專利名稱：一種煤礦錨桿動力檢測可控激振裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種煤礦錨桿的檢測激振裝置和方法，尤其是適用于煤礦井下錨桿的無損動力檢測的一種煤礦錨桿動力檢測可控激振裝置和方法。
背景技術：
錨桿支護已成為煤礦巷道的主要支護形式。但由于煤礦巷道工程的特點、質地復雜、采動等因素影響，工程質量控制比較困難，工程質量問題經(jīng)常發(fā)生。實踐證明，要保證錨桿支護質量，對質量的檢測、評價是不可缺少的。目前的煤礦巷道錨桿支護檢測和檢測設備從功能上可分成兩大類頂板穩(wěn)定性監(jiān)測和受力檢測。對頂板穩(wěn)定性監(jiān)測主要采用頂板離層儀、多點位移計、位移收斂計等方法，事故預警往往不及時，時效性差，同時這些方法對頂板事故預警的準確率也低，往往因安裝原因造成頂板離層儀、多點位移計并不起作用。測力錨桿、拉拔計這兩種受力檢測手段只能進行點檢測，并不能實行面檢測，而利用液壓千斤頂進行拉拔試驗這種檢測手段不僅費工又費時，而且對巷道產(chǎn)生較強的擾動，降低了錨桿對圍巖的加固作用，僅限于個別抽查；對于扭矩拔手這種檢測手段，其對預應力檢測的準確率太低，只能作為輔助手段。因此，為了提高錨桿檢測的準確性、安全性及時效性，無損檢測技術將會是煤礦錨桿支護質量檢測的主要手段和發(fā)展方向。在錨桿無損動力檢測方法方面， 聲波法是工程界目前普遍采用的錨桿錨固質量無損檢測方法。聲波法檢測錨桿長度的理論依據(jù)是波在桿中傳播的運動學特性(反射回波的雙程時間)。具體做法是在錨桿頂端施加一瞬態(tài)激振力，由布設在錨桿頂端的一個傳感器接收反射信號，通過對所接收的反射信號進行時域、頻域分析，以獲得錨桿的有效錨固長度、振動頻率等參數(shù)，并據(jù)此對錨桿的錨固質量進行評價。研究表明，在低頻時，宜采用40KHz頻率進行檢測；在高頻率時，2MHz是一個比較理想的激振頻率。但是針對煤礦特殊而復雜的條件，如何產(chǎn)生適合于動力檢測的頻率是一個嚴重的問題。高頻率振動的擊發(fā)必須采用專門的振動發(fā)生設備，在煤礦井下必須防爆的問題難以解決，而且高頻信號在巖體中衰減嚴重，很難捕捉到清晰的回波信號。而低頻振動目前主要是采用手動敲擊，在錨桿端面不平整時無法產(chǎn)生沿著錨桿桿體傳播的有效振動信號，而且手動敲擊無法對能量和激振頻率控制。

發(fā)明內容
為了解決煤礦井下錨桿動力檢測的激振不可控性，本發(fā)明提供了一種煤礦錨桿動力檢測可控激振裝置和方法，為煤礦井下錨桿錨固質量無損動力檢測提供一種可控、可調的機械式檢測方法，及一種結構簡單，操作方便，激振效果好的激振裝置。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種煤礦錨桿動力檢測可控激振裝置，該裝置包括基座、激振頭、固定桿、撞桿、彈簧片一、擋片、彈簧片二、撞擊柄、調節(jié)螺母、 調節(jié)套主傳感器；該激振裝置有一個圓管形的基座；該基座內側壁開有螺紋；該基座的一端與錨桿的外端部旋轉固定連接；該基座的另一端面固定安裝有傳感器和多根軸向的固定桿；所述傳感器與檢測儀連接；所述固定桿上順序間隔安裝有與基座平行的彈簧片一、擋
