一種錨固區(qū)圍巖狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種錨固區(qū)圍巖狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置及方法，它包括加速度傳感器、彈性波檢測(cè)與診斷儀、激振發(fā)生器、錨桿、托盤(pán)等。本發(fā)明利用彈性波檢測(cè)與診斷儀測(cè)量不同時(shí)刻激振發(fā)生器產(chǎn)生的彈性波在錨固區(qū)圍巖中的波速，再繪出波速與時(shí)間的關(guān)系曲線，根據(jù)波速與時(shí)間的關(guān)系曲線確定錨固區(qū)圍巖的健康狀態(tài)。本發(fā)明不僅成本低，實(shí)施簡(jiǎn)單、精確度高，還能做到實(shí)時(shí)檢測(cè)。通過(guò)對(duì)巖體的監(jiān)測(cè)，工作人員可以充分掌握巷道圍巖的穩(wěn)定性，有利于巷道的施工和維護(hù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種錨固區(qū)圍巖狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種圍巖狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置，特別涉及一種錨固區(qū)圍巖狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著地下工程的增多，地下工程的跨度和斷面也越來(lái)越大。巖體強(qiáng)度、巖體結(jié)構(gòu)面特征、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、地下水及施工方法對(duì)錨固區(qū)內(nèi)巖體穩(wěn)定性的影響也日益凸顯。近些年來(lái)，圍巖坍塌屢見(jiàn)不鮮。
[0003]我國(guó)科研研究人員對(duì)錨固區(qū)圍巖狀態(tài)的情況進(jìn)行了大量的研究，目前主要的監(jiān)測(cè)方法有聲發(fā)射、電阻應(yīng)力計(jì)、鉆孔、光纖等。由于地質(zhì)情況復(fù)雜，上面這些監(jiān)測(cè)所受的干擾影響都比較大，很容易出現(xiàn)失真的現(xiàn)象，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、成本低、有效的錨固區(qū)圍巖狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置及方法。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是:一種錨固區(qū)圍巖狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置，包括雙通道彈性波檢測(cè)與診斷儀、激振發(fā)生器、加速度傳感器，選取兩幫上相鄰錨桿A、B作為頂板監(jiān)測(cè)錨桿和兩幫監(jiān)測(cè)錨桿，所述激振發(fā)生器固接在錨桿A外露端，加速度傳感器分別固接在錨桿A、B外露端上，加速度傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與彈性波檢測(cè)與診斷儀連接進(jìn)行數(shù)據(jù)米集。
[0006]—種錨固區(qū)圍巖狀態(tài)的監(jiān)測(cè)方法，包括步驟如下:
1)在圍巖監(jiān)測(cè)區(qū)選取錨桿巷道支護(hù)的頂板或者兩幫上相鄰錨桿A、B作為頂板監(jiān)測(cè)錨桿和兩幫監(jiān)測(cè)錨桿；
2)將錨桿A、B錨桿托盤(pán)下的螺母擰松或保持5kN左右的軸力，在錨桿A外露端上安裝激振發(fā)生器，且在錨桿A、B外露端上安裝加速度傳感器，將錨桿A、B外露端加速度傳感器同時(shí)連接到雙通道彈性波檢測(cè)與診斷儀上，激振發(fā)生器激發(fā)一個(gè)瞬態(tài)激振時(shí)彈性波檢測(cè)與診斷儀采集錨桿A、B上加速度傳感器的彈性波形；
3)計(jì)算錨桿B上加速度傳感器的彈性波相對(duì)于錨桿A上加速度傳感器彈性波的延時(shí)時(shí)間t總，以及彈性波在桿體內(nèi)的傳播時(shí)間t桿；
4)計(jì)算彈性波在銷(xiāo)固體內(nèi)傳播的時(shí)間11，其中11= t總-21桿；
5)計(jì)算彈性波在銷(xiāo)固體內(nèi)的傳播速度v=S/ti，S為銷(xiāo)桿A、8的間距，此時(shí)的傳播速度V為錨固圍巖初始波速；
6)圍巖初始波速確定后，擰緊錨桿A、B錨桿的螺母，激振發(fā)生器在!^時(shí)刻發(fā)出瞬態(tài)激振對(duì)錨桿A進(jìn)行敲擊，敲擊的瞬間通過(guò)彈性波檢測(cè)與診斷儀記錄下錨桿A上加速度傳感器彈性波形a，敲擊所產(chǎn)生的彈性波沿著錨桿傳至錨固體，再通過(guò)錨固區(qū)圍巖傳播到間隔S的相鄰錨桿B，此時(shí)彈性波檢測(cè)與診斷儀記錄錨桿B上加速度傳感器彈性波形b，得到T1時(shí)刻的錨固圍巖波速；
