CN204101516U

CN204101516U - 一种煤矿树脂锚杆锚固质量无损检测试验装置

Info

Publication number: CN204101516U
Application number: CN201420522847.1U
Authority: CN
Inventors: 刘少伟; 樊克松; 李鑫涛; 张祥
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2024-09-12

Abstract

本实用新型涉及一种煤矿树脂锚杆锚固质量无损检测试验装置，可有效解决煤矿巷道由于锚杆锚固质量失效而引起的冒顶问题，保证锚杆支护效果，确保煤矿安全成产，其解决的技术方案是，包括发射震源模块、接收模块、信号增益放大模块和波形显示处理模块，发射震源模块主要由力锤、压电力传感器、电荷放大器、数字式峰值电压表等组成，接收模块主要由加速度传感器和磁座组成，信号增益放大模块主要由信号调理器组成，波形显示处理模块主要由ARM处理器、键盘、MAX232芯片和LCD显示器组成，本实用新型操作简单，将各个模块集成于便携式仪器中，符合煤矿安全生产要求，对解决煤矿巷道的冒顶问题提供帮助。

Description

一种煤矿树脂锚杆锚固质量无损检测试验装置

技术领域

本实用新型涉及锚杆无损检测装置，特别是一种煤矿树脂锚杆锚固质量无损检测试验装置。

背景技术

自20世纪90年代以来，锚杆支护以其显著的技术和经济优越性已成为煤矿巷道支护的重要支护形式之一。目前我国很多大型矿业集团锚杆支护的层状顶板煤巷每年均发生冒顶事故3～8次，人员伤亡事故也屡有发生。在几百米、甚至上千米长度的锚杆支护巷道中经常出现局部区域冒顶事故，造成巨大的危害。

引起锚杆支护煤巷冒顶事故的主要原因有：1、由于现场工程人员的施工不当，造成了锚杆、锚固剂和煤层围岩未能有效地粘结在一起；2、由于锚杆锚固长度的不足，未能将稳定岩层和不稳定岩层有效地粘结在一起，未能达到设计要求；3、在锚杆工作一段时间后，由于层状顶板岩石的相对运动，导致锚杆被拉断或剪断；4、由于煤巷现场地质条件复杂，比较恶劣，锚固剂老化，容易出现锚固密实度不足或锚固段长度变短，造成锚固剂失效。目前，我国已将锚杆锚固质量检测技术广泛应用到岩土工程中，但在煤巷层状锚杆支护技术中应用较少。

目前，在煤巷锚杆支护现场，一般常采用的方法是拉拔实验分析法和取岩芯法。由于拉拔试验法比较费人费力，也只能获得锚杆锚固力的大小，并不能得到锚固段长度和锚杆有效长度；取岩芯法虽然能对煤巷锚杆锚固质量进行综合评价，但由于它是破坏性的检测手段，在煤矿现场并不常用。锚杆支护效果的无损检测是防止煤巷冒顶的有效手段。因此，开发一种可检测煤矿树脂锚杆锚固段长度和锚固密实度，又能根据检测结果检验锚杆施工质量、对锚杆锚固状态进行综合评价的一种仪器势在必行，这对于煤矿安全成产、预防煤巷冒顶事故的发生具有重要意义。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种煤矿树脂锚杆锚固质量无损检测试验装置，可有效解决煤矿巷道由于锚杆锚固失效而引起的冒顶问题，保证锚杆支护效果，确保煤矿安全成产。

本实用新型解决的技术方案是，包括发射震源模块、接收模块、信号增益放大模块和波形显示处理模块，所述的发射震源模块主要由力锤和压电力传感器构成，压电力传感器通过电荷放大器与数字式峰值电压表连接在一起，接收模块包括加速度传感器和磁座，加速度传感器安装在磁坐上，信号增益放大模块主要是信号调理器，加速度传感器通过外接引线与信号调理器连接在一起，波形显示处理模块包括了信号调理器接口、USB接口、ARM处理器、MAX232芯片、LCD显示器、PC机接口和键盘，信号调理器通过信号调理器接口与波形显示处理模块连接在一起。

本实用新型是一种可以对煤矿树脂锚杆锚固质量进行无损检测，同时能根据检测到的锚固质量指标检验锚杆施工质量，然后对单根锚杆锚固状态和巷道整体支护状态进行综合评价，对解决煤矿巷道的冒顶问题提供帮助，其操作简单，将各个模块集成于便携式仪器中，符合煤矿安全生产要求。

