锚杆支护智化损检测技术研究应
验证应锚杆支护损检测技术进行锚杆锚固参数损检测行性检测结果准确率项目工程应选择潞安环股份公司王庄煤矿实施通现场技术员协商选择已受采动影响巷帮顶煤体酥软5204风巷进行锚杆锚固参数损检测检测中仅刚施工顶锚杆帮锚杆锚索进行动测已施工3月顶锚杆帮锚杆锚索进行测动检测锚杆锚索锚固参数变化情况
1 巷道工程概况
11 工程质条件
项目现场检测巷道5204风巷煤层底板施工巷道设计总长度约1526米巷道表相位置常村疗养院南侧5204风巷位52盘区东西方布置北侧5206工作面南F114 断层保护煤柱东接52皮带52轨道巷西井田边界受5206工作面回采影响该巷帮顶煤体酥软该工作面掘煤层沁水煤田3# 煤赋存二叠系山西组中部层中属陆相湖泊型沉积煤层厚度稳定均厚度675m 普氏硬度1—3煤层倾角般2—5度容重135tm3 含加矸0—2层3# 煤层直接顶粉砂岩厚度169—329米均厚度236米普氏硬度3—8覆老顶中砂岩细砂岩厚度129—1232米均厚度504米普氏硬度3—8
12 巷道支护设计
5204风巷采全锚支护方式支护断面40*30米矩形断面
1顶板支护
排采ø20L2400mm高强度螺纹钢锚杆5根间距900mm排距800mm树脂药卷锚杆根锚杆采双速2360Z2360支锚固长度1400mm铺设金属网ø14mm圆钢焊制长3700mm钢筋梯子梁
锚索加强支护隔24m布置两根1524mm孔径预应力锚索锚索孔深度80m锚索长度83m根锚索采树脂药卷双速2360支Z2360二支锚固长度21m根锚索采块400mm长18#槽槽钢块规格100*100*8mm钢板锁具套
2两帮支护
帮支护采ø20L2000mm 高强度螺纹钢锚杆4根间距梁头300mm800mm800mm800mm300mm排距800mm树脂药卷加长锚固根锚杆采CK2335Z2360支锚固长度1000mm外帮支护采ø20L2000mm 高强度螺纹钢锚杆5根间距梁头200mm650mm650mm650mm650mm200mm排距800mm树脂药卷加长锚固根锚杆采CK2335Z2360支锚固长度1000mm两帮均铺设金属网ø14mm圆钢焊制长2800mm钢筋梯子梁
3质量求
（1）顶螺纹钢锚杆锚固力100KN
（2）帮螺纹钢锚杆锚固力70KN
（3）锚杆间排距误差±50mm锚索间距误差±50mm
（4）锚杆外露长度：螺母外20mm50mm
（5）钻孔深度锚杆效长度（钻孔锚杆长度）误差30mm
（6）锚杆安装扭矩150N·m
（7）锚杆角度：顶角锚杆角度20度帮锚杆角度20度余锚杆角度超设计±3度
（8）巷道超高300mm两帮补根帮锚杆巷道超宽300mm顶板补根顶锚杆（改位置顶锚杆排）补锚杆位置帮距离锚杆角度原设计相钢筋梯子梁排锚杆相连
表1 巷道支护参数表
杆体
锚垫
紧固装置
锚固力
锚固剂
网片
钢筋梯子梁
网丝
材质
规格
材质
规格
材质
规格
型号
支孔
材质
规格
材质
规格
顶板支护
螺纹钢锚杆
ø20L2400mm
钢板
100*100*10
A3圆钢
HYB型快速安装器
100KN
双速2360
1
格型金属网
1000*4000
ø14圆钢
70*
3700
16#铅丝
Z2360
1
两帮支护
高强度螺纹钢锚杆
ø20L2000mm
M22
70KN
CK2335
1
1000*3000
70*
2800
Z2360
1
2 检测方法
实现锚杆锚固系统锚固长度锚固位置预应力锚固力进行 损动力测试建立图2示检测系统工作原理力锤超磁激振器敲击锚杆锚索外露端正面锚杆锚索产生微振动安装传感器连接装置加速传感器采集锚杆锚索微振动加速度加速度传感器采集加速度信号导线传输KM1型锚杆损检测仪锚杆损检测仪该加速度信号转换成数字信号存储通分析软件分析计算锚固长度锚固位置预应力锚固力
①预应力计算
首先开分析软件调出测锚杆波形选择波形中两条相似波形中条波形读取波形中入射波波峰值反相反射波波峰值计算反相反射波波峰值入射波波峰值值式（1）计算预应力
N7427η+6127 （1）
