板8与弧形槽板3通过卡箍12连接。

进一步，在步骤三中，不同规格刻丝螺杆9分别模拟巷道11支护的锚杆与锚索。

进一步，在步骤四中，相似材料2可采用不同型号硅酸盐水泥加一定比例清水制成，浇铸脱模相似材料2养护时间大于28天。

进一步，在步骤五中，相似材料2脱模包括脱去装填模具1以及内嵌直墙槽板8与弧形槽板3、直轨卡板7与弧轨卡板5。

进一步，在步骤六中，根据地质条件可在开挖巷道11轴向方向上，对脱模相似材料2外部两侧进行紧固，以施加不同围岩应力。

本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述，而是根据权利要求加以限定。