(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221040915 6.X (22)申请日 2022.04.19 (71)申请人 河南理工大 学 地址 454000 河南省焦作市高新区世纪大 道2001号 (72)发明人 乔静　南华　丁书学　王帅　 (74)专利代理 机构 郑州豫开专利代理事务所 (普通合伙) 41131 专利代理师 朱俊峰　田文举 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种煤矿用磁悬浮真三轴锚杆静力拉拔试 验装置及方法 (57)摘要 一种煤矿用磁悬浮真三轴锚杆静力拉拔试 验装置， 包括长方体混凝土 试样、 锚杆、 左右方向 反力架、 上下方向反力架、 轴向反力架和电脑， 锚 杆同轴向锚固在长方体混凝土试样内， 锚杆的前 端向前伸出长方体混凝土试样， 左右方向反力 架、 上下方向反力架和轴向反力架相互交错组装 连接构成长方体框架， 长方体框架内设置有左右 磁悬浮围压装置、 上下磁悬浮围压装置和轴向磁 悬浮轴压装置， 轴向反力架的前侧设置有拉拔 仪， 电脑分别与左右磁悬浮围压装置、 上下磁悬 浮围压装置、 轴向磁悬浮轴压装置和拉拔仪信号 连接。 本发 明能够对长方体混凝土试样施加真三 轴压力， 使锚 杆拉拔力研究工况与现场实际情况 更加接近， 研究成果对锚 杆锚固力参数设计的指 导意义更加显著。 权利要求书3页 说明书6页 附图5页 CN 114965036 A 2022.08.30 CN 114965036 A 1.一种煤矿用磁悬浮真三轴锚杆静力拉拔试验装置， 其特征在于： 包括长方体混凝土 试样、 锚杆、 左右方向反力架、 上下方向反力架、 轴向反力架和电脑， 长方体 混凝土试样和锚 杆的轴向方向均沿前后方向设置， 锚杆同轴向锚固在长方体混凝土试样 内， 锚杆的前端向 前伸出长方体混凝土试样， 锚杆 的后端与长方体混凝土试样的后侧 面齐平， 左右方向反力 架、 上下方向反力架和轴向反力架相互交错组装连接构成长方体框架， 长方体框架内设置 有左右磁悬浮围压装置、 上下磁悬浮围压装置和轴向磁悬浮轴压装置， 左右磁悬浮围压装 置、 上下磁悬浮围压装置和轴向磁悬浮轴压装置 围成长方体施压空间， 长方体混凝土试样 设置在长方体施压空间内， 左右磁悬浮围压装置用于对长方体混凝土试样的左侧面和右侧 面施加压力， 上下磁悬浮围压装置用于对长方体混凝土试样的上侧 面和下侧 面施加压力， 轴向磁悬浮轴压装置用于对长方体混凝土试样的前侧面和后侧面施加压力， 轴向反力架的 前侧设置有与锚杆的前端固定连接的拉拔仪， 电脑分别与左右磁悬浮围压装置、 上下磁悬 浮围压装置、 轴向磁悬浮轴压装置和拉拔仪信号连接 。 2.根据权利要求1所述的一种煤矿用磁悬浮真三轴锚杆静力拉拔试验装置， 其特征在 于： 左右方向反力架包括左立板和右立板， 左立板和右立板通过四根呈矩形阵列布置的第 一高强拉杆栓 接； 上下方向反力架包括上平板和下平板， 上平板和下平板通过四根呈矩形阵列布置的第 二高强拉杆栓 接； 轴向反力架包括前立板和后立板， 前立板和后 立板通过四根呈矩形阵列布置的第 三高 强拉杆栓 接； 四根第三高强拉杆位于四根第 二高强拉杆的外侧， 四根第 一高强拉杆位于四根第 三高 强拉杆的外侧。 3.根据权利要求2所述的一种煤矿用磁悬浮真三轴锚杆静力拉拔试验装置， 其特征在 于： 左右磁悬浮围压装置包括自左向右依次排列的第一磁悬浮仪、 左承压板、 左压头、 右压 头和右承压板， 第一磁悬浮仪沿左右方向水平设置， 第一磁悬浮仪的左端固定安装在左立 板的右侧 面中部， 第一磁悬浮仪的右端与左承压板的左侧 面固定连接， 左承压板和右侧 面 与左压头的左侧 面固定连接， 左压头的右侧 面与长方体混凝土试样的左侧 面挤压接触， 右 压头的左侧面与长方体混凝土试样的右侧面挤压接触， 右压头的右侧面与 右承压板的左侧 面固定连接， 右承压板的右侧 面与右立板的左侧 面之间固定连接有第一压力传感器， 电脑 与第一压力传感器信号连接 。 4.