一种管缝式锚杆现场全断面拉拔力测量装置的制作方法

1.本实用新型涉及岩土工程技术领域，特别是指一种管缝式锚杆现场全断面拉拔力测量装置。


背景技术：

2.管缝式锚杆是由高强度钢板卷制而成的沿全长纵向开缝的长钢管状杆体和安装在杆体端部的托盘和挡环共同构成的承载系统，属于全长锚固型摩擦式锚杆。主要靠管壁与钻孔间的摩擦力起锚固作用。其作用机理是在外力作用下将管缝式锚杆将管缝式锚杆安装入较其直径小的钻孔，在钻孔约束下，杆体的弹性使其挤压钻孔壁，对围岩产生沿锚杆全长分布的径向作用力和轴向摩擦力，配合托盘和挡环使围岩处于三项应力状态，最终起到加固围岩和提高围岩承载力的作用。
3.管缝式锚杆作为一种主动支护方式，被广泛应用于井巷工程的支护中，其具有及时主动支护，安装便捷高效等优点。但管缝式锚杆受不同安装工艺、地质条件及井巷地压等因素的影响，支护效果也不尽相同。为保障井巷工程的安全可靠、矿山的安全生产，避免由于支护失效造成的井巷失稳破坏、人员伤亡、设备损坏等严重后果，开展管缝式锚杆的现场拉拔试验，准确测量其锚固力，全面评价支护效果是十分必要的。然而，由于管缝式锚杆直径较大、外露端很短，无法用常规带中心孔的锚杆拉拔仪对管缝式锚杆杆体直接进行拉拔力测量，所以对其现场的拉拔力测量一直是个技术难题。
4.为对管缝式锚杆进行拉拔力测量，现场常用办法是在管缝式锚杆外露端焊接一根螺纹钢筋，采用普通中心孔式锚杆拉拔仪对螺纹钢筋进行拉拔，以测量管缝式锚杆的拉拔力。该方法操作简单但缺点明显：井下巷道焊接对作业条件、人员设备有较高要求；焊接螺纹钢筋难以保证与管缝式锚杆同轴，造成拉拔力测量不准确；测量准备时间长，且螺纹钢筋不可重复利用。
5.为实现便捷、高效、准确的测量管缝式锚杆的拉拔力，国内学者设计了不同形式的装置，例如有采用事先套装的卡环卡接u型卡槽并连接金属拉杆的管缝式锚杆现场拉拔力测试装置，利用事先套在管缝式锚杆上并随之一同安装的卡环卡紧管缝式锚杆的挡环，再用连接金属拉杆的u卡槽卡接卡环，通过拉拔金属拉杆测量管缝式锚杆的锚固力。该装置可拆卸重复利用，且可调节支撑螺栓保证金属拉杆与管缝式锚杆同轴；但存在不可对巷道既有管缝式锚杆进行拉拔力测量，拉拔力直接施加在挡环上导致挡环脱落测试失败的问题。
6.还有采用台阶变径拉杆加连接板、挡环加固螺栓及连接块的管缝式锚杆拉拔力测试装置，利用连接板、挡环加固螺栓、连接块将插入管缝式锚杆端部的台阶变径拉杆与挡环及挡环后边锚杆体紧固，通过拉拔台阶变径拉杆测试管缝式锚杆的锚固力。该装置保证了拉杆与管缝式锚杆同轴；但存在测试时插入管缝式锚杆内部的杆体与管缝式锚杆相对滑动，挡环加固螺栓与挡环直接传力，造成拉拔力与杆体不同轴拉拔力测量结果不可靠。
7.另外，也有相关管缝式锚杆拉拔力测量连接装置，在安装完成的管缝式锚杆外露端利用连接装置卡主管缝式锚杆的挡环进行拉拔力测试。此类装置操作简单，装置可重复
利用；但拉拔测量时易导致挡环脱落无法测得锚固力；同时由于锚杆挡环加工精度有限，难以保证拉杆与管缝式锚杆同轴，导致锚固力测量不准确。采用楔形套件和拉杆的管缝式锚杆锚固力测试装置，采用楔形套环套在安装完成的管缝式锚杆的外露端，再将若干楔形内垫放置与楔形套环与管缝式锚杆之间，再将拉杆与套环螺纹连接，进行拉拔力测试。该装置结构简单操作方便，且装置可重复利用；缺点是管缝式锚杆外露杆体被夹紧，随拉杆受力，楔形套件对杆体紧固力增加，杆体直径缩小，易导致拉拔力变小。


技术实现要素：

