CN102207404A - 一种煤矿非全长粘结锚杆横向振动固有频率无损检测方法 - Google Patents
一种煤矿非全长粘结锚杆横向振动固有频率无损检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种煤矿非全长粘结锚杆横向振动固有频率无损检测方法，其检测步骤为：在锚杆的外露端连接传感器连接装置及传感器；用小锤对传感器连接装置施加法向激振力，使锚杆产生横向振动；通过传感器采集锚杆振动加速度，并将加速度信号传输给检测仪；由检测仪将接收到的加速度模拟信号转换成加速度数字信号并存储；同时对所采集到的信号进行频谱分析，得到所测锚杆锚固体系的固有频率，所测得的锚杆横向振动固有频率与锚杆的轴向受力以及锚杆锚固段与煤体之间的粘结状态有紧密的联系。本发明的装置安装连接简单方便，所需检测时间短，可实现对巷道锚杆大面积的检测以及对整条巷道稳定性的监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿非全长粘结锚杆横向振动固有频率的检测方法，尤其是一种煤矿非全长粘结锚杆横向振动固有频率无损检测方法。
背景技术
锚杆支护已成为煤矿巷道的主要支护形式。但由于煤矿巷道工程的特点、地质复杂、采动等因素影响，工程质量控制比较困难，工程质量问题经常发生。据一些矿区的不完全统计，锚杆支护巷道中年维修量均在20％以上。锚杆支护巷道经常出现开裂、脱落和破坏现象，甚至发生顶板冒落等质量事故。产生这些问题的原因是多方面的，工程质量差，不符合设计和工程质量标准的要求是主要原因。实践证明，要保证锚杆支护质量，对质量的检测、评价是不可缺少的。目前的煤矿巷道锚杆支护检测和检测设备从功能上可分成两大类：顶板稳定性监测和受力检测。对顶板稳定性监测主要采用顶板离层仪、多点位移计、位移收敛计等方法，事故预警往往不及时，时效性差，同时这些方法对顶板事故预警的准确率也低，往往因安装原因造成顶板离层仪、多点位移计并不起作用。测力锚杆、拉拔计这两种受力检测手段只能进行点检测，并不能实行面检测，而利用液压千斤顶进行拉拔试验这种检测手段不仅费工费时，而且对巷道产生较强的扰动，降低了锚杆对围岩的加固作用，仅限于个别抽查；对于扭矩拔手这种检测手段，其对预应力检测的准确率太低，只能作为辅助手段。
目前，无损检测技术主要是用于岩土桩基检测中，对于煤矿井下特殊的地质环境条件以及巷道锚杆支护的特点是不适用的。
井下锚杆锚固体体系由锚杆杆体自由段，树脂粘结段以及托盘螺帽等组成。由于其结构的特殊性，其固有频率与锚杆轴向受力、锚杆锚固段与煤(岩)体粘结状态等有非常紧密的联系。通过检测锚杆的固有频率可实时监测锚杆的受力、锚固状态的稳定性等，对煤矿锚杆支护巷道稳定性评价具有重要的意义。但是由于锚杆结构的特殊性，锚杆锚固体系的固有频率很难测得。
发明内容
为了解决煤矿非全长粘结锚杆横向振动固有频率检测中遇到的问题，本发明提供了一种非全长粘结锚杆横向振动固有频率的无损检测方法，有效解决了煤矿井下锚杆受力状态和锚固稳定性实时监测问题，简单实用，准确率高，可实现锚杆的无损检测。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种煤矿非全长粘结锚杆横向振动固有频率无损检测方法，其检测步骤为：在锚杆的外露端连接传感器连接装置及传感器；用小锤对传感器连接装置施加法向激振力，使锚杆产生横向振动；通过传感器采集锚杆振动加速度，并将加速度信号传输给检测仪；由检测仪将接收到的加速度模拟信号转换成加速度数字信号并存储；同时对所采集到的信号进行频谱分析，得到所测锚杆锚固体系的固有频率。
实现一种煤矿非全长粘结锚杆横向振动固有频率无损检测方法的装置，包括传感器连接装置、小锤、传感器和检测仪；所述传感器连接装置为一段外侧壁轴向削切有1～4个平面的圆钢；所述传感器连接装置的一端轴向开有螺纹孔与锚杆外露端旋转连接，另一端嵌入安装有压阻式加速度传感器；所述传感器通过导线与检测仪连接。
所述小锤的上端为不锈钢，敲击端为硬质塑料，质量为1kg。
对传感器连接装置施加的法向激振力为2kg～2.5kg，并连续敲击4～10次，最好为5次。
所述圆钢的直径为25mm～55mm，长度为50～200mm。
本发明的有益效果是：本发明的非全长粘结锚杆横向振动固有频率的无损检测方法具有重要的意义，所测得的锚杆横向振动固有频率与锚杆的轴向受力以及锚杆锚固段与煤体之间的粘结状态有紧密的联系。通过分析锚杆横向振动固有频率可对锚杆的受力和锚固体系的稳定性进行实时监测。同时本发明的装置安装连接简单方便，所需检测时间短，可实现对巷道锚杆大面积的检测以及对整条巷道稳定性的监测。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
