本发明专利技术公开了一种锚杆预紧力无损动力检测装置及其检测方法。所述锚杆预紧力无损动力测装置由锚杆连接杆、加速度传感器、承压筒、连接杆紧固螺母、扭矩扳手、激振撞杆、信号传输线、信号采集分析仪组成，其中锚杆连接杆螺纹固接在锚杆的外露端，加速度传感器固接在锚杆连接杆上，锚杆连接杆上套装承压筒。本发明专利技术利用由加速度传感器构成的检测装置进行信号采集，然后通过计算，可获得相应锚杆的预紧力检测、锚杆锚固长度的检测和锚杆工作载荷的监测。本发明专利技术解决了现有问题中采用扭矩扳手测定锚杆预紧力的准确性不高，只能相对评价一批锚杆预紧力的大小，不能真实检测锚杆的预紧力的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种矿山和隧道的锚杆预紧力无损动力检测装置和方法，特别涉及对锚杆或锚索预紧力、锚固长度和工作载荷的检测。
技术介绍
锚杆被广泛应用于矿山、隧道围岩加固和支护中，以煤矿为例，我国煤矿巷道锚杆用量至少在5000万根以上，锚杆(锚索)的预紧力对于保证锚杆(索)支护效果至关重要，但如何准确、全面地检测锚杆预紧力是否满足设计要求，目前仍然是一个难题。事实上，对于现在的锚杆支护巷道的锚杆、锚索，由于施工素质和施工设备的影响，同一巷道的锚杆预紧力存在极大的差异，一部分锚杆预紧力达不到要求将引起围岩离层、碎裂，最终引发垮巷、冒顶等事故的发生。因此，进行施工后锚杆、锚索的预紧力无损检测，及时掌握施工后的锚杆、锚索的预紧力情况，对未达到设计要求的锚杆、锚索补加载，对于煤矿安全意义明显。目前对锚杆预紧力检测主要是利用扭矩扳手来测定锚杆的预紧力，这种检测手段由于受锚杆托板与煤岩壁间、锚杆锁紧螺母与托板间的摩擦效应影响而使检测的准确性不高；而且，由于目前锚杆类别较多，其外端螺纹的螺距也截然不同，螺距不同的锚杆施加同样的预紧力所需的扭矩也截然不同。综上所述，采用扭矩扳手测定锚杆预紧力的准确性不高，只能相对评价一批锚杆预紧力的大小，不能真实检测锚杆的预紧力。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种结构简单、准确度高的锚杆预紧力无损动力检测装置及其检测方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是:一种锚杆预紧力检无损动力测装置由锚杆连接杆、加速度传感器，承压筒、连接杆紧固螺母、扭矩扳手、激振撞杆、信号传输线、信号采集分析仪组成，其中所述锚杆连接杆螺纹固接在锚杆的外露端，加速度传感器固接在锚杆连接杆上，锚杆连接杆上套装承压筒。所述锚杆连接杆的与锚杆连接部分设有内螺纹，另一端设有外螺纹。一种锚杆预紧力无损动力检测方法，包括步骤如下:I)连接检测装置:将锚杆在围岩内安装好后，将锚杆连接杆套接在锚杆的外露端上，再在锚杆连接杆固接加速度传感器，将承压筒套装在锚杆连接杆上，并将紧固螺母在锚杆连接杆上拧紧，现用信号传输线将加速度传感器和信号采集分析仪连通；2)信号采集:采用扭矩扳手对锚杆连接杆上的紧固螺母施加力矩，记录下扭矩扳手此时的力矩值，再采用激振撞杆侧向单击锚杆连接杆，将加速度传感器采集的横向振动信号经信号传输线传输到信号采集分析仪，得到横向振动频率值；3)预紧力确定:以上述的力矩值为横坐标，每一次施加力矩后测得的横向振动基频为纵坐标绘制曲线，曲线发生畸变的前一个点对应的横坐标即为锚杆预紧力对应的预紧力矩；根据实验室标定的力矩与预紧力的关系曲线查图得到锚杆预紧力检测值。本专利技术在预紧力的检测过程中，对施工后的锚杆无损坏，无拆卸，且检测方便、快捷，检测精度高；信号采集仪能够直接绘制“预紧力-横向振动基频”曲线，锚杆预紧力判读直观、可靠。本专利技术克服了现有技术不能在井下直观读取锚杆预紧力的缺陷。本专利技术基于“一端固支、一端简支”的经典梁模型，采取在锚杆外露端加接连接杆和承压筒，当承压筒受力达到锚杆预紧力时，锚杆托板与围岩壁分离，此时梁长由“锚杆外露端长度+连接杆长度”突变为“锚杆长度L1+锚杆连接杆长度L2-锚固长度I ”，而“一端固支、一端简支”的经典梁横向振动理论表明:梁长变化必然引起横向振动基频的显著变化，故采用在锚杆外露端加接的连接杆上固定位置横向激振的方法，使锚杆外露端梁产生弯曲应力波，并用加速度传感器直接采集系统振动信号，直接提取锚杆系统振动基频，根据锚杆系统振动基频的突变来确定锚杆预紧力，消除了因测试系统的系统误差带来的锚杆预紧力检测不准确性问题。