CN204098942U - 高应力巷道的测力锚杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高应力巷道的测力锚杆，属于矿用支护设备技术领域，包括空心杆(4)、激发电源(2)和设置在空心杆内的圆柱形铁柱(5)，圆柱形铁柱(5)的一端设有脉冲波激发装置(6)，另一端装有脉冲波接收探头(3)，脉冲波激发装置(6)和脉冲波接收探头(3)分别与显示处理装置(1)连接，所述的激发电源(2)为显示处理装置(1)、脉冲波激发装置(6)和脉冲波接收探头(3)供电。其能有效减少外部环境对检测数据的影响，进而减少测量误差，同时能实时得到围岩高应力的大小及变化，对煤矿地质灾害能很好的进行预警。

Description

高应力巷道的测力锚杆

技术领域

本实用新型涉及一种高应力巷道的测力锚杆，属于矿用支护设备技术领域。 

背景技术

近年来，随着我国浅部煤炭资源的大量开采，开采深度逐年增加，尤其是东部矿区，已经有很多矿井出现千米深井工作面，其巷道围岩处于高应力状态，伴随而来的是冲击地压、煤与瓦斯突出、水灾的自然灾害发生的可能性增加。本行业需要较强的监测手段对围岩受高应力状态进行实时监测。随着支护手段的发展，传统的支柱支护已经落后，锚杆支护已经成为主流趋势，空心锚杆的出现，使支护成本大幅度降低，越来越受到煤矿支护工作人员的亲睐。但是，锚杆支护属于隐性支护，在深部矿井巷道中，实时监测巷道围岩高应力状态显得较为困难。传统的监测手段是电阻应变片的方式，即在锚杆表面加载应变片，并组成闭合回路，通过监测应变片的电流的变化来得到高应力的变化，这种方法误差较大，而且受到巷道围岩地质条件(如构造、瓦斯、水)的影响较大，在高应力条件下更加不适合。 

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种高应力巷道的测力锚杆，能有效减少外部环境对检测数据的影响，进而减少测量误差，同时能实时得到围岩高应力的大小及变化，对煤矿地质灾害能很好的进行预警。 

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：该高应力巷道的测力锚杆，包括空心杆、显示处理装置、激发电源和设置在空心杆内的圆柱形铁柱，圆柱形铁柱的一端设有脉冲波激发装置，另一端装有脉冲波接收探头，脉冲波激发装置和脉冲波接收探头分别与显示处理装置连接，所述的激发电源为显示处理装置、脉冲波激发装置和脉冲波接收探头供电。 

进一步，所述的显示处理装置由示波器和计算机组成。 

进一步，所述的激发电源为本安型电源。 

与现有技术相比，本实用新型更加经济、耐用，其采用圆柱形铁柱、脉冲波激发装置和脉冲波接收探头相结合的方式，利用振动波的传播测得高应力值的方式可以能有效减少外部环境对检测数据的影响，进而减少围岩条件引起的误差，适用性更强；将脉冲波接收探头接收到的脉冲波信号进行滤波处理，消除噪音干扰，然后将处理过的脉冲波显示出来，根据脉冲的时间差以及振动波在铁柱中的传播速度可以得出铁柱的长度及变化，然后根据铁柱的弹性模量计算出锚杆所处位置的应力大小及变化，连接上计算机，利用相关现有软件可以把应力的大小及变化实时显示出来，从而能够实时得到围岩高应力的大小及变化，对冲击地压、水灾、煤与瓦斯突出等自然灾害起到了很好的预警作用。 

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。 

图中：1、显示处理装置，2、激发电源，3、脉冲波接收探头，4、空心杆，5、圆柱形铁柱，6、脉冲波激发装置。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。 

实施例： 

1、组装本实用新型 

根据巷道地质条件打钻孔，并保持钻孔合适的深度和间排距。如图1所示，在空心杆4中装入圆柱形铁柱5，用粘合剂将两者粘合起来，在锚杆端头加载脉冲波激发装置6，连接一根导线为其提供电源；在锚杆末端加载脉冲波接收探头3，分别用导线将脉冲振动波激发装置6和接收探头3与示波器及计算机连接起来。 

2、测量脉冲振动波传播速度 

将组装好的锚杆置入钻孔中，将各项锚杆支护的步骤基本完成时，但未施加预紧力以前，在两侧分别激发脉冲振动波与接收脉冲振动波，在示波器上显示脉冲的时间差T_i，根据圆柱形铁柱的长度L，即可以得出脉冲振动波在铁柱中的传播速度V_i。多次测量求取平 均值相关公式如下： 

$\stackrel{\‾}{V}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_i,L=V_i\×T_i$

其中，—脉冲波在圆柱形铁柱中的传播速度平均值 

T_i—示波器上显示脉冲的时间差 

V_i—脉冲波在圆柱形铁柱中的传播速度 

L—圆柱形铁柱原长 

n—测量次数 

3、实时监测巷道围岩高应力状态 

利用相关工具对锚杆施加预紧力；利用脉冲振动波激发装置6激发产生脉冲振动波，用脉冲波接收探头3接收脉冲波，将两者的波形和到达时间的具体情况在示波器上显示出来，并连接计算机，利用相关现有的软件来计算巷道围岩的应力大小及变化。根据这些情况即可预警预防冲击地压、水灾、煤与瓦斯突出等自然灾害，保证工作人员的人生和财产安全。 

注：计算所需的相关参数，已经输入计算机的相关软件中。相关公式如下： 

$\mathrm{\ξ}=\frac{\mathrm{\σ}}{E},\mathrm{\ξ}=\frac{\mathrm{\Δl}}{L},\mathrm{\Δl}=L_i-L,L_i=\stackrel{\‾}{V}\×T_i$

其中，ξ—圆柱形铁柱应变 

σ—巷道围岩应力应变 

E—圆柱形铁柱弹性模量 

Δl—圆柱形铁柱长度变化量 

L—圆柱形铁柱原长 

L_i—圆柱形铁柱长度值 

—脉冲波在圆柱形铁柱中的传播速度 

T_i—示波器上显示脉冲的时间差。 

Claims (3)

1.一种高应力巷道的测力锚杆，包括空心杆(4)，其特征在于，还包括激发电源(2)和设置在空心杆内的圆柱形铁柱(5)，圆柱形铁柱(5)的一端设有脉冲波激发装置(6)，另一端装有脉冲波接收探头(3)，脉冲波激发装置(6)和脉冲波接收探头(3)分别与显示处理装置(1)连接，所述的激发电源(2)为显示处理装置(1)、脉冲波激发装置(6)和脉冲波接收探头(3)供电。

2.根据权利要求1所述的高应力巷道的测力锚杆，其特征在于，所述的显示处理装置(1)由示波器和计算机组成。

3.根据权利要求1或2所述的高应力巷道的测力锚杆，其特征在于，所述的激发电源(2)为本安型电源。