一种锚杆锚固性能测试设备及方法

本发明属于锚杆支护测试，具体涉及一种锚杆锚固性能测试设备及方法。

背景技术：

1、锚杆支护用于地下工程围岩支护，已成为地下工程中应用最为广泛的支护加固手段。锚杆的支护性能决定了锚杆的支护效果，因此对锚杆的性能测试显得尤为重要。锚杆性能测试包括锚杆承载力测试和锚杆锚固无损检测。通常通过破坏性试验对锚杆性能进行测试，从而测出锚杆拉拔力与锚杆位移量之间关系的曲线以及锚杆的破坏情况。测试锚杆的性能主要通过锚杆拉力计来实现。现有的锚杆拉力计量程有限，在测试过程中，需要多次的加载与卸载；锚杆在拉拔过程中的位移通常需要工作人员手动来测量，这样测出的位移不连续、不方便，测出的结果精度低，测出的锚杆锚固力与位移的曲线不真实；采用手动加压，导致加压不均匀，人工操作不方便。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种锚杆锚固性能测试设备及方法，以实现对锚杆进行大量程、高精度、智能化锚固性能测试。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术解决方案如下：

3、一种锚杆锚固性能测试设备，包括连接器、拉力导杆、反力支撑筒、空心多级千斤顶、加载头、固定螺母、传感单元、加载单元和数据处理控制单元；

4、所述连接器的一端连接锚杆的裸露端，所述连接器的另一端连接所述拉力导杆的内端；

5、所述反力支撑筒的内端抵接围岩，所述反力支撑筒的外端设置所述空心多级千斤顶；

6、所述空心多级千斤顶的伸缩端设置所述加载头，所述加载头的中间位置开设加载孔，所述拉力导杆穿过所述加载孔；

7、所述拉力导杆的外端连接所述固定螺母，所述加载头抵接所述固定螺母；

8、所述加载头设置所述传感单元；

9、所述加载单元动力连接所述空心多级千斤顶，所述加载单元带动所述空心多级千斤顶的伸缩端相对于固定端伸缩，空心多级千斤顶的伸缩端相对于固定端伸出以进而带动加载头朝所述固定螺母的方向移动；

10、所述数据处理控制单元分别信号连接传感单元和加载单元。

11、优选的，所述空心多级千斤顶包括缸体、第一活塞套、第二活塞套和导向套；

12、所述反力支撑筒的外端设置所述缸体，所述缸体内部依次嵌套第一活塞套、第二活塞套及导向套，所述拉力导杆穿过所述导向套的内部，第二活塞套的外端连接所述加载头；

13、缸体、第一活塞套、第二活塞套及导向套均沿着竖直方向布置，所述导向套固定连接所述缸体，所述第一活塞套能相对于所述缸体沿着竖直方向移动，所述第二活塞套能相对于所述第一活塞套沿着竖直方向移动；

14、第一活塞套的内端、缸体及导向套之间的空间为第一伸出驱动腔，第一活塞套的外端与缸体之间的空间为第一缩回驱动腔，第二活塞套的内端、第一活塞套及导向套之间的空间为第二伸出驱动腔，第二活塞套的外端与第一活塞套之间的空间为第二缩回驱动腔；

15、所述缸体的内端连接有进油嘴，所述进油嘴与所述第一伸出驱动腔连通；

16、所述第一活塞套的内端设置有双向压力控制阀；

17、所述缸体的外端连接有第一回油嘴，所述第一回油嘴与所述第一缩回驱动腔连通；

18、所述第一活塞套的外端连接有第二回油嘴，所述第二回油嘴与所述第二缩回驱动腔连通。

19、优选的，所述缸体的外端边沿设置有第一止推环，所述第一止推环能阻挡所述第一活塞套；

20、所述第一活塞套的外端边沿设置有第二止推环，所述第二止推环能阻挡所述第二活塞套。

21、优选的，所述第一止推环的内壁设置有与第一活塞套滑动接触的第一防尘垫圈；

22、所述第二止推环的内壁设置有与第二活塞套滑动接触的第二防尘垫圈。

23、优选的，第一活塞套与缸体之间、第一活塞套与第二活塞套之间以及第二活塞套与导向套之间均设置有密封垫圈。

24、优选的，所述加载单元设置为气动油压泵，所述气动油压泵经油路连接进油嘴、第一回油嘴及第二回油嘴。

25、优选的，所述传感单元包括压力传感器和激光位移传感器，所述压力传感器的触发端与所述空心多级千斤顶的伸缩端和/或所述固定螺母抵接，所述激光位移传感器的感测端朝向所述空心多级千斤顶的固定端。

