CN112377230A - 锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属构件力学测试技术领域，公开了一种锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置及方法，其中试验装置包括机架和设于机架顶端的支撑面，支撑面上设有开口和龙门架，龙门架在开口的上方连接有冲击机构；支撑面上在开口的两侧对称设有若干个用于固定锚杆的通孔，锚杆穿过通孔且可拆卸紧固于支撑面，支护组合构件和/或待测的中心金属网通过锚杆固定于支撑面进行性能测试。本发明提供的一种锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置及方法，在支撑面上设置开口，可便于对待测结构进行冲击试验，在支撑面上设置通孔且设置锚杆与螺母的配合，可真实模拟支护结构的实际安装方式，试验准确性较高，具有较高的研究借鉴价值。

Description

锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置及方法

技术领域

本发明涉及金属构件力学测试技术领域，尤其涉及一种锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置及方法。

背景技术

我国每年新掘巷道总长度达一万余公里，巷道的安全可靠性直接决定矿井的生产能力。近年来随着煤矿开采深度及范围的不断扩大，加之复杂的地质环境及较高的地应力，使巷道在服务期间逐渐出现了冒顶、两帮移近及强烈底鼓等一些列问题，对巷道支护及围岩控制提出了新的挑战。针对巷道在矿井服务期间出现的一系列问题，国内外相关学者提出了一系列支护方式，主要包括木支护、砌碹支护、型钢支护及锚杆支护四类方式，国内外多年实践表明锚杆支护是一种经济有效的支护形式，锚杆支护***中包括杆体、螺母、垫圈、金属网及钢带、托梁等一系列构件，金属网及钢带可将锚杆的点支护转化为线支护及面支护，有效扩大支护面积，但二者在支护过程中，受力极其复杂，变形及破坏方式多样。其中冲击地压巷道中支护构件在动力载荷作用下发生瞬间破坏，其中以金属网破坏最为严重，金属网的瞬间破损导致破碎煤岩体从金属网破坏位置大量喷出，引发较为严重的安全事故。大幅度降低了巷道的安全可靠性。

针对支护构件严重破损引发支护失效的问题，国内外大量的学者针对锚杆支护构件进行了较为详细的研究，研究范围包括锚杆杆体、螺纹、垫圈等一系列构件。但限于专用设备的欠缺，对金属网的研究成果较少，且对井下金属网支护结构的冲击力学指标无统一明确标准，进一步造成了现场施工过程中出现了金属网使用的盲目性、施工工艺无统一标准等严重性问题。因此单独针对金属网及锚杆支护组合构件进行实验室测试具有一定的必要性，其测试出的冲击力学指标对井下复杂困难巷道支护设计具有较高的指导意义。

发明内容

本发明实施例提供一种锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置及方法，用以解决或部分解决现有技术中缺乏针对锚杆支护组合构件和金属网力学性能测试设备的问题。

本发明实施例提供一种锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置，包括机架和设于所述机架顶端的支撑面，所述支撑面上设有开口和龙门架，所述龙门架在所述开口的上方连接有冲击机构；所述支撑面上在所述开口的两侧对称设有若干个用于固定锚杆的通孔，所述锚杆穿过所述通孔且在通孔的两侧分别可拆卸紧固于所述支撑面，支护组合构件和/或待测的中心金属网通过所述锚杆固定于所述支撑面与所述开口对应位置处进行性能测试。

在上述方案的基础上，对支护组合构件进行测试时，所述支护组合构件的钢带垂直于所述开口放置，所述通孔包括与所述钢带的两侧分别对应的第一通孔，所述支护组合构件在所述第一通孔处通过锚杆可拆卸固定于支撑面。

在上述方案的基础上，所述中心金属网关于所述开口对称放置，所述通孔还包括与所述中心金属网的四角分别对应的第二通孔，所述中心金属网在第二通孔处通过锚杆可拆卸固定于所述支撑面。

在上述方案的基础上，所述中心金属网的任一侧边均连接有边缘金属网，所述边缘金属网的一侧与所述中心金属网的侧边搭接连接，所述边缘金属网的另一侧通过连接件可转动固定于所述机架的顶部侧壁。

