專利名稱：錨桿拉拔力無損動力檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種礦井和隧道的錨桿拉拔力無損動力檢測裝置。
背景技術：
錨桿被廣泛應用于礦山、隧道圍巖加固和支護中，以煤礦為例，我國煤礦巷道錨桿用量至少在5000萬根以上，如何準確、全面地計算錨桿拉拔力是否滿足設計要求，目前仍然是一個難題。事實上，對于現在的深部煤礦巷道，由于圍巖高應力、圍巖性質差異和地質構造的影響，同一巷道的錨桿拉拔力都存在極大的差異，少部分錨桿拉拔力達不到要求都將引起垮巷、冒頂等事故的發生。因此，在巷道施工和服務期間分別對在役錨桿進行拉拔力無損檢測，及時掌握在役錨桿拉拔力變化情況，對于煤礦安全意義明顯。專利《一種錨桿極限承載力的無損檢測方法》(CN1793897A)采用結構動測技術獲取信息，采用智能信號分析技術對獲取的信息進行處理，然后通過已訓練好的神經網絡智能識別系統進行預測錨桿極限承載力的檢測方法；這種檢測方法不能在井下直觀讀取拉拔力，且未考慮預應力對準確讀取拉拔力的影響。專利《錨桿錨固極限力的無損動力檢測裝置與方法》(CN101082564A)，在錨固于煤(巖)層錨桿錨索外露端上安裝傳感器連接裝置，并在傳感器連接裝置上安裝與智能動測儀相連的加速度傳感器，通過對錨桿正端面施加擊振力，使錨桿產生縱向振動，由加速度傳感器采集此微振動加速度信號，傳輸給智能動測儀， 智能動測儀將接收到的加速度信號轉換成數字信號并存儲，最后將所有采集到的數據輸入到計算機進行運算處理，完成錨桿錨固極限力非破損檢測；這種檢測方法同樣不能在井下直觀讀取拉拔力。目前對錨桿拉拔力檢測主要是利用液壓千斤頂進行拉拔試驗來測定錨桿的拉拔力，這種檢測手段是破損檢測，被檢測過的錨桿一般不能再用于支護頂板或兩幫，因而只能在設計中作為設計參考，并不能達到評估某巷道錨桿錨固質量的目的，而且既費工又費時。對錨固質量進行檢測時，采取只拉拔到設計錨固極限力的80%，若能達到設計錨固極限力的80%，則認為該根錨桿合格，盡管這樣檢測后的錨桿仍可復用，但仍對錨桿及其周圍巖體產生較強的擾動，降低了錨桿對圍巖的加固作用。
發明內容為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種直接用于現役錨桿檢測的錨桿拉拔力無損動力檢測裝置。本實用新型解決上述技術問題的技術方案是它包括錨桿，錨桿經錨固體固定在圍巖上的錨桿孔內，錨桿外露端設有托板，托板經鎖緊螺母固定在圍巖上，錨桿的外露端設有連接套，速度傳感器設置在連接套內，速度傳感器經信號傳輸線連接信號采集分析儀；所述連接套的端部設有滑桿固接套，滑桿固接套連接滑桿，滑桿的尾部設有撞擊座，滑桿上套裝穿心錘。本實用新型相比現有技術所產生的有益效果本實用新型采取反向激振的方法，產生拉應力波來消除壓應力波在托板與圍巖壁接觸面的反射波干擾；選擇符合預應力錨桿錨固系統固有頻率的速度傳感器來直接采集系統振動速度信號，以直接提取系統振動初速度；為消除碰撞時能量損耗對拉拔力計算的影響，通過穿心錘回彈高度計算回彈系數來確定碰撞的能量損耗；最后由系統振動初速度、穿心錘質量和碰撞系數計算預應力錨桿錨固系統參振質量，根據系統振動基頻由固化在信號采集儀中的拉拔力計算模塊計算檢測錨桿的拉拔力。本實用新型在拉拔力的檢測過程中， 對現役的錨桿無損壞，無拆卸，且檢測方便、快捷，檢測精度高；信號采集儀能夠直接計算和顯示拉拔力的計算數據。本實用新型克服了現有技術不能在井下直觀讀取拉拔力數據的缺陷。本實用新型適用于礦山和隧道的錨桿拉拔力檢測、數據計算和顯示。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細說明。

圖1是本實用新型的結構圖。圖中1、圍巖，2、錨固體，3、錨桿，4、錨桿孔，5、托板，6、鎖緊螺母，7、速度傳感器， 8、信號傳輸線，9、連接套，10、滑桿固接套，11、滑桿，12、穿心錘，13、撞擊座。
具體實施方式
參見圖1，一種錨桿拉拔力無損動力檢測裝置，它包括錨桿3，錨桿3經錨固體2固定在圍巖1上的錨桿孔4內，錨桿3外露端設有托板5，托板5經鎖緊螺母6固定在圍巖1 上，錨桿3的外露端設有連接套9，速度傳感器7設置在連接套9內，速度傳感器7經信號傳輸線8連接信號采集分析儀14 ；連接套9的端部設有滑桿固接套10，滑桿固接套10連接滑桿11，滑桿11的尾部設有撞擊座13，滑桿11上套裝穿心錘12。本實用新型的檢測步驟包括1)、瞬態定值激振穿心錘12以對撞擊座13的滑距#沿滑桿11向下自由滑落，與滑桿11尾部的撞擊座13發生彈性碰撞，從而在錨桿3端部產生縱向拉應力波，引發預應力錨桿3縱向振動；碰撞系數根據穿心錘12碰撞后回彈高度來計算，回彈高度根據振動波形中兩個激振應力波的時間差計算。