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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 液壓耦合錨桿及其監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品主要研究設(shè)計(jì)了一種液壓耦合錨桿及其配套的監(jiān)測裝置，設(shè)計(jì)的錨桿是在普通金屬錨桿的尾部安裝一種可調(diào)控的液壓裝置，使其能夠與圍巖形成“初期支護(hù)、合理讓壓、二次補(bǔ)強(qiáng)”的循環(huán)耦合作用，且配套的監(jiān)測裝置能夠?qū)ο锏绹鷰r受力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，為實(shí)現(xiàn)煤礦安全高效生產(chǎn)提供條件。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品主要研究設(shè)計(jì)了一種液壓耦合錨桿及其配套的監(jiān)測裝置，設(shè)計(jì)的錨桿是在普通金屬錨桿的尾部安裝一種可調(diào)控的液壓裝置，使其能夠與圍巖形成“初期支護(hù)、合理讓壓、二次補(bǔ)強(qiáng)”的循環(huán)耦合作用，且配套的監(jiān)測裝置能夠?qū)ο锏绹鷰r受力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，為實(shí)現(xiàn)煤礦安全高效生產(chǎn)提供條件。 該錨桿主要由錨桿體、托盤、柔性管、密封圈、液壓缸、安全閥、活塞等部件組成；而配套的監(jiān)測系統(tǒng)由壓力監(jiān)測儀、采集器、通訊適配器和接受主機(jī)等組成。其工作原理為: 首先，安裝好錨桿，并充分錨固，將液壓裝置安裝在錨桿尾部； 其次，用泵站通過注液口對液壓缸進(jìn)行充分注液，為該錨桿提供一定的預(yù)應(yīng)力； 再次，當(dāng)圍巖發(fā)生變形，錨桿受拉，液壓缸中的液體被壓縮，隨著圍巖的繼續(xù)變形，液壓缸內(nèi)的壓強(qiáng)逐漸增大，當(dāng)壓力值增加到安全閥的設(shè)定壓力值時(shí)，安全閥自動(dòng)打開，讓圍巖發(fā)生一定的變形，實(shí)現(xiàn)對圍巖讓壓；當(dāng)圍巖卸壓完成后，從注液口向液壓缸內(nèi)補(bǔ)液，使得活塞連同錨桿體一起收縮，進(jìn)而對錨桿補(bǔ)強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)對圍巖的二次加固； 最后，當(dāng)圍巖由于應(yīng)力擾動(dòng)，再次發(fā)生變形，該液壓耦合錨桿將重復(fù)上述過程，形成“支——讓——支”的支護(hù)效果，實(shí)現(xiàn)對巷道圍巖的柔性支護(hù)和連續(xù)支護(hù)，最終實(shí)現(xiàn)耦合支護(hù)效果。 作為一種新型的巷道支護(hù)錨桿，在地下巷道圍巖支護(hù)或工程技術(shù)中邊坡、隧道及壩體等領(lǐng)域的應(yīng)用具有很好的市場推廣價(jià)值和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.目的 設(shè)計(jì)一種液壓耦合錨桿，該錨桿能夠適應(yīng)圍巖的大變形，吸收圍巖的變形能，同時(shí)支護(hù)圍巖。另外配套設(shè)計(jì)的監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對錨桿的受力狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和反饋。 2.基本思路 首先將一液壓裝置與礦用錨桿組合，設(shè)計(jì)出一種新型的液壓耦合錨桿不僅能實(shí)現(xiàn)對巷道圍巖的讓壓，而且能夠適應(yīng)圍巖的變形；通過初始設(shè)定液壓裝置的壓力值，保證錨桿能夠在一恒定的工作阻力下支護(hù)圍巖而不失效；同時(shí)還可以對該種錨桿補(bǔ)液，進(jìn)而對巷道圍巖進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，達(dá)到“讓壓、支護(hù)、補(bǔ)強(qiáng)”的多種功效。其次配套的監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)﹀^桿進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，最終達(dá)到巷道支護(hù)與錨桿監(jiān)測的多種功能。 3.創(chuàng)新點(diǎn) （1）該錨桿能夠適應(yīng)圍巖的變形，吸收圍巖的變形能； （2）該錨桿能夠在其屈服強(qiáng)度以下發(fā)揮出最大的支護(hù)性能而不失效，且能維持一恒定的工作阻力狀態(tài)； （3）該錨桿能及時(shí)補(bǔ)液，實(shí)現(xiàn)“控讓”循環(huán)和實(shí)時(shí)監(jiān)測。 4.技術(shù)關(guān)鍵 （1）錨桿與圍巖的相互作用機(jī)理； （2）軟巖巷道支護(hù)控制分析理論； （3）液壓原理和液壓傳動(dòng)理論。 5.主要技術(shù)指標(biāo) （1）圍巖物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)； （2）錨桿端部拉力； （3）泵站壓力; （4）錨桿尺寸參數(shù)（錨桿直徑、自由段長度等參數(shù)）； （5）安全閥設(shè)定壓力指標(biāo)（錨固力大小、錨桿承載能力、錨桿結(jié)構(gòu)的完整性）。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.科學(xué)性 液壓耦合錨桿及其監(jiān)測系統(tǒng)是根據(jù)圍巖與錨桿相互作用原理以及軟巖巷道支護(hù)控制理論進(jìn)行設(shè)計(jì)研究的，并且該錨桿尾部液壓裝置的運(yùn)動(dòng)也符合液壓傳動(dòng)原理，與此同時(shí)配套的監(jiān)測系統(tǒng)能通過紅外無線傳輸數(shù)據(jù)，安全可靠。在理論和實(shí)踐上體現(xiàn)了作品的科學(xué)性。 2.