在上述方案的基础上，所述机架的顶部侧壁在任一侧边均设有多个横梁，所述横梁穿过所述机架的顶部侧壁使得一端位于所述机架内部，所述横梁的一端与连接件的一端转动连接，所述连接件的另一端与所述边缘金属网的另一侧可拆卸连接。

在上述方案的基础上，所述横梁与所述机架的顶部侧壁螺纹连接，且在所述机架的任一侧边至少一个所述横梁的另一端连接有张紧轮。

在上述方案的基础上，所述冲击机构包括冲击件以及连接于所述龙门架的固定结构，所述固定结构用于连接所述冲击件将所述冲击件固定在所述开口上方以及松开所述冲击件使得所述冲击件自由下落。

在上述方案的基础上，所述冲击机构还包括提升结构，所述提升结构连接于所述龙门架，用于提升下落后的冲击件。

在上述方案的基础上，所述冲击件呈环形结构，所述龙门架上竖直连接有导杆，所述冲击件套设于所述导杆。

本发明实施例还提供一种锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验方法，基于上述锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置，包括：将支护组合构件和/或金属网通过锚杆紧固于支撑面与开口对应处，冲击机构下落对支护组合构件和/或金属网进行冲击力学性能试验，其中金属网包括待测的中心金属网和搭接在中心金属网侧边的边缘金属网，边缘金属网柔性连接在机架顶部的侧壁上；冲击力学性能试验中的调节参数包括冲击机构中冲击件的重量、冲击件的高度、锚杆的紧固力、锚杆的间距、中心金属网的侧向张紧力以及支护组合构件和金属网的种类中的至少一个。

本发明实施例提供的一种锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置及方法，在支撑面上设置开口，可便于对待测结构进行冲击试验，同时便于在开口两侧对待测结构进行固定，在支撑面上设置通孔且设置锚杆与螺母的配合，既可实现对待测结构的固定，且可真实模拟支护结构的实际安装方式，使得对待测结构的施力与支护结构实际受力情况更加接近，试验准确性较高，具有较高的研究借鉴价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置的整体示意图；

图2是本发明实施例提供的锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置的正视示意图；

图3是本发明实施例提供的锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置的侧视示意图；

图4是本发明实施例中机架的整体示意图；

图5是本发明实施例中机架的俯视示意图；

图6是本发明实施例中机架的侧视示意图；

图7是本发明实施例中中心金属网和边缘金属网的连接示意图。

附图标记：

1、机架；2、支撑面；3、龙门架；4、开口；5、冲击件；6、固定结构；7、第一通孔；8、第二通孔；9、导杆；10、横梁；11、张紧轮；12、凸条；13、卡槽；14、中心金属网；15、边缘金属网；16、重叠部位；17、绑丝安装部位；18、连接件；19、托盘；20、提升结构；21、减震台。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1和图2，本发明实施例提供一种锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置，该试验装置包括机架1和设于机架1顶端的支撑面2，支撑面2上设有开口4和龙门架3，龙门架3在开口4的上方连接有冲击机构。

支撑面2上在开口4的两侧对称设有若干个用于固定锚杆的通孔，锚杆穿过通孔且在通孔的两侧分别可拆卸紧固于支撑面2，支护组合构件和/或待测的中心金属网14通过锚杆固定于支撑面2与开口4对应位置处进行性能测试。

本实施例提供的一种锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置，可对锚杆支护结构进行冲击力学性能测试。锚杆支护结构包括锚杆、支护组合构件和金属网，其中支护组合构件包括钢带和托梁。该试验装置中机架1为主要支撑部件。在顶部支撑面2上设置开口4，冲击机构可在开口4处从上往下对支护组合构件和/或金属网进行冲击试验。

该试验装置可单独对支护组合构件进行性能试验，也可单独对金属网进行性能试验，还可对支护组合构件和金属网的组合进行性能试验。通过在支撑面2上设置通孔，设置锚杆为外螺纹结构，锚杆穿过通孔且在通孔的两侧分别与螺母可拆卸连接；可利用锚杆与螺母的配合实现对支护组合构件和/或金属网的固定，真实模拟支护结构的实际连接形式。另外，还可通过控制锚杆上螺母的拧紧力，实现锚杆一定的锚固力。

具体的，在对支护组合构件进行性能试验时，可将支护组合构件的钢带和托梁置于支撑面2的下表面，且钢带位于开口4处，将锚杆穿过托梁、钢带和通孔，然后锚杆在支撑面2上方和托梁下方分别连接螺母，通过螺母的拧紧，实现支护组合构件的固定；然后通过冲击机构对支护组合构件向下冲击进行性能试验。

