一種煤礦非全長粘結錨杆長度無損檢測方法

2023-04-23 11:35:31 1

專利名稱：一種煤礦非全長粘結錨杆長度無損檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種煤礦錨杆長度的檢測方法，尤其是一種煤礦井下非全長粘結錨杆長度無損檢測方法。
背景技術：
隨著我國煤巷錨杆支護理論及設計方法的不斷完善，新的支護材料和支護器具不斷研製成功並投入使用，煤巷錨杆支護以其成熟的技術、優越的經濟性已成為煤礦巷道支護的一種重要支護形式。目前全國煤礦全年巷道總進尺在10000公裡以上，大型煤礦錨杆支護率在70%以上，年使用超過8000萬根錨杆。近年來隨著煤巷錨杆支護巷道由準備巷道發展到回採巷道；由實體到沿空；由小斷面到大斷面；由簡單條件到複雜條件，應用越來越廣泛。但由於煤礦巷道工程的特點、地質複雜、採動等因素影響，工程質量控制比較困難，工程質量問題經常發生。因此，如何保證和提高錨杆支護工程質量，仍是煤礦巷道支護亟待解決的問題。據一些礦區的不完全統計，錨杆支護巷道中年維修量均在20%以上。錨杆支護巷道經常出現開裂、脫落和破壞現象，甚至發生頂板冒落等質量事故。產生這些問題的原因是多方面的，工程質量差，不符合設計和工程質量標準的要求是主要原因。有的施工人員為追求進度，降低勞動強度，擅自縮短錨杆長度，使其達不到設計承載強度。實踐證明，要保證錨杆支護質量，對質量的檢測、評價是不可缺少的。目前，對錨杆長度的檢測方法主要有拉拔實驗、取巖芯法、導波法、超聲波法等。拉拔實驗和取巖芯法屬於破壞性檢測方法，是將已錨固的錨杆從巖層中取出來觀察錨杆的錨固長度等。這一類方法對巷道本身的穩定性具有破壞作用，而且使用起來費時費力，抽檢的樣本數十分有限，無法成為常規的檢測手段。導波法和超聲波法屬於無損檢測領域。導波法每次檢測之前必須分析錨杆及周圍介質具體力學參數，然後根據錨杆及周圍介質力學參數計算被測錨杆結構的頻散曲線。由於實際工程中錨杆工作環境較為複雜，周圍介質的具體參數很難確定，並且採用此方法每次測量之前都要花費一定的時間計算結構的頻散曲線，因此嚴重影響檢測工作的速度。超聲波法由於是採用高頻波，需要配超聲波發生器，且超聲波在測試中衰減大，反射信號弱，信息識別困難，無法適用於煤礦井下特殊而複雜的環境。

發明內容
為了解決傳統的煤礦井下錨杆長度檢測中遇到的問題，本發明提出了一種煤礦非全長粘結錨杆長度無損檢測方法，該檢測方法方便、快捷，準確可靠，並可實現無損檢測，保證了巷道的安全和質量。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種煤礦非全長粘結錨杆長度無損檢測方法，其檢測步驟為在錨杆外露端旋轉連接帶有傳感器的激振裝置，並將傳感器與檢測儀相連接；通過激振裝置在錨杆端面激發，使錨杆杆體內產生縱向振動的彈性波；彈性波沿著錨杆杆體縱向傳播至自由段與錨固段界面時，一部分彈性波被反射，而另一部分彈性波則透射進入錨固段內繼續傳播；進入錨固段內的彈性波在錨固體與煤體的界面上再次發生反射；傳感器接收到先後兩次的反射信號後，根據反射波與首波的相位差對有效信號中自由段反射時間和全長反射時間進行智能識別，通過計算反射的時間差以及彈性波在錨杆杆體和錨固段中的不同傳播速度分別計算出錨杆的自由段長和全長，進而計算出錨杆的錨固段長度，並由實時圖形化顯示所檢測錨杆各部分長度；連續多次激發激振裝置，採集並存儲每次觸發的振動信號，對採集到的多個信號首先進行歸一化疊加，消除部分幹擾信號， 然後利用所建立的數學模型對疊加後的信號進行去噪處理，提取錨杆自由段和全長的有效反射信號。實現一種煤礦非全長粘結錨杆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側壁開有螺紋的圓管形底座；所述激振裝置的一端與錨杆外露端旋轉連接，另一端上安裝有壓阻式加速度傳感器和可控式激振頭；所述傳感器通過導線與檢測儀連接。