3板和彈簧片二 ；所述彈簧片一、擋板和彈簧片二的中心同軸安裝有圓管形的調節(jié)套；所述擋板的中心為一通孔，該通孔的直徑大于調節(jié)套的直徑，使調節(jié)套能夠自如活動；所述調節(jié)套中間旋轉連接有長圓桿形螺紋撞桿；所述撞桿的一端固定連接有圓錐狀的激振頭，另一端順序安裝有調節(jié)螺母和撞擊柄，旋轉螺紋撞桿及調節(jié)螺母，調整激振頭與錨桿端面的距離，使激振頭的尖端與錨桿的外端面相接觸，保證每一根錨桿起振時初始狀態(tài)是一樣的，避免了錨桿外露段差異所引起的信號誤差。一種煤礦錨桿動力檢測可控激振方法用手向外拉拽撞擊柄，使彈簧片一和彈簧片二至擋板的最大控制位置后迅速松開，激振頭將在錨桿的端面中心施加一個脈沖力，使錨桿的桿體中產(chǎn)生縱向傳播的彈性波，即完成一次激振過程，傳感器將檢測到的脈沖波傳輸給檢測儀。本方法所能激發(fā)的頻率范圍為5KHz 40KHz。上述一種煤礦錨桿動力檢測可控激振裝置和方法，采用雙彈片設計，有效降低了激振頭的切向振動，避免在錨桿桿體中產(chǎn)生干擾的剪切彈性波；所述固定桿的個數(shù)為3個以上；所述傳感器為壓阻式加速度傳感器；激振頭采用圓錐狀設計，使其與錨桿實現(xiàn)點接觸，有效避免了因錨桿外端面不平而產(chǎn)生的信號不準的情況；激振頭的材質和質量可進行選擇，根據(jù)動力檢測的不同要求可通過更換激振頭來使錨桿桿體中激發(fā)不同頻率的彈性波；彈簧片一、彈簧片二和擋板之間的距離可以通過更換不同長度的調節(jié)套來變化，以產(chǎn)生不同能量的彈性波，所激發(fā)的彈性波能量是可控制的，保證每次激發(fā)的信號的一致性，減少了隨機誤差。本發(fā)明的有益效果是該一種煤礦錨桿動力檢測可控激振裝置和方法是采用純機械裝置，無需額外動力，符合煤礦井下安全要求，能完全滿足井下錨桿動力檢測的要求；且本方法是可調、可控的，保證每次擊發(fā)點和擊發(fā)能量的一致性，本發(fā)明為煤礦特殊環(huán)境條件下的錨桿長度及支護質量等動力檢測提供了一種簡單、安全、有效的方法。


下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。附圖1為該一種煤礦錨桿動力檢測可控激振裝置的結構示意圖。圖中，1.錨桿，2.基座，3.激振頭，4.固定桿，5.撞桿，6.彈簧片一，7.擋片，8.彈簧片二，9.撞擊柄，10.調節(jié)螺母，11.調節(jié)套，12.傳感器，13.檢測儀。
具體實施例方式在附圖1中，一種煤礦錨桿動力檢測可控激振裝置，該裝置包括基座2、激振頭3、 固定桿4、撞桿5、彈簧片一 6、擋片7、彈簧片二 8、撞擊柄9、調節(jié)螺母10、調節(jié)套11和傳感器12 ；該激振裝置有一個圓管形的基座2 ；該基座2內側壁開有螺紋；該基座2的一端與錨桿1的外端部旋轉固定連接；該基座2的另一端面固定安裝有傳感器12和多根軸向的固定桿4 ；所述傳感器12與檢測儀13連接；所述固定桿4上順序間隔安裝有與基座平行的彈簧片一 6、擋板7和彈簧片二 8 ；所述彈簧片一 6、擋板7和彈簧片二 8的中心同軸安裝有圓管形的調節(jié)套11 ；所述擋板7的中心為一通孔，該通孔的直徑大于調節(jié)套11的直徑，使調節(jié)套11能夠自如活動；所述調節(jié)套11中間旋轉連接有長圓桿形螺紋撞桿5 ；所述撞桿5的一端固定連接有圓錐狀的激振頭3，另一端順序安裝有調節(jié)螺母10和撞擊柄9，旋轉螺紋撞桿 5及調節(jié)螺母10，調整激振頭3與錨桿1端面的距離，使激振頭3的尖端與錨桿1的外端面相接觸，保證每一根錨桿起振時初始狀態(tài)是一樣的，避免了錨桿外露段差異所引起的信號誤差。