专利名称：一种煤矿锚杆动力检测可控激振装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种煤矿锚杆的检测激振装置和方法，尤其是适用于煤矿井下锚杆的无损动力检测的一种煤矿锚杆动力检测可控激振装置和方法。
背景技术：
锚杆支护已成为煤矿巷道的主要支护形式。但由于煤矿巷道工程的特点、质地复杂、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。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。目前的煤矿巷道锚杆支护检测和检测设备从功能上可分成两大类顶板稳定性监测和受力检测。对顶板稳定性监测主要采用顶板离层仪、多点位移计、位移收敛计等方法，事故预警往往不及时，时效性差，同时这些方法对顶板事故预警的准确率也低，往往因安装原因造成顶板离层仪、多点位移计并不起作用。测力锚杆、拉拔计这两种受力检测手段只能进行点检测，并不能实行面检测，而利用液压千斤顶进行拉拔试验这种检测手段不仅费工又费时，而且对巷道产生较强的扰动，降低了锚杆对围岩的加固作用，仅限于个别抽查；对于扭矩拔手这种检测手段，其对预应力检测的准确率太低，只能作为辅助手段。因此，为了提高锚杆检测的准确性、安全性及时效性，无损检测技术将会是煤矿锚杆支护质量检测的主要手段和发展方向。在锚杆无损动力检测方法方面， 声波法是工程界目前普遍采用的锚杆锚固质量无损检测方法。声波法检测锚杆长度的理论依据是波在杆中传播的运动学特性(反射回波的双程时间)。具体做法是在锚杆顶端施加一瞬态激振力，由布设在锚杆顶端的一个传感器接收反射信号，通过对所接收的反射信号进行时域、频域分析，以获得锚杆的有效锚固长度、振动频率等参数，并据此对锚杆的锚固质量进行评价。研究表明，在低频时，宜采用40KHz频率进行检测；在高频率时，2MHz是一个比较理想的激振频率。但是针对煤矿特殊而复杂的条件，如何产生适合于动力检测的频率是一个严重的问题。高频率振动的击发必须采用专门的振动发生设备，在煤矿井下必须防爆的问题难以解决，而且高频信号在岩体中衰减严重，很难捕捉到清晰的回波信号。而低频振动目前主要是采用手动敲击，在锚杆端面不平整时无法产生沿着锚杆杆体传播的有效振动信号，而且手动敲击无法对能量和激振频率控制。
发明内容
为了解决煤矿井下锚杆动力检测的激振不可控性，本发明提供了一种煤矿锚杆动力检测可控激振装置和方法，为煤矿井下锚杆锚固质量无损动力检测提供一种可控、可调的机械式检测方法，及一种结构简单，操作方便，激振效果好的激振装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种煤矿锚杆动力检测可控激振装置，该装置包括基座、激振头、固定杆、撞杆、弹簧片一、挡片、弹簧片二、撞击柄、调节螺母、 调节套主传感器；该激振装置有一个圆管形的基座；该基座内侧壁开有螺纹；该基座的一端与锚杆的外端部旋转固定连接；该基座的另一端面固定安装有传感器和多根轴向的固定杆；所述传感器与检测仪连接；所述固定杆上顺序间隔安装有与基座平行的弹簧片一、挡
3板和弹簧片二 ；所述弹簧片一、挡板和弹簧片二的中心同轴安装有圆管形的调节套；所述挡板的中心为一通孔，该通孔的直径大于调节套的直径，使调节套能够自如活动；所述调节套中间旋转连接有长圆杆形螺纹撞杆；所述撞杆的一端固定连接有圆锥状的激振头，另一端顺序安装有调节螺母和撞击柄，旋转螺纹撞杆及调节螺母，调整激振头与锚杆端面的距离，使激振头的尖端与锚杆的外端面相接触，保证每一根锚杆起振时初始状态是一样的，避免了锚杆外露段差异所引起的信号误差。一种煤矿锚杆动力检测可控激振方法用手向外拉拽撞击柄，使弹簧片一和弹簧片二至挡板的最大控制位置后迅速松开，激振头将在锚杆的端面中心施加一个脉冲力，使锚杆的杆体中产生纵向传播的弹性波，即完成一次激振过程，传感器将检测到的脉冲波传输给检测仪。本方法所能激发的频率范围为5KHz 40KHz。