專利名稱：一種煤礦非全長粘結(jié)錨桿長度無損檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煤礦錨桿長度的檢測方法，尤其是一種煤礦井下非全長粘結(jié)錨桿長度無損檢測方法。
背景技術(shù)：
隨著我國煤巷錨桿支護(hù)理論及設(shè)計(jì)方法的不斷完善，新的支護(hù)材料和支護(hù)器具不斷研制成功并投入使用，煤巷錨桿支護(hù)以其成熟的技術(shù)、優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性已成為煤礦巷道支護(hù)的一種重要支護(hù)形式。目前全國煤礦全年巷道總進(jìn)尺在10000公里以上，大型煤礦錨桿支護(hù)率在70%以上，年使用超過8000萬根錨桿。近年來隨著煤巷錨桿支護(hù)巷道由準(zhǔn)備巷道發(fā)展到回采巷道；由實(shí)體到沿空；由小斷面到大斷面；由簡單條件到復(fù)雜條件，應(yīng)用越來越廣泛。但由于煤礦巷道工程的特點(diǎn)、地質(zhì)復(fù)雜、采動(dòng)等因素影響，工程質(zhì)量控制比較困難，工程質(zhì)量問題經(jīng)常發(fā)生。因此，如何保證和提高錨桿支護(hù)工程質(zhì)量，仍是煤礦巷道支護(hù)亟待解決的問題。據(jù)一些礦區(qū)的不完全統(tǒng)計(jì)，錨桿支護(hù)巷道中年維修量均在20%以上。錨桿支護(hù)巷道經(jīng)常出現(xiàn)開裂、脫落和破壞現(xiàn)象，甚至發(fā)生頂板冒落等質(zhì)量事故。產(chǎn)生這些問題的原因是多方面的，工程質(zhì)量差，不符合設(shè)計(jì)和工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求是主要原因。有的施工人員為追求進(jìn)度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，擅自縮短錨桿長度，使其達(dá)不到設(shè)計(jì)承載強(qiáng)度。實(shí)踐證明，要保證錨桿支護(hù)質(zhì)量，對質(zhì)量的檢測、評(píng)價(jià)是不可缺少的。目前，對錨桿長度的檢測方法主要有拉拔實(shí)驗(yàn)、取巖芯法、導(dǎo)波法、超聲波法等。拉拔實(shí)驗(yàn)和取巖芯法屬于破壞性檢測方法，是將已錨固的錨桿從巖層中取出來觀察錨桿的錨固長度等。這一類方法對巷道本身的穩(wěn)定性具有破壞作用，而且使用起來費(fèi)時(shí)費(fèi)力，抽檢的樣本數(shù)十分有限，無法成為常規(guī)的檢測手段。導(dǎo)波法和超聲波法屬于無損檢測領(lǐng)域。導(dǎo)波法每次檢測之前必須分析錨桿及周圍介質(zhì)具體力學(xué)參數(shù)，然后根據(jù)錨桿及周圍介質(zhì)力學(xué)參數(shù)計(jì)算被測錨桿結(jié)構(gòu)的頻散曲線。由于實(shí)際工程中錨桿工作環(huán)境較為復(fù)雜，周圍介質(zhì)的具體參數(shù)很難確定，并且采用此方法每次測量之前都要花費(fèi)一定的時(shí)間計(jì)算結(jié)構(gòu)的頻散曲線，因此嚴(yán)重影響檢測工作的速度。超聲波法由于是采用高頻波，需要配超聲波發(fā)生器，且超聲波在測試中衰減大，反射信號(hào)弱，信息識(shí)別困難，無法適用于煤礦井下特殊而復(fù)雜的環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)的煤礦井下錨桿長度檢測中遇到的問題，本發(fā)明提出了一種煤礦非全長粘結(jié)錨桿長度無損檢測方法，該檢測方法方便、快捷，準(zhǔn)確可靠，并可實(shí)現(xiàn)無損檢測，保證了巷道的安全和質(zhì)量。