[发明专利]锚杆群支护质量检测方法和检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿锚杆支护质量检测技术领域，具体是一种锚杆群支护质量检测方法和检测装置。主要适用于矿山锚杆、锚索锚固极限力以群为单位的随机无损检测。

背景技术

锚杆支护技术是把一种受拉杆件埋入岩(煤)地层中，以提高地层自身的强度和自稳能力的一门工程技术。锚固技术已在铁路、公路、矿山及水工隧道中得到广泛应用。对于岩土工程中众多锚杆，其锚固质量如何、锚杆的长度是否与设计长度一致、其砂浆是否饱满，即锚杆是否起到了预期的作用等，这些问题对于岩土加固工程来说显得十分重要。否则因锚杆锚固质量问题引起的围岩大面积失控现象发生，将会对人员生命安全造成重大威胁。

锚杆支护的原理主要有：加固拱作用、悬吊作用、组合梁(拱)作用、最大水平应力理论、锚杆支护围岩强度强化理论等。所在这些理论均是将相邻的锚杆群与锚杆作用范围内的围岩作为一个整体系统来考虑的。

目前，锚杆常用检测方法有拉拔试验法、测力锚杆法、液压枕测量法、应力波反射法和光纤光栅传感法等。

上述这些对锚杆锚固质量的检测均是对单根锚杆进行的，虽然能取到检测锚杆锚固质量的作用，但不能反映相邻锚杆群及围岩之间的耦合关系，不能确定锚杆群整体锚固质量，这与锚杆支护理论的整体作用不相适应。并且，对锚杆单根进行检测，工作量较大，操作不方便，既费工时，又不经济。更重要的是一些检测手段对经锚杆加固的岩土体产生较强的扰动，降低了锚杆的加固作用，且仅限于个别抽查。因此，对锚杆锚固质量和运行状况的快速检测问题已被提到工程物理探测领域的重要议事日程，是矿业和岩土工程界的一个急需解决的课题。

发明内容

本发明目的是克服已有技术的上述不足，提供一种锚杆群支护质量检测方法，通过检测反映相邻锚杆群及围岩之间的耦合关系，确定锚杆群整体锚固质量。

本发明的技术方案如下：一种锚杆群支护质量检测装置，包括带无线接口的手持PDA和地面计算机数据处理系统，设在锚固于煤、岩层内的锚杆外露端上的传感器连接装置，传感器连接装置上设有振动检测传感器，振动检测传感器上连接有无线传感器网络测量节点；各个锚杆上的振动检测传感器通过无线传感器网络与带无线接口的手持PDA传递信息。

一种锚杆群支护质量检测方法，利用上述检测装置进行检测，将待检测锚杆区域的锚杆进行分组划分，分组的划分是以多根锚杆围成一面状区域、且包含一中心锚杆为一组；通过给中心锚杆施加激振力，产生的激振波通过围岩耦合至相邻的其它锚杆，在相邻的其它锚杆中引起振动，利用激振波在围岩及相邻锚杆间耦合关系，检测锚杆群整体锚固质量情况；利用在相邻锚杆测量到的振动波判断锚杆支护缺陷，或煤、岩层中断层及小构造。

本发明的锚杆群支护质量检测装置及方法所采用的理论为波在杆中传播的动力学特性：从锚杆顶部发射的声波经杆体向四周传播，在锚杆与砂浆、砂浆与围岩的界面会发生反射和透射。当锚杆、砂浆和围岩三者之间接触紧密时，由于波阻抗差异不大，大部分能量会透射到围岩体中去，并被周围锚杆所吸收，只有小部分能量反射回来。因此，主激振锚杆传感器所接收到的反射波信号的特征应是波形较简单、能量相对较弱，而周围锚杆传感器所接收到信号的特征应是波形较复杂、能量相对较强；若为主激振锚杆砂浆浇灌不密实，则主激振锚杆中各种反射波会集中在杆中传播而很难辐射到杆外的介质中去，此时波在杆中的传播现象较之灌浆密实的情况要复杂的多，在记录上表现为反射波能量很强且波形很复杂；若为主激振锚杆周围某一锚杆砂浆浇灌不密实或锚杆之间存在断层及小构造，则耦合变差，相应主激振锚杆产生的透射波很难被该锚杆所吸收，在记录上表现为透射波能量很小或近似为0。实际工作中可依据这些特征来检定锚杆的锚固质量。

按照上述原理，多次交换主激振锚杆，反复测试，通过多次监测到的各个锚杆的振动波形，进行软件分析，可得出这个锚杆群耦合体系整体锚固质量的情况，哪根锚杆存在锚固不佳，以及影响锚杆群整体锚固效果的断层及小构造的位置。