专利摘要

本实用新型公开了一种用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置。该装置包括固定托架、防爆裂网、锚固体试件以及冲击力监测与缓冲装置；整个装置设置在马弗炉内部，便于对装置进行加热；所述防爆裂网为圆筒状结构，由加强筋及细孔金属网组成，加强筋接头焊接牢靠，细孔金属网固定于加强筋内部，防止锚固材料爆轰时锚固体试件飞出；所述冲击力监测与缓冲装置由冲击力监测装置和冲击力缓冲防护装置组成，分为两组，对称分布在防爆裂网前端面内外两侧。本实用新型通过防护装置控制锚固体试件飞出，保护实验设备和人员安全；通过压力传感器记录并读取爆轰发生时间和爆轰时的杆体冲击力，为岩土工程现场防护提供了科学依据。

权利要求

1.一种用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置，其特征在于：包括四个部分：固定托架、防爆裂网、锚固体试件以及冲击力监测与缓冲装置；

整个装置设置在马弗炉内部，便于对装置进行加热；

固定托架由矩形托网、脚撑和减震装置组成，固定托架恰好能放入马弗炉的炉膛内；在矩形托网底部设有四个脚撑；矩形托网上方焊接两排防转动架，防转动架为三角形铁块，每排三个分布在防爆裂网中心线两侧；将防爆裂网采用铅丝铰接在矩形托网上，使防爆裂网位于两排防转动架之间；矩形托网下方垂直装有三根受力主筋；每根受力主筋两端各有一套减震装置，减震装置由减震螺母和减震弹簧连接组成；减震装置紧贴在马弗炉内壁上；

所述防爆裂网为圆筒状结构，由加强筋及细孔金属网组成，加强筋接头焊接牢靠，细孔金属网固定于加强筋内部，防止锚固材料爆轰时锚固体试件飞出；防爆裂网的前端面留有与锚杆杆体直径和压力传感器内径配套的圆孔，用于将压力传感器和锚杆杆体固定于防爆裂网上；防爆裂网的后端面能手动开闭，以便实验加热前先将拉拔试件置入防爆裂网内，并用铅丝重新铰接牢靠；

所述冲击力监测与缓冲装置由冲击力监测装置和冲击力缓冲防护装置组成，分为两组，对称分布在防爆裂网前端面内外两侧；所述冲击力监测装置为耐高温高压压力传感器，共设有两个，分别为内向冲击压力传感器和外向冲击压力传感器，分布在防爆裂网前端面内外两侧；所述冲击力缓冲防护装置包括固定螺母和缓冲防护弹簧，有两组，分别对称分布在防爆裂网前端面内外两侧；

所述锚固体试件由锚杆杆体、锚固材料及模拟钢管组成，锚杆杆体通过锚固材料固定在模拟钢管的中心，并使用固定螺母固定在防爆裂网内部中心位置。

2.根据权利要求1所述的用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置，其特征在于：所述减震弹簧通过螺母调整后分别固定在三根受力主筋两个端部的螺杆上，三根受力主筋垂直焊接在矩形托网的下方；受力主筋设置为一纵两横，减震装置共设有三组，每组包括一根受力主筋、固定螺母和减震弹簧，每组减震装置通过减震弹簧固定在马弗炉内壁上。

3.根据权利要求1所述的用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置，其特征在于：所述压力传感器为耐高温、耐冲击、具有记忆读取功能且能无线传输的智能传感器，量程为0-120 MPa，能记录并读取实验全阶段的压力变化，记录频率为100次/s；所述无线传输为无线短距离网络传输。

4.根据权利要求1所述的用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置，其特征在于：防爆裂网与矩形托网的中轴线重叠，防爆裂网通过金属网孔使用铅丝铰接在矩形托网的中心，并通过固定托架上的防转动架限制其转动。

5.根据权利要求1所述的用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置，其特征在于：所述锚固材料为具有爆轰倾向性的有机高分子锚固材料，在300~500℃的高温下会快速热解并产生大量的气体。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置，具体涉及一种用于爆轰倾向锚固材料的高温拉拔实验中的冲击破坏监测及安全防护装置，属于锚固材料高温试验领域。

背景技术

随着煤矿、金属矿、页岩气开采以及国防等地下工程不断向深部延伸，由于地热、煤层自燃等原因，使得地下工程围岩温度不断升高。尤其当煤矿发生瓦斯爆炸或建筑物突发火灾时结构体的温度可达 500℃～ 800℃，这就对在结构加固中起关键作用的锚固材料提出了更高的性能要求。因此，对锚固材料进行高温力学性能实验研究至关重要。通常锚固材料分为以水泥为基料的无机锚固材料和以高分子材料为基料的有机锚固材料。由于有机锚固材料中的高分子复合材料在高温下具有热解特性，其力学性能受高温影响尤为严重。

