一种模拟锚杆锚固系统导波规律的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于模拟锚杆锚固系统导波规律的装置，包括传感单元、至少两个存在缺陷的测试单元和激振单元；传感单元包括第一管体，第一管体内填充有煤岩，第一管体的一端设置有带中心孔的第一亚克力板，第一亚克力板上设置有激振器，第一管体的另一端外侧边缘设置有第一连接部；测试单元包括钢筋、水泥砂浆层、煤岩、第二管体，第二管体的两端外侧边缘均设置有第二连接部；激振单元包括钢筋、水泥砂浆层、煤岩、第三管体，第三管体的一端设置有带中心孔的第二亚克力板，钢筋的一端沿中心孔伸出并且伸出部分上设置有接收换能器，第三管体的另一端外侧边缘设置有第三连接部。本实用新型能够获得不同缺陷类型的应力波的传播规律。
【专利说明】一种模拟锚杆锚固系统导波规律的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于煤矿开采【技术领域】，具体涉及一种模拟锚杆锚固系统导波规律的
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【背景技术】
[0002]现有的锚杆锚固质量的诊断方法、缺陷的定位方法，缺陷类型的判别方法和手段都与应力波在锚杆以及锚杆周围的介质中的运动规律性的判别有关。研究应力波在锚杆锚固系统中的传播规律，对设计更精细的缺陷类型判别算法具有重要意义。
[0003]传统的研究应力波在锚杆锚固系统中的传播规律的方法大多是通过现场测量来进行矫正和判断的。但是每一个缺陷类型和缺陷部位都需要一个模拟锚杆锚固系统。由于采用现场测量的方式，参数不易控制，且存在危险性，因此现场测试无法对应力波在锚杆锚固系统中的传播规律进行准确研究。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种模拟锚杆锚固系统导波规律的装置，其结构简单，设计合理，便于推广使用。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种模拟锚杆锚固系统导波规律的装置，包括传感单元、至少两个存在缺陷的测试单元和激振单元；
[0006]所述传感单元包括第一管体，所述第一管体内填充有煤岩，所述第一管体的一端设置有带中心孔的第一亚克力板，所述第一亚克力板上设置有激振器，所述激振器穿过第一亚克力板的中心孔与煤岩直接接触，所述第一管体的另一端外侧边缘设置有第一连接部;
[0007]所述测试单元包括钢筋，包覆于所述钢筋外部的水泥砂浆层，包覆于所述水泥砂浆层外部的煤岩，包覆于所述煤岩外部的第二管体，所述第二管体的两端外侧边缘均设置有第二连接部，所述测试单元的煤岩中设置有过孔、岩石、土块、木棍中的一种或几种，所述传感单元与测试单元通过第一连接部和第二连接部相互连接；
[0008]所述激振单元包括钢筋，包覆于所述钢筋外部的水泥砂浆层，包覆于所述水泥砂浆层外部的煤岩，包覆于所述煤岩外部的第三管体，所述第三管体的一端设置有带中心孔的第二亚克力板，所述激振单元的钢筋的一端沿第二亚克力板的中心孔伸出并且伸出部分上设置有接收换能器，所述第三管体的另一端外侧边缘设置有第三连接部，所述激振单元与所述测试单元通过第三连接部和第二连接部相互连接。
[0009]所述第一管体、第二管体和第三管体均为内径为180mm的聚氯乙烯PVC管；
[0010]所述第一亚克力板的形状和第二亚克力板的形状均为圆形，所述第一亚克力板的外径和第二亚克力板的外径均为180mm ；
[0011]所述第一亚克力板的中心孔的形状和第二亚克力板的中心孔的形状均为圆形，所述第一亚克力板的中心孔的直径和第二亚克力板的中心孔的直径均为20mm。
[0012]所述钢筋为直径为20mm的精轧螺纹钢，所述激振单元的钢筋的伸出部分长度为1cm0
[0013]所述第一连接部、第二连接部和第三连接部上均设置有通孔，各个连接部之间通过穿过通孔的螺栓及螺母固定连接。
[0014]所述螺栓的型号为M10x40，所述螺母的型号为M10。
[0015]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0016]1、结构简单，设计合理:本实用新型能够对装置的测试单元以不同的组合方式相互连接，进而获得不同缺陷类型的应力波的传播规律；
[0017]2、使用效果好，便于推广使用:本实用新型参数可控，无需现场测量且危险性低。
[0018]综上所述，本实用新型提供一种能够以不同的组合方式相互连接，进而获得不同缺陷类型的应力波的传播规律的模拟锚杆锚固系统导波规律的装置。
[0019]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本实用新型实施例1的结构示意图。
[0022]图2为本实用新型传感单元的结构示意图。
