一种电磁法激振检测矿用锚杆锚固状态的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种运行锚杆锚固状态检测的激振装置和无损检测方法，尤其是适用于煤矿井下运行锚杆锚固状态无损检测的电磁激振装置和方法。
【背景技术】
[0002]锚杆锚固技术已在国内外岩土工程中迅速发展，并被广泛应用，特别是已成为煤矿巷道的主要支护形式。因此为保障工程施工中锚杆锚固的质量，关于锚杆锚固质量无损检测方法的研宄越来越受到重视。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。实践证明，要保证锚杆支护质量，对锚固状态，如锚杆长度、自由段长度、锚固段长度和施工缺陷等的检测、评价是不可缺少的。目前的煤矿巷道锚杆支护质量检测主要有两类:拉拔实验和声波法。锚杆测力计、拉拔计等拉拔检测是一种破坏性检测方法，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，并且不能测出锚杆长度和全面反映锚固质量。因此，为了提高运行锚杆检测的准确性、安全性及时效性，声波法无损检测技术将是煤矿锚杆支护质量检测的主要手段和发展方向。
[0003]声波法是工程界目前普遍采用的锚杆锚固质量无损检测方法。将锚杆视作一维弹性杆建立数学模型，考虑到激振力产生的纵波波长比锚杆半径大得多，因而忽略系统的横向位移。其具体做法是在锚杆外露端部安放一个加速度传感器，然后在顶端激发声波，声波经锚杆向四周传播，在锚固体各波阻抗差异界面发生反射和透射，通过分析传感器接收到的激发波和反射波信号来确定锚杆的锚固状态，其中锚杆长度是根据锚杆底端反射信号的到达时间计算得来，砂浆饱和度则是利用反射信号与发射信号的能量比来确定，对锚杆的锚固质量进行评价。研宄表明，在低频时，宜采用40KHz频率进行检测；在高频率时，2MHz是一个比较理想的激振频率，而且频率越高，检测的准确率越高。低频振动目前主要采用手动敲击，在锚杆端面不平整时无法产生沿着锚杆杆体传播的有效振动信号，且手动敲击无法对能量和激振频率控制。针对煤矿特殊而复杂的条件，我们研宄开发了高频率振动的发生设备，而且采用高速ARM芯片准确捕捉到清晰的回波信号。
【发明内容】
[0004]为了解决煤矿井下运行锚杆无损检测的激振不可控性，本发明提供一种电磁法激振检测矿用锚杆锚固状态的装置和方法，该装置结构简单，操作方便，检测效果好。所述方法是可调、可控的，能保证每次激发能量和激发时间一致性。
[0005]本发明解决问题所采用的技术方案是:一种电磁法激振检测矿用锚杆锚固状态的装置，该装置包括传感器、磁性基座、电磁激振器、检测仪；所述传感器为加速度传感器；所述磁性基座为强磁性圆柱体，一端面通过定位销钉与传感器联接，接触面用强力AB胶粘接，另一端面与被测试锚杆外露端面磁性吸附联接；所述电磁激振器为铁质绕线轴内部绕有多匝铜线圈，引出铜线圈的二个抽头，在外边用铁皮密封，然后用密封胶灌注以防水，夕卜形为圆环柱体；电磁激振器中间通孔直径大于被测锚杆直径，能够自如套在锚杆外露端头上活动；所述检测仪与传感器通过同轴电缆连接；所述检测仪与电磁激振器用电线联接；检测仪为多功能设备，安装有锚杆检测的分析采集软件，软件有“信号采集”按钮，按一下“信号采集”按钮，检测仪对电磁激振器施加一个脉冲，在被测锚杆杆体中产生纵向传播的弹性波；检测仪同时启动弹性波采集、分析处理程序，即完成一次激振与信号采集过程。
[0006]一种电磁法激振检测矿用锚杆锚固状态的方法:
[0007](I)根据检测所需要的激振能量、频率，选择合适的电磁激振器套在被测锚杆的外露端，电磁激振器的外端面边沿距被测锚杆的外露端面2-3cm，联接电磁激振器电缆至检测仪的“发射”座，如图1所示；