8.本实用新型要解决的技术问题是提供一种管缝式锚杆现场全断面拉拔力测量装置，该装置可牢固连接管缝式锚杆杆体，并保证杆体不变形，在拉拔过程中保持管缝式锚杆与拉拔装置及拉拔力同轴，拉拔力测量结果的安全可靠，装置可重复利用。
9.该装置包括楔形体、组合圆台、承拉环、两半式夹具、套筒、支撑架、中空液压缸和螺纹连接杆；楔形体嵌入管缝式锚杆外露端内部，楔形体的凸缘卡于管缝式锚杆外端口，组合圆台的小直径端穿进楔形体内部，组合圆台的大直径端紧贴螺纹连接杆螺纹端；两半式夹具两端分别开有孔一和孔二，两半式夹具内部有凹槽，两半式夹具上对称设置两个销孔一；承拉环固定焊接于两半式夹具其中一半的内部，且紧贴孔二端；两半式夹具将管缝式锚杆、楔形体、组合圆台和承拉环卡于内部；套筒底部有孔三，套筒侧壁对称设置两个销孔二，套筒套于两半式夹具外侧，套筒外部设置支撑架；螺纹连接杆一端铣出断面为六边形的柱形体，用于卡接扳手，其余部分车出外螺纹，螺纹连接杆螺纹端穿过套筒、两半式夹具与承拉环螺纹连接，并顶压组合圆台大直径端；螺纹连接杆的柱形体端依次套入支撑架、中空液压缸、弹簧垫圈，并螺纹连接螺母，支撑架底部开有孔四，支撑架开口端外侧沿圆周均匀设置四个支撑脚，支撑脚上有螺纹孔，支撑螺栓穿过螺纹孔；支撑架通过垫板和支撑螺栓贴靠在岩壁上；中空液压缸通过高压油管连接手压泵，手压泵出油端设置智能数显压力表。
10.其中，楔形体、组合圆台、承拉环、两半式夹具、套筒、支撑架、中空液压缸、螺纹连接杆、弹簧垫圈、螺母均与管缝式锚杆同轴装配。
11.楔形体为三瓣式结构，整体为组合圆柱体，底部有凸缘，其主体圆柱外径等于管缝式锚杆内径，主体圆柱外侧面有防滑螺纹，其中心有一上底直径小于下底直径的圆台形内孔，此圆台形的母线与底面夹角小于75
°
。
12.组合圆台为圆台与圆柱整体组合结构，圆台母线与底面夹角小于75
°
且与楔形体圆台内孔母线与底面夹角一致，圆柱体直径与两半式夹具内部凹槽直径一致。
13.承拉环为内环有内螺纹的圆环形螺母，其内螺纹与螺纹连接杆的外螺纹匹配，承拉环的外径与两半式夹具内部凹槽直径一致，承拉环固定焊接于两半式夹具其中一半的内部凹槽，且紧贴孔二端；承拉环与螺纹连接杆配合两半式夹具、套筒共同作用传递拉拔力于管缝式锚杆，并产生对组合圆台的轴向压力，进而推进组合圆台使嵌于管缝式锚杆外露端内部的楔形体产生对管缝式锚杆杆体的径向作用力。
14.两半式夹具为圆柱形两半式对称结构，两端开孔；孔一直径与管缝式锚杆外径一致，孔一内壁有防滑螺纹；另一端的孔二直径大于螺纹连接杆外径；两半式夹具内部的凹槽直径大于管缝式锚杆挡环外径；两半式夹具与套筒共同作用，产生对管缝式锚杆杆体的径向反作用力，起到夹持杆壁，控制杆体形状的作用。
15.套筒为桶形，底部的孔三直径大于螺纹连接杆外径，套筒内径等于两半式夹具外径，套筒侧壁的销孔二与两半式夹具侧壁的销孔一内径相同且位置相对应。
16.支撑架为倒圆桶形结构，底部中心开有直径大于螺纹连接杆外径的孔四。
17.该测量装置的使用方法，包括步骤如下：
18.s1：管缝式锚杆现场全断面拉拔力测量装置的安装：
19.s11：将现场管缝式锚杆原有锚片切割拆除，首先将垫板穿过管缝式锚杆外露端紧贴岩壁放置；再将楔形体嵌入管缝式锚杆外露端内部，其凸缘卡于管缝式锚杆外端口；然后将组合圆台小直径端穿进楔形体内部；
20.s12：将管缝式锚杆、楔形体、组合圆台、承拉环卡入两半式夹具之中；然后用套筒套在两半式夹具外侧，并使两半式夹具的销孔一和套筒的销孔二相对应；
