煤矿巷道锚杆无损检测技术及在西山矿区的应用研究

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导师姓名
缪协兴
学科专业
采矿工程
文献出处
中国矿业大学   2013年
关键词
锚杆特征长度论文  锚杆轴向受力论文  无损检测论文  锚固质量评价论文
论文摘要

锚杆支护具有成本低和施工简便等优点,是煤矿巷道的主要支护形式。锚杆支护质量和性能的无损检测一直是国内外科技界探索的重点研究方向之一。本文基于结构动力学原理,采用理论分析、试验研究和现场检测等手段,研究了锚杆锚固结构系统的纵向和横向动力学特征,提出了锚杆锚固质量的动力无损检测方法,研发了相关的检测系统,并在西山矿区进行了验证和应用。本文的主要研究工作和成果如下:(1)基于动力学原理建立了锚杆锚固结构系统的纵向振动力学模型,研究了弹性波在锚固界面及底端处反射与扩散规律等。研究结果表明纵向的弹性波在锚固端面有一反相的反射波,在锚杆末端有一同相反射波。由此提出了锚杆自由段长度和锚固长度的无损检测方法。(2)建立了锚杆锚固结构系统的横向振动力学模型,给出了锚杆轴向受力对系统动力特性的影响规律。结果表明锚固系统横向振动的固有频率随锚杆轴向受力的增加而增加,两者之间可以很好地用对数关系描述。由此提出了锚杆轴向受力的实时无损检测方法。(3)采用模块化的设计方法开发了锚杆无损检测系统。该系统包括激振模块、信号采集模块、数据处理模块和智能识别模块。并基于系统的室内和现场试验研究,确定了检测系统的构成及参数,如激震方式,采样频率等。(4)自主设计了锚杆无损检测实验系统和模拟现场条件的试验巷道,对锚杆支护质量无损检测系统进行了验证试验。试验结果表明:所开发的锚杆无损检测技术能较好的检测出锚杆的锚固段长度和全长,其误差在2%以内;锚杆锚固系统的横向振动频率与锚杆的轴向受力是紧密相关的,且该关系受围岩性质的影响。基于试验结果,提出了锚杆特征长度自动识别算法以及不同围岩岩性条件下锚杆轴力的检测程序。(5)选择西山矿区两个典型矿井进行了工程应用,对两矿中具有不同地质条件和支护参数的多条巷道中的锚杆进行了长期的检测和监测。结果表明,本文开发的锚杆无损检测技术具有实用性和可靠性,锚杆长度检测准确率在95%以上;轴力检测实施快速,结果直观。根据锚杆检测数据,针对西山矿区地质条件的特殊性,编制了可给出锚杆锚固质量的统计规律及分布状态的评价系统软件,并基于该软件评价了所检测巷道的锚杆支护质量,提出了相关的建议。本文研究成果不仅可为锚杆无损检测技术提供基础的理论支持,亦可为巷道锚杆支护质量检测和评价提供有效的技术手段。论文有图106幅,表23个,参考文献126篇。

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致谢

摘要

Abstract

Extended Abstract

目录

图清单

表清单

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

2 煤矿巷道锚杆支护力学机理

2.1 巷道围岩稳定性分析

2.2 巷道锚杆支护作用机理

2.3 锚网结构对锚杆锚固作用的影响

2.4 本章小结

3 煤矿巷道锚杆动力无损检测方法与技术

3.1 锚杆长度的动力无损检测原理

3.2 锚杆长度的检测方法与流程

3.3 锚杆轴力的动力无损检测原理

3.4 锚杆轴向受力检测方法和流程

3.5 本章小结

4 煤矿巷道锚杆动力无损检测系统的研制

4.1 锚杆无损检测系统的设计思路

4.2 锚杆无损检测的激振与拾振系统

4.3 锚杆无损检测的信号分析系统

4.4 锚杆支护质量的评价方法

4.5 本章小结

5 煤矿巷道锚杆动力无损检测的试验研究

5.1 锚杆长度检测的室内试验研究

5.2 锚杆轴力检测的室内试验研究

5.3 锚杆长度与轴力检测的模拟巷道试验研究

5.4 本章小结

6 锚杆无损检测技术在西山矿区的应用

6.1 锚杆无损检测技术在西曲煤矿的应用

6.2 锚杆无损检测技术在杜儿坪煤矿的应用

6.3 巷道锚杆支护质量评价

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 创新点

7.3 研究工作展望

参考文献

作者简历

学位论文数据集

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