同样的，在对金属网进行性能试验时，待测的金属网称为中心金属网14，将中心金属网14置于支撑面2的下表面且位于开口4处，将锚杆穿过中心金属网14和通孔，然后锚杆在支撑面2的上方和中心金属网14的下方分别连接螺母，通过螺母的拧紧，实现对中心金属网14的固定；然后通过冲击机构对中心金属网14向下冲击进行性能试验。

在对支护组合构件和金属网的组合进行性能试验时，先将中心金属网14置于支撑面2的下表面，然后将支护组合构件置于中心金属网14的下方合适位置处，锚杆穿过支护组合构件、中心金属网14和通孔，然后在锚杆的两端拧上螺母，对支护组合构件和中心金属网14进行固定；通过冲击机构向下冲击进行性能试验。

进一步地，锚杆上位于支撑面2下方的螺母与支护组合构件或金属网之间可设置托盘19；以增大螺母与支护组合构件或金属网的接触面积，更好的实现固定。

本实施例提供的一种锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置，在支撑面2上设置开口4，可便于对待测结构进行冲击试验，同时便于在开口4两侧对待测结构进行固定，在支撑面2上设置通孔且设置锚杆与螺母的配合，既可实现对待测结构的固定，且可真实模拟支护结构的实际安装方式，使得对待测结构的施力与支护结构实际受力情况更加接近，试验准确性较高，具有较高的研究借鉴价值。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图4和图5，对支护组合构件进行测试时，支护组合构件的钢带垂直于开口4放置，通孔包括与钢带的两侧分别对应的第一通孔7，支护组合构件在第一通孔7处通过锚杆可拆卸固定于支撑面2。

在开口4的两侧分别设有多个第一通孔7；且开口4两侧的第一通孔7对称分布，便于在钢带的两侧进行对称的固定。开口4可呈长条状。钢带横跨开口4设置，在两侧第一通孔7处通过锚杆对称固定在支撑面2上。在开口4两侧分别设置多个第一通孔7，可灵活调整锚杆的位置，实现不同固定条件下的测试。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图4和图5，中心金属网14关于开口4对称放置，通孔还包括与中心金属网14的四角分别对应的第二通孔8，中心金属网14在第二通孔8处通过锚杆可拆卸固定于支撑面2。

支撑面2在与中心金属网14的四角对应处分别设置一组多个第二通孔8。即在开口4的两侧各具有两组第二通孔8。且开口4两侧的第二通孔8关于开口4对称分布。中心金属网14关于开口4对称放置，便于进行对称固定。在中心金属网14的四角对其进行固定，可实现牢固的固定，且与金属网的实际安装结构类似。

进一步地，每组第二通孔8可呈阵列分布。每组设置多个第二通孔8，可灵活调整对中心金属网14进行测试时锚杆的位置，以适应更多不同的测试工况。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图5和图7，中心金属网14的任一侧边均连接有边缘金属网15，边缘金属网15的一侧与中心金属网14的侧边搭接连接，边缘金属网15的另一侧通过连接件18可转动固定于机架1的顶部侧壁。具体的，边缘金属网15的另一侧通过连接件18绕水平方向和竖直方向均可转动固定于机架1的顶部侧壁。

中心金属网14在四角处通过锚杆固定，在边缘处连接边缘金属网15，可更好的模拟实际金属网的安装方式。边缘金属网15的一侧与中心金属网14的侧边搭接连接，即具有重叠部位16。边缘金属网15和中心金属网14在搭接重叠部位16通过绑丝逐段连接。绑丝安装部位17如图7所示。

为保证连接的牢固性，可在中心金属网14侧边的每个网格处均通过绑丝与边缘金属网15的网格一一对应连接。且在中心金属网14和边缘金属网15的重叠部位16可设置多列绑丝安装部位17。优选的，可在中心金属网14的边缘处和边缘金属网15的边缘处各设置一列绑丝安装部位17。