21.s13：将两只定位销分别插入销孔一和销孔二对应好的两个对称的组合销孔中；然后将螺纹连接杆螺纹端穿过套筒、两半式夹具、螺旋穿过承压环，并顶靠组合圆台大直径端；
22.s14：手持定位销，并用扳手卡住螺纹连接杆柱形体端，拧紧螺旋连接杆，使螺旋连接杆紧紧顶压组合圆台大直径端，保证楔形体与两半式夹具有力夹持管缝式锚杆的管壁，并实现螺纹连接杆与承拉环自锁，然后取下两个定位销；
23.s15：将支撑架、中空液压缸、弹簧垫圈从螺纹连接杆柱形体端套入，并旋入螺母；
24.s16：将支撑架、支撑螺栓紧贴垫板，中空液压缸底座紧贴支撑架座板，调节支撑螺栓，使支撑架与管缝式锚杆、螺纹连接杆、中空液压缸同轴；通过扳手拧紧螺母，使中空液压缸、支撑架及垫板相互紧靠，且使垫板紧贴巷道岩壁；
25.s2：管缝式锚杆拉拔力测量：
26.通过手压泵向中空液压缸匀速注油加载，将力作用于弹簧垫圈和螺母使其带动螺纹连接杆移动，进而拉拔管缝式锚杆；加载过程中智能数显压力表随时采集、显示拉拔力，当拉拔力不再增加或管缝式锚杆杆体发生断裂时停止加载，此时测得的拉拔力即为锚固力，至此完成管缝式锚杆拉拔力测量；
27.s3：管缝式锚杆现场全断面拉拔力测量装置的拆卸：
28.完成拉拔力测量后使中空液压缸卸载，依次将螺母，弹簧垫圈、中空液压缸、支撑架从螺纹连接杆上卸下；再将两只定位销分别插入对称的两个组合销孔中，手持定位销，用扳手卡主螺纹连接杆柱形体端，拧出螺纹连接杆；再将套筒、两半式夹具、承拉环、组合圆台、楔形体依次取下，最后取下垫板；拆卸下来的楔形体、组合圆台、承拉环、两半式夹具、套筒、支撑架、中空液压缸、螺纹连接杆、弹簧垫圈、螺母、垫板能够重复使用。
29.本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：
30.(1)通过将楔形体、组合圆台、承拉环、两半式夹具及套筒共同作用，保证螺纹连接杆与管缝式锚杆同轴；垫板，支撑架及可任意调节高度的支撑螺栓，使整体装置适应井巷岩壁，确保中空液压缸施加拉拔力与管缝式锚杆同轴，极大地提高了管缝式锚拉拔力测量的精准度。
31.(2)承拉环与螺纹连接杆配合两半式夹具、套筒共同作用传递拉拔力于管缝式锚杆，并产生对组合圆台的轴向压力，进而推进组合圆台使嵌于管缝式锚杆外露端内部的楔形体产生对管缝式锚杆杆体的径向作用力；两半式夹具与套筒共同作用，产生对管缝式锚
杆杆体的径向反作用力，有力夹持了管缝式锚杆杆壁，控制了杆体的形状，实现了对管缝式锚杆的全断面拉拔，有效避免了单纯用管缝式锚杆挡环承受拉力造成挡环损坏、拉拔力测试失败现象的发生。
32.(3)本实用新型中的楔形体、组合圆台、承拉环、两半式夹具、套筒、支撑架、中空液压缸及螺纹连接杆等部件均在已安设管缝式锚杆端部安装，且可拆卸重复利用，提高了测量的灵活性降、低了测试成本。
附图说明
33.图1为本实用新型的管缝式锚杆现场全断面拉拔力测量装置结构示意图；
34.图2为图1中楔形体的主视图；
35.图3为图1中楔形体的左视图；
36.图4为图1中楔形体的俯视图；
37.图5为图1中组合圆台的主视图；
38.图6为图1中组合圆台的左视图；
39.图7为图1中承拉环的主视图；
40.图8为图1中承拉环的左视图；
41.图9为图1中两半式夹具的主视图；
42.图10为图1中两半式夹具的左视图；
43.图11为图1中两半式夹具的俯视图；
44.图12为图1中套筒的主视图；
45.图13为图1中套筒的左视图；
