专利名称：一种煤矿非全长粘结锚杆长度无损检测方法
技术领域：
本发明涉及一种煤矿锚杆长度的检测方法，尤其是一种煤矿井下非全长粘结锚杆长度无损检测方法。
背景技术：
随着我国煤巷锚杆支护理论及设计方法的不断完善，新的支护材料和支护器具不断研制成功并投入使用，煤巷锚杆支护以其成熟的技术、优越的经济性已成为煤矿巷道支护的一种重要支护形式。目前全国煤矿全年巷道总进尺在10000公里以上，大型煤矿锚杆支护率在70%以上，年使用超过8000万根锚杆。近年来随着煤巷锚杆支护巷道由准备巷道发展到回采巷道；由实体到沿空；由小断面到大断面；由简单条件到复杂条件，应用越来越广泛。但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。因此，如何保证和提高锚杆支护工程质量，仍是煤矿巷道支护亟待解决的问题。据一些矿区的不完全统计，锚杆支护巷道中年维修量均在20%以上。锚杆支护巷道经常出现开裂、脱落和破坏现象，甚至发生顶板冒落等质量事故。产生这些问题的原因是多方面的，工程质量差，不符合设计和工程质量标准的要求是主要原因。有的施工人员为追求进度，降低劳动强度，擅自缩短锚杆长度，使其达不到设计承载强度。实践证明，要保证锚杆支护质量，对质量的检测、评价是不可缺少的。目前，对锚杆长度的检测方法主要有拉拔实验、取岩芯法、导波法、超声波法等。拉拔实验和取岩芯法属于破坏性检测方法，是将已锚固的锚杆从岩层中取出来观察锚杆的锚固长度等。这一类方法对巷道本身的稳定性具有破坏作用，而且使用起来费时费力，抽检的样本数十分有限，无法成为常规的检测手段。导波法和超声波法属于无损检测领域。导波法每次检测之前必须分析锚杆及周围介质具体力学参数，然后根据锚杆及周围介质力学参数计算被测锚杆结构的频散曲线。由于实际工程中锚杆工作环境较为复杂，周围介质的具体参数很难确定，并且采用此方法每次测量之前都要花费一定的时间计算结构的频散曲线，因此严重影响检测工作的速度。超声波法由于是采用高频波，需要配超声波发生器，且超声波在测试中衰减大，反射信号弱，信息识别困难，无法适用于煤矿井下特殊而复杂的环境。
发明内容
为了解决传统的煤矿井下锚杆长度检测中遇到的问题，本发明提出了一种煤矿非全长粘结锚杆长度无损检测方法，该检测方法方便、快捷，准确可靠，并可实现无损检测，保证了巷道的安全和质量。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种煤矿非全长粘结锚杆长度无损检测方法，其检测步骤为在锚杆外露端旋转连接带有传感器的激振装置，并将传感器与检测仪相连接；通过激振装置在锚杆端面激发，使锚杆杆体内产生纵向振动的弹性波；弹性波沿着锚杆杆体纵向传播至自由段与锚固段界面时，一部分弹性波被反射，而另一部分弹性波则透射进入锚固段内继续传播；进入锚固段内的弹性波在锚固体与煤体的界面上再次发生反射；传感器接收到先后两次的反射信号后，根据反射波与首波的相位差对有效信号中自由段反射时间和全长反射时间进行智能识别，通过计算反射的时间差以及弹性波在锚杆杆体和锚固段中的不同传播速度分别计算出锚杆的自由段长和全长，进而计算出锚杆的锚固段长度，并由实时图形化显示所检测锚杆各部分长度；连续多次激发激振装置，采集并存储每次触发的振动信号，对采集到的多个信号首先进行归一化叠加，消除部分干扰信号， 然后利用所建立的数学模型对叠加后的信号进行去噪处理，提取锚杆自由段和全长的有效反射信号。实现一种煤矿非全长粘结锚杆长度无损检测方法的装置，包括激振装置和检测仪；所述激振装置有一内侧壁开有螺纹的圆管形底座；所述激振装置的一端与锚杆外露端旋转连接，另一端上安装有压阻式加速度传感器和可控式激振头；所述传感器通过导线与检测仪连接。