[0023]图3为本实用新型测试单元的结构示意图。
[0024]图4为本实用新型激振单元的结构示意图。
[0025]图5为本实用新型实施例2的结构示意图。
[0026]附图标记说明:
[0027]I 一传感单元； 10—第一管体； 11 一第一亚克力板；
[0028]12—激振器； 13—第一连接部；2—测试单元；
[0029]20—第二管体； 21—第二连接部；3—激振单元；
[0030]30一第二管体； 31—第二亚克力板；32—接收换能器；
[0031]33—第三连接部；4 一煤岩；5—钢筋；
[0032]6一水泥砂衆层； 7—通孔。
【具体实施方式】
[0033]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0034]实施例1
[0035]本实用新型实施例提供一种模拟锚杆锚固系统导波规律的装置，如图1所示，包括传感单元1、至少两个存在缺陷的测试单元2和激振单元3。
[0036]结合图1及图2所示，传感单元I包括第一管体10，第一管体10内填充有煤岩4，第一管体10的一端设置有带中心孔的第一亚克力板11，第一亚克力板11上设置有激振器12，激振器12穿过第一亚克力板11的中心孔与煤岩4直接接触，第一管体10的另一端外侧边缘设置有第一连接部13。
[0037]进一步地,第一管体为内径为180mm的PVC(Polyvinyl chloride polymer,聚氯乙烯)管；第一亚克力板的形状为圆形，第一亚克力板的外径为180mm，第一亚克力板的中心孔的形状为圆形，第一亚克力板的中心孔的直径为20mm。
[0038]结合图1及图3所示，测试单元2包括钢筋5，包覆于钢筋5外部的水泥砂浆层6，包覆于水泥砂浆层6外部的煤岩4，包覆于煤岩4外部的第二管体20，第二管体20的两端外侧边缘均设置有第二连接部21，测试单元2的煤岩4中设置有过孔、岩石、土块、木棍中的一种或几种(图中未画出)，传感单元I与测试单元2通过第一连接部13和第二连接部21相互连接。
[0039]需要说明的是，岩石、土块、木棍用于模拟实际的煤岩中的杂质，岩石、土块、木棍在煤岩的具体分布位置具有一定的随机性，可分布在煤岩中的任意位置，这样能够更切实际地模仿杂质的分布；本实用新型实施例的过孔可以为圆形的孔洞，具体用于模仿在实际的煤岩中的裂隙，过孔中可以有空气、瓦斯或水，在实际采煤过程中，这样的裂隙可能含有瓦斯等高压危险气体，这也是导致实际采煤过程中事故发生的原因之一，为了更好地模仿裂隙的分布，过孔的位置也具有一定的随机性。
[0040]进一步地，第二管体为内径为180mm的PVC管；钢筋为直径为20mm的精轧螺纹钢。
[0041]结合图1及图4所示，激振单元3包括钢筋5，包覆于钢筋5外部的水泥砂浆层6，包覆于水泥砂浆层6外部的煤岩4，包覆于煤岩4外部的第三管体30，第三管体30的一端设置有带中心孔的第二亚克力板31，激振单元3的钢筋5的一端沿第二亚克力板31的中心孔伸出并且伸出部分上设置有接收换能器32，第三管体30的另一端外侧边缘设置有第三连接部33，激振单元3与测试单元2通过第三连接部33和第二连接部21相互连接。
[0042]进一步地,第三管体为内径为180mm的PVC管；钢筋为直径为20mm的精轧螺纹钢，激振单元的钢筋的伸出部分长度为10cm。
[0043]进一步地,第二亚克力板的形状为圆形,第二亚克力板的外径为180mm,第二亚克力板的中心孔的形状为圆形，第二亚克力板的中心孔的直径为20mm。
[0044]进一步地，各个连接部之间通过穿过通孔的螺栓及螺母固定连接。如图1至图4所示，第一连接部13、第二连接部21和第三连接部33上均设置有通孔7，第一连接部13与第二连接部21之间通过穿过通孔7的螺栓及螺母固定连接，第二连接部21与第三连接部33之间通过穿过通孔7的螺栓及螺母固定连接，其中，螺栓的型号为M10x40，螺母的型号为M10。
[0045]在该装置工作时，激振器12发出的应力波通过传感单元1、至少两个存在缺陷的测试单元2以及激振单元3传播至接收换能器32。
[0046]需要补充的是，本实用新型实施例中，煤岩的选取需要赴现场进行调研和考察，合理确定样本的采集地点，选择均匀性好的煤岩样本来制备试件，尽量减小样本带来试验结果的差异性。将从现场取来的原始煤岩用塑料薄膜密封好置于大小适当的木箱内，然后用混凝土进行浇灌，以填满煤块和木箱间的间隙，待完全硬化后用取芯机取芯。
[0047]进一步地，水泥砂浆可以采用标号为425的水泥，重量比为1:2的水泥:细沙，制作而成的水泥砂衆水灰比为0.5。