每次檢測要連續進行5到10次擊振。歸一化疊加後的信號通過濾波分析去噪後提取出頻率範圍在15KHz 40KHz的有效信號進行反射時間點的識別。根據不同的圍巖條件彈性波在錨杆的自由段速度為5000m/s 5300m/s，而在錨固段的傳播速度為4200m/s 4500m/s。本發明的有益效果是本發明採用機械式激振，無需額外的激振動力，而且將各個模塊集成在手持式儀器中，符合煤礦安全標準，適合於在煤礦井下特殊複雜條件下進行檢測。同時本發明在進行檢測時由儀器自動對檢測結果進行識別並顯示，無需人工二次處理， 操作使用方便、快捷，易於攜帶，效果好，具有廣泛的實用性。


下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。附圖1為一種煤礦非全長粘結錨杆長度無損檢測方法的檢測裝置結構示意圖。附圖2為本發明的檢測系統方框流程圖。附圖3為本發明的檢測波形圖。圖中，1.煤體，2.錨固體，3.錨固段，4.自由段，5.錨杆，6.激振裝置，7.檢測儀。
具體實施例方式在附圖中，一種煤礦非全長粘結錨杆長度無損檢測方法，其檢測步驟為在錨杆5 外露端旋轉連接帶有傳感器的激振裝置6，並將傳感器與檢測儀7相連接；通過激振裝置6 在錨杆5端面激發，使錨杆5桿體內產生縱向振動的彈性波；彈性波沿著錨杆5桿體縱向傳播至自由段4與錨固段3界面時，一部分彈性波被反射，而另一部分彈性波則透射進入錨固段3內繼續傳播；進入錨固段3內的彈性波在錨固體2與煤體1的界面上再次發生反射 』傳感器接收到先後兩次的反射信號後，根據反射波與首波的相位差對有效信號中自由段4反射時間和全長反射時間進行智能識別，通過計算反射的時間差以及彈性波在錨杆5桿體和錨固段3中的不同傳播速度分別計算出錨杆5的自由段4長和全長，進而計算出錨杆5的錨固段3長度，並由實時圖形化顯示所檢測錨杆5各部分長度；連續多次激發激振裝置6，採集並存儲每次觸發的振動信號，對採集到的多個信號首先進行歸一化疊加，消除部分幹擾信號，然後利用所建立的數學模型對疊加後的信號進行去噪處理，提取錨杆5的自由段4 和全長的有效反射信號。在附圖1中，實現一種煤礦非全長粘結錨杆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有一內側壁開有螺紋的圓管形底座；所述激振裝置6的一端與錨杆5外露端旋轉連接，另一端上安裝有壓阻式加速度傳感器和可控式激振頭；所述傳感器通過導線與檢測儀7連接。在附圖3中，圖形化顯示了錨杆5的自由段4和全長所對應的彈性波的反射時間， 以及自由段4和錨固段3的長度，由此可得出錨杆5的全長，並由結果分析出井下錨杆的錨
固質量。每次檢測要連續進行5到10次擊振。歸一化疊加後的信號通過濾波分析去噪後提取出頻率範圍在15KHz 40KHz的有效信號進行反射時間點的識別。根據不同的圍巖條件彈性波在錨杆的自由段4速度為5000m/s 5300m/s，而在錨固段3的傳播速度為4200m/s 4500m/s。實施例以下以錨杆5長度為2200mm，直徑為22mm的螺紋鋼為例，採用兩卷Z2535型中速樹脂藥卷錨固，進行錨杆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與錨杆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上的採集鍵，通過激振裝置6手動激振錨杆5外端面5次；檢測儀7將採集5次信號並進行歸一化疊加；3.檢測儀7中的數據處理模塊對疊加後的信號通過濾波去噪後，提取出有效的反射信號；4.檢測儀7中的智能識別模塊通過反射信號和原始信號之間的相位差識別出各段的反射時間，並根據彈性波在不同段上的傳播速度計算出錨杆5各段的長度；5.檢測儀7中的結果顯示模塊將錨杆5長度檢測的結果實時圖形化顯示。本實例中檢測結果如附圖3所示，自由段4長1577mm，錨固段3長603mm，錨杆5 全長L = 603mm+1577mm = 2180mm,與錨杆5的固有長度2200mm相比較，誤差僅為0. 99 %， 準確率較高。