一種煤礦錨桿動力檢測可控激振方法為用手向外拉拽撞擊柄9，使彈簧片一 6和彈簧片二 8至擋板7的最大控制位置后迅速松開，激振頭3將在錨桿1的端面中心施加一個脈沖力，使錨桿1的桿體中產(chǎn)生縱向傳播的彈性波，即完成一次激振過程，傳感器12將檢測到的脈沖波傳輸給檢測儀13。本方法所能激發(fā)的頻率范圍為5KHz 40KHz。上述一種煤礦錨桿動力檢測可控激振裝置和方法，采用雙彈片設計，有效降低了激振頭3的切向振動，避免在錨桿1桿體中產(chǎn)生干擾的剪切彈性波；所述固定桿4的個數(shù)為 3個以上；所述傳感器12為壓阻式加速度傳感器；激振頭3采用圓錐狀設計，使其與錨桿1 實現(xiàn)點接觸，有效避免了因錨桿1外端面不平而產(chǎn)生的信號不準的情況；激振頭3的材質和質量可進行選擇，根據(jù)動力檢測的不同要求可通過更換激振頭3來使錨桿1桿體中激發(fā)不同頻率的彈性波；彈簧片一 6、彈簧片二 8和擋板7之間的距離可以通過更換不同長度的調節(jié)套11來變化，以產(chǎn)生不同能量的彈性波，所激發(fā)的彈性波能量是可控制的，保證每次激發(fā)的信號的一致性，減少了隨機誤差。彈簧片一 6和彈簧片二 8所能提供的能量大小是通過擋板7來進行控制的，彈簧片一 6能拉伸的最大位置為其與擋板7之間的距離，以保證每次激振的能量都保持一致。具體檢測步驟為(1)將傳感器12用銷釘連接在基座2上，傳感器12和基座2的連接面上用502膠水粘結；(2)根據(jù)所需要的激振頻率選擇合適的激振頭3安裝在撞桿5上，在本實例中選擇淬火后的純鋼激振頭，與錨桿1撞擊后擊發(fā)的彈性波頻率約為20KHz ；(3)將基座2安裝在錨桿1外露端頭上，并用扳手擰緊，然后調節(jié)撞桿5前伸長度， 使激振頭3與錨桿1剛好接觸；(4)將傳感器12與檢測儀器13連接上，用手拉拽撞桿12的外伸端至擋板7控制位置后迅速松開，激振頭3將在錨桿1中心施加一個脈沖力使錨桿1桿體中產(chǎn)生縱向傳播的彈性波，即完成一次激振過程；(5)重復步驟(4)可進行多次信號采集。本實例僅為說明本發(fā)明的一般使用方法，具體使用時要根據(jù)需要選擇不同的激振頭3和不同強度的彈簧片來獲得不同頻率、能量的振波。
權利要求
1.一種煤礦錨桿動力檢測可控激振裝置，包括基座O)、激振頭(3)、固定桿、撞桿(5)、彈簧片一(6)、擋片(7)、彈簧片二(8)、撞擊柄(9)、調節(jié)螺母(10)、調節(jié)套(11)和傳感器(1 ；該激振裝置有一個圓管形的基座0)，該基座O)的內側壁開有螺紋；該基座 (2)的一端與錨桿(1)的外端部旋轉固定連接；該基座O)的另一端面固定安裝有傳感器 (12)和多根軸向的固定桿(4)；所述傳感器(12)與檢測儀(13)連接；其特征是所述固定桿(4)上順序間隔安裝有與基座平行的彈簧片一(6)、擋板(7)和彈簧片二(8)；所述彈簧片一(6)、擋板(7)和彈簧片二(8)的中心同軸安裝有圓管形的調節(jié)套(11)；所述擋板(7) 的中心為一通孔，該通孔的直徑大于調節(jié)套(11)的直徑；所述調節(jié)套(11)中間旋轉連接有長圓桿形螺紋撞桿(5)；所述撞桿(5)的一端固定連接有圓錐狀的激振頭(3)，另一端順序安裝有調節(jié)螺母(10)和撞擊柄(9)。