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種煤礦非全長粘結(jié)錨桿長度無損檢測方法，其檢測步驟為在錨桿外露端旋轉(zhuǎn)連接帶有傳感器的激振裝置，并將傳感器與檢測儀相連接；通過激振裝置在錨桿端面激發(fā)，使錨桿桿體內(nèi)產(chǎn)生縱向振動(dòng)的彈性波；彈性波沿著錨桿桿體縱向傳播至自由段與錨固段界面時(shí)，一部分彈性波被反射，而另一部分彈性波則透射進(jìn)入錨固段內(nèi)繼續(xù)傳播；進(jìn)入錨固段內(nèi)的彈性波在錨固體與煤體的界面上再次發(fā)生反射；傳感器接收到先后兩次的反射信號(hào)后，根據(jù)反射波與首波的相位差對有效信號(hào)中自由段反射時(shí)間和全長反射時(shí)間進(jìn)行智能識(shí)別，通過計(jì)算反射的時(shí)間差以及彈性波在錨桿桿體和錨固段中的不同傳播速度分別計(jì)算出錨桿的自由段長和全長，進(jìn)而計(jì)算出錨桿的錨固段長度，并由實(shí)時(shí)圖形化顯示所檢測錨桿各部分長度；連續(xù)多次激發(fā)激振裝置，采集并存儲(chǔ)每次觸發(fā)的振動(dòng)信號(hào)，對采集到的多個(gè)信號(hào)首先進(jìn)行歸一化疊加，消除部分干擾信號(hào)， 然后利用所建立的數(shù)學(xué)模型對疊加后的信號(hào)進(jìn)行去噪處理，提取錨桿自由段和全長的有效反射信號(hào)。實(shí)現(xiàn)一種煤礦非全長粘結(jié)錨桿長度無損檢測方法的裝置，包括激振裝置和檢測儀；所述激振裝置有一內(nèi)側(cè)壁開有螺紋的圓管形底座；所述激振裝置的一端與錨桿外露端旋轉(zhuǎn)連接，另一端上安裝有壓阻式加速度傳感器和可控式激振頭；所述傳感器通過導(dǎo)線與檢測儀連接。每次檢測要連續(xù)進(jìn)行5到10次擊振。歸一化疊加后的信號(hào)通過濾波分析去噪后提取出頻率范圍在15KHz 40KHz的有效信號(hào)進(jìn)行反射時(shí)間點(diǎn)的識(shí)別。根據(jù)不同的圍巖條件彈性波在錨桿的自由段速度為5000m/s 5300m/s，而在錨固段的傳播速度為4200m/s 4500m/s。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用機(jī)械式激振，無需額外的激振動(dòng)力，而且將各個(gè)模塊集成在手持式儀器中，符合煤礦安全標(biāo)準(zhǔn)，適合于在煤礦井下特殊復(fù)雜條件下進(jìn)行檢測。同時(shí)本發(fā)明在進(jìn)行檢測時(shí)由儀器自動(dòng)對檢測結(jié)果進(jìn)行識(shí)別并顯示，無需人工二次處理， 操作使用方便、快捷，易于攜帶，效果好，具有廣泛的實(shí)用性。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。附圖1為一種煤礦非全長粘結(jié)錨桿長度無損檢測方法的檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為本發(fā)明的檢測系統(tǒng)方框流程圖。附圖3為本發(fā)明的檢測波形圖。圖中，1.煤體，2.錨固體，3.錨固段，4.自由段，5.錨桿，6.激振裝置，7.檢測儀。
