一种锚固区围岩状态的监测装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种锚固区围岩状态的监测装置及方法，它包括加速度传感器、弹性波检测与诊断仪、激振发生器、锚杆、托盘等。本发明利用弹性波检测与诊断仪测量不同时刻激振发生器产生的弹性波在锚固区围岩中的波速，再绘出波速与时间的关系曲线，根据波速与时间的关系曲线确定锚固区围岩的健康状态。本发明不仅成本低，实施简单、精确度高，还能做到实时检测。通过对岩体的监测，工作人员可以充分掌握巷道围岩的稳定性，有利于巷道的施工和维护。
【专利说明】
一种锚固区围岩状态的监测装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种围岩状态的监测装置，特别涉及一种锚固区围岩状态的监测装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着地下工程的增多，地下工程的跨度和断面也越来越大。岩体强度、岩体结构面特征、节理裂隙发育程度、地下水及施工方法对锚固区内岩体稳定性的影响也日益凸显。近些年来，围岩坍塌屡见不鲜。
[0003]我国科研研究人员对锚固区围岩状态的情况进行了大量的研究，目前主要的监测方法有声发射、电阻应力计、钻孔、光纤等。由于地质情况复杂，上面这些监测所受的干扰影响都比较大，很容易出现失真的现象，导致监测失败。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构较简单、成本低、有效的锚固区围岩状态的监测装置及方法。
[0005]本发明解决上述技术问题采用的技术方案是:一种锚固区围岩状态的监测装置，包括双通道弹性波检测与诊断仪、激振发生器、加速度传感器，选取两帮上相邻锚杆A、B作为顶板监测锚杆和两帮监测锚杆，所述激振发生器固接在锚杆A外露端，加速度传感器分别固接在锚杆A、B外露端上，加速度传感器通过数据线与弹性波检测与诊断仪连接进行数据米集。
[0006]—种锚固区围岩状态的监测方法，包括步骤如下:
1)在围岩监测区选取锚杆巷道支护的顶板或者两帮上相邻锚杆A、B作为顶板监测锚杆和两帮监测锚杆；
2)将锚杆A、B锚杆托盘下的螺母拧松或保持5kN左右的轴力，在锚杆A外露端上安装激振发生器，且在锚杆A、B外露端上安装加速度传感器，将锚杆A、B外露端加速度传感器同时连接到双通道弹性波检测与诊断仪上，激振发生器激发一个瞬态激振时弹性波检测与诊断仪采集锚杆A、B上加速度传感器的弹性波形；
3)计算锚杆B上加速度传感器的弹性波相对于锚杆A上加速度传感器弹性波的延时时间t总，以及弹性波在杆体内的传播时间t杆；
4)计算弹性波在销固体内传播的时间11，其中11= t总-21杆；
5)计算弹性波在销固体内的传播速度v=S/ti，S为销杆A、8的间距，此时的传播速度V为锚固围岩初始波速；
6)围岩初始波速确定后，拧紧锚杆A、B锚杆的螺母，激振发生器在!^时刻发出瞬态激振对锚杆A进行敲击，敲击的瞬间通过弹性波检测与诊断仪记录下锚杆A上加速度传感器弹性波形a，敲击所产生的弹性波沿着锚杆传至锚固体，再通过锚固区围岩传播到间隔S的相邻锚杆B，此时弹性波检测与诊断仪记录锚杆B上加速度传感器弹性波形b，得到T1时刻的锚固围岩波速；
7 )每间隔一定时间Dt，激振发生器发出激振，计算不同时刻锚固区的波速并由弹性波检测与诊断仪记录存储，然后由弹性波检测与诊断仪绘制波速-时间曲线图；
8)如果波速-时间曲线变化没有发生突变，即最终波速不小于初始波速的50%，说明锚固区围岩状态没有发生过大改变，此时弹性波检测与诊断仪不发出警报，如果波形曲线发生突跳，则说明锚固区围岩稳定性发生比较大的变化，弹性波检测与诊断仪发出警报。
[0007]与现有发明相比，本发明的有益效果是:
1)本发明实施简单、成本低；
2)本发明能对锚杆支护巷道实时进行监测，克服了现有技术的不足。通过对锚固区内岩体的监测，可以使矿业人员充分掌握巷道围岩的稳定性，有利于巷道的施工和维护；
3)本发明间接通过锚固区内波速进行监测，不仅操作方便，准确度也高。
【附图说明】
[0008]图1为本发明的结构图。
[0009]图2为本发明中弹性波检测与诊断仪检测的波形示意图。
[0010]图1中:1-弹性波检测与诊断仪，2-激振器，3-加速度传感器，4-螺母，5-托盘，6-销孔，7-销固体，8-围岩，9-销杆外露端，10-数据线，I1-A杆激振波，12-A杆反相反射波，13-B杆震动响应波。
【具体实施方式】
[0011 ]下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明包括双通道弹性波检测与诊断仪1、激振发生器2、加速度传感器3，并选取两帮上相邻锚杆A、B作为顶板监测锚杆和两帮监测锚杆，所述激振发生器2固接在锚杆A外露端，加速度传感器3分别固接在锚杆A、B外露端上，加速度传感器3通过数据线10与弹性波检测与诊断仪I连接进行数据采集。