每次检测要连续进行5到10次击振。归一化叠加后的信号通过滤波分析去噪后提取出频率范围在15KHz 40KHz的有效信号进行反射时间点的识别。根据不同的围岩条件弹性波在锚杆的自由段速度为5000m/s 5300m/s，而在锚固段的传播速度为4200m/s 4500m/s。本发明的有益效果是本发明采用机械式激振，无需额外的激振动力，而且将各个模块集成在手持式仪器中，符合煤矿安全标准，适合于在煤矿井下特殊复杂条件下进行检测。同时本发明在进行检测时由仪器自动对检测结果进行识别并显示，无需人工二次处理， 操作使用方便、快捷，易于携带，效果好，具有广泛的实用性。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。附图1为一种煤矿非全长粘结锚杆长度无损检测方法的检测装置结构示意图。附图2为本发明的检测系统方框流程图。附图3为本发明的检测波形图。图中，1.煤体，2.锚固体，3.锚固段，4.自由段，5.锚杆，6.激振装置，7.检测仪。
具体实施例方式在附图中，一种煤矿非全长粘结锚杆长度无损检测方法，其检测步骤为在锚杆5 外露端旋转连接带有传感器的激振装置6，并将传感器与检测仪7相连接；通过激振装置6 在锚杆5端面激发，使锚杆5杆体内产生纵向振动的弹性波；弹性波沿着锚杆5杆体纵向传播至自由段4与锚固段3界面时，一部分弹性波被反射，而另一部分弹性波则透射进入锚固段3内继续传播；进入锚固段3内的弹性波在锚固体2与煤体1的界面上再次发生反射 ’传感器接收到先后两次的反射信号后，根据反射波与首波的相位差对有效信号中自由段4反射时间和全长反射时间进行智能识别，通过计算反射的时间差以及弹性波在锚杆5杆体和锚固段3中的不同传播速度分别计算出锚杆5的自由段4长和全长，进而计算出锚杆5的锚固段3长度，并由实时图形化显示所检测锚杆5各部分长度；连续多次激发激振装置6，采集并存储每次触发的振动信号，对采集到的多个信号首先进行归一化叠加，消除部分干扰信号，然后利用所建立的数学模型对叠加后的信号进行去噪处理，提取锚杆5的自由段4 和全长的有效反射信号。在附图1中，实现一种煤矿非全长粘结锚杆长度无损检测方法的装置，包括激振装置6和检测仪7 ；所述激振装置6有一内侧壁开有螺纹的圆管形底座；所述激振装置6的一端与锚杆5外露端旋转连接，另一端上安装有压阻式加速度传感器和可控式激振头；所述传感器通过导线与检测仪7连接。在附图3中，图形化显示了锚杆5的自由段4和全长所对应的弹性波的反射时间， 以及自由段4和锚固段3的长度，由此可得出锚杆5的全长，并由结果分析出井下锚杆的锚
固质量。每次检测要连续进行5到10次击振。归一化叠加后的信号通过滤波分析去噪后提取出频率范围在15KHz 40KHz的有效信号进行反射时间点的识别。根据不同的围岩条件弹性波在锚杆的自由段4速度为5000m/s 5300m/s，而在锚固段3的传播速度为4200m/s 4500m/s。实施例以下以锚杆5长度为2200mm，直径为22mm的螺纹钢为例，采用两卷Z2535型中速树脂药卷锚固，进行锚杆5的无损检测。具体检测流程如图1、图2所示1.将附图1中带有传感器的激振装置6与锚杆5的外露端旋紧连接，通过连接线将传感器与检测仪7连接起来；2.按下检测仪7上的采集键，通过激振装置6手动激振锚杆5外端面5次；检测仪7将采集5次信号并进行归一化叠加；3.检测仪7中的数据处理模块对叠加后的信号通过滤波去噪后，提取出有效的反射信号；4.检测仪7中的智能识别模块通过反射信号和原始信号之间的相位差识别出各段的反射时间，并根据弹性波在不同段上的传播速度计算出锚杆5各段的长度；5.检测仪7中的结果显示模块将锚杆5长度检测的结果实时图形化显示。本实例中检测结果如附图3所示，自由段4长1577mm，锚固段3长603mm，锚杆5 全长L = 603mm+1577mm = 2180mm,与锚杆5的固有长度2200mm相比较，误差仅为0. 99 %， 准确率较高。
