技術領域

本發明涉及一種礦山和隧道的錨桿預緊力無損動力檢測裝置和方法，特別涉及對錨桿或錨索預緊力、錨固長度和工作載荷的檢測。

背景技術

錨桿被廣泛應用于礦山、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）的預緊力對于保證錨桿（索）支護效果至關重要，但如何準確、全面地檢測錨桿預緊力是否滿足設計要求，目前仍然是一個難題。事實上，對于現在的錨桿支護巷道的錨桿、錨索，由于施工素質和施工設備的影響，同一巷道的錨桿預緊力存在極大的差異，一部分錨桿預緊力達不到要求將引起圍巖離層、碎裂，最終引發垮巷、冒頂等事故的發生。因此，進行施工后錨桿、錨索的預緊力無損檢測，及時掌握施工后的錨桿、錨索的預緊力情況，對未達到設計要求的錨桿、錨索補加載，對于煤礦安全意義明顯。

目前對錨桿預緊力檢測主要是利用扭矩扳手來測定錨桿的預緊力，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緊力的準確性不高，只能相對評價一批錨桿預緊力的大小，不能真實檢測錨桿的預緊力。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種結構簡單、準確度高的錨桿預緊力無損動力檢測裝置及其檢測方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案是：一種錨桿預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有內螺紋，另一端設有外螺紋。

一種錨桿預緊力無損動力檢測方法，包括步驟如下：

1）連接檢測裝置：將錨桿在圍巖內安裝好后，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信號傳輸線傳輸到信號采集分析儀，得到橫向振動頻率值；

3）預緊力確定：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，曲線發生畸變的前一個點對應的橫坐標即為錨桿預緊力對應的預緊力矩；根據實驗室標定的力矩與預緊力的關系曲線查圖得到錨桿預緊力檢測值。

本發明在預緊力的檢測過程中，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“預緊力-橫向振動基頻”曲線，錨桿預緊力判讀直觀、可靠。本發明克服了現有技術不能在井下直觀讀取錨桿預緊力的缺陷。

本發明基于“一端固支、一端簡支”的經典梁模型，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”突變為“錨桿長度L₁+錨桿連接桿長度L₂-錨固長度l”，而“一端固支、一端簡支”的經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，使錨桿外露端梁產生彎曲應力波，并用加速度傳感器直接采集系統振動信號，直接提取錨桿系統振動基頻，根據錨桿系統振動基頻的突變來確定錨桿預緊力，消除了因測試系統的系統誤差帶來的錨桿預緊力檢測不準確性問題。

附圖說明

圖1是本發明的結構圖。

具體實施方式

參見圖1，本發明是由錨桿連接桿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。

利用錨桿預緊力無損動力檢測裝置檢測錨桿預緊力的步驟如下：