[0012]本发明中，锚固区围岩状态的监测方法包括如下步骤:
1)对某一巷道，首先调查锚杆支护巷道围岩地质情况，根据围岩稳定性进行分区，对围岩相对不稳定区域设置监测点进行锚固区围岩状态监测；
2)沿锚杆支护巷道的纵向，取监测点的顶板或者两帮上相邻锚杆A、B作为顶板监测锚杆和两帮监测锚杆，测量锚杆A、B之间的间距S。
[0013]3)监测前将锚杆A、B锚杆托盘5下的螺母4稍拧松(或保持5kN左右的轴力)，在锚杆A外露端9上安装激振发生器2，且在锚杆A、B外露端9上安装加速度传感器3，将两端加速度传感器3同时连接到双通道弹性波检测与诊断仪I上，激振发生器2激发一个瞬态激振时弹性波检测与诊断仪I采集锚杆A、B上加速度传感器3的弹性波形如图2。
[0014]4)弹性波检测与诊断仪I根据图2所示波形自动读取t总、t杆。
[0015]5)计算波在销固体内传播的时间ti，其中ti= t总-t杆。
[00? 0] 6)通过ti和间隔距离S，计算弹性波在销固体内的传播速度V，v=S/ ti，此时的弹性波波速为锚固围岩初始波速，计为V0 ；
7)围岩初始波速确定后拧紧锚杆A、B锚杆的螺母4，激振发生器2在!^时刻发出瞬态激振对锚杆A进行敲击，敲击的瞬间通过弹性波检测与诊断仪的I记录下锚杆A上加速度传感器弹性波形a，敲击所产生的弹性波必会沿着锚杆传至锚固体，再通过锚固区围岩传播到间隔S的相邻锚杆B，此时弹性波检测与诊断仪记录锚杆B上加速度传感器弹性波形b，按步骤4-步骤6得到T1时刻的锚固围岩弹性波波速V1。
[0017]8)间隔10分钟时间，在T2(T2= Ti+10)时刻继续发出瞬态激振对锚杆A进行敲击，加速度传感器采集锚杆A、B的弹性波形a、弹性波形b并由弹性波检测与诊断仪保存，然后按步骤4-步骤6得到T2时刻的锚固围岩弹性波波速v2。
[0018]9)依次间隔 10 分钟时间可得到 T3(T3= Ti+2X10),T4(T4= Ti+3 X 10)、…、Tn(Tn= Ti+ (η-1) X 10)时刻的锚固围岩波速V3、V4、…、νη，然后由弹性波检测与诊断仪绘制波速-时间(ν-t)曲线。
[0019]10)如果波速-时间曲线变化不大，说明锚固区围岩状态没有发生过大改变，此时弹性波检测与诊断仪不发出警报，如果波形曲线发生突跳，则说明锚固区围岩稳定性发生比较大的变化，弹性波检测与诊断仪发出警报。此时工作人员需要尽快对发出警报的锚固区进行检查，及时增加支护强度，防止围岩失稳。
【主权项】
1.一种锚固区围岩状态的监测装置，其特征在于:包括双通道弹性波检测与诊断仪、激振发生器、加速度传感器，选取两帮上相邻锚杆A、B作为顶板监测锚杆和两帮监测锚杆，所述激振发生器固接在锚杆A外露端，加速度传感器分别固接在锚杆A、B外露端上，加速度传感器通过数据线与弹性波检测与诊断仪连接进行数据采集。2.—种锚固区围岩状态的监测方法，包括步骤如下: 1)在围岩监测区选取锚杆巷道支护的顶板或者两帮上相邻锚杆A、B作为顶板监测锚杆和两帮监测锚杆； 2)将锚杆A、B锚杆托盘下的螺母拧松或保持5kN左右的轴力，在锚杆A外露端上安装激振发生器，且在锚杆A、B外露端上安装加速度传感器，将锚杆A、B外露端加速度传感器同时连接到双通道弹性波检测与诊断仪上，激振发生器激发一个瞬态激振时弹性波检测与诊断仪采集锚杆A、B上加速度传感器的弹性波形； 3)计算锚杆B上加速度传感器的弹性波相对于锚杆A上加速度传感器弹性波的延时时间切.，以及弹性波在杆体内的传播时间t杆； 4)计算弹性波在销固体内传播的时间11，其中11= t总-21杆； 5)计算弹性波在销固体内的传播速度v=S/ti，S为销杆A、B的间距，此时的传播速度V为锚固围岩初始波速； 6)围岩初始波速确定后，拧紧锚杆A、B锚杆的螺母，激振发生器在!^时刻发出瞬态激振对锚杆A进行敲击，敲击的瞬间通过弹性波检测与诊断仪记录下锚杆A上加速度传感器弹性波形a，敲击所产生的弹性波沿着锚杆传至锚固体，再通过锚固区围岩传播到间隔S的相邻锚杆B，此时弹性波检测与诊断仪记录锚杆B上加速度传感器弹性波形b，得到T1时刻的锚固围岩波速； 7)每间隔一定时间Dt，激振发生器发出激振，计算不同时刻锚固区的波速并由弹性波检测与诊断仪记录存储，然后由弹性波检测与诊断仪绘制波速-时间曲线图； 8)如果波速-时间曲线上没有发生突变，即最终波速不小于初始波速的50%，说明锚固区围岩状态没有发生过大改变，此时弹性波检测与诊断仪不发出警报，如果波形曲线发生突跳，则说明锚固区围岩稳定性发生比较大的变化，弹性波检测与诊断仪发出警报。
【文档编号】G01N29/07GK105911146SQ201610268089
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】李青锋, 唐湘隆
【申请人】湖南科技大学