权利要求
1.一种煤矿非全长粘结锚杆长度无损检测方法，其特征是检测步骤为在锚杆(5)外露段连接带有传感器的激振装置(6)，并将传感器与锚杆(5)的无损检测仪(7)相连接；通过激振装置(6)在锚杆( 端面激发，使锚杆( 杆体内产生纵向振动的弹性波；弹性波沿着锚杆( 杆体纵向传播至自由段(4)与锚固段C3)界面时，一部分弹性波被反射，而另一部分弹性波则透射进入锚固段(3)内继续传播；进入锚固段(3)内的弹性波在锚固体(2) 与煤体(1)的界面上再次发生反射；传感器接收到先后两次的反射信号后，根据反射波与首波的相位差对有效信号中自由段(4)反射时间和全长反射时间进行智能识别，通过计算反射的时间差以及弹性波在锚杆( 杆体和锚固段C3)中的不同传播速度分别计算出锚杆 (5)的自由段⑷长和全长，进而计算出锚杆(5)的锚固段(3)长度，并由实时图形化显示所检测锚杆( 各部分长度。
2.根据权利要求1所述一种煤矿非全长粘结锚杆长度无损检测方法，其特征是实现该无损检测方法的装置，包括激振装置(6)和检测仪(7)；所述激振装置(6)有一内侧壁开有螺纹的圆管形底座；所述激振装置(6)的一端与锚杆( 外露端旋转连接，另一端上安装有压阻式加速度传感器和可控式激振头；所述传感器通过导线与检测仪(7)连接。
3.根据权利要求1所述一种煤矿非全长粘结锚杆长度无损检测方法，其特征是连续多次激发激振装置(6)，采集并存储每次触发的振动信号，对采集到的多个信号首先进行归一化叠加，消除部分干扰信号，然后利用所建立的数学模型对叠加后的信号进行去噪处理， 提取锚杆(5)的自由段(4)和全长的有效反射信号。
4.根据权利要求1所述一种煤矿非全长粘结锚杆长度无损检测方法，其特征是每次检测要连续进行5到10次激振。
5.根据权利要求1所述一种煤矿非全长粘结锚杆长度无损检测方法，其特征是归一化叠加后的信号通过滤波分析去噪后提取出频率范围在15KHz 40KHz的有效信号进行反射时间点的识别。
6.根据权利要求1所述一种煤矿非全长粘结锚杆长度无损检测方法，其特征是根据不同的围岩条件弹性波在锚杆(5)的自由段(4)速度为5000m/s 5300m/s，而在锚固段 (3)的传播速度为4200m/s 4500m/s。
全文摘要
一种煤矿非全长粘结锚杆长度无损检测方法，首先在锚杆外露段连接激振装置，将固定于其上的传感器与检测仪相连接；然后通过激振装置在锚杆端面连续多次激发，使锚杆杆体内产生纵向振动的弹性波。弹性波沿着锚杆杆体纵向传播至自由段与锚固段界面和锚固段与煤体的界面时，一部分弹性波被反射并经由原路径返回，传感器接收到两次的反射信号后根据反射波与首波的相位差可得到自由段反射时间和全长反射时间，并根据弹性波在杆体和锚固段中的不同传播速度可分别计算出锚杆的自由段长和全长，进而计算出锚杆的锚固段长度。本发明采用机械式激振，无需额外的激振动力，而且将各个模块集成在手持式仪器中，符合煤矿安全标准，适合于在煤矿特殊复杂条件下进行锚杆无损检测。
文档编号G01S15/36GK102175195SQ20111006260
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者卜万奎, 吴宇, 李强, 茅献彪 申请人:江苏中矿立兴能源科技有限公司