專利名稱：一種錨桿預(yù)緊力無損動力檢測裝置及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦山和隧道的錨桿預(yù)緊力無損動力檢測裝置和方法，特別涉及對錨桿或錨索預(yù)緊力、錨固長度和工作載荷的檢測。
背景技術(shù)：
錨桿被廣泛應(yīng)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，錨桿(錨索)的預(yù)緊力對于保證錨桿(索)支護效果至關(guān)重要，但如何準確、全面地檢測錨桿預(yù)緊力是否滿足設(shè)計要求，目前仍然是一個難題。事實上，對于現(xiàn)在的錨桿支護巷道的錨桿、錨索，由于施工素質(zhì)和施工設(shè)備的影響，同一巷道的錨桿預(yù)緊力存在極大的差異，一部分錨桿預(yù)緊力達不到要求將引起圍巖離層、碎裂，最終引發(fā)垮巷、冒頂?shù)仁鹿实陌l(fā)生。因此，進行施工后錨桿、錨索的預(yù)緊力無損檢測，及時掌握施工后的錨桿、錨索的預(yù)緊力情況，對未達到設(shè)計要求的錨桿、錨索補加載，對于煤礦安全意義明顯。目前對錨桿預(yù)緊力檢測主要是利用扭矩扳手來測定錨桿的預(yù)緊力，這種檢測手段由于受錨桿托板與煤巖壁間、錨桿鎖緊螺母與托板間的摩擦效應(yīng)影響而使檢測的準確性不高；而且，由于目前錨桿類別較多，其外端螺紋的螺距也截然不同，螺距不同的錨桿施加同樣的預(yù)緊力所需的扭矩也截然不同。綜上所述，采用扭矩扳手測定錨桿預(yù)緊力的準確性不高，只能相對評價一批錨桿預(yù)緊力的大小，不能真實檢測錨桿的預(yù)緊力。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、準確度高的錨桿預(yù)緊力無損動力檢測裝置及其檢測方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:一種錨桿預(yù)緊力檢無損動力測裝置由錨桿連接桿、加速度傳感器，承壓筒、連接桿緊固螺母、扭矩扳手、激振撞桿、信號傳輸線、信號采集分析儀組成，其中所述錨桿連接桿螺紋固接在錨桿的外露端，加速度傳感器固接在錨桿連接桿上，錨桿連接桿上套裝承壓筒。所述錨桿連接桿的與錨桿連接部分設(shè)有內(nèi)螺紋，另一端設(shè)有外螺紋。一種錨桿預(yù)緊力無損動力檢測方法，包括步驟如下:I)連接檢測裝置:將錨桿在圍巖內(nèi)安裝好后，將錨桿連接桿套接在錨桿的外露端上，再在錨桿連接桿固接加速度傳感器，將承壓筒套裝在錨桿連接桿上，并將緊固螺母在錨桿連接桿上擰緊，現(xiàn)用信號傳輸線將加速度傳感器和信號采集分析儀連通；2)信號采集:采用扭矩扳手對錨桿連接桿上的緊固螺母施加力矩，記錄下扭矩扳手此時的力矩值，再采用激振撞桿側(cè)向單擊錨桿連接桿，將加速度傳感器采集的橫向振動信號經(jīng)信號傳輸線傳輸?shù)叫盘柌杉治鰞x，得到橫向振動頻率值；3)預(yù)緊力確定:以上述的力矩值為橫坐標，每一次施加力矩后測得的橫向振動基頻為縱坐標繪制曲線，曲線發(fā)生畸變的前一個點對應(yīng)的橫坐標即為錨桿預(yù)緊力對應(yīng)的預(yù)緊力矩；根據(jù)實驗室標定的力矩與預(yù)緊力的關(guān)系曲線查圖得到錨桿預(yù)緊力檢測值。