46.图14为图1中套筒的俯视图；
47.图15为图1中支撑架的主视图；
48.图16为图1中支撑架的左视图；
49.图17为图1中支撑螺栓主视图；
50.图18为图1中支撑螺栓左视图；
51.图19为图1中螺纹连接杆主视图；
52.图20为图1中螺纹连接杆左视图；
53.图21为图1中定位销主视图；
54.图22为图1中定位销左视图。
55.其中：0-管缝式锚杆；1-楔形体；2-组合圆台；3-承拉环；4-两半式夹具； 5-套筒；6-支撑架；7-中空液压缸；8-螺纹连接杆；9-弹簧垫圈；10-螺母；11
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高压油管；12-智能数显压力表；13-手压泵；14-垫板；41-孔一；42-凹槽；43
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孔二；44-销孔一；51-孔三；52-销孔二；61-孔四；62-支撑脚；63-螺纹孔；64
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支撑螺栓。
具体实施方式
56.为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
57.本实用新型提供一种管缝式锚杆现场全断面拉拔力测量装置。
58.如图1所示，该装置包括楔形体1、组合圆台2、承拉环3、两半式夹具4、套筒5、支撑架6、中空液压缸7和螺纹连接杆8；楔形体1嵌入管缝式锚杆0 外露端内部，楔形体1的凸缘卡于管缝式锚杆0外端口，组合圆台2的小直径端穿进楔形体1内部，组合圆台2的大直径端紧贴螺纹连接杆8螺纹端；承拉环3固定焊接于两半式夹具4其中一半的内部，且紧贴孔二43端；两半式夹具4将管缝式锚杆0、楔形体1、组合圆台2和承拉环3卡于内部；套筒5套于两半式夹具4外侧，套筒5外部设置支撑架6；螺纹连接杆8一端铣出断面为六边形的柱形体，用于卡接扳手，其余部分车出外螺纹，螺纹连接杆8螺纹端穿过套筒5、两半式夹具4与承拉环3螺纹连接，并顶压组合圆台2大直径端；螺纹连接杆8的柱形体端依次套入支撑架6、中空液压缸7、弹簧垫圈9，并螺纹连接螺母10，支撑架6通过垫板14和支撑螺栓64贴靠在岩壁上；中空液压缸7通过高压油管11连接手压泵13，手压泵13出油端设置智能数显压力表12。
59.其中，楔形体1、组合圆台2、承拉环3、两半式夹具4、套筒5、支撑架 6、中空液压缸7、螺纹连接杆8、弹簧垫圈9、螺母10均与管缝式锚杆0同轴装配。
60.如图2、图3和图4所示，楔形体1为三瓣式结构，整体为组合圆柱体，底部有凸缘，其主体圆柱外径等于管缝式锚杆内径，主体圆柱外侧面有防滑螺纹，其中心有一上底直径小于下底直径的圆台形内孔，此圆台形的母线与底面夹角小于75
°
，楔形体1在螺纹连接杆8对组合圆台2的压力下产生对管缝式锚杆0杆体的径向扩张力。
61.如图5和图6所示，组合圆台2为圆台与圆柱整体组合结构，圆台母线与底面夹角小于75
°
且与楔形体1圆台内孔母线与底面夹角一致，圆柱体直径与两半式夹具4内部凹槽42直径一致。
62.如图7和图8所示，承拉环3为内环有内螺纹的圆环形螺母，其内螺纹与螺纹连接杆8的外螺纹匹配，承拉环3的外径与两半式夹具4内部凹槽42直径一致。承拉环3固定焊接于两半式夹具4其中一半的内部凹槽42，且紧贴孔二43端。承拉环3与螺纹连接杆8配合两半式夹具4、套筒5共同作用传递拉拔力于管缝式锚杆0，并产生对组合圆台2的轴向压力，进而推进组合圆台2使嵌于管缝式锚杆0外露端内部的楔形体1产生对管缝式锚杆0杆体的径向作用力。