根据权利要求3所述的一种煤矿用磁悬浮真三轴锚杆静力拉拔试验装置， 其特征在 于： 上下磁悬浮围压装置包括自上向下依次排列的第二磁悬浮仪、 上承压板、 上压头和下压 头， 第二磁悬浮仪竖向设置， 第二磁悬浮仪的上端固定安装在上平板的下侧面中部， 第二磁 悬浮仪的下端与上承压板的上侧面固定连接， 上承压板的下侧面与上压头的上侧面之 间固 定连接有第二压力传感器， 上压头的下侧 面与长方体混凝土试样的上侧 面挤压接触， 下压 头的上侧面与长方体试样的下侧面挤压接触， 下压头的下侧面与下平板的上侧面固定连 接， 下侧的两根第一高强拉杆贯穿下压头并与下压头固定连接， 电脑与第二压力传感器信 号连接。 5.根据权利要求4所述的一种煤矿用磁悬浮真三轴锚杆静力拉拔试验装置， 其特征在 于： 轴向磁悬浮轴压装置包括自后向前依次排列的第三磁悬浮仪、 后承压板、 后压头、 前压权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114965036 A 2头和前承压板， 第三磁悬浮仪沿前后方向水平设置， 第三磁悬浮仪的后端固定安装在后立 板的前侧 面中部， 第三磁悬浮仪的前端与后承压板的后侧 面固定连接， 后承压板的前侧 面 与后压头的后侧面之间固定连接有第三压力传感器， 后压头的前侧面与长方体混凝土试样 的后侧面挤压接触， 前压头的后侧 面与长方体混凝土试样的前侧 面挤压接触， 前压头的前 侧面与前承压板的后侧 面固定连接， 前承压板的前侧 面与前立板的后侧 面固定连接， 前压 头、 前承压板和前立板的中部开设有前后对应的通孔， 锚杆的前端穿过通孔与拉拔仪固定 连接， 电脑与第三压力传感器信号连接； 左压头、 右压头、 上压头、 下压头、 前压头和后压头合围成六面体结构， 六面体结构的内 部空间为长方体施压空间。 6.根据权利要求5所述的一种煤矿用磁悬浮真三轴锚杆静力拉拔试验装置， 其特征在 于： 第一磁悬浮仪、 第二磁悬浮仪和 第三磁悬浮仪的结构相同且相互垂 直设置， 第一磁悬浮 仪包括磁感应缸体和磁感应活塞杆， 磁感应缸体和磁感应活塞杆均沿左右方向水平设置， 磁感应缸体的左端固定安装在左立板的右侧面中部， 磁 感应活塞杆滑动连接在磁感应缸体 内， 磁感应活塞杆的右端向右伸出磁感应缸体的右端并与左承压板的左侧 面固定连接， 磁 感应缸体和磁感应活塞杆上均 缠绕有磁感线圈， 两个磁感线圈均与外部电源电连接， 两个 磁感线圈通电后产生的磁力线的方向相同且为自左向右。 7.一种煤矿用磁悬浮真三轴锚杆静力拉拔试验方法， 其特征在于： 采用权利要求6所述 的一种煤矿用磁悬浮真三轴锚杆静力拉拔试验 装置进行 试验， 具体步骤如下： （1） 、 制作长 ×宽×高为300mm ×150mm×150mm的长方体混凝土试样， 把该长方体混凝 土试样放置在标准养护室内养护28d； （2） 、 在养护后的长方体混凝土试样的前端部中心沿前后方向钻打直径32mm的锚孔， 锚 孔前后通透， 使用锚固剂将待拉拔试验的锚杆锚固在锚孔内， 锚杆的前端向前伸出锚孔的 前端， 锚杆的后端与锚孔的后端齐平； （3） 、 将前立板、 前压头和前承压板从四根第三高强拉杆上拆掉， 打开长方体施压空间， 然后将锚固好锚杆的长方体混凝土试样放置在下压头上且位于长方体施压空间内， 再将前 立板安装在四根第三高强拉杆的前端部， 使锚杆的前端穿过前压头、 前承压板和前立板上 的通孔； （4） 、 将拉拔仪与锚杆的前端固定连接好， 同时将电脑分别与第一压力传感器、 第二压 力传感器、 第三压力传感器和拉拔仪通过信号数据线连接， 并完成电脑中数据采集软件的 调试工作； （5） 、 通过左右磁悬浮围压装置、 上下磁悬浮围压装置、 轴向磁悬浮轴压装置 同步对长 方体混凝土试样的相应侧面施加压力至预定压力后保持稳定， 施加压力过程通过第一压力 传感器、 第二压力传感器、 第三压力传感器实时同步采集长方体混凝土试样在三轴方向上 的压力数据； （6） 、 启动拉拔仪对锚杆施加拉拔力， 拉拔仪监测拉拔力施加过程中锚杆的轴力和位 移， 并将轴力和位移数据传至电脑， 直至锚杆被拉出， 停止试验， 完成一个长方体混凝土试 样的锚杆拉拔试验。 8.根据权利要求7所述的一种煤矿用磁悬浮真三轴锚杆静力拉拔试验方法， 其特征在 于： 步骤 （5） 中的左右磁悬浮围压装置、 上下磁悬浮围压装置、 轴向磁悬浮轴压装置同步对权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114965036 A 3