边缘金属网15的另一侧即远离中心金属网14的侧边与连接件18的一端相连，连接件18的另一端与机架1的顶部侧壁转动连接，用于实现连接件18以及边缘金属网15的边缘在水平及垂直方向上进行一定的转动；可有效真实模拟井下金属网边界的柔性，使得中心金属网14的受力及承载方式与实际现场一致。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图5，机架1的顶部侧壁在任一侧边均设有多个横梁10，横梁10穿过机架1的顶部侧壁使得一端位于机架1内部，横梁10的一端与连接件18的一端转动连接，连接件18的另一端与边缘金属网15的另一侧可拆卸连接。

横梁10的一端位于机架1内部，另一端位于机架1外部。横梁10的一端与连接件18可铰接连接，销轴连接，也可通过球铰链连接，可实现连接件18的可转动。连接件18的另一端可通过环状或U型卡头与边缘金属网15连接。具体的，U型卡头包括U型卡环和卡座，U型卡环与卡座通过螺栓可拆卸连接。连接件18的另一端可呈环状，可通过卡头实现连接件18的另一端和边缘金属网15的连接。

进一步地，边缘金属网15的另一侧每个网格均连接一个连接件18，每个连接件18均对应设置一个横梁10，以保证边缘连接的牢固性。

进一步地，边缘金属网15的另一侧通过连接件18绕水平方向和竖直方向均可转动固定于机架1的顶部侧壁具体为：边缘金属网15的另一侧和横梁10之间连接有球铰链结构，以实现边缘金属网15在任意方向的可转动。其中球铰链结构可设于边缘金属网15和连接件18之间，也可设于连接件18上，也可设于连接件18和横梁10之间，具体不做限定。边缘金属网15的另一侧和横梁10之间还可同时设有水平转动结构和竖直转动机构。即在二者之间将水平转动结构和竖直转动结构分开设置，例如可在边缘金属网15和连接件18之间设置水平转动结构，可通过轴承实现；在连接件18上或连接件18和横梁10之间设置竖直转动结构，可通过销轴或铰链实现。具体不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图5和图6，横梁10与机架1的顶部侧壁螺纹连接，且在机架1的任一侧边至少一个横梁10的另一端连接有张紧轮11。通过转动张紧轮11带动横梁10转动，横梁10可相对机架1进行水平移动，进而可拉动边缘金属网15水平移动，可实现对边缘金属网15的张紧。

进一步地，在机架1的任一侧边可对称设置多个张紧轮11，以在边缘金属网15侧边的多个部位对称的对其施加张紧力。进一步地，连接件18与横梁10之间可设置轴承结构，以能够实现横梁10的转动。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图4和图5，在机架1的任一侧边至少一个横梁10的一端竖直连接有凸条12，支撑面2上与凸条12位置对应处设有长条状的卡槽13，卡槽13的长度方向垂直于机架1的该侧边，凸条12***卡槽13中。

在机架1任一侧边处的卡槽13的长度方向垂直于该侧边方向。在转动张紧轮11对边缘金属网15进行张紧时，横梁10会拉动边缘金属网15朝侧边进行水平移动。通过凸条12与卡槽13的配合可对移动方向进行限制定位，可防止边缘金属网15的偏移而影响测试结果的准确性。

进一步地，凸条12与横梁10之间同样可设置轴承结构，以实现横梁10的转动。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图1，冲击机构包括冲击件5以及连接于龙门架3的固定结构6，固定结构6用于连接冲击件5将冲击件5固定在开口4上方以及松开冲击件5使得冲击件5自由下落。即固定结构6和冲击件5之间的连接可控；在固定结构6与冲击件5建立连接时，固定结构6对冲击件5产生固定约束力，可将冲击件5固定在开口4上方一定高度处；在固定结构6和冲击件5解除连接时，固定结构6解除对冲击件5的固定约束力，使得冲击件5会自由下落在待测构件上，对待测构件产生冲击力。

进一步地，冲击件5包括冲击落锤；固定结构6包括电磁连接装置。冲击件5可为铁锤；固定结构6可为磁性可控的电磁铁。从而通过控制电磁连接装置磁性的通断，来控制对冲击件5的固定或释放。

进一步地，固定结构6也可为其他结构，例如滑轮结构，冲击件5可连接在绳索上，绳索可缠绕在滑轮上，可初始通过对滑轮进行限定固定将冲击件5固定在一定高度处，在冲击试验时，可解除对滑轮的限定固定，使得滑轮可自由转动，从而释放绳索，使得冲击件5下落。固定结构6的具体形式不限，以能实现与冲击件5之间的连接可控为目的。