先進(jìn)性 （1）液壓耦合錨桿能夠提供較大的預(yù)應(yīng)力，很好的控制圍巖的早期變形，并且充分發(fā)揮了圍巖的自承能力； （2）液壓耦合錨桿還能夠適應(yīng)圍巖的大變形，且能夠維持在一恒定的工作阻力態(tài)； （3）液壓耦合錨桿不僅能夠?qū)崿F(xiàn)讓壓，還能夠進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，形成“控—讓”循環(huán)的支護(hù)形式； （4）監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對圍巖變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測，反饋監(jiān)測信息，保證煤礦的安全生產(chǎn)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年1月至2011年3月在某煤礦已現(xiàn)場應(yīng)用，并取得較好的應(yīng)用效果。 2011年5月在省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中獲得一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 已在煤礦企業(yè)應(yīng)用
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品； 現(xiàn)場演示；圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 1.使用說明：（1）打眼→裝藥→裝入錨桿→攪拌→充分錨固，將液壓裝置安裝在錨桿尾部；（2）注液；（3）移走注液槍，在需要監(jiān)測的錨桿上安裝多功能在線壓力監(jiān)測儀。 2.技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢：（1）該錨桿在錨桿尾部構(gòu)筑一液壓裝置，并配套設(shè)計(jì)了監(jiān)測系統(tǒng)；（2）該錨桿能夠適應(yīng)圍巖的變形，吸收圍巖的變形能；（3）該錨桿能夠提供較大的預(yù)應(yīng)力；（4）該錨桿能及時(shí)補(bǔ)液，實(shí)現(xiàn)“控讓”循環(huán)和實(shí)時(shí)監(jiān)測。 3.適用范圍： 根據(jù)錨桿的結(jié)構(gòu)和功能上的特點(diǎn)，該錨桿特別適用于埋深較深、圍巖條件差的軟巖巷道。 4.市場經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測： 通過對該錨桿及時(shí)補(bǔ)液加固圍巖，而不需要進(jìn)行傳統(tǒng)的二次支護(hù)，大大節(jié)省了人力、物力和財(cái)力，有很好的市場推廣價(jià)值和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。該錨桿已在某煤礦應(yīng)用，并取得了很好的支護(hù)效果，在軟巖巷道控制，勞動(dòng)量投入等方面產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 1.國內(nèi)外錨桿技術(shù)發(fā)展概述 ⑴國內(nèi)外錨桿技術(shù)發(fā)展概況簡述 國外從1912年開始在煤礦中使用錨桿支護(hù)巷道，我國煤礦也于1956年開始使用錨桿支護(hù)巷道。之后在各國得到了迅速發(fā)展，錨桿形式主要由楔縫式、倒楔式等逐漸發(fā)展為可拉伸式、高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力等，這些錨桿可靠性高，然而以上錨桿不能適應(yīng)圍巖的變形，吸收圍巖的變形能，不能做到“控讓”循環(huán)和實(shí)時(shí)監(jiān)測。 ⑵國內(nèi)外可伸長錨桿技術(shù)發(fā)展概況簡述 國外可伸長錨桿有德國蒂森型及前蘇聯(lián)的桿體彎曲波浪型，該類錨桿恒阻工作階段不穩(wěn)定，不能做到錨桿的平穩(wěn)承載，受沖擊地壓的影響較大。 國內(nèi)最典型的可伸長錨桿主要有中國礦業(yè)大學(xué)的“H型”及“改進(jìn)型”桿體可伸長錨桿，“H型”和“改進(jìn)型”的可伸長錨桿，對錨桿尾部進(jìn)行了機(jī)械加工和熱處理，尾部強(qiáng)度較高能夠發(fā)揮錨桿的強(qiáng)度和延伸率。 然而，研究發(fā)現(xiàn)以上可伸長錨桿的增阻速度還不及傳統(tǒng)的樹脂錨桿，同時(shí)當(dāng)達(dá)到錨桿的屈服強(qiáng)度以后，錨桿的支護(hù)阻力迅速下降，并不能達(dá)到恒定的工作阻力狀態(tài)，并且桿體強(qiáng)度不大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易受擾動(dòng)影響。 2.國內(nèi)外錨桿檢測系統(tǒng)的發(fā)展概況 由于錨桿支護(hù)的隱蔽性，一旦圍巖破壞失穩(wěn)，一般沒有明顯的預(yù)兆，具有突發(fā)性。因此通過監(jiān)測獲得圍巖穩(wěn)定情況的信息，進(jìn)行科學(xué)分析后，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，還可以根據(jù)結(jié)果來修改、完善設(shè)計(jì)，保證安全生產(chǎn)。國內(nèi)外對錨桿監(jiān)測進(jìn)行了大量的研究，得出了許多監(jiān)測方法和監(jiān)測儀器儀表，如多點(diǎn)位移計(jì)、離層指示儀、錨桿拉拔計(jì)、光纖光柵傳感技術(shù)等。然而各監(jiān)測儀器儀表在監(jiān)測質(zhì)量和可操作性方面都存在自身的缺陷和不足。 設(shè)計(jì)的液壓耦合錨桿，不僅有具有以上提到的各種優(yōu)點(diǎn)，而且因液壓裝置的存在能夠做到在圍巖變形時(shí)，錨桿平穩(wěn)受力，保證錨桿在一恒定的工作阻力下工作，配套的監(jiān)測系統(tǒng)又可以對該錨桿進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，另外可以對該錨桿進(jìn)行回收利用，節(jié)約了成本。 研究發(fā)現(xiàn)目前市面上還沒有此性能的液壓耦合錨桿。