本实用新型主要涉及煤矿中常用的有机高分子锚固材料的高温实验研究。对不饱和聚酯树脂锚固材料的高温实验结果表明，不饱和聚酯树脂在达到一定温度（400℃）后会迅速热解炭化，且会逐渐失去锚固力。关键是在密闭的空间内持续加温会产生爆裂、崩溅，并冒出大量白烟，会对加温实验装置从内部造成冲击破坏，给实验人员带来危险。同时，若岩土工程现场发生锚固材料爆轰现象，会破坏锚杆与岩层胶结面，使锚杆杆体喷出，对现场人员与设备造成安全隐患。如果能获得锚固材料爆轰发生的时间和爆轰时锚杆的冲击力等参数，对保护工程现场人员与设备安全意义重大。基于此，如何设计一种安全可靠的防爆裂装置及爆轰冲击时间和冲击力监测装置是非常必要和极为迫切的。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置。

本实用新型的原理为：高温加热过程中有机高分子锚固材料在高温下会快速热解炭化，产生大量气体并迅速膨胀，由于环向受到模拟钢管的约束，只能沿钢管轴向爆裂喷溅，形成冲击；当锚固体试件在马弗炉中发生高温爆轰时，爆轰气体推动杆体向前或向后冲击，冲击力作用通过内外固定螺母作用在缓冲防护弹簧上，缓冲防护弹簧挤压压力传感器获得杆体冲击力数据，并对杆体冲击力起到缓冲作用，防止锚固体试件飞出。

本实用新型提供了一种用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置，包括四个部分：固定托架、防爆裂网、锚固体试件以及冲击力监测与缓冲装置。整个装置固定在马弗炉中，本实用新型的描述中以马弗炉的开口方向为装置的前端面、马弗炉的背部为装置的后端面进行描述。实验时，先将锚固体试件通过冲击力监测与缓冲装置固定在防爆裂网内，再将防爆裂网采用铅丝绞接在固定托架的中轴线上，而后将装置整体放置在马弗炉内进行加热；

所述马弗炉为常规马弗炉，所述固定托架尺寸根据常规马弗炉内部尺寸确定，其大小与马弗炉膛内尺寸相符。固定托架由矩形托网、脚撑和减震装置组成，固定托架恰好能放入马弗炉的炉膛内；在矩形托网底部设有四个脚撑，起支撑作用；矩形托网上方焊接两排防转动架，防转动架为三角形铁块，每排三个分布在防爆裂网中心线两侧；将防爆裂网采用铅丝铰接在矩形托网上，使防爆裂网位于两排防转动架之间；矩形托网下方垂直装有三根受力主筋，每根受力主筋两端各有一套减震装置，减震装置由减震螺母和减震弹簧连接组成；减震装置紧贴在马弗炉内壁上。

所述防爆裂网为圆筒状结构，由加强筋及细孔金属网组成，加强筋接头焊接牢靠，细孔金属网固定于加强筋内部，防止锚固材料爆轰时锚固体试件飞出；防爆裂网的前端面留有与锚杆杆体直径和压力传感器内径配套的圆孔，用于将压力传感器和锚杆杆体固定于防爆裂网上；防爆裂网后端面可手动控制开闭，以便实验加热前先将拉拔试件置入防爆裂网内，并用铅丝重新铰接牢靠。

防爆裂网与固定托架的中轴线重叠，防爆裂网通过金属网孔使用铅丝铰接在固定托架的中心，并通过固定支架上的防转动架限制其转动。

所述冲击力监测与缓冲装置由冲击力监测装置和冲击力缓冲防护装置组成，分为内外两组，对称分布在防爆裂网前端面内外两侧；

所述冲击力监测装置固定在锚杆杆体上，为耐高温高压压力传感器，有内外两个，分别为内向冲击压力传感器和外向冲击压力传感器，对称分布在防爆裂网前端面内外两侧。所述压力传感器为耐高温、耐冲击、具有记忆读取功能且可无线传输的智能传感器，量程： 0-120 MPa，可以记录并读取实验全阶段的压力变化，记录频率为100次/s；所述无线传输为无线短距离（视距200米）网络传输；