进一步地，冲击机构也可采用其他能够提供向下冲击力的结构，具体不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，冲击机构还包括提升结构20，提升结构20连接于龙门架3，用于提升下落后的冲击件5。在一次冲击试验完成后，可利用提升结构20将冲击件5提升至一定高度处，以便于下一次冲击试验的进行。

进一步地，提升结构20可连接于固定结构6；通过对固定结构6进行高度的调节，来实现对冲击件5高度的调节。可先将固定结构6与冲击件5建立连接，然后利用提升结构20提起固定结构6和冲击件5。具体的，提升结构20可为绞车或气缸等，具体不做限定，以能实现竖直移动为目的。可在龙门架3上在固定结构6的两侧分别设置提升结构20，以对固定结构6施加对称的提升力。

进一步地，提升结构20也可直接连接于冲击件5。提升结构20具体可为绞车等，具体不作限定，以能实现对冲击件5的提升且便于冲击件5的下落为目的。进一步地，还可利用提升结构20实现冲击件5初始高度的可调。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图2和图3，冲击件5呈环形结构，龙门架3上竖直连接有导杆9，冲击件5套设于导杆9。以限定冲击件5的移动方向，避免冲击试验对周围环境造成影响破坏。导杆9的外径小于金属网的网孔尺寸；从而便于穿过金属网，对冲击件5的移动方向进行更好的限定。

支撑面2的下方与开口4对应处设有减震台21。避免冲击件5下落时落在地面上，对地面造成破坏或引起震动。减震台21可为橡胶台。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验方法，该试验方法基于上述任一实施例所述的锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置，该试验方法包括：将支护组合构件和/或金属网通过锚杆紧固于支撑面2与开口4对应处，冲击机构下落对支护组合构件和/或金属网进行冲击力学性能试验。其中金属网包括待测的中心金属网14和搭接在中心金属网14侧边的边缘金属网15；边缘金属网15柔性连接在机架1顶部的侧壁上。柔性连接即边缘金属网15相对机架1可进行水平和竖直两个方向上的转动。边缘金属网15和机架1顶部的侧壁之间还设有张紧结构；用于调节金属网的张紧程度。

该试验方法具体包括：将支护组合构件置于支撑面2的下方，并在开口4两侧的第一通孔7处通过锚杆对支护组合构件进行固定，冲击机构向下冲击对支护组合构件进行性能测试；将中心金属网14置于支撑面2的下方，中心金属网14通过四角处的锚杆和支撑面2进行固定，冲击机构向下冲击对中心金属网14进行性能测试；将中心金属网14置于支撑面2的下方，在中心金属网14的下方两侧分别设置支护组合构件，每个支护组合构件均横跨开口4且两侧与第二通孔8位置对应，在第二通孔8处通过锚杆对支护组合构件和中心金属网14进行固定，中心金属网14同时连接边缘金属网15进行固定，冲击机构向下冲击对支护组合构件和金属网的组合进行冲击力学性能测试。

其中，冲击力学性能试验中的调节参数包括冲击机构中冲击件5的重量、冲击件5的高度、锚杆的紧固力、锚杆的间距、中心金属网14的侧向张紧力以及支护组合构件和金属网的种类中的至少一个。可调节该参数，对待测构件在不同参数下的冲击力学性能进行试验。

该测试方法还包括：对支护组合构件和金属网的组合进行性能测试时，可改变支护组合构件和金属网的种类以及锚杆的间距，对支护组合构件和金属网的匹配选型进行测试分析。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例涉及一种锚杆支护组合构件及金属网落锤冲击装置，该装置可实现对金属网支护***、锚杆支护组合构件支护***以及二者相互匹配形成的支护***在不同能量冲击作用下的力学性能测试，进一步得出抗冲击性能最好的金属网类型以及二者在动载作用下的匹配关系，其研究结果可对冲击地压巷道支护设计提供参考。

该装置的试验主机分为主机框架、落锤冲击装置、固定装置及张紧装置四部分。主机框架：主机框架是试验装置的主要承载机构，其由机架1和龙门架3两部分组成，机架1和龙门架3要确保有足够的刚度，保证在落锤冲击作用下试验***保持稳定。