图1为一种煤矿非全长粘结锚杆横向振动固有频率无损检测方法的实施例结构示意图。
图2为本发明的时域检测信号波形图。
图3为本发明的频域检测信号波形图。
图中，1.煤体，2.锚固体，3.锚杆，4.传感器连接装置，5.小锤，6.传感器，7.检测仪。
具体实施方式
在附图中，一种煤矿非全长粘结锚杆横向振动固有频率无损检测方法，其检测步骤为：在锚杆3的外露端连接传感器连接装置4及传感器6；用小锤5对传感器连接装置4施加法向激振力，使锚杆3产生横向振动；通过传感器6采集锚杆3振动加速度，并将加速度信号传输给检测仪7；由检测仪7将接收到的加速度模拟信号转换成加速度数字信号并存储；同时对所采集到的信号进行频谱分析，得到所测锚杆3锚固体系的固有频率。
在附图1中，实现一种煤矿非全长粘结锚杆横向振动固有频率无损检测方法的装置，包括传感器连接装置4、小锤5、传感器6和检测仪7；所述传感器连接装置4为一段外侧壁轴向削切有1～4个平面的圆钢；所述传感器连接装置4的一端轴向开有螺纹孔与锚杆3外露端旋转连接，另一端嵌入安装有压阻式加速度传感器6；所述传感器6通过导线与检测仪7连接。
所述小锤5的上端为不锈钢，敲击端为硬质塑料，质量为1kg。
对传感器连接装置4施加的法向激振力为2kg～2.5kg，并连续敲击4～10次，最好为5次。
所述圆钢的直径为25mm～55mm，长度为50～200mm。
在附图2中，纵坐标是传感器6测得的振动幅值，横坐标为振动时间，单位为毫秒(ms)，从图中可以看到所测得的振动幅值随时间衰减，但振动周期均匀。
在附图3中，纵坐标是振动幅值，横坐标是振动频率，频率点清晰明了，仪器可进行自动判读。
以下实施例中以锚杆长度2200mm，直径22mm的螺纹钢为例，采用两卷Z2535型中速树脂药卷锚固，检测步骤如下：
1.将带有传感器6的传感器连接装置4与锚杆3的外露端旋转连接，通过导线将传感器6与检测仪7连接起来；
2.按下检测仪7上的采集键，利用配套的小锤5在传感器连接装置4的任一平面上法向敲击5次，激振力控制在2kg～2.5kg之间；
3.检测仪7将收到的加速度模拟信号转换成加速度数字信号并存储；同时对所采集到的信号进行频谱分析，得到所测锚杆3的锚固体系横向振动的固有频率；
4.检测仪7自动对检测得到锚杆3横向振动的固有频率进行存储，并同时存储锚杆3的位置以及测试时间等，以便于观察锚杆3固有频率随时间的变化情况。
本实例中检测结果如附图2和图3所示，可以看到锚杆3振动周期均匀，横向振动固有频率清晰明了，约为952Hz。在此基础上可以对锚杆3此时的受力情况以及锚杆3与煤体1的粘结情况进行进一步的分析。
Claims (5)
1.一种煤矿非全长粘结锚杆横向振动固有频率无损检测方法，其特征是：其检测步骤为：在锚杆(3)的外露端连接传感器连接装置(4)及传感器(6)；用小锤(5)对传感器连接装置(4)施加法向激振力，使锚杆(3)产生横向振动；通过传感器(6)采集锚杆(3)振动加速度，并将加速度信号传输给检测仪(7)；由检测仪(7)将接收到的加速度模拟信号转换成加速度数字信号并存储；同时对所采集到的信号进行频谱分析，得到所测锚杆(3)锚固体系的固有频率。
2.根据权利要求1所述一种煤矿非全长粘结锚杆横向振动固有频率无损检测方法，其特征是：所述小锤(5)的上端为不锈钢，敲击端为硬质塑料，质量为1kg。
3.根据权利要求1所述一种煤矿非全长粘结锚杆横向振动固有频率无损检测方法，其特征是：对传感器连接装置(4)施加的法向激振力为2kg～2.5kg，并连续敲击4～10次，最好为5次。
4.根据权利要求1所述一种煤矿非全长粘结锚杆横向振动固有频率无损检测方法，其特征是：实现该无损检测方法的装置，包括传感器连接装置(4)、小锤(5)、传感器(6)和检测仪(7)；所述传感器连接装置(4)为一段外侧壁轴向削切有1～4个平面的圆钢；所述传感器连接装置(4)的一端轴向开有螺纹孔与锚杆(3)外露端旋转连接，另一端嵌入安装有压阻式加速度传感器(6)；所述传感器(6)通过导线与检测仪(7)连接。
5.根据权利要求4所述一种煤矿非全长粘结锚杆横向振动固有频率无损检测方法，其特征是：所述圆钢的直径为25mm～55mm，长度为50～200mm。
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