所述冲击力缓冲防护装置包括固定螺母和缓冲防护弹簧，有内外两组，对称分布在防爆裂网前端面内外两侧。

所述锚固体试件由锚杆杆体、锚固材料及模拟钢管组成，锚杆杆体通过锚固材料固定在模拟钢管的中心，并使用固定螺母固定在防爆裂网内部的中心位置；

进一步地，所述减震弹簧通过螺母调整后分别固定在三根受力主筋两个端部的螺杆上，三根受力主筋垂直焊接在固定托架上；减震装置共设有三组，每组包括一根受力主筋、固定螺母和减震弹簧，每组减震装置通过减震弹簧紧贴在马弗炉内壁上。

进一步地，所述压力传感器为耐高温、耐冲击、具有记忆读取功能且能无线传输的智能传感器，量程为0-120 MPa，能记录并读取实验全阶段的压力变化，记录频率为100次/s；所述无线传输为无线短距离网络传输。

进一步地，防爆裂网与固定托架的中轴线重叠，防爆裂网通过金属网孔使用铅丝铰接在固定托架的中心，并通过固定支架上的防转动架限制其转动。

进一步地，所述锚固材料为有机高分子锚固材料，在300~500℃的高温下会快速热解并产生大量的气体，具有爆轰倾向性。

本实用新型提供了上述用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置的使用方法，实验时，先将锚固体试件通过冲击力监测与缓冲装置固定在防爆裂网内，再将防爆裂网采用铅丝绞接在固定托架的中轴线上，而后将装置整体放置在马弗炉内进行加热；

高温加热过程中有机高分子锚固材料在300~500℃的高温下会快速热解炭化，产生大量气体并迅速膨胀，由于环向受到钢管的约束，只能沿钢管轴向爆裂喷溅，形成冲击；当锚固体试件在马弗炉中发生高温爆轰时，爆轰气体推动杆体向前或向后冲击，冲击力作用通过内外固定螺母作用在缓冲防护弹簧上，缓冲防护弹簧挤压压力传感器获得杆体冲击力，并对杆体冲击力起到缓冲作用，防止锚固体试件飞出。

所述的使用方法，具体包括以下步骤：

（1）预先制备好锚固体试件，并将防爆裂网内部的冲击力监测与缓冲装置通过内侧杆体固定螺母固定在锚杆杆体上；

（2）打开防爆裂网后端面，将锚固体试件和冲击力监测与缓冲装置放进防爆裂网中，将锚杆杆体穿过防爆裂网前端面的孔，并将防爆裂网外部的冲击力监测与缓冲装置通过外部的杆体固定螺母固定在锚杆杆体上；调整外部杆体固定螺母使内外压力传感器与防爆裂网前端面紧密贴合；

（3）用铅丝将防爆裂网后端面铰接固定，并用铅丝将防爆裂网固定在固定托架的中轴线上；

（4）打开马弗炉炉门，将装置整体放进马弗炉内，调整马弗炉内壁减震装置的减震螺母，使六个减震弹簧与马弗炉内壁贴合紧密，关上马弗炉炉门；

（5）以20℃为加热梯度对锚固材料进行加热，通过压力传感器记录锚固材料发生爆轰的时间及爆轰时的冲击力变化情况。

本实用新型的有益效果：

通过防护装置控制锚固体试件飞出，保护实验设备和人员安全；通过压力传感器记录并读取爆轰发生时间和爆轰时的杆体冲击力，为现场安全防护和人员撤离提供实验依据，为岩土工程现场防护提供了科学依据。

附图说明

图1为本实用新型整体结构图（马弗炉炉门打开后的前端面视图）；

图2为图1的剖视图；

图3为锚固体试件的结构示意图；

图4为图2中防爆裂网的结构图（防爆裂网后端面开启状态）；

图5为图4的右视图；

图6为固定托架的俯视图。

图中：1为矩形托网、2为防爆裂网、3为锚固体试件、4为冲击力监测与缓冲装置、5为脚撑、6为防转动架、7为受力主筋、8为减震装置、9为减震螺母、10为减震弹簧、11为加强筋、12为细孔金属网、13为锚杆杆体、14为压力传感器、15为防爆裂网后端面、16为杆体固定螺母、17为缓冲防护弹簧、18为锚固材料、19为模拟钢管、20为马弗炉内壁、21为马弗炉炉门。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本实用新型，但不局限于以下实施例。

实施例1：

如图1~6所示，一种用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置，包括四个部分：固定托架1、防爆裂网2、锚固体试件3以及冲击力监测与缓冲装置4。整个装置固定在马弗炉中。