附图说明

图1为本实用新型的模块结构图。

图2为本实用新型的显示处理模块结构图。

图3为本实用新型的显示处理模块电路原理图。

图4为本实用新型的显示处理模块机壳图。

图5为本实用新型的发射震源模块机壳图。

具体实施方式

以下结合附图对实用新型的具体实施方式作以详细描述。

由图1-5所示，本实用新型包括发射震源模块、接收模块、信号增益放大模块和波形显示处理模块，所述的发射震源模块主要由力锤和压电力传感器1构成，压电力传感器1通过电荷放大器2与数字式峰值电压表3连接在一起，接收模块包括加速度传感器和磁座，加速度传感器安装在磁坐上，信号增益放大模块主要是信号调理器，加速度传感器通过外接引线与信号调理器连接在一起，波形显示处理模块包括了信号调理器接口4、USB接口5、ARM处理器6、MAX232芯片7、LCD显示器8、PC机接口9和键盘10，信号调理器通过信号调理器接口4与波形显示处理模块连接在一起。

所述的发射震源模块，是由力锤对锚杆施加激振，力锤外接压电力传感器1，压电力传感器1与电荷放大器2相连，电荷放大器2最终与数字式峰值电压表3连接。

所述的接收模块，是由加速度传感器通过螺钉安装在磁座上，磁座上涂有清洁的硅脂，吸附在锚杆端面。

所述的显示处理模块，ARM处理器是该模块分析处理的核心，ARM内置软件分析控制接收到的信号，ARM通过MAX232芯片7实现与PC机的串口通讯工作，LCD显示器 8，是16位的显示器，1号和40号管脚分别接VCC和地，2号到17号的起显示作用的管脚分别接ARM的D0～D15管脚，键盘10采用8个按键的形式，分担ARM的8个I/O口。

由上述可以看出，本实用新型是由力锤、压电力传感器1、电荷放大器2、数字式峰值电压表3等组成了发射震源模块，加速度传感器和磁座组成接收模块，信号调理器等组成信号增益放大模块，信号调理器接口4、USB接口5、ARM处理器6、MAX232芯片7、LCD显示器8、PC机接口9和键盘10等组成波形显示及处理模块。发射震源模块安装在图5的机壳里面，波形显示及处理模块安装在图4的机壳上。

本实用新型结构简便、操作简单、可便携，符合煤矿安全生产要求，适合于煤矿特殊环境下进行工作，不仅可以准确检测出锚杆锚固密实程度和锚固段长度，还可以根据单位黏结力求出极限粘结力，根据锚杆固有频率，求出锚杆轴向工作载荷，既能检验锚杆安装施工质量，还能对单根锚杆锚固状态和巷道整体支护状态进行综合综合评价，达到对煤矿锚杆锚固质量进行无损检测的目的。

本实用新型的工作原理如下。

本实用新型的目的主要是对煤矿巷道锚杆支护锚固质量进行无损检测，主要通过检测锚杆锚固段长度、锚固密实程度和锚固体的固有振动频率来实现。发射震源模块不仅可以用力锤对锚杆施加激振，还可以实时显示出施加激振的大小。具体是，力锤产生的激振物理信号传给压电传感器1，压电传感器1利用压电效应的原理将物理量激振转化为可以被传感器接收的电量，电信号被电荷放大器2所接收，电荷放大器2利用内部运算放大器放大输入的电荷，转化为较大的电压输出，输出的电压正比于输入的电荷，最终电压值被数字式峰值电压表3所测得，数字式峰值电压表3是采用集成电路的方法，可以测量振动和冲击的正峰、负峰，最大峰并加以永久保持。数字式峰值电压表3所测得的电压值与施加激振力成比例关系，通过校准可以准确得到激振力值。力锤产生的激振以声波的形式在锚杆中传播，振动信号被接收模块接收，接收模块将振动信号转变成电信号，主要由安装在磁座上的加速度传感器组成，磁座保证加速度传感器和锚杆的良好接触，加速度传感器能将不便于测量的振动和冲击量转化为易于测量的电量。接收模块输出的电信号传给信号增益放大模块，信号增益放大模块通过信号调理器既可以给加速度传感器供电，还能把加速度传感器输出的微弱信号放大、滤波，去掉干扰信号，得到完整较好信号。最终信号被显示处理模块接收，ARM处理器是该模块分析处理的核心，ARM内置软件分析控制接收到的信号，ARM通过MAX232芯片7实现与PC机的串口通讯工作，LCD显示器是16位的显示器，1号和40号管脚分别接VCC和地，2号到17号的起显示作用的管脚分别接ARM的D0～D15管脚，键盘10采用8个按键的形式，分担ARM的8个I/O口。通过加速度传感器测得的锚固体固有振动频率，可直接显示在LCD显示器上，反射波的波形也直接在显示器上显示。通过按键10输入声波在锚杆中传播的速度，对LCD显示器上的波形进行分析，可以得到锚固段长度和锚固体密实程度，通过ARM上的内置软件结果在显示器上显示出来。通过按键10输入锚杆单位黏结力，根据锚固段长度，得到的锚杆极限黏结力在显示器上显示出来。输入锚杆安装预应力和锚杆杆体强度，通过内置软件，将锚杆轴向工作载荷与安装预应力相比，可以得到锚杆施工质量(优、良或差)，将锚杆杆体强度与极限黏结力相比，可以得到单体锚杆支护状态(优、良或差)。收集单根锚杆支护支护状态，将数据通过PC机接口9导入到PC机上，在PC机上对整条巷道的锚杆支护状态进行数据整理，可以对巷道整体锚杆支护状态进行综合评价。