7 )每間隔一定時(shí)間Dt，激振發(fā)生器發(fā)出激振，計(jì)算不同時(shí)刻錨固區(qū)的波速并由彈性波檢測(cè)與診斷儀記錄存儲(chǔ)，然后由彈性波檢測(cè)與診斷儀繪制波速-時(shí)間曲線圖；
8)如果波速-時(shí)間曲線變化沒(méi)有發(fā)生突變，即最終波速不小于初始波速的50%，說(shuō)明錨固區(qū)圍巖狀態(tài)沒(méi)有發(fā)生過(guò)大改變，此時(shí)彈性波檢測(cè)與診斷儀不發(fā)出警報(bào)，如果波形曲線發(fā)生突跳，則說(shuō)明錨固區(qū)圍巖穩(wěn)定性發(fā)生比較大的變化，彈性波檢測(cè)與診斷儀發(fā)出警報(bào)。
[0007]與現(xiàn)有發(fā)明相比，本發(fā)明的有益效果是:
1)本發(fā)明實(shí)施簡(jiǎn)單、成本低；
2)本發(fā)明能對(duì)錨桿支護(hù)巷道實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足。通過(guò)對(duì)錨固區(qū)內(nèi)巖體的監(jiān)測(cè)，可以使礦業(yè)人員充分掌握巷道圍巖的穩(wěn)定性，有利于巷道的施工和維護(hù)；
3)本發(fā)明間接通過(guò)錨固區(qū)內(nèi)波速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不僅操作方便，準(zhǔn)確度也高。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
[0009]圖2為本發(fā)明中彈性波檢測(cè)與診斷儀檢測(cè)的波形示意圖。
[0010]圖1中:1-彈性波檢測(cè)與診斷儀，2-激振器，3-加速度傳感器，4-螺母，5-托盤(pán)，6-銷(xiāo)孔，7-銷(xiāo)固體，8-圍巖，9-銷(xiāo)桿外露端，10-數(shù)據(jù)線，I1-A桿激振波，12-A桿反相反射波，13-B桿震動(dòng)響應(yīng)波。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，本發(fā)明包括雙通道彈性波檢測(cè)與診斷儀1、激振發(fā)生器2、加速度傳感器3，并選取兩幫上相鄰錨桿A、B作為頂板監(jiān)測(cè)錨桿和兩幫監(jiān)測(cè)錨桿，所述激振發(fā)生器2固接在錨桿A外露端，加速度傳感器3分別固接在錨桿A、B外露端上，加速度傳感器3通過(guò)數(shù)據(jù)線10與彈性波檢測(cè)與診斷儀I連接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
[0012]本發(fā)明中，錨固區(qū)圍巖狀態(tài)的監(jiān)測(cè)方法包括如下步驟:
1)對(duì)某一巷道，首先調(diào)查錨桿支護(hù)巷道圍巖地質(zhì)情況，根據(jù)圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分區(qū)，對(duì)圍巖相對(duì)不穩(wěn)定區(qū)域設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行錨固區(qū)圍巖狀態(tài)監(jiān)測(cè)；
2)沿錨桿支護(hù)巷道的縱向，取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的頂板或者兩幫上相鄰錨桿A、B作為頂板監(jiān)測(cè)錨桿和兩幫監(jiān)測(cè)錨桿，測(cè)量錨桿A、B之間的間距S。
[0013]3)監(jiān)測(cè)前將錨桿A、B錨桿托盤(pán)5下的螺母4稍擰松(或保持5kN左右的軸力)，在錨桿A外露端9上安裝激振發(fā)生器2，且在錨桿A、B外露端9上安裝加速度傳感器3，將兩端加速度傳感器3同時(shí)連接到雙通道彈性波檢測(cè)與診斷儀I上，激振發(fā)生器2激發(fā)一個(gè)瞬態(tài)激振時(shí)彈性波檢測(cè)與診斷儀I采集錨桿A、B上加速度傳感器3的彈性波形如圖2。
[0014]4)彈性波檢測(cè)與診斷儀I根據(jù)圖2所示波形自動(dòng)讀取t總、t桿。
[0015]5)計(jì)算波在銷(xiāo)固體內(nèi)傳播的時(shí)間ti，其中ti= t總-t桿。
[00? 0] 6)通過(guò)ti和間隔距離S，計(jì)算彈性波在銷(xiāo)固體內(nèi)的傳播速度V，v=S/ ti，此時(shí)的彈性波波速為錨固圍巖初始波速，計(jì)為V0 ；
7)圍巖初始波速確定后擰緊錨桿A、B錨桿的螺母4，激振發(fā)生器2在!^時(shí)刻發(fā)出瞬態(tài)激振對(duì)錨桿A進(jìn)行敲擊，敲擊的瞬間通過(guò)彈性波檢測(cè)與診斷儀的I記錄下錨桿A上加速度傳感器彈性波形a，敲擊所產(chǎn)生的彈性波必會(huì)沿著錨桿傳至錨固體，再通過(guò)錨固區(qū)圍巖傳播到間隔S的相鄰錨桿B，此時(shí)彈性波檢測(cè)與診斷儀記錄錨桿B上加速度傳感器彈性波形b，按步驟4-步驟6得到T1時(shí)刻的錨固圍巖彈性波波速V1。