上述一种煤矿锚杆动力检测可控激振装置和方法，采用双弹片设计，有效降低了激振头的切向振动，避免在锚杆杆体中产生干扰的剪切弹性波；所述固定杆的个数为3个以上；所述传感器为压阻式加速度传感器；激振头采用圆锥状设计，使其与锚杆实现点接触，有效避免了因锚杆外端面不平而产生的信号不准的情况；激振头的材质和质量可进行选择，根据动力检测的不同要求可通过更换激振头来使锚杆杆体中激发不同频率的弹性波；弹簧片一、弹簧片二和挡板之间的距离可以通过更换不同长度的调节套来变化，以产生不同能量的弹性波，所激发的弹性波能量是可控制的，保证每次激发的信号的一致性，减少了随机误差。本发明的有益效果是该一种煤矿锚杆动力检测可控激振装置和方法是采用纯机械装置，无需额外动力，符合煤矿井下安全要求，能完全满足井下锚杆动力检测的要求；且本方法是可调、可控的，保证每次击发点和击发能量的一致性，本发明为煤矿特殊环境条件下的锚杆长度及支护质量等动力检测提供了一种简单、安全、有效的方法。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。附图1为该一种煤矿锚杆动力检测可控激振装置的结构示意图。图中，1.锚杆，2.基座，3.激振头，4.固定杆，5.撞杆，6.弹簧片一，7.挡片，8.弹簧片二，9.撞击柄，10.调节螺母，11.调节套，12.传感器，13.检测仪。
具体实施例方式在附图1中，一种煤矿锚杆动力检测可控激振装置，该装置包括基座2、激振头3、 固定杆4、撞杆5、弹簧片一 6、挡片7、弹簧片二 8、撞击柄9、调节螺母10、调节套11和传感器12 ；该激振装置有一个圆管形的基座2 ；该基座2内侧壁开有螺纹；该基座2的一端与锚杆1的外端部旋转固定连接；该基座2的另一端面固定安装有传感器12和多根轴向的固定杆4 ；所述传感器12与检测仪13连接；所述固定杆4上顺序间隔安装有与基座平行的弹簧片一 6、挡板7和弹簧片二 8 ；所述弹簧片一 6、挡板7和弹簧片二 8的中心同轴安装有圆管形的调节套11 ；所述挡板7的中心为一通孔，该通孔的直径大于调节套11的直径，使调节套11能够自如活动；所述调节套11中间旋转连接有长圆杆形螺纹撞杆5 ；所述撞杆5的一端固定连接有圆锥状的激振头3，另一端顺序安装有调节螺母10和撞击柄9，旋转螺纹撞杆 5及调节螺母10，调整激振头3与锚杆1端面的距离，使激振头3的尖端与锚杆1的外端面相接触，保证每一根锚杆起振时初始状态是一样的，避免了锚杆外露段差异所引起的信号误差。一种煤矿锚杆动力检测可控激振方法为用手向外拉拽撞击柄9，使弹簧片一 6和弹簧片二 8至挡板7的最大控制位置后迅速松开，激振头3将在锚杆1的端面中心施加一个脉冲力，使锚杆1的杆体中产生纵向传播的弹性波，即完成一次激振过程，传感器12将检测到的脉冲波传输给检测仪13。本方法所能激发的频率范围为5KHz 40KHz。上述一种煤矿锚杆动力检测可控激振装置和方法，采用双弹片设计，有效降低了激振头3的切向振动，避免在锚杆1杆体中产生干扰的剪切弹性波；所述固定杆4的个数为 3个以上；所述传感器12为压阻式加速度传感器；激振头3采用圆锥状设计，使其与锚杆1 实现点接触，有效避免了因锚杆1外端面不平而产生的信号不准的情况；激振头3的材质和质量可进行选择，根据动力检测的不同要求可通过更换激振头3来使锚杆1杆体中激发不同频率的弹性波；弹簧片一 6、弹簧片二 8和挡板7之间的距离可以通过更换不同长度的调节套11来变化，以产生不同能量的弹性波，所激发的弹性波能量是可控制的，保证每次激发的信号的一致性，减少了随机误差。弹簧片一 6和弹簧片二 8所能提供的能量大小是通过挡板7来进行控制的，弹簧片一 6能拉伸的最大位置为其与挡板7之间的距离，以保证每次激振的能量都保持一致。具体检测步骤为(1)将传感器12用销钉连接在基座2上，传感器12和基座2的连接面上用502胶水粘结；(2)根据所需要的激振频率选择合适的激振头3安装在撞杆5上，在本实例中选择淬火后的纯钢激振头，与锚杆1撞击后击发的弹性波频率约为20KHz ；(3)将基座2安装在锚杆1外露端头上，并用扳手拧紧，然后调节撞杆5前伸长度， 使激振头3与锚杆1刚好接触；(4)将传感器12与检测仪器13连接上，用手拉拽撞杆12的外伸端至挡板7控制位置后迅速松开，激振头3将在锚杆1中心施加一个脉冲力使锚杆1杆体中产生纵向传播的弹性波，即完成一次激振过程；(5)重复步骤(4)可进行多次信号采集。本实例仅为说明本发明的一般使用方法，具体使用时要根据需要选择不同的激振头3和不同强度的弹簧片来获得不同频率、能量的振波。
