基本信息
- 项目名称：
- 矿山相似材料模拟实验中锚杆测力计研制与应用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 采矿工程相似材料模拟实验中锚杆测力一直缺乏有效的测试手段，设计制造一种满足测试要求的锚杆测力设备为实验室所亟待。文章对以往不同材料和形状的测力计进行对比分析，并运用理论分析、数值模拟等研究手段确定了测力计的尺寸，设计制作了LY-12全桥环状锚杆测力计，通过标定与具体应用证明了测力计在结构尺寸、稳定性等方面均能达到相似材料模拟实验要求，解决了相似材料模拟实验中锚杆测力的难题。
- 详细介绍：
- 作品简介： 采矿工程相似材料模拟实验中锚杆测力一直缺乏有效的测试手段，设计制造一种满足测试要求的锚杆测力设备为实验室所亟待。文章对以往不同材料和形状的测力计进行对比分析，并运用理论分析、数值模拟等研究手段确定了测力计的尺寸，设计制作了LY-12全桥环状锚杆测力计，通过标定与具体应用证明了测力计在结构尺寸、稳定性等方面均能达到相似材料模拟实验要求，解决了相似材料模拟实验中锚杆测力的难题。 创新点： 与原塑料圆环测力计和拱形测力计相比此测力计具有精确度高、灵敏度高、可实现重复利用等优点。该测力计材料强度高，弹性后效系数小、疲劳系数高、耐化学腐蚀、有一定的耐热性；电路采用全桥电路，具有温度补偿的作用，其灵敏度高，非线性误差小。实现相似材料模拟实验中锚杆测力由定性到定量的跨越，并可动态实时监测，可作为相似材料模拟实验常规测试的手段 主要技术指标： 通过对以往的塑料圆环测力计和拱形测力计优缺点分析,从材料选择、尺寸确定、电路设计等方面着手并用数值模拟对其力学特性进行分析，最终设计了一种LY-12圆环测力计,此测力计宽为1.50cm，厚为0.08cm，内径为1.60cm，量程为0～120N，结构尺寸与巷道相匹配。经过在赵家坝煤矿3964平巷、大佛寺煤矿井底水仓、清水营4312回风巷等相似材料模拟实验研究中近1000次的加载实验得到其零点漂移量为1‰，连续工作15天后，漂移量不超过满量程的±3%，重复使用的迟滞性误差小于5‰
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 为给采矿工程等相似模拟实验中锚杆测力提供一种常规有效的测试手段，对巷道各部位锚杆受力进行实时分析，大大提高相似材料模拟实验在巷道支护参数确定方面的作用,解决巷道相似材料模拟试验中支护锚杆的受力测试难的问题。 通过对以往的塑料圆环测力计和拱形测力计优缺点分析,从材料选择、尺寸确定、电路设计等方面着手并用数值模拟对其力学特性进行分析，最终设计了一种LY-12圆环测力计,此后，在西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室近十次相似模拟实验中近1000次加载检测了此测力计的精确度、灵敏度、可重复使用等参数。 该测力计材料强度高，弹性后效系数小、疲劳系数高、耐化学腐蚀、有一定的耐热性；电路采用全桥电路，具有温度补偿的作用，其灵敏度高，非线性误差小；锚杆测力计使实验数据实现了由定性到定量的跨越；其零点漂移量为1‰，连续工作15天后，漂移量不超过满量程的±3%；可重复利用次数近1000次,重复使用的迟滞性误差小于5‰，可适用于-10°C~50°C的工作环境中，在各种介质（如水蒸气、弱酸、弱碱等）环境中可长久使用。
科学性、先进性
- 与原塑料圆环测力计和拱形测力计相比此测力计具有精确度高、灵敏度高、可实现重复利用等优点。该测力计材料强度高，弹性后效系数小、疲劳系数高、耐化学腐蚀、有一定的耐热性；电路采用全桥电路，具有温度补偿的作用，其灵敏度高，非线性误差小。经过在赵家坝煤矿3964平巷、大佛寺煤矿井底水仓、清水营4312回风巷等相似材料模拟实验研究中近1000次的加载实验得到其零点漂移量为1‰，连续工作15天后，漂移量不超过满量程的±3%，重复使用的迟滞性误差小于5‰。实现相似材料模拟实验中锚杆测力由定性到定量的跨越，并可动态实时监测，可作为相似材料模拟实验常规测试的手段。
获奖情况及鉴定结果
- 1、2011年4月 在西安科技大学能源学院预选赛中荣获金奖。 2、2011年5月 在西安科技大学校预赛中荣获金奖。 3、2011年6月 在陕西省预选赛中进入决赛。
作品所处阶段
- 该作品现在已得到小批量生产，并在西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室中应用。
技术转让方式
- 该作品现正在申请专利中。
作品可展示的形式
- 实物、产品 ；应用模型 ；现场演示。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 此测力计宽为1.50cm，厚为0.08cm，内径为1.60cm，量程为0～120N，结构尺寸与巷道相匹配。在布置在模拟锚杆的端部安装已标定好的测力计，加载后通过压力计算数据采集系统即测出结果。其零点漂移量为1‰，连续工作15天后，漂移量不超过满量程的±3%，重复使用的迟滞性误差小于5‰。，可用于－10°C～50°C以下的工作环境中，在各种介质（如水蒸气、弱酸、弱碱等）环境下可长久使用。此测力计不仅应用在矿山实验中，而且在桥梁、边坡、基坑、隧道、大坝加固、地质灾害治理等工程领域中的相似模拟实验中都拥有广阔的应用空间，然而国内外现有的相似模拟测力计有着不能实现由定性到定量跨越及价格昂贵等缺点。该锚杆测力计不仅在各方面参数都能达到实验要求，实现了由定性到定量的跨越，且加工简单、成本低、可批量化生产，具有广阔的市场和利用前景。
同类课题研究水平概述
- 四十多年来，相似材料模拟实验的理论和技术日益成熟，国内外的科研机构在不断开发应用先进实验技术的同时，也在不断地对现有的实验装置、相似材料和测试技术进行改进： （1）近年来有多油缸均布加载技术和静态伺服液压系统采矿平面应力相似模拟实验装置、三维多主应力面加载实验架系统、大型真三轴加载地质力学模型试验系统、平立组合式模型架等。 （2）近年来主要采用了以下几类的模型材料：①以河沙为骨料，石膏和大白粉为粘结剂的相似材料；②以石蜡油或机油为粘结剂，重晶石粉、氧化锌、膨润土为填料，松香酒精为加强剂的材料；③以石膏和水或膨润土和水或水泥和石膏为粘结剂，重晶石为主要填料的材料。 （3）目前实验测量位移、变形方法有百分表法、全站仪法、读数显微镜法、摄影测量法、反射镜测量法、光纤光栅技术法、数字散斑相关法、微型多点位移计法等。实验测量应力、应变最广泛使用的是静态电阻应变测试技术。 可以看出，相似模拟试验测试设备技术较以往有了很大的改观，但矿山相似模拟实验中锚杆受力的测试问题仍未得到较好解决。目前已有的拱形测力计和塑料圆环测力计虽然它们能够解决一定问题，但是存在精确度低、灵敏度不高，重复利用次数少等不足之处。LY-12锚杆圆环测力计克服了以上测力计的缺点，能达到较好的测力效果，可做为采矿工程相似材料模拟实验一种常规测试手段，是该领域一项科技创新对相关领域的实验研究具有推动作用。