[0048]本实施例的本实用新型的工作过程如下:如图1至图4所示，第一连接部13、第二连接部21、第三连接部33均设置有通孔7，各个连接部之间通过穿过通孔7的螺栓及螺母固定连接。为了获得不同缺陷类型的应力波传播规律，可以对测试单元2的先后顺序进行不同的组合。使用时，开启激振器12和接收换能器32，从激振器I中发射出的应力波，经各个单元的物理力学特性调制的应力波到达接收换能器32，从而得到应力波(导波)的相关数据，研究激励信号(激振器发出的信号)与响应信号(接收换能器接收到的信号)之间的关系，就可以得出锚杆锚固系统中的导波规律，了解不同的缺陷组合对导播规律的影响，进而可以得出不同类型的缺陷组合对应的特征规律。
[0049]实施例2
[0050]实施例2与实施例1的不同是:测试单元的数量为三个。
[0051]具体地，本实施例的本实用新型的工作过程如下:如图5所示，本实用新型以装置中包括三个测试单元为例进行说明，为描述方便将三个测试单元分别成为A、B、C，其中A和C为存在缺陷的测试单元，B为不存在缺陷的测试单元。为了获得不同缺陷类型的应力波传播规律，可以对A、B、C进行不同的组合，例如可以采用A-B-C，A-C-B, B-C-A, B-A-C等组合进行试验。
[0052]将A、B、C首尾相连，再连接传感单元I和激振单元3，拼接成完整的模拟锚杆锚固系统导波规律的装置。如图2至图5所示，第一连接部13、第二连接部21、第三连接部33均设置有通孔7，各个连接部之间通过穿过通孔7的螺栓及螺母固定连接。使用时，开启激振器12和接收换能器32，从激振器I中发射出的应力波，经各个单元的物理力学特性调制的应力波到达接收换能器32，从而得到应力波(导波)的相关数据，研究激励信号(激振器发出的信号)与响应信号(接收换能器接收到的信号)之间的关系，就可以得出锚杆锚固系统中的导波规律，了解不同的缺陷组合对导播规律的影响，进而可以得出不同类型的缺陷组合对应的特征规律。
[0053]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种模拟锚杆锚固系统导波规律的装置，其特征在于，包括传感单元(I)、至少两个存在缺陷的测试单元(2)和激振单元(3)； 所述传感单元(I)包括第一管体(10)，所述第一管体(10)内填充有煤岩(4)，所述第一管体(10)的一端设置有带中心孔的第一亚克力板(11)，所述第一亚克力板(11)上设置有激振器(12)，所述激振器(12)穿过第一亚克力板(11)的中心孔与煤岩(4)直接接触，所述第一管体(10)的另一端外侧边缘设置有第一连接部(13)； 所述测试单元(2)包括钢筋(5)，包覆于所述钢筋(5)外部的水泥砂浆层(6)，包覆于所述水泥砂浆层(6)外部的煤岩(4)，包覆于所述煤岩(4)外部的第二管体(20)，所述第二管体(20)的两端外侧边缘均设置有第二连接部(21)，所述测试单元(2)的煤岩(4)中设置有过孔、岩石、土块、木棍中的一种或几种，所述传感单元(I)与测试单元(2)通过第一连接部(13)和第二连接部(21)相互连接； 所述激振单元(3)包括钢筋(5)，包覆于所述钢筋(5)外部的水泥砂浆层(6)，包覆于所述水泥砂浆层(6)外部的煤岩(4)，包覆于所述煤岩(4)外部的第三管体(30)，所述第三管体(30)的一端设置有带中心孔的第二亚克力板(31)，所述激振单元(3)的钢筋(5)的一端沿第二亚克力板(31)的中心孔伸出并且伸出部分上设置有接收换能器(32)，所述第三管体(30)的另一端外侧边缘设置有第三连接部(33)，所述激振单元(3)与测试单元(2)通过第三连接部(33)和第二连接部(21)相互连接。
2.根据权利要求1所述的一种模拟锚杆锚固系统导波规律的装置，其特征在于，所述第一管体(10)、第二管体(20)和第三管体(30)均为内径为180mm的聚氯乙烯PVC管； 所述第一亚克力板(11)的形状和第二亚克力板(31)的形状均为圆形，所述第一亚克力板(11)的外径和第二亚克力板(31)的外径均为180mm; 所述第一亚克力板(11)的中心孔的形状和第二亚克力板(31)的中心孔的形状均为圆形，所述第一亚克力板(11)的中心孔的直径和第二亚克力板(31)的中心孔的直径均为20mmo
3.根据权利要求1所述的一种模拟锚杆锚固系统导波规律的装置，其特征在于，所述钢筋(5)为直径为20mm的精轧螺纹钢，所述激振单元(3)的钢筋(5)的伸出部分长度为1cm0
4.根据权利要求1-3中任意一项权利要求所述的一种模拟锚杆锚固系统导波规律的装置，其特征在于，所述第一连接部(13)、第二连接部(21)和第三连接部(33)上均设置有通孔(7)，各个连接部之间通过穿过通孔(7)的螺栓及螺母固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种模拟锚杆锚固系统导波规律的装置，其特征在于，所述螺栓的型号为M10x40，所述螺母的型号为M10。
【文档编号】G01N29/04GK204086212SQ201420496024
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】赵栓峰, 李涛, 张洋森 申请人:西安科技大学