以煤礦預應力錨桿3為實施例，圍巖1為煤礦巷道頂板接觸面，錨桿3的預應力普遍約為30 50kN，錨桿3經錨固體2固定后，使托板5與接觸面產生一定的壓應力，進行錨桿3動力檢測時，通常方法是沿錨桿3縱向方向在錨桿3端部施加一瞬態壓應力波，壓應力波在傳播到托板5與煤壁接觸面位置時必將引起波的反射與透射，成為干擾波，使檢測精度受到影響。本實用新型是在錨桿3端部沿縱向施加一定幅值的拉應力波，由于托板5與煤礦巷道頂板接觸面不能傳遞拉應力波，激振的拉應力波幾孚全部傳入錨固端，激起錨固體2 縱向振動，托板5與接觸面的干擾波則基本不明顯。為實現煤礦巷道頂板錨桿3的拉應力波，穿心錘12以滑距//沿滑桿11由上往下自由滑落，與滑桿11尾部半圓球撞擊座13發生彈性碰撞，從而在錨桿3的端部產生一縱向拉應力波，觸發預應力錨桿3縱向振動。碰撞系數根據穿心錘12碰撞后回彈高度來計算，而回彈高度可根據振動波形中兩個激振應力波的時間差計算。[0017]2)、信號采集速度傳感器7裝配在螺紋連接套9上，速度傳感器7采集穿心錘12 與撞擊座13發生彈性碰撞的振動速度信號，并將該信號經信號傳輸線8發送至采集分析儀 14。目前現有的錨桿3檢測中主要采用加速度傳感器，但采用加速度傳感器，需對采集信號進行數字積分，會使一些干擾波在積分過程中被放大，故本檢測信號采集傳感器直接采用速度傳感器7，速度傳感器7帶寬在500Hz 2000Hz。速度傳感器7裝配在滑桿11 激振裝置的螺紋連接套9上。速度傳感器7與信號采集儀14由信號傳輸線8連接，激振前先將速度傳感器7固接，并與信號采集儀14連接好，將信號采集儀14調試到信號采集界面，發出信號采集指令， 使信號采集儀14處于待接收狀態，然后將穿心錘12沿滑桿11提起一定高度，釋放穿心錘 12完成一次激振，信號采集儀14采集到此次激振信號后存儲，重復激振3 4次后，當信號一致性較好時計算錨桿3的拉拔力，否則重新采集。3)、拉拔力計算，當單根錨桿3速度信號采集結束后，選擇其中一個信號進行時域分析，得到錨桿3自由端長度，同時根據已知的錨桿3長度計算錨固長度，理論計算該錨桿 3的前1 3階頻率，以及錨固端視為固支時的預應力錨桿3振動固有基頻，理論確定預應力錨桿3的振動基頻。采集分析儀14設有拉拔力計算模塊，拉拔力計算模塊對振動速度信號進行快速傅立葉變換得到信號功率譜，并利用極值定理確定預應力錨桿3振動前的1 3 階頻率，與該預應力錨桿3的振動理論基頻相比較，得到實測的預應力錨桿3振動基頻作為計算頻率值A ；然后綜合由該錨桿3振動速度信號直接提取的振動初速度和碰撞系數，由信號采集儀14中的拉拔力計算模塊計算該預應力錨桿3的拉拔力；拉應力波形的首波波峰峰值為4，由％=〃 ΧΛ確定預應力錨桿縱向激振后的振動初速度，其中α為速度傳感器7 的靈敏度系數， 為波形上首波與回彈波的時間差。由公式h=gi2/8計算回彈高度，并由公式f =h///計算回彈系數。在綜合確定/^tve后，點擊采集分析儀14上的“拉拔力計算” 按鍵，由采集分析儀14自動計算并顯示錨桿3拉拔力檢測值。
權利要求1. 一種錨桿拉拔力無損動力檢測裝置，其特征在于它包括錨桿(3)，錨桿(3)經錨固體(2)固定在圍巖(1)上的錨桿孔(4)內，錨桿(3)外露端設有托板(5)，托板(5)經鎖緊螺母(6)固定在圍巖(1)上，錨桿(3)的外露端設有連接套(9)，速度傳感器(7)設置在連接套 (9 )內，速度傳感器(7 )經信號傳輸線(8 )連接信號采集分析儀(14 )；所述連接套(9 )的端部設有滑桿固接套(10)，滑桿固接套(10)連接滑桿(11)，滑桿(11)的尾部設有撞擊座(13)， 滑桿(11)上套裝穿心錘(12)。
專利摘要本實用新型公開了一種錨桿拉拔力無損動力檢測裝置，它包括錨桿，錨桿經錨固體固定在圍巖上的錨桿孔內，錨桿外露端設有托板，托板經鎖緊螺母固定在圍巖上，錨桿的外露端設有連接套，速度傳感器設置在連接套內，速度傳感器經信號傳輸線連接信號采集分析儀；所述連接套的端部設有滑桿固接套，滑桿固接套連接滑桿，滑桿的尾部設有撞擊座，滑桿上套裝穿心錘。經瞬態定值激振中的穿心錘與滑桿的尾部的撞擊座彈性撞擊，由速度傳感器進行信號采集，并將信號輸入信號采集分析儀換算成錨桿拉拔力。本實用新型克服了現有技術不能在井下直觀讀取拉拔力數據的缺陷。本實用新型適用于礦山和隧道的錨桿拉拔力檢測、數據計算和數據顯示。
文檔編號G01N3/303GK202101909SQ201120235010
公開日2012年1月4日 申請日期2011年7月6日 優先權日2011年7月6日
發明者李樹清, 李青鋒 申請人:湖南科技大學