[0008](2)将传感器和磁性基座吸附在被测锚杆的外露端面，传感器、磁性基座、被测锚杆的轴心尽量在一条直线上，联接传感器电缆至检测仪的“通道I”座；
[0009](3)检测仪开机，启动锚杆检测软件，设置检测项目相关参数，如检测地点、日期、采样频率等，在本实例中设置采样频率为1.25MHz，点击锚杆检测软件上“信号采集”按钮，检测仪对电磁激振器施加一个脉冲，电磁激振器在被测锚杆杆体中产生纵向传播的弹性波；检测仪内锚杆检测软件同时启动弹性波采集、分析处理程序，将传感器检测的弹性波信息采集分析处理，即完成一次激振与信号采集过程；，
[0010](4)重复步骤⑶进行多次信号采集。
[0011]本发明的有益效果:该电磁法激振检测矿用锚杆锚固状态的装置和方法，采用电磁法激振在被测锚杆中产生纵波，且根据检测的不同要求，选择电磁激振器内铜线圈匝线和质量，使锚杆杆体中激发出不同频率的弹性波；可根据被测锚杆不同，调节检测仪对电磁激振器充放电脉冲能量大小和激振时间，以产生不同能量和不同频率的弹性波。即所激发的弹性波能量是可控制的，保证每次激发的弹性波一致性，减少了随机误差。消除了采用手动敲击时，因锚杆端面不平整无法产生沿着锚杆杆体传播的有效振动信号，且手动敲击无法对能量和激振频率控制；同时避免以往激振头冲击锚杆端面后二次振动现像。该电磁法激振检测矿用锚杆锚固状态的装置能完全满足煤矿井下锚杆检测的要求；且本方法是可调、可控的，保证每次激发能量和激发时间一致性，本发明为煤矿特殊环境条件下的锚杆锚固状态检测提供了一种简单、有效的方法。
【附图说明】
[0012]下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0013]附图1为该电磁法激振检测矿用锚杆锚固状态的装置的结构示意图。
[0014]图中，1.传感器，2.磁性基座，3.电磁激振器，4.锚杆，5.水泥药包，6.岩石，7.检测仪。
【具体实施方式】
[0015]如附图1所示，一种电磁法激振检测矿用锚杆锚固状态的装置，该装置包括1.传感器，2.磁性基座，3.电磁激振器，7.检测仪；该装置有一个圆柱形的磁性基座2;该磁性基座2 —端面与传感器I通过定位销钉联接，在接触端面用强力AB胶粘接；该磁性基座2的一端与被测锚杆端4磁性吸附连接；所述传感器I与检测仪7通过同轴电缆连接；所述电磁激振器3为铁质绕线轴内部绕有多匝铜线圈，将线圈二个抽头拉出绕线轴边缘后，在外边用铁皮密封，密封处灌注硅胶以防水；所述电磁激振器3外形为中空圆柱体；中间通孔的直径大于被测锚杆4的直径，能在锚杆上自由活动；所述电磁激振器3用电缆与检测仪7联接。
[0016]一种电磁法激振检测矿用锚杆锚固状态的方法:将电磁激振器3套在被测锚杆4外露端，距端头2-3cm，将传感器I和磁性基座2吸附在被测锚杆4外露端面上，传感器1、磁性基座2、被测锚杆4轴心在一条直线上；将传感器I的同轴电缆与检测仪7的检测“通道I”座联接，将电磁激振器3的电缆与检测仪7的脉冲“发射”座联接。检测仪7开机，启动锚杆检测软件，设置被测锚杆的相关参数，如检测日期、地点、采样频率等，本实施例设置采样频率为1.25MHz，点击软件界面上“信息采集”按钮，检测仪7对电磁激振器3中施加一个脉冲，被测锚杆4的杆体中产生纵向传播的弹性波；检测软件同时启动弹性波采集，分析处理程序，将传感器I检测到的脉冲波采集到检测仪7内，即完成一次激振与采集过程。
[0017]本实例例仅为说明本发明的一般使用方法，具体使用时要根据需要选择不同的电磁激振器3和设置电磁激振能量与时间，获得不同频率、能量的振动波。
【主权项】