②锚固极限力计算
开分析软件调出锚杆波形选择波形中两条相似波形中条波形读取波形中入射波反相反射波间传播时间反相反射波相反射波间传播时间先入射波反相反射波时间差125175（锚杆杆体波波速）求未锚固段长度锚杆长度减未锚固段长度锚固段长度然2倍锚固段长度锚固开始反相反射波锚固结束相反射波间传播时间求锚固段波波速式（2）计算锚杆（锚索）锚固极限力
锚固极限力 （2）
式中： 未端锚固长度 锚杆长度 锚固体波波速 动静系数动力测试拉拔试验确定 杆体密度 树脂密度 树脂泊松 —杆体树脂锚固体直径 —杆体直径 —锚杆工作载荷
3 现场检测数处理分析
31 锚固位置锚固长度检测
潞安王庄矿锚网梯锚索联合支护进行支护质量评价项目机抽取5204风巷中施工顶锚杆帮锚杆锚索进行损动力检测动力检测波形图3456789101112131415161718192021222324252627示时施工3月顶锚杆帮锚杆锚索进行损动力检测动力检测波形图282930313233343536373839404142434445示
（）施工锚杆锚索
表2 施工锚杆锚索长度参数表
编号
48
49
50
51
61
62
63
64
36
37
40
41
42
锚杆（索）长
24
24
24
24
24
24
24
24
20
20
20
20
20
锚固位置
106
065
114
094
126
100
103
114
110
082
111
071
071
锚固长度
134
135
126
146
114
140
137
126
090
118
089
129
129
编号
43
44
39
52
53
54
55
56
57
58
59
60
锚杆（索）长
20
20
83
83
83
83
83
83
83
83
83
83
锚固位置
079
100
567
531
573
522
570
583
612
592
599
586
锚固长度
121
100
258
233
252
213
255
213
213
233
226
239
表2出：顶锚杆50号61号64号锚杆锚固长度较设计长度短90％外余锚杆锚固长度基达求帮锚杆36号40号锚杆锚固长度较设计长度短90％外余锚杆锚固长度基达求锚索锚固长度基达求锚杆中49号锚杆锚固剂未锚固端部52号54号55号56号锚索锚固剂未锚固端部
（二）施工３月锚杆锚索
表3 施工3月锚杆锚索长度参数表
编号
1
3
7
8
11
12
15
16
19
锚杆（索）长
24
24
24
24
24
24
24
24
24
锚固位置
084
090
071
068
072
071
110
081
087
锚固长度
156
127
169
172
150
148
112
159
153
编号
75
76
77
78
79
80
69
70
71
锚杆（索）长
20
20
20
20
20
20
83
83
83
锚固位置
097
079
110
077
076
084
615
611
595
锚固长度
103
121
090
123
124
116
210
214
230
表3出：顶锚杆3号15号锚杆锚固长度较设计长度短90％外余锚杆锚固长度基达求帮锚杆77号锚杆锚固长度较设计长度短90％外余锚杆锚固长度基达求锚索锚固长度基达求顶锚杆中3号11号12号15号锚杆锚固剂未锚固端部帮锚杆锚索均正常
32锚固力检测
检验述锚杆锚固力否达设计锚固力求5204风巷机施工两根锚固长度分04米10米左右锚杆先两根锚杆进行损动力检测测实际锚固长度计算锚固长度动测波形图4647示两根锚杆进行拉拔试验测锚固极限力具体表4
表4 动静锚杆长度锚固极限力参数表
编号
锚杆长度m
锚固位置m
实际锚固长度m
动测锚固长度m
实际长度动测长度值
锚固极限力 KN
25
240
143
057
053
108
5000
28
240
082
118
103
114
15000
理分析知锚固锚杆波速计算公式
（3）
