煤矿锚杆支护方式质量监测方法分析与探讨

煤矿锚杆支护方式质量监测方法分析与探讨
发表时间：2018-08-31T10:04:56.733Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第9期作者：王小佳
[导读] 煤巷锚杆支护是一项隐蔽性很强的工程，围岩的破坏失稳一般没有明显的预兆。

盘州市柏果镇兴达煤矿贵州省.盘州市 553500
摘要：结合我国煤巷锚杆支护检测的实际情况，分析了目前锚杆支护常用检测方法，并提出利用弹性波技术进行锚杆支护质量监测。

该方法具有监测周期短，费用低，并可实现三维空间连续、动态监测等特点。

关键词：锚杆支护监测分析
煤巷锚杆支护是一项隐蔽性很强的工程，围岩的破坏失稳一般没有明显的预兆，锚固系统稳定性预测一旦失误，往往给工程带来不可估量的损失，因此对锚杆支护工程质量的可靠性要求较高。

锚杆锚固质量监测是保证施工质量控制和工程可靠性检测的一个关键。

目前，工程界对锚杆施工质量的检测大多尚停留在用千斤顶拉拔试验阶段，费工费时，并会对经锚杆加固的围岩产生较强扰动，降低锚杆对围岩的加固作用，仅限于个别抽查，远不能适应目前锚杆支护技术的推广使用。

因此，锚杆锚固工程质量无损、动态检测理论和新技术的研究已成为工程界迫切需要解决的问题。

1、锚杆支护质量监测的基本方法
目前我国煤矿锚杆支护质量监测的方法总体可以分为两大类，即有损（破坏性）检测法和无损检测法。

1.1 有损检测法。

有损检测法是传统的锚杆锚固状态的检测手段，主要依靠对锚杆的抗拔力测试，通过拉力计或扭力扳对锚杆施加拉力，直到锚杆达到设计要求或锚杆松动为止。

虽然此法具有直观可靠的优点，适用于某些场合，但仍属有损检测，并存在许多不足：（1）该方法是一种破坏性检测。

（2）抗拔力并不能完全反映锚杆的锚固状态。

因为只要锚固的水泥砂浆长度大于螺纹钢筋的40d（d为直径）倍或高强螺纹钢筋的42d倍或光面圆钢的30d，即使拉拔到钢筋的颈缩也不会使锚固力丧失。

另外，研究表明[2]：钢筋沿杆长的应力分布也是不均匀的，因此，锚杆的不同部位的锚固缺陷，对锚杆的受力状态将产生不同的影响。

（3）锚杆的水泥砂浆对钢筋的包裹情况好坏对锚杆的锚固质量将产生较大的影响。

因为若水泥砂浆对钢筋包裹得不好，钢筋会很快腐蚀而失去锚固作用。

所以，虽然有时抗拔力符合要求，却因砂浆灌注不饱满而出现崩塌事故的情况仍经常发生。

此外，“拉拔力”检测方式也无法测出锚杆的实际长度。

1.2 无损检测法。

无损检测法：无损检测又称非破坏检测，它区别于破坏性检测的根本特征就是在不破坏材料或产品的形状和性能的前提下，进行缺陷探测和性能测定。

近几十年来发展起来的无损检测技术是多学科紧密结合的高技术产物。

现代材料科学和应用物理学的发展为无损检测技术奠定了理论基础，现代电子技术和计算机科学的发展为无损检测技术提供了现代化的测试工具。

目前无损测力锚杆在我国煤矿上使用较广泛，测力锚杆是一种具有特殊结构的锚杆，并作为普通锚杆安装在巷道中。

它是利用不同测量原理对个别锚杆（测量锚杆）的受力进行检测。

如中国矿业大学研制的KDL-1行型测力锚杆已在很多煤矿上使用，其基本测量原理：在锚杆上布置一定数量的电阻应变片，测量时利用电阻应变仪将被测点的应变量转化成电压信号放大输出，测得锚杆在受力后的应变值，根据实验室标定得到的锚杆所受力-应变曲线，即可计算得到锚杆在使用过程中的受力值。

由于测力锚杆的制造成本相对较高，我们不可能把每根锚杆都做成测力锚杆，因而它不能用于锚杆受力的普遍检测。

2、煤巷锚杆支护质量的监测技术的探讨
近年来，随着波动理论在岩土工程中的深入应用，桩基动测法的广泛推广使用，很多学者试图用类似的方法解决煤巷锚杆支护工程质量检测问题，利用声频应力波（简称声波）快速检测锚杆锚固状态是近年来研究的热点，其基本测试原理：在锚杆外露的端头，利用传感器激发高频高能量声波，同时接收锚杆体内的反射信息。

利用声波在受边界条件约束的一维杆状体内传播的运动学与动力学规律，尤其是对边界条件变化产生的特征反射和杆体内波动能量的外泄（即衰减）特征，进行波谱分析和能量衰减分析，快速检测与分析锚杆长度、锚固状态（或砂浆饱满度）。

由于锚杆承载及自身结构的特殊性，在一些关键技术及推广应用上还需要进一步创新和完善。

通过上述分析可知，目前煤巷锚杆支护质量检测的方法有多种，从传统的“拉拔法”、“钻孔法”等有损检测法，到目前提倡推广的各种无损检测法，这些研究工作的开展和相关仪器的研制，极大地推动了我国岩土锚固工程和工程质量无损检测技术的发展。

锚杆的锚固质量如何?锚杆长度是否与设计长度一致?其沙浆是否饱满?围岩是否稳定?也就是说，锚杆是否起到了应有的作用?对于这些问题，最好的办法就是能快速、准确而无损伤地测出锚杆的支护质量情况，然后针对其隐患施行有目的的重点再处理，并及时准确地对其整治质量作出有科学依据的评价，这样才能确保支护巷道的安全。

但是，考虑到经济、工作强度等一些现实情况，检测时我们不可能在很近的锚距内都安装监测仪，另外在某个位置安装监测仪，其检查范围也较为有限，只能根据多点的检测来推测巷道整体的支护情况，不能实现“点”—“面”—“体”的发展，因而不能更好地反映巷道或围岩的实际支护情况。

弹性波技术作为无损检测方法中的一种，因其具有简便、快速、经济、准确可靠、便于大面积测试等优点，近年来这种检测方法已广泛地应用于石油、水文勘探、地壳研究和工程勘测等领域。

根据锚杆的锚固机理及波动力学原理，借鉴弹性波技术在桩基检测、地质勘探等领域的成熟应用，本文提出一种基于震动耦合技术的应力波检测方法，对煤巷锚杆支护质量的监测技术进行了探讨；在分析和处理锚固系统信号时，将小波分析和传统的傅立叶分析结合起来，并通过两种分析方法的有机结合达到准确识别锚固缺陷位置及程度的目的。

研究思路如图1。

根据理论分析和仿真试验，该法方法具有：投资少（巷道中锚杆已经锚固好）；监测结果具有连续、动态特征，可实现三维空间即“体”
的整体监测；观测结果具有精度高、可靠性强等优点，并可实现连续准确、大面积检测的目的，可减小施工强度，提高经济效益，对提高煤矿安全生产具有重要的使用价值，目前该技术的相关试验还在进一步的研究中。