树脂锚固材料试件高温拉拔实验多采用XRMF-9X型马弗炉模拟高温加热，加热温度0°～1000°，炉膛尺寸长300mm×宽200mm×高120mm。

固定托架由矩形托网、脚撑和减震装置组成，固定托架恰好能放入马弗炉的炉膛内；在矩形托网1底部设有四个脚撑5。矩形托网1上方焊接两排防转动架6，防转动架6为三角形铁块，每排三个分布在防爆裂网中心线两侧。实验加温前将防爆裂网2采用铅丝铰接在矩形托网1上，使防爆裂网2位于两排防转动架6之间。矩形托网1下方垂直装有三根受力主筋7，每根受力主筋7两端各有一套减震装置8，减震装置8由减震螺母9和减震弹簧10连接组成。减震弹簧10固定在马弗炉内壁上。

防爆裂网2与固定托架的中轴线重叠，防爆裂网通过细孔金属网12使用铅丝铰接在固定托架的中心，并通过固定托架上的防转动架6限制其转动。

防爆裂网2为圆筒状结构，由加强筋11及细孔金属网12组成，加强筋11接头焊接牢靠，细孔金属网12固定于加强筋11内部；防爆裂网的前端留有与锚杆杆体13直径和压力传感器14内径配套的圆孔，用于将压力传感器14和锚杆杆体13固定于防爆裂网2上；防爆裂网后端面15可开启，以便实验加热前先将锚固体试件3置入防爆裂网2内并用铅丝进行交接牢靠。

冲击力监测与缓冲装置4固定在防爆裂网2上，所述冲击力监测与缓冲装置4由冲击力监测装置和冲击力缓冲防护装置组成，分为内外两组，对称分布在防爆裂网前端面内外两侧；

所述冲击力监测装置固定在锚杆杆体上，为耐高温高压压力传感器14，有内外两个，分别为内向冲击压力传感器和外向冲击压力传感器，对称分布在防爆裂网前端面内外两侧。所述压力传感器为耐高温、耐冲击、具有记忆读取功能且可无线传输的智能传感器，量程： 0-120 MPa，可以记录并读取实验全阶段的压力变化，记录频率为100次/s；所述无线传输为无线短距离（视距200米）网络传输；

所述冲击力缓冲防护装置包括杆体固定螺母16和缓冲防护弹簧17，有内外两组，对称分布在防爆裂网前端面内外两侧。

锚固体试件3使用杆体固定螺母16固定在测试杆体13上。

锚固体试件3由锚杆杆体13、锚固材料18及模拟钢管19组成。

实验时，先将锚固体试件3通过冲击力监测与缓冲装置4固定在防爆裂网内，再将防爆裂网2采用铅丝绞接在固定托架的矩形托网1的中轴线上，而后将装置整体放置在马弗炉内进行加热；

高温加热到400℃时在高温下会快速热解炭化，产生大量气体并迅速膨胀，由于环向受到钢管的约束，在加热155s时沿钢管轴向爆裂喷溅，形成冲击。当锚固体试件3在马弗炉中发生高温爆轰时，爆轰气体推动杆体13向前冲击，冲击力作用通过杆体固定螺母16作用在缓冲弹簧17上，冲击环挤压内向压力传感器14获得杆体最大冲击压力15.2kN。缓冲弹簧17并对锚杆杆体13压力起到缓冲作用，防止锚杆杆体13飞出。

上述方法具体包括以下步骤：

（1）预先制备好锚固体试件3，并将防爆裂网2内部的冲击力监测与缓冲装置通过内侧杆体固定螺母16固定在锚杆杆体13上；

（2）打开防爆裂网后端面15，将锚固体试件3和冲击力监测与缓冲装置放进防爆裂网2中，将锚杆杆体13穿过防爆裂网前端面的孔，并将防爆裂网外部的冲击力监测与缓冲装置4通过外部的杆体固定螺母16固定在锚杆杆体13上；调整外部杆体固定螺母16使内外压力传感器14与防爆裂网前端面紧密贴合；

（3）用铅丝将防爆裂网后端面15铰接固定，并用铅丝将防爆裂网2固定在固定托架1的中轴线上；

（4）打开马弗炉炉门21，将装置整体放进马弗炉内，调整减震装置8的减震螺母9，使六个减震弹簧10与马弗炉内壁20贴合紧密，关上马弗炉炉门21；

（5）以20℃为加热梯度对锚固材料18进行加热，通过压力传感器14记录锚固材料18发生爆轰的时间及爆轰时的冲击力变化情况。

一种用于锚固材料高温拉拔实验的冲击监测与防护装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。