式（3）计算锚杆直径20mm孔径28mm锚固体波速48532ms锚索直径1524mm孔径28mm锚固体波速15243 ms表1实际长度动测长度值2528号锚杆实际锚固体波速52415 ms55326 ms25锚杆锚固体波速实际锚固极限力代入式（2） 22*107 该 值28号锚杆实际锚固体波速代入式（2）求28号锚杆锚固极限力1620KN误差810 值式（2）计算述检测锚杆锚固力表5表5中出：顶锚杆锚固力极限93—179KN锚固极限力低123 KN15号锚杆帮锚杆锚固极限力84—164 KN锚固极限力低100 KN44号77号锚杆锚索锚固极限力175—359 KN锚固极限力低120 KN39号57号锚索
33轴工作载荷评价
轴工作载荷根入射波波峰值反相反射波波峰值值进行评价前面第四章实验室试验中发现直径20mm锚杆轴工作载荷载60KN时反射波值均02左右前面波形分析知：新施工锚杆中4850516263364142轴工作载荷60KN施工3月锚杆中顶锚杆12号轴工作载荷60KN77787980等锚杆轴工作载荷60KN式（1）计算轴工作载荷表6显然帮锚杆轴工作载荷（预应力）偏低例较应施工中采取措施提高帮锚杆预应力
表5 锚杆锚索锚固力计算表
编号
48
49
50
51
61
62
63
64
36
37
40
41
42
实际锚固长度m
134
135
146
114
114
14
137
126
09
118
089
129
129
动测锚固长度m
107
106
109
122
09
113
115
103
071
095
071
103
104
锚固极限力 KN
171
178
133
169
149
174
157
153
118
148
113
164
161
编号
43
44
39
52
53
54
55
56
57
58
59
60
实际锚固长度m
121
1
258
233
252
213
255
213
213
233
226
239
动测锚固长度m
097
097
223
158
189
158
167
155
187
17
167
181
锚固极限力 KN
153
84
220
331
336
250
359
261
175
285
268
270
编号
1
3
7
8
11
12
15
16
19
75
76
77
78
实际锚固长度m
156
127
169
172
15
148
112
159
153
103
121
09
123
动测锚固长度m
137
11
153
151
142
134
109
132
134
089
103
08
101
锚固极限力 KN
162
136
164
179
132
144
93
187
160
111
135
92
148
编号
79
80
69
70
71
实际锚固长度m
124
116
21
214
23
动测锚固长度m
100
098
155
153
175
锚固极限力 KN
155
131
250
273
264
表6 60KN锚杆工作载荷计算表
编号
48
49
50
51
62
63
36
位置
顶
顶
顶
顶
顶
顶
帮
值
037
06
071
05
038
038
07
轴力KN
51
38
32
43
50
50
31
编号
41
42
12
77
78
79
80
位置
帮
帮
顶
帮
帮
帮
帮
值
086
112
07
101
103
077
064
轴力KN
23
14
31
16
155
28
36
4 结
通5204风巷中顶锚杆帮锚杆锚索进行锚固位置锚固长度锚固力轴工作载荷进行检测5204风巷中施工锚杆部分达设计求少部分锚杆未达设计求部分顶锚杆锚固长度未达求较锚杆锚固力相锚杆较低施工锚杆出现锚固端部现象较普遍现象：锚杆施工中施加预应力数较低尤帮锚杆突出施工顶锚杆工作载荷普遍60KN帮锚杆工作载荷般较低事实表明锚杆支护智化损检测技术应煤矿锚杆支护检测效果评价行值全面推广应
