张建业,李青锋

(湖南科技大学 资源环境与安全工程学院,湖南 湘潭 411201;湖南科技大学 矿业工程研究院,湖南 湘潭 411201)

锚杆支护作为巷道的主要支护形式,其施工质量具有一定的隐蔽性,许多冒顶事故的直接原因是锚固参数未满足设计要求,利用应力波无损动力检测锚杆长度、锚固长度等参数,可以为锚杆施工质量提供保障,但在现场的检测工作中常面临长度检测精度低等问题[1-2],如反射位置识别错误、反射信号不明显.因此,本文为提高锚杆锚固长度参数的检测精度设计了一种物理滤波方法,并通过数值模拟的手段分析该方法的可行性.

1 应力波在锚杆中的纵向传播规律分析

图1a为普遍应用于煤矿锚杆支护中的树脂锚杆,锚杆杆体长度为L,其中锚固段长为L1,在托盘处由螺母对锚杆施加预紧力P.预紧力作用下托盘使围岩产生明显的挤压变形,所以将锚杆外端边界简化为一端弹性支承，则图1a所示锚固锚杆的模型可简化为外端弹性支承、锚固段与锚固剂黏结的纵向振动力学模型,如图1b所示.

图1 树脂锚杆纵向振动力学模型

对于如图1b所示的锚杆纵向振动力学模型,设杆长为L，锚固段长为L1,密度为ρ,截面积为A,弹性模量为E.沿x轴线上锚固段杆体周围的分布力为X(x).假定杆的横截面在振动中始终保持为平面,忽略因杆的纵向伸缩而引起的横向变形,即同一截面上各点仅在x方向产生相等的位移,则图1b所示力学模型可以看作如图2所……