63.如图9、图10和图11所示，两半式夹具4为圆柱形两半式对称结构，两端开孔；孔一41直径与管缝式锚杆0外径一致，孔一41内壁有防滑螺纹；另一端的孔二43直径大于螺纹连接杆8外径；两半式夹具4内部的凹槽42直径大于管缝式锚杆挡环外径；两半式夹具对称设置销孔一44；两半式夹具4与套筒5共同作用，产生对管缝式锚杆0杆体的径向反作用力，起到夹持杆壁，控制杆体形状的作用。
64.如图12、图13和图14所示，套筒5为桶形，底部的孔三51直径大于螺纹连接杆8外径，套筒5内径等于两半式夹具4外径，套筒5壁对称设置两个销孔二52，套筒5侧壁的销孔二52与两半式夹具4侧壁的销孔一44内径相同且位置相对应。
65.如图15和图16所示，支撑架6为倒圆桶形结构，底部中心开有直径大于螺纹连接杆8外径的孔四61；开口端外侧沿圆周均匀设有4个支撑脚62；支撑脚62上设有螺纹孔63，支撑螺栓64穿过螺纹孔。支撑架6为中空液压缸7 提供支撑力。
66.中空液压缸7为一款较为成熟的产品，其配合高压油管11、智能数显压力表12、手压泵13构成锚杆拉力计。中空液压缸7配合高压油管11、智能数显压力表12、手压泵13为管缝式锚杆0提供拉拔力。
67.上述设计保证了连接部分对管缝式锚杆0全断面的夹持、螺纹连接杆8 与管缝式锚杆0同轴；进一步，通过支撑架6四个支撑脚62上的支撑螺栓64 的调节及垫板14以适应管缝式锚杆0周围的巷道壁。上述设置确保中空液压缸7及其施加的拉拔力与管缝式锚杆0同轴，避免了拉拔力施加方向的偏斜，保证了拉拔力测量精度。
68.该装置的使用方法，包括步骤如下：
69.s1：管缝式锚杆现场全断面拉拔力测量装置的安装：
70.s11：将现场管缝式锚杆原有锚片切割拆除，首先将垫板14穿过管缝式锚杆外露端紧贴岩壁放置；再将楔形体1嵌入管缝式锚杆0外露端内部，其凸缘卡于管缝式锚杆外端口；然后将组合圆台2小直径端穿进楔形体1内部；
71.s12：将管缝式锚杆0、楔形体1、组合圆台2、承拉环3卡入两半式夹具之中；然后用套筒5套在两半式夹具4外侧，并使两半式夹具4的销孔一44 和套筒5的销孔二52相对应；
72.s13：将两只定位销分别插入销孔一44和销孔二52对应好的两个对称的组合销孔中；然后将螺纹连接杆8螺纹端穿过套筒5、两半式夹具4、螺旋穿过承压环3，并顶靠组合圆台2大直径端；
73.s14：手持定位销，并用扳手卡住螺纹连接杆8柱形体端，拧紧螺旋连接杆8，使螺旋连接杆8紧紧顶压组合圆台2大直径端，保证楔形体1与两半式夹具4有力夹持管缝式锚杆0的管壁，并实现螺纹连接杆8与承拉环3自锁，然后取下两个定位销；
74.s15：将支撑架6、中空液压缸7、弹簧垫圈9从螺纹连接杆8柱形体端套入，并旋入螺母10；
75.s16：将支撑架6、支撑螺栓64紧贴垫板14，中空液压缸底座紧贴支撑架座板，调节支撑螺栓，使支撑架6与管缝式锚杆0、螺纹连接杆8、中空液压缸7同轴；通过扳手拧紧螺母10，使中空液压缸7、支撑架6及垫板14相互紧靠，且使垫板14紧贴巷道岩壁；
76.s2：管缝式锚杆拉拔力测量：