附图说明图1是本专利技术的结构图。具体实施例方式参见图1，本专利技术是由锚杆连接杆7、加速度传感器9，承压筒11、连接杆紧固螺母8、扭矩扳手14、激振撞杆10、信号传输线12、信号采集分析仪13组成，其中所述锚杆连接杆7固接在锚杆3的外露端，加速度传感器9固接在锚杆连接杆7上，锚杆连接杆7上套装承压筒11。利用锚杆预紧力无损动力检测装置检测锚杆预紧力的步骤如下:I)连接检测装置:首先将锚杆3经锚固体2固定在围岩I上的锚杆孔4内，锚杆3外露端设有托板5，托板5经锁紧螺母6固定在围岩I上；将锚杆3在围岩I内安装好后，将锚杆连接杆7套接在锚杆3外露端上，再在锚杆连接杆7固接加速度传感器9，随后将承压筒11套装在锚杆连接杆7上，并将紧固螺母8在锚杆连接杆7外螺纹上拧紧，使其与围岩壁紧压，从而使锚杆3外露端产生一定的轴向张拉,最后用信号传输线12将加速度传感器9和信号采集分析仪13连通，开启信号采集分析仪。2)信号采集:首先预估锚杆的预紧力矩值M1，将预紧力矩值M1乘以1.2再8等分；然后从小到大以每一个等分值为力矩对锚杆连接杆7上的紧固螺母8施加力矩，每一次施加力矩后测试锚杆系统的横向振动频率；锚杆3外露端加力后采用激振撞杆10侧向单击锚杆连接杆7，加速度传感器9采集到横向振动信号，并经信号传输线12传输到信号采集分析仪13存储，在信号采集仪上分析该单次信号，并提取信号基频，然后重复采集一次，若信号及基频较一致，则两次的基频平均值为该力矩作用下的振动频率值。3)预紧力确定。以上述的力矩值为横坐标，每一次施加力矩后测得的横向振动基频为纵坐标绘制曲线，曲线发生畸变的前一个点对应的横坐标即为锚杆预紧力对应的预紧力矩；然后根据实验室标定的力矩与预紧力的关系曲线查图得到锚杆预紧力检测值，因为承压筒横端面、锚杆连接杆外螺纹和紧固螺母都是一样的，其因施加扭矩在锚杆外露端产生的轴向张力与力矩的关系曲线可以准确标定。利用锚杆预紧力无损动力检测装置测定锚固长度的步骤如下:步骤1)，2)上；3)锚固长度的测定:基于“力矩-横向振动基频”曲线上发生畸变后的点，这些曲线点横坐标对应的预紧力大于锚杆施工时的预紧力，则锚杆托板与围岩壁分离，即锚杆横向振动基频对应的梁长L为锚杆长度L1+锚杆连接杆长度L2-锚固长度I ;根据力学中的梁振动理论，可得到“一端固支、一端简支”的横向振动梁长L与梁轴向力(即锚杆预紧力)N、振动基频f的关系式L=F (f, N)，则锚固长度I=F (f, N) -L1-L^利用锚杆预紧力无损动力检测装置监测锚杆工作载荷的步骤如下:步骤I )，2)同上；3)锚杆工作载荷的监测:拧紧该装置的紧固螺母8，使锚杆托板5与围岩壁分离；当围岩I压力增大时，锚杆工作载荷相应增大，此时采用激振撞杆10侧向单击锚杆连接杆7，加速度传感器9采集到横向振动信号，并经信号传输线12传输到信号采集分析仪13存储，在信号采集仪13上分析该单次信号，并提取信号基频，然后重复采集一次，若信号及基频较一致，则两次的基频平均值为该次检测的振动频率值，然后利用“一端固支、一端简支”梁的轴向力N与梁的横向振动基频f、梁长L的关系式N=G(L，f)得到锚杆工作载荷，若定时检测则可实现锚杆工作载荷 的监测。权利要求1.一种锚杆预紧力无损动力检测装置，其特征在于:所述锚杆检测装置由锚杆连接杆(7)、加速度传感器(9)，承压筒(11)、连接杆紧固螺母(8)、扭矩扳手(14)、激振撞杆(10)、信号传输线(12)、信号采集分析仪(13)组成，其中所述锚杆连接杆(7)固接在锚杆3的外露端，加速度传感器(9)固接在锚杆连接杆7上，锚杆连接本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锚杆预紧力无损动力检测装置，其特征在于：所述锚杆检测装置由锚杆连接杆（7）、加速度传感器（9），承压筒（11）、连接杆紧固螺母（8）、扭矩扳手（14）、激振撞杆(10)、信号传输线(12)、信号采集分析仪(13)组成，其中所述锚杆连接杆(7)固接在锚杆3的外露端，加速度传感器(9)固接在锚杆连接杆7上，锚杆连接杆(7)上套装承压筒（11）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李青锋，朱川曲，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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