本实用新型的工作过程如下。

下面将结合具体实例，说明本实用新型的工作过程。比如在一条长1200m的采用锚杆支护的层状顶板煤巷中，矩形巷道2300mm×3500mm，顶板岩层倾角接近水平为8度，锚杆间排距是700mm×700mm。其中采用的螺纹钢锚杆相关参数是，锚杆长为2400mm，直径为22mm，密度为7880kg/m³，弹性模量为2×10⁷Pa，采用3根2330的树脂锚固剂，锚杆安装时，根据理论计算锚固段的长度是1200mm，声波在锚杆中传播的速度计算为5102m/s，根据实验实测锚杆单位极限黏结力为320KN/m，锚杆安装预应力为35KN，锚杆杆体强度为240KN。首先按照正确的连接方式连接装置；然后开始进行测试，用力捶敲击锚杆尾部端面(研究得出采用20N的力施加激振效果最佳，得到的波形最容易分析)，波形在LCD显示器上显示出来；最后通过按键10输入锚杆中声波传播速度、单位极限黏结力和锚杆杆体强度。得到如下结果：测出的锚杆自由段长度为1.05m，锚固段长度为1.15m，误差为4.17％；锚固密实度较好；锚杆极限粘结力为290KN，为锚杆杆体强度的1.2倍，锚固状态为良；锚杆轴向工作载荷为28KN，为安装预应力的0.8倍，施工质量为良。

Claims

1.一种煤矿树脂锚杆锚固质量无损检测试验装置，包括发射震源模块、接收模块、信号增益放大模块和波形显示处理模块，其特征在于，所述的发射震源模块主要由力锤和压电力传感器(1)构成，压电力传感器(1)通过电荷放大器(2)与数字式峰值电压表(3)连接在一起，接收模块包括加速度传感器和磁座，加速度传感器安装在磁坐上，信号增益放大模块主要是信号调理器，加速度传感器通过外接引线与信号调理器连接在一起，波形显示处理模块包括了信号调理器接口(4)、USB接口(5)、ARM处理器(6)、MAX232芯片(7)、LCD显示器(8)、PC机接口(9)和键盘(10)，信号调理器通过信号调理器接口(4)与波形显示处理模块连接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿树脂锚杆锚固质量无损检测试验装置，其特征在于，所述的发射震源模块，是由力锤对锚杆施加激振，力锤外接压电力传感器(1)，压电力传感器(1)与电荷放大器(2)相连，电荷放大器(2)最终与数字式峰值电压表(3)连接。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿树脂锚杆锚固质量无损检测试验装置，其特征在于，所述的接收模块，是由加速度传感器通过螺钉安装在磁座上，磁座上涂有清洁的硅脂，吸附在锚杆端面。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿树脂锚杆锚固质量无损检测试验装置，其特征在于，所述的显示处理模块，ARM处理器是该模块分析处理的核心，ARM内置软件分析控制接收到的信号，ARM通过MAX232芯片(7)实现与PC机的串口通讯工作，LCD显示器(8)，是16位的显示器，1号和40号管脚分别接VCC和地，2号到17号的起显示作用的管脚分别接ARM的D0～D15管脚，键盘(10)采用8个按键的形式，分担ARM的8个I/O口。