落锤冲击装置：落锤冲击装置主要由提升结构20、冲击落锤、导杆9、电磁连接装置以及减震台21五部分组成；提升结构20主要用于调节落锤的高度，使其与电磁连接装置直接接触，冲击落锤为中空的环形铁块，可在同一高度下通过调节落锤的重量实现不同冲击能量的设置；中空型落锤套在导杆9上。测试的金属网及锚杆支护组合构件支护***由于具有一定的弹性，为防止落锤冲击之后由于金属网的弹性导致落锤进行回弹，将落锤套在导杆9上，使其只能沿着垂直方向进行回弹。电磁连接装置用于控制落锤的冲击过程，电磁阀开启，落锤与电磁连接装置固定连接；电磁阀关闭，落锤因与电磁连接装置失去磁性进而沿着导杆9向下冲击。减震台21是为了防止冲击落锤损坏地基，保护试验***。

固定装置：构件的固定方式分为两种，锚杆固定及边界连接布置。针对锚杆固定，通过在试验机钢板上设置不同的孔，孔径为30mm，四个部位的第二通孔8分别设置25个孔，两孔之间的水平及垂直距离分别为50mm，通过在不同的孔中布置锚杆，实现对锚杆间排距的控制，根据以上锚杆孔的布置情况，该试验机分别可实现对0.8m、0.9m、1m、1.1m、1.2m五种锚杆间排距的调节。

在边界连接方式为一环形结构，该结构中设置一种球形铰接结构，可以在水平及垂直方向上进行一定的转动，模拟井下金属网的柔性状态，在环形结构与金属网的连接方式选择U形卡头进行连接，防止其强度过低而造成边界破坏，其中测试金属网与边界金属网之间，严格按照井下锚网的安装方式，即先进行搭接100mm，再采用绑丝进行双边连接。

水平张紧装置：张紧装置通过将前文所述的环形连接装置统一布置在一根横梁10上，横梁10外侧布置手动滚轮即张紧轮11，横梁10上设置凸条12，支撑面2上设置卡槽13，通过调节手动滚轮，操控横梁10在水平方向上的移动。由于横梁10与环形连接装置为固定连接，通过调控横梁10的移动，带动环形连接装置进行移动，从而调节金属网在水平方向上的张紧力。根据对称性原理，提取每个侧边四分之一部分的环形连接装置，在上部布置拉力传感器，拉力传感器内接于软件操控台，可实现对金属网张紧力的控制及监测。

该试验装置可实现的试验功能如下：

锚杆支护组合构件冲击载荷测试：将目前常用的W型钢带及钢筋托梁分别固定于试验机中心侧，两侧固定锚杆施加足够的预紧力，通过上部冲击落锤进行冲击载荷测试，研究锚杆支护组合构件在冲击载荷作用下的力学响应特征。

金属网支护***冲击载荷测试：金属网测试方案中，共包括五张金属网，分别在中心、上、下、左、右各布置一张，金属网与金属网之间搭接100mm，并通过绑丝(可为14号铁丝)进行逐段连接。在金属网与试验机连接方面，通过U型卡头将金属网与试验机上的环形连接装置建立连接关系；环型连接装置与试验机之间的链接方式为球形铰接，允许其在水平及垂直方向上进行转动；有效模拟井下金属网边界的柔性，使得中心测试金属网的受力及承载方式与现场一致，当金属网安装完毕，采用四根锚杆严格按照一定的间排距进行固定，进一步通过上部落锤进行冲击载荷测试。

冲击载荷作用下锚杆支护组合构件与金属网匹配性测试：二者匹配性测试中，在金属网与试验机建立连接关系之后，在打设锚杆之前分别将锚杆支护组合构件安装于托盘19与金属网之间，并施加足够的预紧力进行固定，其动载测试方法与金属网试验一致，通过不同种类支护***的动力学测试，分别可得到落锤冲击作用下不同种类金属网与锚杆支护组合构件之间的匹配选型问题。

不同张紧力作用下支护***的动力载荷测试：利用本设备配备的张紧装置对金属网支护***施加不同的张紧力，可测试水平张紧力对支护***冲击力学响应特征的影响规律。

本实施例针对冲击地压巷道中支护构件(尤其是金属网)在动力载荷作用下严重破损，引发支护失效的严重问题，研发一种井巷护表构件冲击力学性能测试装置及方法，可实现对不同种类护表构件在落锤冲击作用下的力学性能测试，其测试结果可有效指导现场冲击地压巷道支护设计，尤其是支护***中金属网的选型，推动冲击地压巷道支护的发展。