[0017]8)間隔10分鐘時(shí)間，在T2(T2= Ti+10)時(shí)刻繼續(xù)發(fā)出瞬態(tài)激振對(duì)錨桿A進(jìn)行敲擊，加速度傳感器采集錨桿A、B的彈性波形a、彈性波形b并由彈性波檢測(cè)與診斷儀保存，然后按步驟4-步驟6得到T2時(shí)刻的錨固圍巖彈性波波速v2。
[0018]9)依次間隔 10 分鐘時(shí)間可得到 T3(T3= Ti+2X10),T4(T4= Ti+3 X 10)、…、Tn(Tn= Ti+ (η-1) X 10)時(shí)刻的錨固圍巖波速V3、V4、…、νη，然后由彈性波檢測(cè)與診斷儀繪制波速-時(shí)間(ν-t)曲線。
[0019]10)如果波速-時(shí)間曲線變化不大，說(shuō)明錨固區(qū)圍巖狀態(tài)沒(méi)有發(fā)生過(guò)大改變，此時(shí)彈性波檢測(cè)與診斷儀不發(fā)出警報(bào)，如果波形曲線發(fā)生突跳，則說(shuō)明錨固區(qū)圍巖穩(wěn)定性發(fā)生比較大的變化，彈性波檢測(cè)與診斷儀發(fā)出警報(bào)。此時(shí)工作人員需要盡快對(duì)發(fā)出警報(bào)的錨固區(qū)進(jìn)行檢查，及時(shí)增加支護(hù)強(qiáng)度，防止圍巖失穩(wěn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種錨固區(qū)圍巖狀態(tài)的監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于:包括雙通道彈性波檢測(cè)與診斷儀、激振發(fā)生器、加速度傳感器，選取兩幫上相鄰錨桿A、B作為頂板監(jiān)測(cè)錨桿和兩幫監(jiān)測(cè)錨桿，所述激振發(fā)生器固接在錨桿A外露端，加速度傳感器分別固接在錨桿A、B外露端上，加速度傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)線與彈性波檢測(cè)與診斷儀連接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。2.—種錨固區(qū)圍巖狀態(tài)的監(jiān)測(cè)方法，包括步驟如下: 1)在圍巖監(jiān)測(cè)區(qū)選取錨桿巷道支護(hù)的頂板或者兩幫上相鄰錨桿A、B作為頂板監(jiān)測(cè)錨桿和兩幫監(jiān)測(cè)錨桿； 2)將錨桿A、B錨桿托盤(pán)下的螺母擰松或保持5kN左右的軸力，在錨桿A外露端上安裝激振發(fā)生器，且在錨桿A、B外露端上安裝加速度傳感器，將錨桿A、B外露端加速度傳感器同時(shí)連接到雙通道彈性波檢測(cè)與診斷儀上，激振發(fā)生器激發(fā)一個(gè)瞬態(tài)激振時(shí)彈性波檢測(cè)與診斷儀采集錨桿A、B上加速度傳感器的彈性波形； 3)計(jì)算錨桿B上加速度傳感器的彈性波相對(duì)于錨桿A上加速度傳感器彈性波的延時(shí)時(shí)間切.，以及彈性波在桿體內(nèi)的傳播時(shí)間t桿； 4)計(jì)算彈性波在銷(xiāo)固體內(nèi)傳播的時(shí)間11，其中11= t總-21桿； 5)計(jì)算彈性波在銷(xiāo)固體內(nèi)的傳播速度v=S/ti，S為銷(xiāo)桿A、B的間距，此時(shí)的傳播速度V為錨固圍巖初始波速； 6)圍巖初始波速確定后，擰緊錨桿A、B錨桿的螺母，激振發(fā)生器在!^時(shí)刻發(fā)出瞬態(tài)激振對(duì)錨桿A進(jìn)行敲擊，敲擊的瞬間通過(guò)彈性波檢測(cè)與診斷儀記錄下錨桿A上加速度傳感器彈性波形a，敲擊所產(chǎn)生的彈性波沿著錨桿傳至錨固體，再通過(guò)錨固區(qū)圍巖傳播到間隔S的相鄰錨桿B，此時(shí)彈性波檢測(cè)與診斷儀記錄錨桿B上加速度傳感器彈性波形b，得到T1時(shí)刻的錨固圍巖波速； 7)每間隔一定時(shí)間Dt，激振發(fā)生器發(fā)出激振，計(jì)算不同時(shí)刻錨固區(qū)的波速并由彈性波檢測(cè)與診斷儀記錄存儲(chǔ)，然后由彈性波檢測(cè)與診斷儀繪制波速-時(shí)間曲線圖； 8)如果波速-時(shí)間曲線上沒(méi)有發(fā)生突變，即最終波速不小于初始波速的50%，說(shuō)明錨固區(qū)圍巖狀態(tài)沒(méi)有發(fā)生過(guò)大改變，此時(shí)彈性波檢測(cè)與診斷儀不發(fā)出警報(bào)，如果波形曲線發(fā)生突跳，則說(shuō)明錨固區(qū)圍巖穩(wěn)定性發(fā)生比較大的變化，彈性波檢測(cè)與診斷儀發(fā)出警報(bào)。
【文檔編號(hào)】G01N29/07GK105911146SQ201610268089
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月27日
【發(fā)明人】李青鋒, 唐湘隆
【申請(qǐng)人】湖南科技大學(xué)