[发明专利]锚杆拉拔力无损动力检测装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿井和隧道的锚杆拉拔力无损动力检测装置和方法。 

背景技术

锚杆被广泛应用于矿山、隧道围岩加固和支护中，以煤矿为例，我国煤矿巷道锚杆用量至少在5000万根以上，如何准确、全面地计算锚杆拉拔力是否满足设计要求，目前仍然是一个难题。事实上，对于现在的深部煤矿巷道，由于围岩高应力、围岩性质差异和地质构造的影响，同一巷道的锚杆拉拔力都存在极大的差异，少部分锚杆拉拔力达不到要求都将引起垮巷、冒顶等事故的发生。因此，在巷道施工和服务期间分别对在役锚杆进行拉拔力无损检测，及时掌握在役锚杆拉拔力变化情况，对于煤矿安全意义明显。

专利《一种锚杆极限承载力的无损检测方法》（CN1793897A）采用结构动测技术获取信息，采用智能信号分析技术对获取的信息进行处理，然后通过已训练好的神经网络智能识别系统进行预测锚杆极限承载力的检测方法；这种检测方法不能在井下直观读取拉拔力，且未考虑预应力对准确读取拉拔力的影响。专利《锚杆锚固极限力的无损动力检测装置与方法》（CN101082564A），在锚固于煤（岩）层锚杆锚索外露端上安装传感器连接装置，并在传感器连接装置上安装与智能动测仪相连的加速度传感器，通过对锚杆正端面施加击振力，使锚杆产生纵向振动，由加速度传感器采集此微振动加速度信号，传输给智能动测仪，智能动测仪将接收到的加速度信号转换成数字信号并存储，最后将所有采集到的数据输入到计算机进行运算处理，完成锚杆锚固极限力非破损检测；这种检测方法同样不能在井下直观读取拉拔力。目前对锚杆拉拔力检测主要是利用液压千斤顶进行拉拔试验来测定锚杆的拉拔力，这种检测手段是破损检测，被检测过的锚杆一般不能再用于支护顶板或两帮，因而只能在设计中作为设计参考，并不能达到评估某巷道锚杆锚固质量的目的，而且既费工又费时。对锚固质量进行检测时，采取只拉拔到设计锚固极限力的80%，若能达到设计锚固极限力的80%，则认为该根锚杆合格，尽管这样检测后的锚杆仍可复用，但仍对锚杆及其周围岩体产生较强的扰动，降低了锚杆对围岩的加固作用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种直接用于现役锚杆检测的锚杆拉拔力无损动力检测装置和方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：它包括锚杆，锚杆经锚固体固定在围岩上的锚杆孔内，锚杆外露端设有托板，托板经锁紧螺母固定在围岩上，锚杆的外露端设有连接套，速度传感器设置在连接套内，速度传感器经信号传输线连接信号采集分析仪；所述连接套的端部设有滑杆固接套，滑杆固接套连接滑杆，滑杆的尾部设有撞击座，滑杆上套装穿心锤。

本发明的检测步骤包括：1）、瞬态定值激振，穿心锤以对撞击座滑距H沿滑杆向下自由滑落，与滑杆尾部的撞击座发生弹性碰撞，从而在锚杆端部产生纵向拉应力波，引发预应力锚杆纵向振动；碰撞系数根据穿心锤碰撞后回弹高度来计算，回弹高度根据振动波形中两个激振应力波的时间差计算；2）、信号采集：速度传感器装配在螺纹连接套上，速度传感器采集穿心锤与撞击座发生弹性碰撞的振动速度信号，并将该信号经信号传输线发送至采集分析仪；3）、拉拔力计算：采集分析仪设有拉拔力计算模块，拉拔力计算模块对振动速度信号进行快速傅立叶变换得到信号功率谱，并利用极值定理确定预应力锚杆振动前的1～3阶频率，与该预应力锚杆的振动理论基频相比较，得到实测的预应力锚杆振动基频作为计算频率值f₀；然后综合由该锚杆振动速度信号直接提取的振动初速度和碰撞系数，由信号采集仪中的拉拔力计算模块计算该预应力锚杆拉拔力；拉应力波形的首波波峰峰值为A_d，由v₀=α×A_d确定预应力锚杆纵向激振后的振动初速度，其中α为速度传感器的灵敏度系数，t为波形上首波与回弹波的时间差，由公式h=gt²/8计算回弹高度，并由公式ε=h/H计算回弹系数；在综合确定f₀、v₀、ε后，点击采集分析仪上的“拉拔力计算”按键，由采集分析仪自动计算并显示锚杆拉拔力检测值。

本发明相比现有技术所产生的有益效果：