本实施例可根据井下金属网的真实安装方式进行实验室还原模拟，测试其在不同冲击能量作用下的力学响应特征，测试结果与井下真实的支护***相比具有较高的准确性。试验机配备有水平张紧装置，通过调节水平张紧装置，可测试不同张紧力作用下金属网支护***的抗冲击性能，从而为井下金属网的安装及水平张紧力的施加提供依据。可测试锚杆支护组合构件在冲击载荷作用下的力学响应特征，其承载方式与井下锚杆支护组合构件受力状态较为一致。可通过测试金属网配合不同锚杆支护组合构件形成的支护***的抗冲击性能，进而得出不同的金属网与锚杆支护组合构件之间的匹配选型问题，为冲击地压巷道支护方式的选择提供依据。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置，包括机架和设于所述机架顶端的支撑面，其特征在于，所述支撑面上设有开口和龙门架，所述龙门架在所述开口的上方连接有冲击机构；

所述支撑面上在所述开口的两侧对称设有若干个用于固定锚杆的通孔，所述锚杆穿过所述通孔且在通孔的两侧分别可拆卸紧固于所述支撑面，支护组合构件和/或待测的中心金属网通过所述锚杆固定于所述支撑面与所述开口对应位置处进行性能测试。

2.根据权利要求1所述的锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置，其特征在于，对支护组合构件进行测试时，所述支护组合构件的钢带垂直于所述开口放置，所述通孔包括与所述钢带的两侧分别对应的第一通孔，所述支护组合构件在所述第一通孔处通过锚杆可拆卸固定于支撑面。

3.根据权利要求1所述的锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置，其特征在于，所述中心金属网关于所述开口对称放置，所述通孔还包括与所述中心金属网的四角分别对应的第二通孔，所述中心金属网在第二通孔处通过锚杆可拆卸固定于所述支撑面。

4.根据权利要求3所述的锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置，其特征在于，所述中心金属网的任一侧边均连接有边缘金属网，所述边缘金属网的一侧与所述中心金属网的侧边搭接连接，所述边缘金属网的另一侧通过连接件可转动固定于所述机架的顶部侧壁。

5.根据权利要求4所述的锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置，其特征在于，所述机架的顶部侧壁在任一侧边均设有多个横梁，所述横梁穿过所述机架的顶部侧壁使得一端位于所述机架内部，所述横梁的一端与连接件的一端转动连接，所述连接件的另一端与所述边缘金属网的另一侧可拆卸连接。

6.根据权利要求5所述的锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置，其特征在于，所述横梁与所述机架的顶部侧壁螺纹连接，且在所述机架的任一侧边至少一个所述横梁的另一端连接有张紧轮。

7.根据权利要求1至6任一所述的锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置，其特征在于，所述冲击机构包括冲击件以及连接于所述龙门架的固定结构，所述固定结构用于连接所述冲击件将所述冲击件固定在所述开口上方以及松开所述冲击件使得所述冲击件自由下落。

8.根据权利要求7所述的锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置，其特征在于，所述冲击机构还包括提升结构，所述提升结构连接于所述龙门架，用于提升下落后的冲击件。

9.根据权利要求7所述的锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置，其特征在于，所述冲击件呈环形结构，所述龙门架上竖直连接有导杆，所述冲击件套设于所述导杆。

10.一种锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验方法，其特征在于，基于上述权利要求1-9任一所述的锚杆支护组合构件和金属网冲击力学性能试验装置，包括：

将支护组合构件和/或金属网通过锚杆紧固于支撑面与开口对应处，冲击机构下落对支护组合构件和/或金属网进行冲击力学性能试验，其中金属网包括待测的中心金属网和搭接在中心金属网侧边的边缘金属网，边缘金属网柔性连接在机架顶部的侧壁上；

冲击力学性能试验中的调节参数包括冲击机构中冲击件的重量、冲击件的高度、锚杆的紧固力、锚杆的间距、中心金属网的侧向张紧力以及支护组合构件和金属网的种类中的至少一个。

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