具體實(shí)施例方式在附圖中，一種煤礦非全長粘結(jié)錨桿長度無損檢測方法，其檢測步驟為在錨桿5 外露端旋轉(zhuǎn)連接帶有傳感器的激振裝置6，并將傳感器與檢測儀7相連接；通過激振裝置6 在錨桿5端面激發(fā)，使錨桿5桿體內(nèi)產(chǎn)生縱向振動(dòng)的彈性波；彈性波沿著錨桿5桿體縱向傳播至自由段4與錨固段3界面時(shí)，一部分彈性波被反射，而另一部分彈性波則透射進(jìn)入錨固段3內(nèi)繼續(xù)傳播；進(jìn)入錨固段3內(nèi)的彈性波在錨固體2與煤體1的界面上再次發(fā)生反射 ’傳感器接收到先后兩次的反射信號(hào)后，根據(jù)反射波與首波的相位差對有效信號(hào)中自由段4反射時(shí)間和全長反射時(shí)間進(jìn)行智能識(shí)別，通過計(jì)算反射的時(shí)間差以及彈性波在錨桿5桿體和錨固段3中的不同傳播速度分別計(jì)算出錨桿5的自由段4長和全長，進(jìn)而計(jì)算出錨桿5的錨固段3長度，并由實(shí)時(shí)圖形化顯示所檢測錨桿5各部分長度；連續(xù)多次激發(fā)激振裝置6，采集并存儲(chǔ)每次觸發(fā)的振動(dòng)信號(hào)，對采集到的多個(gè)信號(hào)首先進(jìn)行歸一化疊加，消除部分干擾信號(hào)，然后利用所建立的數(shù)學(xué)模型對疊加后的信號(hào)進(jìn)行去噪處理，提取錨桿5的自由段4 和全長的有效反射信號(hào)。在附圖1中，實(shí)現(xiàn)一種煤礦非全長粘結(jié)錨桿長度無損檢測方法的裝置，包括激振裝置6和檢測儀7 ；所述激振裝置6有一內(nèi)側(cè)壁開有螺紋的圓管形底座；所述激振裝置6的一端與錨桿5外露端旋轉(zhuǎn)連接，另一端上安裝有壓阻式加速度傳感器和可控式激振頭；所述傳感器通過導(dǎo)線與檢測儀7連接。在附圖3中，圖形化顯示了錨桿5的自由段4和全長所對應(yīng)的彈性波的反射時(shí)間， 以及自由段4和錨固段3的長度，由此可得出錨桿5的全長，并由結(jié)果分析出井下錨桿的錨
固質(zhì)量。每次檢測要連續(xù)進(jìn)行5到10次擊振。歸一化疊加后的信號(hào)通過濾波分析去噪后提取出頻率范圍在15KHz 40KHz的有效信號(hào)進(jìn)行反射時(shí)間點(diǎn)的識(shí)別。根據(jù)不同的圍巖條件彈性波在錨桿的自由段4速度為5000m/s 5300m/s，而在錨固段3的傳播速度為4200m/s 4500m/s。實(shí)施例以下以錨桿5長度為2200mm，直徑為22mm的螺紋鋼為例，采用兩卷Z2535型中速樹脂藥卷錨固，進(jìn)行錨桿5的無損檢測。具體檢測流程如圖1、圖2所示1.將附圖1中帶有傳感器的激振裝置6與錨桿5的外露端旋緊連接，通過連接線將傳感器與檢測儀7連接起來；2.按下檢測儀7上的采集鍵，通過激振裝置6手動(dòng)激振錨桿5外端面5次；檢測儀7將采集5次信號(hào)并進(jìn)行歸一化疊加；3.檢測儀7中的數(shù)據(jù)處理模塊對疊加后的信號(hào)通過濾波去噪后，提取出有效的反射信號(hào)；4.檢測儀7中的智能識(shí)別模塊通過反射信號(hào)和原始信號(hào)之間的相位差識(shí)別出各段的反射時(shí)間，并根據(jù)彈性波在不同段上的傳播速度計(jì)算出錨桿5各段的長度；5.檢測儀7中的結(jié)果顯示模塊將錨桿5長度檢測的結(jié)果實(shí)時(shí)圖形化顯示。本實(shí)例中檢測結(jié)果如附圖3所示，自由段4長1577mm，錨固段3長603mm，錨桿5 全長L = 603mm+1577mm = 2180mm,與錨桿5的固有長度2200mm相比較，誤差僅為0. 99 %， 準(zhǔn)確率較高。
權(quán)利要求
1.一種煤礦非全長粘結(jié)錨桿長度無損檢測方法，其特征是檢測步驟為在錨桿(5)外露段連接帶有傳感器的激振裝置(6)，并將傳感器與錨桿(5)的無損檢測儀(7)相連接；通過激振裝置(6)在錨桿( 端面激發(fā)，使錨桿( 桿體內(nèi)產(chǎn)生縱向振動(dòng)的彈性波；彈性波沿著錨桿( 桿體縱向傳播至自由段(4)與錨固段C3)界面時(shí)，一部分彈性波被反射，而另一部分彈性波則透射進(jìn)入錨固段(3)內(nèi)繼續(xù)傳播；進(jìn)入錨固段(3)內(nèi)的彈性波在錨固體(2) 