1.一种电磁法激振检测矿用锚杆锚固状态的装置，包括传感器(I)，磁性基座(2)，电磁激振器(3)，检测仪(7);该电磁激振器(3)为铁质绕线轴，内部绕有多匝铜线圈，在外边用铁皮密封；该电磁激振器(3)套在被测锚杆(4)的外露端头，距被测锚杆(4)外端面2-3cm;所述电磁激振器(3)与检测仪(7)用电缆联接；传感器⑴和磁性基座(2)采用定位销钉联接，然后用强力AB胶粘接，吸附在被测锚杆(4)的外端面，传感器(I)、磁性基座(2)与锚杆(4)轴心在一条直线上；所述传感器(I)与检测仪(7)电缆连接；其特征是:所述电磁激振器(3)的形状为一圆环柱体，其中间通孔直径大于被测锚杆(4)的直径。
2.根据权利要求1所述的一种电磁法激振检测矿用锚杆锚固状态的装置，其特征是:所述电磁激振器(3)根据检测要求，选择内部所绕线圈的匝数。
3.根据权利要求1所述的一种电磁法激振检测矿用锚杆锚固状态的装置，其特征是:所述传感器(I)为加速度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种电磁法激振检测矿用锚杆锚固状态的装置，其特征是:电磁激振器(3)激振弹性波与传感器(I)信号采集由检测仪一体控制，保证了每次激振与信号采集的一致。
5.根据权利要求1所述的一种电磁法激振检测矿用锚杆锚固状态的装置，其特征是:电磁激振器(3)与检测仪(7)用电缆联接，通过控制检测仪(7)对电磁激振器(3)的脉冲能量和脉冲时间，控制所激发的弹性波能量和频率，保证每次激发的信号的一致性，减少随机误差，有效避免机械式击振后二次冲击在被测锚杆(4)杆体中产生干扰弹性波，保证了检测仪(7)信号采样的一致性。
6.一种电磁法激振检测矿用锚杆锚固状态的方法，其特征在于，包括以下步骤: 6.1根据检测所需要的激振能量、频率，选择合适的电磁激振器(3)套在被测锚杆(4)的外露端，将电磁激振器(3)的电缆与检测仪(7)的“发射”座联接； 6.2将传感器(I)和磁性基座(2)吸附在被测锚杆(4)的外端面，将传感器(I)的电缆与检测仪(7)的“通道I”座联接； 6.3检测仪(7)开机，启动锚杆检测软件，设置检测项目相关参数，包括检测地点、检测日期，采样频率，并将采样频率设为1.25MHz，点击检测仪(7)上软件的“信号采集”按钮，检测仪(7)对电磁激振器(3)施加一个脉冲，在被测锚杆(4)杆体中产生纵向传播的弹性波，检测仪(7)同时采集、分析处理弹性波信息，完成一次激振与信号采集过程； 6.4重复步骤6.3进行多次信号采集。
【专利摘要】本发明提供一种电磁法激振检测矿用锚杆锚固状态的装置和方法。该电磁法激振检测矿用锚杆锚固状态的装置包括传感器、磁性基座、电磁激振器、检测仪；所述磁性基座，一端面与传感器联接，另一端面与被测锚杆端头吸附联接；所述电磁激振器为铁质绕线轴，与检测仪用电线联接；该电磁激振器中间通孔直径大于被测锚杆直径，能够自如套在锚杆端头上活动；所述检测仪与传感器通过同轴电缆连接。检测仪为一多功能设备，装有锚杆检测软件，能够同时控制对电磁激振器脉冲和采集处理由传感器传来的波形信号。该电磁法激振装置结构简单，操作方便，激振与检测效果好。所述检测方法是可调、可控的，能保证每次激发的波形能量和频率的一致性。
【IPC分类】G01M7-02
【公开号】CN104849003
【申请号】CN201410781271
【发明人】江兆利, 邓占峰, 朱继明, 谢志红, 李和明, 刘森, 朱凯, 刘磊, 陈飞, 毕士锋
【申请人】淄博矿业集团有限责任公司许厂煤矿, 泰安弘谦泰电子有限责任公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2014年12月18日