CC BY
19
© В.Н. Захаров, Д.Б. Палкин, Е.А. Вознесенский, 2008
УДК 550.3
В.Н. Захаров, А.Б. Палкин, Е.А. Вознесенский
ДИАГНОСТИКА АНКЕРНОЙ КРЕПИ МЕТОДАМИ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА
Семинар № 3
Контроль анкерной крепи в кровле выработок до сих пор является одной из важнейших задач. Несвоевременное выявление плохо закрепленных анкеров может привести к обрушениям кровли.
Существующие методы проверки качества крепи, такие как выдергивание анкеров, связаны с опасностью обрушения кровли из-за дополнительных нагрузок.
Как результат совместной разработки МГГУ и ИПКОН РАН в настоящее время создается прибор контроля анкерной крепи [1-3]. Он содержит два пьезоприемника и блок регистрации с разъемами для подключения наушников слухового контроля и кабеля иББ для связи с ЭВМ.
Сам прибор имеет небольшие размеры, что позволяет производить диагностику анкерной крепи в подземных условиях. После подъема на поверхность данные переписываются из прибора в компьютер для дальнейшей обработки.
В данной статье рассмотрены методы диагностики анкеров с помощью этого прибора. С этой целью были произведены испытания прибора в стенке монтажной камеры Серебряноборского тоннеля, схема которой приведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема размещения анкерной крепи в месте испытания прибора
На рис. 1 представлена схема заложения анкеров в грунтовой массив для поддержки железобетонной стенки. В массиве пород 1, закрепленном железобетонной стенкой 2, заложены скважины 3, в которых установлены анкера 5 с замками 6.
Методика контроля заключается в размещении одного преобразователя на выступающем конце анкера, после чего производится удары молотком и запись сигнала в память прибора. На рис. 2, а изображена запись серии сигналов, зарегистри-
•2
3
Б/Бт
в)
Г, Гц
Рис. 2. Сигналы и спектры при прозвучивании анкеров; а - обзорный график; б -сигналы правого (сплошная линия) и левого (точечная линия) каналов; в - нормированные спектры 3/8тах удара (сплошная линия) и отклика анкера (точечная линия)
рованных в процессе испытаний, а на рис. 2, б пример сигналов первого (сплошная линия) и второго (точечная линия) каналов, вырезаемых из полной серии. По оси ординат отложены уровни сигнала яАцП в единицах ана-
лого-цифрового преобразователя (АЦП).
Для вычисления спектра берется не весь сигнал, а лишь его средняя часть. Из всего сигнала удаляется начальная часть, характеризующая удар, и конеч-
0 ----------^ --------------- ---------------------------------------------------------------------------------
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
ная часть, где амплитуда полезного сигнала соизмерима с шумами.
На рис. 2, в представлены графики спектров, где точечной линией показан нормированный по максимуму спектр отклика анкера на ударное воздействие.
Поскольку спектр такого сигнала в значительной степени носит случайный характер, весь диапазон был разбит на 7 полос. Для каждой полосы вычисляется среднеквадратическое значение амплитуд спектральных составляющих. Таким образом, каждый сигнал характеризуется семью числами.
В принципе распознавание состояния анкеров можно осуществить по среднеквадратическим значениям амплитуд, рассчитанным для двух каких-либо полос. На диаграмме, представленной на рис. 3, на плоскости с координатными осями, по которым откладываются значения амплитуд Аі и А2 в двух несовпадающих частотных полосах. Здесь изображены точки, соответствующие каждому сигналу для различных анкеров. Из анализа этих диаграмм следует, что за исключением 3 анкера всем другим характерна «кучность», когда точки компактно группируются в близких областях. Третий анкер демонстрирует
Рис. 3. Диаграмма, иллюстрирующая качество штангового крепления по двум параметрам - среднеквадратическим значениям амплитуд нормированных по максимуму спектральных составляющих в первой и второй полосах частот
особый «характер», выпадая из общей картины. Если сделать предположение, что большинство анкеров зало-А\ жены по всем правилам и
полностью выполняют свои функции, то третий анкер можно классифицировать как дефектный.
Аналогичную оценку можно провести и по всем семи информативным параметрам, что улучшит качество диагностики. Но в этом случае графическую интерпретацию произвести такими простыми средствами невозможно.
Для количественной оценки отличия разных анкеров друг от друга в данной работе используются расстояния между центрами облаков рассеяния точек, характеризующих пары анкеров в различных сочетаниях. На рис. 4 в матрице представлены значения таких расстояний для различных сочетаний анкеров, номера которых совпадают с соответствующими номерами строк и столбцов матрицы. Главная диагональ такой матрицы является нулевой. Обращает на себя внимание значительное отличие чисел, находящихся в третьем столбце и третьей строке, от других чисел. Это говорит о том, что третий анкер в значительной степени отличен от остальных.
Полученные результаты объясняются тем, что в месте размещения третьего анкера установлена распорная труба, упирающаяся своими концами в противоположные стенки монтажной камеры.
Этим обусловлено меньшее натяжение третьего анкера по сравнению с остальными.
При использовании этого устройства и метода диагностики в реальных условиях возможно два случая.
В первом случае заранее может быть известно, какие именно анкера имеют некачественное крепление. Путем записи сигналов на хорошо и плохо закрепленных анкерах создается банк данных, который затем используется для диагностики анкеров на исследуемых участках.
Во втором случае, который встречается гораздо чаще, чем первый, при
Рис. 4. Матрица расстояний в пространстве информативных параметров для различных пар анкеров; номера строк и столбцов совпадают с номерами анкеров
обследовании нового участка кровли неизвестно, какие именно анкера имеют хорошее, а какие - плохое закрепление. В этом случае производится запись сигналов-откликов на всех анкерах, а затем рассчитываются расстояния между парами центров облаков рассеяния, как это сделано выше. Поскольку применяемые технологии установки анкеров обеспечивают качественное крепление в большем количестве случаев, чем некачественное, то анкера, имеющие значительное отличие указанного параметра от большинства остальных, относятся к дефектным. Большая по численности группа анкеров, имеющая незначительные отличия друг от друга этого параметра, при этом относится к группе с качественным закреплением.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Захаров В.Н., Вознесенский Е.А. Диагностика штанговой крепи кровли выработок путем спектрального анализа акустического отклика //В сб. Сборник трудов XVIII сессии Российского акустического общества. Т.1. - М.: ГЕОС, 2006, с. 283-287.
2. Вознесенский Е.А. Контроль штанговой крепи кровли подземных горных выра-
боток //В сб.: Труды научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодые - наукам о Земле». РГГУ им. С Орджоникидзе, 23-24 марта 2006 г. М.: РГГУ, 2006, с. 170.
3. Вознесенский Е.А. Контроль штанговой крепи импакт-методом //ГИАБ, №4, 2006, с. 111-115. ЕШЗ
— Коротко об авторах
Захаров В.Н. - доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией ИПКОН РАН,
Панкин А.Б. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИПКОН РАН, Вознесенский Е.А. - студент, Московский государственный горный университет.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 3 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.Л. Вознесенский.