26、优选的，还包括数据采集单元，所述数据采集单元分别信号连接压力传感器和激光位移传感器，所述数据处理控制单元信号连接所述数据采集单元。

27、优选的，围岩的外壁铺设锚网，反力支撑筒和空心多级千斤顶均经安全绳索连接锚网。

28、一种锚杆锚固性能测试方法，应用上述的锚杆锚固性能测试设备，所述方法包括如下步骤：

29、步骤1、选取围岩上待测试的锚杆，将连接器的一端连接锚杆的裸露端，将连接器的另一端连接拉力导杆的内端，将反力支撑筒、空心多级千斤顶及加载头穿过拉力导杆，并使反力支撑筒的内端抵接围岩，将反力支撑筒和空心多级千斤顶通过安全绳索连接至锚网，在拉力导杆的外端连接固定螺母；

30、步骤2、由数据处理控制单元触发加载单元带动空心多级千斤顶的伸缩端相对于固定端伸出，进而带动加载头朝固定螺母的方向移动，同时，由压力传感器实时监测压力数据，激光位移传感器实时监测位移数据，给锚杆施加预紧力，数据采集单元采集压力传感器监测的压力数据和激光位移传感器监测的位移数据并上传至数据处理控制单元；

31、步骤3、由数据处理控制单元对数据采集单元的压力数据和位移数据进行调零；

32、步骤4、由数据处理控制单元触发加载单元带动空心多级千斤顶的伸缩端相对于固定端继续伸出，进而带动加载头继续朝固定螺母的方向移动，同时，由压力传感器实时监测压力数据，激光位移传感器实时监测位移数据，数据采集单元采集压力传感器监测的压力数据和激光位移传感器监测的位移数据并上传至数据处理控制单元，直至锚杆被拉断或者锚杆被拉出；

33、步骤5、数据处理控制单元根据压力数据和位移数据绘制形成锚杆拉拔力与位移关系曲线。

34、本发明的有益技术效果是：

35、1、结构简单，容易组装，方便携带至矿山井下进行操作，采用智能化测试，解决了测试数据不准确、读数困难的问题，缩短测试时间，极大提高了测试效率；

36、2、通过空心多级千斤顶能够对锚杆进行大量程持续测试，测试过程只需要一次加载与卸载，测试精度高；

37、3、自动监测、采集测试过程的压力数据及位移数据，测试数据精度高，特别是位移监测可以实现连续采集，数据精度更高；

38、4、采用气动油压泵，方便矿山井下采用高压风驱动，通过空心多级千斤顶能够实现对锚杆的均匀稳定加载。

技术特征：

1.一种锚杆锚固性能测试设备，其特征在于，包括连接器、拉力导杆、反力支撑筒、空心多级千斤顶、加载头、固定螺母、传感单元、加载单元和数据处理控制单元；

2.根据权利要求1所述的一种锚杆锚固性能测试设备，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的一种锚杆锚固性能测试设备，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的一种锚杆锚固性能测试设备，其特征在于，

5.根据权利要求2所述的一种锚杆锚固性能测试设备，其特征在于，

6.根据权利要求2所述的一种锚杆锚固性能测试设备，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的一种锚杆锚固性能测试设备，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的一种锚杆锚固性能测试设备，其特征在于，

9.根据权利要求1所述的一种锚杆锚固性能测试设备，其特征在于，

10.一种锚杆锚固性能测试方法，其特征在于，应用权利要求1至9任一项的锚杆锚固性能测试设备，所述方法包括如下步骤：

技术总结
本发明属于锚杆支护测试技术领域，具体公开了一种锚杆锚固性能测试设备及方法。该锚杆锚固性能测试设备及方法，结构简单，容易组装，方便携带至矿山井下进行操作，采用智能化测试，解决了测试数据不准确、读数困难的问题，缩短测试时间，极大提高了测试效率；通过空心多级千斤顶能够对锚杆进行大量程持续测试，测试过程只需要一次加载与卸载，测试精度高；自动监测、采集测试过程的压力数据及位移数据，测试数据精度高，特别是位移监测可以实现连续采集，数据精度更高；采用气动油压泵，方便矿山井下采用高压风驱动，通过空心多级千斤顶能够实现对锚杆的均匀稳定加载。

技术研发人员：于凤海,刘宝登,谭云亮,梁晨,赵同彬,王文康,许宸瑞
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5