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验证应锚杆支护损检测技术进行锚杆锚固参数损检测行性检测结果准确率项目工程应选择潞安环股份公司王庄煤矿实施通现场技术员协商选择已受采动影响巷帮顶煤体酥软5204风巷进行锚杆锚固参数损检测检测中仅刚施工顶锚杆帮锚杆锚索进行动测已施工3月顶锚杆帮锚杆锚索进行测动检测锚杆锚索锚固参数变化情况
1 巷道工程概况
11 工程质条件
项目现场检测巷道5204风巷煤层底板施工巷道设计总长度约1526米巷道表相位置常村疗养院南侧5204风巷位52盘区东西方布置北侧5206工作面南F114 断层保护煤柱东接52皮带52轨道巷西井田边界受5206工作面回采影响该巷帮顶煤体酥软该工作面掘煤层沁水煤田3# 煤赋存二叠系山西组中部层中属陆相湖泊型沉积煤层厚度稳定均厚度675m 普氏硬度1—3煤层倾角般2—5度容重135tm3 含加矸0—2层3# 煤层直接顶粉砂岩厚度169—329米均厚度236米普氏硬度3—8覆老顶中砂岩细砂岩厚度129—1232米均厚度504米普氏硬度3—8
12 巷道支护设计
5204风巷采全锚支护方式支护断面40*30米矩形断面
1顶板支护
排采ø20L2400mm高强度螺纹钢锚杆5根间距900mm排距800mm树脂药卷锚杆根锚杆采双速2360Z2360支锚固长度1400mm铺设金属网ø14mm圆钢焊制长3700mm钢筋梯子梁
锚索加强支护隔24m布置两根1524mm孔径预应力锚索锚索孔深度80m锚索长度83m根锚索采树脂药卷双速2360支Z2360二支锚固长度21m根锚索采块400mm长18#槽槽钢块规格100*100*8mm钢板锁具套
2两帮支护
帮支护采ø20L2000mm 高强度螺纹钢锚杆4根间距梁头300mm800mm800mm800mm300mm排距800mm树脂药卷加长锚固根锚杆采CK2335Z2360支锚固长度1000mm外帮支护采ø20L2000mm 高强度螺纹钢锚杆5根间距梁头200mm650mm650mm650mm650mm200mm排距800mm树脂药卷加长锚固根锚杆采CK2335Z2360支锚固长度1000mm两帮均铺设金属网ø14mm圆钢焊制长2800mm钢筋梯子梁
3质量求
（1）顶螺纹钢锚杆锚固力100KN
（2）帮螺纹钢锚杆锚固力70KN
（3）锚杆间排距误差±50mm锚索间距误差±50mm
（4）锚杆外露长度：螺母外20mm50mm
（5）钻孔深度锚杆效长度（钻孔锚杆长度）误差30mm
（6）锚杆安装扭矩150N·m
（7）锚杆角度：顶角锚杆角度20度帮锚杆角度20度余锚杆角度超设计±3度
（8）巷道超高300mm两帮补根帮锚杆巷道超宽300mm顶板补根顶锚杆（改位置顶锚杆排）补锚杆位置帮距离锚杆角度原设计相钢筋梯子梁排锚杆相连
表1 巷道支护参数表
杆体
锚垫
紧固装置
锚固力
锚固剂
网片
钢筋梯子梁
网丝
材质
规格
材质
规格
材质
规格
型号
支孔
材质
规格
材质
规格
顶板支护
螺纹钢锚杆
ø20L2400mm
钢板
100*100*10
A3圆钢
HYB型快速安装器
100KN
双速2360
1
格型金属网
1000*4000
ø14圆钢
70*
3700
16#铅丝
Z2360
1
两帮支护
高强度螺纹钢锚杆
ø20L2000mm
M22
70KN
CK2335
1
1000*3000
70*
2800
Z2360
1
2 检测方法
实现锚杆锚固系统锚固长度锚固位置预应力锚固力进行 损动力测试建立图2示检测系统工作原理力锤超磁激振器敲击锚杆锚索外露端正面锚杆锚索产生微振动安装传感器连接装置加速传感器采集锚杆锚索微振动加速度加速度传感器采集加速度信号导线传输KM1型锚杆损检测仪锚杆损检测仪该加速度信号转换成数字信号存储通分析软件分析计算锚固长度锚固位置预应力锚固力
①预应力计算
首先开分析软件调出测锚杆波形选择波形中两条相似波形中条波形读取波形中入射波波峰值反相反射波波峰值计算反相反射波波峰值入射波波峰值值式（1）计算预应力
N7427η+6127 （1）