权利要求
1.一种煤矿锚杆动力检测可控激振装置，包括基座O)、激振头(3)、固定杆、撞杆(5)、弹簧片一(6)、挡片(7)、弹簧片二(8)、撞击柄(9)、调节螺母(10)、调节套(11)和传感器(1 ；该激振装置有一个圆管形的基座0)，该基座O)的内侧壁开有螺纹；该基座 (2)的一端与锚杆(1)的外端部旋转固定连接；该基座O)的另一端面固定安装有传感器 (12)和多根轴向的固定杆(4)；所述传感器(12)与检测仪(13)连接；其特征是所述固定杆(4)上顺序间隔安装有与基座平行的弹簧片一(6)、挡板(7)和弹簧片二(8)；所述弹簧片一(6)、挡板(7)和弹簧片二(8)的中心同轴安装有圆管形的调节套(11)；所述挡板(7) 的中心为一通孔，该通孔的直径大于调节套(11)的直径；所述调节套(11)中间旋转连接有长圆杆形螺纹撞杆(5)；所述撞杆(5)的一端固定连接有圆锥状的激振头(3)，另一端顺序安装有调节螺母(10)和撞击柄(9)。
2.根据权利要求1所述一种煤矿锚杆动力检测可控激振装置，其特征是所述固定杆 ⑷的个数为3个以上。
3.根据权利要求1所述一种煤矿锚杆动力检测可控激振装置，其特征是所述传感器 (12)为压阻式加速度传感器。
4.根据权利要求1所述一种煤矿锚杆动力检测可控激振装置，其特征是该装置采用双弹片设计，有效降低了激振头C3)的切向振动，避免在锚杆(1)杆体中产生干扰的剪切弹性波。
5.根据权利要求1所述一种煤矿锚杆动力检测可控激振装置，其特征是弹簧片一(6) 和弹簧片二(8)所能提供的能量大小是通过挡板(7)来进行控制的，弹簧片一(6)能拉伸的最大位置为其与挡板(7)之间的距离，以保证每次激振的能量都保持一致。
6.根据权利要求1所述一种煤矿锚杆动力检测可控激振装置，其特征是激振头(3) 的材质和质量可进行选择，根据动力检测的不同要求可通过更换激振头C3)来使锚杆(1) 杆体中激发不同频率的弹性波。
7.根据权利要求1所述一种煤矿锚杆动力检测可控激振装置，其特征是弹簧片一(6)、弹簧片二(8)和挡板(7)之间的距离可以通过更换不同长度的调节套(11)来变化，以产生不同能量的弹性波，所激发的弹性波能量是可控制的，保证每次激发的信号的一致性， 减少了随机误差。
8.一种煤矿锚杆动力检测可控激振方法，其特征是用手向外拉拽撞击柄(9)，使弹簧片一(6)和弹簧二(8)至挡板(7)的最大控制位置后迅速松开，激振头C3)将在锚杆(1) 的端面中心施加一个脉冲力，使锚杆(1)的杆体中产生纵向传播的弹性波，即完成一次激振过程。
9.根据权利要求8所述一种煤矿锚杆动力检测可控激振方法，其特征是本方法所能激发的频率范围为5KHz 40KHz。
全文摘要
本发明公开了一种煤矿锚杆动力检测可控激振装置和方法，该装置的基座一端与锚杆旋转固定连接，另一端面固定安装有传感器和多根固定杆，所述传感器与检测仪连接；所述固定杆上顺序间隔安装有弹簧片一、挡板和弹簧片二；弹簧片一、挡板和弹簧片二的中间安装有调节套；调节套中间旋转连接有形螺纹撞杆，撞杆的一端固定连接有圆锥状的激振头，另一端顺序安装有调节螺母和撞击柄，用手向外拉拽撞击柄，使弹簧片至挡板的最大控制位置后迅速松开，激振头将在锚杆的中心施加一个脉冲力，使锚杆的杆体中产生纵向传播的弹性波，即完成一次激振过程，本发明为煤矿特殊环境条件下的锚杆长度及支护质量等动力检测提供了一种简单安全、有效的激振方法。
文档编号G01N29/34GK102156170SQ20111006260
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者吴宇, 姚邦华, 李强, 李明, 茅献彪 申请人:江苏中矿立兴能源科技有限公司