權利要求
1.一種煤礦非全長粘結錨杆長度無損檢測方法，其特徵是檢測步驟為在錨杆(5)外露段連接帶有傳感器的激振裝置(6)，並將傳感器與錨杆(5)的無損檢測儀(7)相連接；通過激振裝置(6)在錨杆( 端面激發，使錨杆( 杆體內產生縱向振動的彈性波；彈性波沿著錨杆( 杆體縱向傳播至自由段(4)與錨固段C3)界面時，一部分彈性波被反射，而另一部分彈性波則透射進入錨固段(3)內繼續傳播；進入錨固段(3)內的彈性波在錨固體(2) 與煤體(1)的界面上再次發生反射；傳感器接收到先後兩次的反射信號後，根據反射波與首波的相位差對有效信號中自由段(4)反射時間和全長反射時間進行智能識別，通過計算反射的時間差以及彈性波在錨杆( 杆體和錨固段C3)中的不同傳播速度分別計算出錨杆 (5)的自由段⑷長和全長，進而計算出錨杆(5)的錨固段(3)長度，並由實時圖形化顯示所檢測錨杆( 各部分長度。
2.根據權利要求1所述一種煤礦非全長粘結錨杆長度無損檢測方法，其特徵是實現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)有一內側壁開有螺紋的圓管形底座；所述激振裝置(6)的一端與錨杆( 外露端旋轉連接，另一端上安裝有壓阻式加速度傳感器和可控式激振頭；所述傳感器通過導線與檢測儀(7)連接。
3.根據權利要求1所述一種煤礦非全長粘結錨杆長度無損檢測方法，其特徵是連續多次激發激振裝置(6)，採集並存儲每次觸發的振動信號，對採集到的多個信號首先進行歸一化疊加，消除部分幹擾信號，然後利用所建立的數學模型對疊加後的信號進行去噪處理， 提取錨杆(5)的自由段(4)和全長的有效反射信號。
4.根據權利要求1所述一種煤礦非全長粘結錨杆長度無損檢測方法，其特徵是每次檢測要連續進行5到10次激振。
5.根據權利要求1所述一種煤礦非全長粘結錨杆長度無損檢測方法，其特徵是歸一化疊加後的信號通過濾波分析去噪後提取出頻率範圍在15KHz 40KHz的有效信號進行反射時間點的識別。
6.根據權利要求1所述一種煤礦非全長粘結錨杆長度無損檢測方法，其特徵是根據不同的圍巖條件彈性波在錨杆(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錨杆長度無損檢測方法，首先在錨杆外露段連接激振裝置，將固定於其上的傳感器與檢測儀相連接；然後通過激振裝置在錨杆端面連續多次激發，使錨杆杆體內產生縱向振動的彈性波。彈性波沿著錨杆杆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，一部分彈性波被反射並經由原路徑返回，傳感器接收到兩次的反射信號後根據反射波與首波的相位差可得到自由段反射時間和全長反射時間，並根據彈性波在杆體和錨固段中的不同傳播速度可分別計算出錨杆的自由段長和全長，進而計算出錨杆的錨固段長度。本發明採用機械式激振，無需額外的激振動力，而且將各個模塊集成在手持式儀器中，符合煤礦安全標準，適合於在煤礦特殊複雜條件下進行錨杆無損檢測。
文檔編號G01S15/36GK102175195SQ20111006260
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月16日 優先權日2011年3月16日
發明者卜萬奎, 吳宇, 李強, 茅獻彪 申請人:江蘇中礦立興能源科技有限公司