②锚固极限力计算
开分析软件调出锚杆波形选择波形中两条相似波形中条波形读取波形中入射波反相反射波间传播时间反相反射波相反射波间传播时间先入射波反相反射波时间差125175（锚杆杆体波波速）求未锚固段长度锚杆长度减未锚固段长度锚固段长度然2倍锚固段长度锚固开始反相反射波锚固结束相反射波间传播时间求锚固段波波速式（2）计算锚杆（锚索）锚固极限力
锚固极限力 （2）
式中： 未端锚固长度 锚杆长度 锚固体波波速 动静系数动力测试拉拔试验确定 杆体密度 树脂密度 树脂泊松 —杆体树脂锚固体直径 —杆体直径 —锚杆工作载荷
3 现场检测数处理分析
31 锚固位置锚固长度检测
潞安王庄矿锚网梯锚索联合支护进行支护质量评价项目机抽取5204风巷中施工顶锚杆帮锚杆锚索进行损动力检测动力检测波形图3456789101112131415161718192021222324252627示时施工3月顶锚杆帮锚杆锚索进行损动力检测动力检测波形图282930313233343536373839404142434445示
（）施工锚杆锚索
表2 施工锚杆锚索长度参数表
编号
48
49
50
51
61
62
63
64
36
37
40
41
42
锚杆（索）长
24
24
24
24
24
24
24
24
20
20
20
20
20
锚固位置
106
065
114
094
126
100
103
114
110
082
111
071
071
锚固长度
134
135
126
146
114
140
137
126
090
118
089
129
129
编号
43
44
39
52
53
54
55
56
57
58
59
60
锚杆（索）长
20
20
83
83
83
83
83
83
83
83
83
83
锚固位置
079
100
567
531
573
522
570
583
612
592
599
586
锚固长度
121
100
258
233
252
213
255
213
213
233
226
239
表2出：顶锚杆50号61号64号锚杆锚固长度较设计长度短90％外余锚杆锚固长度基达求帮锚杆36号40号锚杆锚固长度较设计长度短90％外余锚杆锚固长度基达求锚索锚固长度基达求锚杆中49号锚杆锚固剂未锚固端部52号54号55号56号锚索锚固剂未锚固端部
（二）施工３月锚杆锚索
表3 施工3月锚杆锚索长度参数表
编号
1
3
7
8
11
12
15
16
19
锚杆（索）长
24
24
24
24
24
24
24
24
24
锚固位置
084
090
071
068
072
071
110
081
087
锚固长度
156
127
169
172
150
148
112
159
153
编号
75
76
77
78
79
80
69
70
71
锚杆（索）长
20
20
20
20
20
20
83
83
83
锚固位置
097
079
110
077
076
084
615
611
595
锚固长度
103
121
090
123
124
116
210
214
230
表3出：顶锚杆3号15号锚杆锚固长度较设计长度短90％外余锚杆锚固长度基达求帮锚杆77号锚杆锚固长度较设计长度短90％外余锚杆锚固长度基达求锚索锚固长度基达求顶锚杆中3号11号12号15号锚杆锚固剂未锚固端部帮锚杆锚索均正常
32锚固力检测
检验述锚杆锚固力否达设计锚固力求5204风巷机施工两根锚固长度分04米10米左右锚杆先两根锚杆进行损动力检测测实际锚固长度计算锚固长度动测波形图4647示两根锚杆进行拉拔试验测锚固极限力具体表4
表4 动静锚杆长度锚固极限力参数表
编号
锚杆长度m
锚固位置m
实际锚固长度m
动测锚固长度m
实际长度动测长度值
锚固极限力 KN
25
240
143
057
053
108
5000
28
240
082
118
103
114
15000
理分析知锚固锚杆波速计算公式
（3）