本發(fā)明在預(yù)緊力的檢測過程中，對施工后的錨桿無損壞，無拆卸，且檢測方便、快捷，檢測精度高；信號采集儀能夠直接繪制“預(yù)緊力-橫向振動基頻”曲線，錨桿預(yù)緊力判讀直觀、可靠。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)不能在井下直觀讀取錨桿預(yù)緊力的缺陷。本發(fā)明基于“一端固支、一端簡支”的經(jīng)典梁模型，采取在錨桿外露端加接連接桿和承壓筒，當承壓筒受力達到錨桿預(yù)緊力時，錨桿托板與圍巖壁分離，此時梁長由“錨桿外露端長度+連接桿長度”突變?yōu)椤板^桿長度L1+錨桿連接桿長度L2-錨固長度I ”，而“一端固支、一端簡支”的經(jīng)典梁橫向振動理論表明:梁長變化必然引起橫向振動基頻的顯著變化，故采用在錨桿外露端加接的連接桿上固定位置橫向激振的方法，使錨桿外露端梁產(chǎn)生彎曲應(yīng)力波，并用加速度傳感器直接采集系統(tǒng)振動信號，直接提取錨桿系統(tǒng)振動基頻，根據(jù)錨桿系統(tǒng)振動基頻的突變來確定錨桿預(yù)緊力，消除了因測試系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差帶來的錨桿預(yù)緊力檢測不準確性問題。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式參見圖1，本發(fā)明是由錨桿連接桿7、加速度傳感器9，承壓筒11、連接桿緊固螺母
8、扭矩扳手14、激振撞桿10、信號傳輸線12、信號采集分析儀13組成，其中所述錨桿連接桿7固接在錨桿3的外露端，加速度傳感器9固接在錨桿連接桿7上，錨桿連接桿7上套裝承壓筒11。利用錨桿預(yù)緊力無損動力檢測裝置檢測錨桿預(yù)緊力的步驟如下:I)連接檢測裝置:首先將錨桿3經(jīng)錨固體2固定在圍巖I上的錨桿孔4內(nèi)，錨桿3外露端設(shè)有托板5，托板5經(jīng)鎖緊螺母6固定在圍巖I上；將錨桿3在圍巖I內(nèi)安裝好后，將錨桿連接桿7套接在錨桿3外露端上，再在錨桿連接桿7固接加速度傳感器9，隨后將承壓筒11套裝在錨桿連接桿7上，并將緊固螺母8在錨桿連接桿7外螺紋上擰緊，使其與圍巖壁緊壓，從而使錨桿3外露端產(chǎn)生一定的軸向張拉,最后用信號傳輸線12將加速度傳感器9和信號采集分析儀13連通，開啟信號采集分析儀。2)信號采集:首先預(yù)估錨桿的預(yù)緊力矩值M1，將預(yù)緊力矩值M1乘以1.2再8等分；然后從小到大以每一個等分值為力矩對錨桿連接桿7上的緊固螺母8施加力矩，每一次施加力矩后測試錨桿系統(tǒng)的橫向振動頻率；錨桿3外露端加力后采用激振撞桿10側(cè)向單擊錨桿連接桿7，加速度傳感器9采集到橫向振動信號，并經(jīng)信號傳輸線12傳輸?shù)叫盘柌杉治鰞x13存儲，在信號采集儀上分析該單次信號，并提取信號基頻，然后重復(fù)采集一次，若信號及基頻較一致，則兩次的基頻平均值為該力矩作用下的振動頻率值。3)預(yù)緊力確定。以上述的力矩值為橫坐標，每一次施加力矩后測得的橫向振動基頻為縱坐標繪制曲線，曲線發(fā)生畸變的前一個點對應(yīng)的橫坐標即為錨桿預(yù)緊力對應(yīng)的預(yù)緊力矩；然后根據(jù)實驗室標定的力矩與預(yù)緊力的關(guān)系曲線查圖得到錨桿預(yù)緊力檢測值，因為承壓筒橫端面、錨桿連接桿外螺紋和緊固螺母都是一樣的，其因施加扭矩在錨桿外露端產(chǎn)生的軸向張力與力矩的關(guān)系曲線可以準確標定。利用錨桿預(yù)緊力無損動力檢測裝置測定錨固長度的步驟如下:
步驟1)，2)上；3)錨固長度的測定:基于“力矩-橫向振動基頻”曲線上發(fā)生畸變后的點，這些曲線點橫坐標對應(yīng)的預(yù)緊力大于錨桿施工時的預(yù)緊力，則錨桿托板與圍巖壁分離，即錨桿橫向振動基頻對應(yīng)的梁長L為錨桿長度L1+錨桿連接桿長度L2-錨固長度I ;根據(jù)力學(xué)中的梁振動理論，可得到“一端固支、一端簡支”的橫向振動梁長L與梁軸向力(即錨桿預(yù)緊力)N、振動基頻f的關(guān)系式L=F (f, N)，則錨固長度I=F (f, N) -L1-L^利用錨桿預(yù)緊力無損動力檢測裝置監(jiān)測錨桿工作載荷的步驟如下:步驟I )，2)同上；3)錨桿工作載荷的監(jiān)測:擰緊該裝置的緊固螺母8，使錨桿托板5與圍巖壁分離；當圍巖I壓力增大時，錨桿工作載荷相應(yīng)增大，此時采用激振撞桿10側(cè)向單擊錨桿連接桿7，加速度傳感器9采集到橫向振動信號，并經(jīng)信號傳輸線12傳輸?shù)叫盘柌杉治鰞x13存儲，在信號采集儀13上分析該單次信號，并提取信號基頻，然后重復(fù)采集一次，若信號及基頻較一致，則兩次的基頻平均值為該次檢測的振動頻率值，然后利用“一端固支、一端簡支”梁的軸向力N與梁的橫向振動基頻f、梁長L的關(guān)系式N=G(L，f)得到錨桿工作載荷，若定時檢測則可實現(xiàn)錨桿工作載荷 的監(jiān)測。
權(quán)利要求
1.一種錨桿預(yù)緊力無損動力檢測裝置，其特征在于:所述錨桿檢測裝置由錨桿連接桿(7)、加速度傳感器(9)，承壓筒(11)、連接桿緊固螺母(8)、扭矩扳手(14)、激振撞桿(10)、信號傳輸線(12)、信號采集分析儀(13)組成，其中所述錨桿連接桿(7)固接在錨桿3的外露端，加速度傳感器(9)固接在錨桿連接桿7上，錨桿連接桿(7)上套裝承壓筒(11)。
2.如權(quán)利要求1所述的錨桿預(yù)緊力無損動力檢測裝置，其特征在于，錨桿(3)的外露端與錨桿連接桿(7)采用螺紋固接的方式連接。
3.一種錨桿預(yù)緊力無損動力檢測方法，包括步驟如下: O連接檢測裝置:將錨桿(3)在圍巖(I)內(nèi)安裝好后，將錨桿連接桿(7)套接在錨桿(3)的外露端上，再在錨桿連接桿(7)固接加速度傳感器(9)，將承壓筒(11)套裝在錨桿連接桿(7)上，并將緊固螺母(8)在錨桿連接桿(7)上擰緊，現(xiàn)用信號傳輸線(12)將加速度傳感器(9)和信號采集分析儀(13)連通； 2)信號采集:采用扭矩扳手(14)對錨桿連接桿上的緊固螺母(8)施加力矩，記錄下扭矩扳手此時的力矩值，再采用激振撞桿(10)側(cè)向單擊錨桿連接桿(7)，將加速度傳感器(9)采集的橫向振動信號經(jīng)信號傳輸線(12)傳輸?shù)叫盘柌杉治鰞x(13)，得到橫向振動頻率值； 3)預(yù)緊力確定:以上述的力矩值為橫坐標，每一次施加力矩后測得的橫向振動基頻為縱坐標繪制曲線，曲線發(fā)生畸變的前一個點對應(yīng)的橫坐標即為錨桿預(yù)緊力對應(yīng)的預(yù)緊力矩；根據(jù)實驗室標定的力矩與預(yù)緊力的關(guān)系曲線查圖得到錨桿預(yù)緊力檢測值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種錨桿預(yù)緊力無損動力檢測裝置及其檢測方法。所述錨桿預(yù)緊力無損動力測裝置由錨桿連接桿、加速度傳感器、承壓筒、連接桿緊固螺母、扭矩扳手、激振撞桿、信號傳輸線、信號采集分析儀組成，其中錨桿連接桿螺紋固接在錨桿的外露端，加速度傳感器固接在錨桿連接桿上，錨桿連接桿上套裝承壓筒。本發(fā)明利用由加速度傳感器構(gòu)成的檢測裝置進行信號采集，然后通過計算，可獲得相應(yīng)錨桿的預(yù)緊力檢測、錨桿錨固長度的檢測和錨桿工作載荷的監(jiān)測。本發(fā)明解決了現(xiàn)有問題中采用扭矩扳手測定錨桿預(yù)緊力的準確性不高，只能相對評價一批錨桿預(yù)緊力的大小，不能真實檢測錨桿的預(yù)緊力的問題。
文檔編號G01L5/24GK103104272SQ20131004149
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者李青鋒, 朱川曲 申請人:湖南科技大學(xué)