[發(fā)明專利]錨桿拉拔力無損動力檢測裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110187038.0
• 申請日: 2011-07-06
• 公開（公告）號: CN102279135A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李青鋒;李樹清
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南科技大學(xué)
• 主分類號: G01N3/303
• 分類號: G01N3/303;G01L5/00
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務(wù)所 43108
• 代理人: 顏昌偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種礦井和隧道的錨桿拉拔力無損動力檢測裝置和方法。?

背景技術(shù)

錨桿被廣泛應(yīng)用于礦山、隧道圍巖加固和支護(hù)中，以煤礦為例，我國煤礦巷道錨桿用量至少在5000萬根以上，如何準(zhǔn)確、全面地計算錨桿拉拔力是否滿足設(shè)計要求，目前仍然是一個難題。事實上，對于現(xiàn)在的深部煤礦巷道，由于圍巖高應(yīng)力、圍巖性質(zhì)差異和地質(zhì)構(gòu)造的影響，同一巷道的錨桿拉拔力都存在極大的差異，少部分錨桿拉拔力達(dá)不到要求都將引起垮巷、冒頂?shù)仁鹿实陌l(fā)生。因此，在巷道施工和服務(wù)期間分別對在役錨桿進(jìn)行拉拔力無損檢測，及時掌握在役錨桿拉拔力變化情況，對于煤礦安全意義明顯。

專利《一種錨桿極限承載力的無損檢測方法》（CN1793897A）采用結(jié)構(gòu)動測技術(shù)獲取信息，采用智能信號分析技術(shù)對獲取的信息進(jìn)行處理，然后通過已訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能識別系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測錨桿極限承載力的檢測方法；這種檢測方法不能在井下直觀讀取拉拔力，且未考慮預(yù)應(yīng)力對準(zhǔn)確讀取拉拔力的影響。專利《錨桿錨固極限力的無損動力檢測裝置與方法》（CN101082564A），在錨固于煤（巖）層錨桿錨索外露端上安裝傳感器連接裝置，并在傳感器連接裝置上安裝與智能動測儀相連的加速度傳感器，通過對錨桿正端面施加擊振力，使錨桿產(chǎn)生縱向振動，由加速度傳感器采集此微振動加速度信號，傳輸給智能動測儀，智能動測儀將接收到的加速度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并存儲，最后將所有采集到的數(shù)據(jù)輸入到計算機(jī)進(jìn)行運算處理，完成錨桿錨固極限力非破損檢測；這種檢測方法同樣不能在井下直觀讀取拉拔力。目前對錨桿拉拔力檢測主要是利用液壓千斤頂進(jìn)行拉拔試驗來測定錨桿的拉拔力，這種檢測手段是破損檢測，被檢測過的錨桿一般不能再用于支護(hù)頂板或兩幫，因而只能在設(shè)計中作為設(shè)計參考，并不能達(dá)到評估某巷道錨桿錨固質(zhì)量的目的，而且既費工又費時。對錨固質(zhì)量進(jìn)行檢測時，采取只拉拔到設(shè)計錨固極限力的80%，若能達(dá)到設(shè)計錨固極限力的80%，則認(rèn)為該根錨桿合格，盡管這樣檢測后的錨桿仍可復(fù)用，但仍對錨桿及其周圍巖體產(chǎn)生較強(qiáng)的擾動，降低了錨桿對圍巖的加固作用。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種直接用于現(xiàn)役錨桿檢測的錨桿拉拔力無損動力檢測裝置和方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：它包括錨桿，錨桿經(jīng)錨固體固定在圍巖上的錨桿孔內(nèi)，錨桿外露端設(shè)有托板，托板經(jīng)鎖緊螺母固定在圍巖上，錨桿的外露端設(shè)有連接套，速度傳感器設(shè)置在連接套內(nèi)，速度傳感器經(jīng)信號傳輸線連接信號采集分析儀；所述連接套的端部設(shè)有滑桿固接套，滑桿固接套連接滑桿，滑桿的尾部設(shè)有撞擊座，滑桿上套裝穿心錘。

本發(fā)明的檢測步驟包括：1）、瞬態(tài)定值激振，穿心錘以對撞擊座滑距H沿滑桿向下自由滑落，與滑桿尾部的撞擊座發(fā)生彈性碰撞，從而在錨桿端部產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力波，引發(fā)預(yù)應(yīng)力錨桿縱向振動；碰撞系數(shù)根據(jù)穿心錘碰撞后回彈高度來計算，回彈高度根據(jù)振動波形中兩個激振應(yīng)力波的時間差計算；2）、信號采集：速度傳感器裝配在螺紋連接套上，速度傳感器采集穿心錘與撞擊座發(fā)生彈性碰撞的振動速度信號，并將該信號經(jīng)信號傳輸線發(fā)送至采集分析儀；3）、拉拔力計算：采集分析儀設(shè)有拉拔力計算模塊，拉拔力計算模塊對振動速度信號進(jìn)行快速傅立葉變換得到信號功率譜，并利用極值定理確定預(yù)應(yīng)力錨桿振動前的1～3階頻率，與該預(yù)應(yīng)力錨桿的振動理論基頻相比較，得到實測的預(yù)應(yīng)力錨桿振動基頻作為計算頻率值f₀；然后綜合由該錨桿振動速度信號直接提取的振動初速度和碰撞系數(shù)，由信號采集儀中的拉拔力計算模塊計算該預(yù)應(yīng)力錨桿拉拔力；拉應(yīng)力波形的首波波峰峰值為A_d，由v₀=α×A_d確定預(yù)應(yīng)力錨桿縱向激振后的振動初速度，其中α為速度傳感器的靈敏度系數(shù)，t為波形上首波與回彈波的時間差，由公式h=gt²/8計算回彈高度，并由公式ε=h/H計算回彈系數(shù)；在綜合確定f₀、v₀、ε后，點擊采集分析儀上的“拉拔力計算”按鍵，由采集分析儀自動計算并顯示錨桿拉拔力檢測值。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)所產(chǎn)生的有益效果：