2.根據(jù)權利要求1所述一種煤礦錨桿動力檢測可控激振裝置，其特征是所述固定桿 ⑷的個數(shù)為3個以上。
3.根據(jù)權利要求1所述一種煤礦錨桿動力檢測可控激振裝置，其特征是所述傳感器 (12)為壓阻式加速度傳感器。
4.根據(jù)權利要求1所述一種煤礦錨桿動力檢測可控激振裝置，其特征是該裝置采用雙彈片設計，有效降低了激振頭C3)的切向振動，避免在錨桿(1)桿體中產(chǎn)生干擾的剪切彈性波。
5.根據(jù)權利要求1所述一種煤礦錨桿動力檢測可控激振裝置，其特征是彈簧片一(6) 和彈簧片二(8)所能提供的能量大小是通過擋板(7)來進行控制的，彈簧片一(6)能拉伸的最大位置為其與擋板(7)之間的距離，以保證每次激振的能量都保持一致。
6.根據(jù)權利要求1所述一種煤礦錨桿動力檢測可控激振裝置，其特征是激振頭(3) 的材質和質量可進行選擇，根據(jù)動力檢測的不同要求可通過更換激振頭C3)來使錨桿(1) 桿體中激發(fā)不同頻率的彈性波。
7.根據(jù)權利要求1所述一種煤礦錨桿動力檢測可控激振裝置，其特征是彈簧片一(6)、彈簧片二(8)和擋板(7)之間的距離可以通過更換不同長度的調節(jié)套(11)來變化，以產(chǎn)生不同能量的彈性波，所激發(fā)的彈性波能量是可控制的，保證每次激發(fā)的信號的一致性， 減少了隨機誤差。
8.一種煤礦錨桿動力檢測可控激振方法，其特征是用手向外拉拽撞擊柄(9)，使彈簧片一(6)和彈簧二(8)至擋板(7)的最大控制位置后迅速松開，激振頭C3)將在錨桿(1) 的端面中心施加一個脈沖力，使錨桿(1)的桿體中產(chǎn)生縱向傳播的彈性波，即完成一次激振過程。
9.根據(jù)權利要求8所述一種煤礦錨桿動力檢測可控激振方法，其特征是本方法所能激發(fā)的頻率范圍為5KHz 40KHz。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤礦錨桿動力檢測可控激振裝置和方法，該裝置的基座一端與錨桿旋轉固定連接，另一端面固定安裝有傳感器和多根固定桿，所述傳感器與檢測儀連接；所述固定桿上順序間隔安裝有彈簧片一、擋板和彈簧片二；彈簧片一、擋板和彈簧片二的中間安裝有調節(jié)套；調節(jié)套中間旋轉連接有形螺紋撞桿，撞桿的一端固定連接有圓錐狀的激振頭，另一端順序安裝有調節(jié)螺母和撞擊柄，用手向外拉拽撞擊柄，使彈簧片至擋板的最大控制位置后迅速松開，激振頭將在錨桿的中心施加一個脈沖力，使錨桿的桿體中產(chǎn)生縱向傳播的彈性波，即完成一次激振過程，本發(fā)明為煤礦特殊環(huán)境條件下的錨桿長度及支護質量等動力檢測提供了一種簡單安全、有效的激振方法。
文檔編號G01N29/34GK102156170SQ20111006260
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權日2011年3月16日
發(fā)明者吳宇, 姚邦華, 李強, 李明, 茅獻彪 申請人:江蘇中礦立興能源科技有限公司