與煤體(1)的界面上再次發(fā)生反射；傳感器接收到先后兩次的反射信號(hào)后，根據(jù)反射波與首波的相位差對有效信號(hào)中自由段(4)反射時(shí)間和全長反射時(shí)間進(jìn)行智能識(shí)別，通過計(jì)算反射的時(shí)間差以及彈性波在錨桿( 桿體和錨固段C3)中的不同傳播速度分別計(jì)算出錨桿 (5)的自由段⑷長和全長，進(jìn)而計(jì)算出錨桿(5)的錨固段(3)長度，并由實(shí)時(shí)圖形化顯示所檢測錨桿( 各部分長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種煤礦非全長粘結(jié)錨桿長度無損檢測方法，其特征是實(shí)現(xiàn)該無損檢測方法的裝置，包括激振裝置(6)和檢測儀(7)；所述激振裝置(6)有一內(nèi)側(cè)壁開有螺紋的圓管形底座；所述激振裝置(6)的一端與錨桿( 外露端旋轉(zhuǎn)連接，另一端上安裝有壓阻式加速度傳感器和可控式激振頭；所述傳感器通過導(dǎo)線與檢測儀(7)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種煤礦非全長粘結(jié)錨桿長度無損檢測方法，其特征是連續(xù)多次激發(fā)激振裝置(6)，采集并存儲(chǔ)每次觸發(fā)的振動(dòng)信號(hào)，對采集到的多個(gè)信號(hào)首先進(jìn)行歸一化疊加，消除部分干擾信號(hào)，然后利用所建立的數(shù)學(xué)模型對疊加后的信號(hào)進(jìn)行去噪處理， 提取錨桿(5)的自由段(4)和全長的有效反射信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種煤礦非全長粘結(jié)錨桿長度無損檢測方法，其特征是每次檢測要連續(xù)進(jìn)行5到10次激振。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種煤礦非全長粘結(jié)錨桿長度無損檢測方法，其特征是歸一化疊加后的信號(hào)通過濾波分析去噪后提取出頻率范圍在15KHz 40KHz的有效信號(hào)進(jìn)行反射時(shí)間點(diǎn)的識(shí)別。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種煤礦非全長粘結(jié)錨桿長度無損檢測方法，其特征是根據(jù)不同的圍巖條件彈性波在錨桿(5)的自由段(4)速度為5000m/s 5300m/s，而在錨固段 (3)的傳播速度為4200m/s 4500m/s。
全文摘要
一種煤礦非全長粘結(jié)錨桿長度無損檢測方法，首先在錨桿外露段連接激振裝置，將固定于其上的傳感器與檢測儀相連接；然后通過激振裝置在錨桿端面連續(xù)多次激發(fā)，使錨桿桿體內(nèi)產(chǎn)生縱向振動(dòng)的彈性波。彈性波沿著錨桿桿體縱向傳播至自由段與錨固段界面和錨固段與煤體的界面時(shí)，一部分彈性波被反射并經(jīng)由原路徑返回，傳感器接收到兩次的反射信號(hào)后根據(jù)反射波與首波的相位差可得到自由段反射時(shí)間和全長反射時(shí)間，并根據(jù)彈性波在桿體和錨固段中的不同傳播速度可分別計(jì)算出錨桿的自由段長和全長，進(jìn)而計(jì)算出錨桿的錨固段長度。本發(fā)明采用機(jī)械式激振，無需額外的激振動(dòng)力，而且將各個(gè)模塊集成在手持式儀器中，符合煤礦安全標(biāo)準(zhǔn)，適合于在煤礦特殊復(fù)雜條件下進(jìn)行錨桿無損檢測。
文檔編號(hào)G01S15/36GK102175195SQ20111006260
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者卜萬奎, 吳宇, 李強(qiáng), 茅獻(xiàn)彪 申請人:江蘇中礦立興能源科技有限公司