式（3）计算锚杆直径20mm孔径28mm锚固体波速48532ms锚索直径1524mm孔径28mm锚固体波速15243 ms表1实际长度动测长度值2528号锚杆实际锚固体波速52415 ms55326 ms25锚杆锚固体波速实际锚固极限力代入式（2） 22*107 该 值28号锚杆实际锚固体波速代入式（2）求28号锚杆锚固极限力1620KN误差810 值式（2）计算述检测锚杆锚固力表5表5中出：顶锚杆锚固力极限93—179KN锚固极限力低123 KN15号锚杆帮锚杆锚固极限力84—164 KN锚固极限力低100 KN44号77号锚杆锚索锚固极限力175—359 KN锚固极限力低120 KN39号57号锚索
33轴工作载荷评价
轴工作载荷根入射波波峰值反相反射波波峰值值进行评价前面第四章实验室试验中发现直径20mm锚杆轴工作载荷载60KN时反射波值均02左右前面波形分析知：新施工锚杆中4850516263364142轴工作载荷60KN施工3月锚杆中顶锚杆12号轴工作载荷60KN77787980等锚杆轴工作载荷60KN式（1）计算轴工作载荷表6显然帮锚杆轴工作载荷（预应力）偏低例较应施工中采取措施提高帮锚杆预应力
表5 锚杆锚索锚固力计算表
编号
48
49
50
51
61
62
63
64
36
37
40
41
42
实际锚固长度m
134
135
146
114
114
14
137
126
09
118
089
129
129
动测锚固长度m
107
106
109
122
09
113
115
103
071
095
071
103
104
锚固极限力 KN
171
178
133
169
149
174
157
153
118
148
113
164
161
编号
43
44
39
52
53
54
55
56
57
58
59
60
实际锚固长度m
121
1
258
233
252
213
255
213
213
233
226
239
动测锚固长度m
097
097
223
158
189
158
167
155
187
17
167
181
锚固极限力 KN
153
84
220
331
336
250
359
261
175
285
268
270
编号
1
3
7
8
11
12
15
16
19
75
76
77
78
实际锚固长度m
156
127
169
172
15
148
112
159
153
103
121
09
123
动测锚固长度m
137
11
153
151
142
134
109
132
134
089
103
08
101
锚固极限力 KN
162
136
164
179
132
144
93
187
160
111
135
92
148
编号
79
80
69
70
71
实际锚固长度m
124
116
21
214
23
动测锚固长度m
100
098
155
153
175
锚固极限力 KN
155
131
250
273
264
表6 60KN锚杆工作载荷计算表
编号
48
49
50
51
62
63
36
位置
顶
顶
顶
顶
顶
顶
帮
值
037
06
071
05
038
038
07
轴力KN
51
38
32
43
50
50
31
编号
41
42
12
77
78
79
80
位置
帮
帮
顶
帮
帮
帮
帮
值
086
112
07
101
103
077
064
轴力KN
23
14
31
16
155
28
36
4 结
通5204风巷中顶锚杆帮锚杆锚索进行锚固位置锚固长度锚固力轴工作载荷进行检测5204风巷中施工锚杆部分达设计求少部分锚杆未达设计求部分顶锚杆锚固长度未达求较锚杆锚固力相锚杆较低施工锚杆出现锚固端部现象较普遍现象：锚杆施工中施加预应力数较低尤帮锚杆突出施工顶锚杆工作载荷普遍60KN帮锚杆工作载荷般较低事实表明锚杆支护智化损检测技术应煤矿锚杆支护检测效果评价行值全面推广应
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