77.通过手压泵13向中空液压缸7匀速注油加载，将力作用于弹簧垫圈9和螺母10使其带动螺纹连接杆8移动，进而拉拔管缝式锚杆0；加载过程中智能数显压力表12随时采集、显示拉拔力，当拉拔力不再增加或管缝式锚杆杆体发生断裂时停止加载，此时测得的拉拔力即为锚固力，至此完成管缝式锚杆拉拔力测量；
78.s3：管缝式锚杆现场全断面拉拔力测量装置的拆卸：
79.完成拉拔力测量后使中空液压缸7卸载，依次将螺母10，弹簧垫圈9、中空液压缸7、支撑架6从螺纹连接杆8上卸下；再将两只定位销分别插入对称的两个组合销孔中，手持定位销，用扳手卡主螺纹连接杆8柱形体端，拧出螺纹连接杆8；再将套筒5、两半式夹具4、承拉环3、组合圆台2、楔形体1依次取下，最后取下垫板14；拆卸下来的楔形体1、组合圆台2、承拉环3、两半式夹具4、套筒5、支撑架6、中空液压缸7、螺纹连接杆8、弹簧垫圈9、螺母10、垫板14能够重复使用。
80.下面结合具体实施例予以说明。
81.具体设计中，楔形体1主体圆柱外径52mm，高度42mm，外侧车m16 防滑螺纹，凸缘外径60mm、高度4mmm(管缝式锚杆内径52mm、外径58mm，可根据不同锚杆外径对应加工不同的楔形体1主体圆柱外径)；中心圆台内孔上底直径18mm、下底直径46.42mm、高度46mm，整体采用q345钢材，为便于理解楔形体尺寸示例见图2、图3和图4。
82.组合圆台2圆台部分上底直径24mm，下底直径52mm，高度45mm，此圆台体母线与底面夹角小于75
°
与楔形体1圆台内孔母线与底面夹角一致；圆柱部分直径72mm，高度8mm，整体采用q345钢材，为便于理解组合圆台尺寸示例见图5、图6。
83.承拉环3外径72mm，内径28mm，高度18mm，内车m32内螺纹，采用 q345钢材，为便于理解承拉环尺寸示例见图7和图8。
84.两半式夹具4外径88mm，高度113mm，其内部凹槽直径72mm；孔一 41内径58mm，高度35mm，内壁车m16防滑螺纹；孔二43直径36mm，高度8mm；销孔一44直径10mm，整体采用q345钢材，为便于理解两半式夹具尺寸示例见图9、图10和图11。
85.套筒5内径88mm，外径104mm，高度121mm，底部开孔三51直径40mm，高度8mm；销孔二52直径10mm，整体采用q345钢材，为便于理解套筒尺寸示例见图12、图13和图14。
86.支撑架6内径142mm，外径172mm，高度170mm；底部中心开孔四直径 40mm，高度15mm；底部开口端4个支撑脚长度35mm，宽度32mm，高度 20mm，中部开m16通孔，整体采用q345钢材为便于理解支撑架尺寸示例见图15和图16；支撑螺栓尺寸m16
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100，采用q345钢材，为便于理解支撑架尺寸示例见图17和图18。
87.中空液压缸7外径160mm，高度180mm，可采用既有产品。
88.螺纹连接杆8直径30mm，长度330mm的圆柱杆(螺纹连接杆8长度可根据需要适当调整)一端铣出断面为内接六边形,高度为20mm的柱形体，其余部分车m32外螺纹，采用q345钢材，为便于理解支撑架尺寸示例见图19、图20。
89.定位销15整体为组合圆柱杆，手持部分直径20mm，长度170mm，插销部分直径9mm，长度20mm，总体长度220mm,采用q345钢材，为便于理解支撑架尺寸示例见图21和图22。
90.以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。