[发明专利]超声波岩石锚杆状态监测的方法和系统

说明书

公开了一种用于确定岩石锚杆状况变化的方法和系统。一些方法可以包括，在第一时间点沿着岩石锚杆传播剪切和纵向超声波，以测量剪切和纵向波中每一个的第一飞行时间；以及在第一时间点之后的第二时间点，沿着岩石锚杆传播剪切和纵向超声波，以测量剪切和纵向波中每一个的第二飞行时间。还确定温度校正值。使用第一和第二飞行时间以及温度校正值来计算第一和第二时间点的剪切和纵向超声波中每一个的第一和第二飞行时间之间的温度校正的相对变化。利用第一和第二飞行的温度校正的相对变化来确定岩石锚杆的状态变化。

技术领域

本公开总体上涉及岩石锚杆(rock bolt)状态监测，具体而言涉及超声波岩石锚杆状态监测及其在地面控制中的应用。

背景技术

岩石锚杆是用于稳定隧道的锚固螺栓，例如采矿隧道和其他岩石挖掘。它们将在挖掘中通常更不稳定的暴露岩石表面的载荷转移到岩体的通常更坚固、封闭的内部。可能需要在岩石锚杆寿命期间监测和维持岩石锚杆的状态。可能还需要监测施加在岩石锚杆网络上的载荷，以便提供关于地面活动的信息，例如由爆破引起的地震事件。

用于岩石锚杆状态监测的一套技术被称为非破坏性技术，因为它们允许在不对岩石锚杆造成损坏的情况下监测岩石锚杆。这种技术可以允许原位监测岩石锚杆的状态。

发明内容

一些实施例中，提供了一种用于确定岩石锚杆状态变化的方法。该方法包括，在第一时间点，沿着岩石锚杆传播剪切和纵向超声波，以测量每个剪切和纵向波的第一飞行时间；在第一时间点之后的第二时间点，沿着岩石锚杆传播剪切和纵向超声波，以测量每个剪切和纵向波的第二飞行时间；确定温度校正值；使用第一和第二飞行时间以及温度校正值来计算第一和第二时间点的每个剪切和纵向超声波的第一和第二飞行时间之间的温度校正的相对变化；和利用第一和第二飞行时间的温度校正的相对变化，确定岩石锚杆的状态变化。

在一些实施例中，提供了一种用于确定岩石锚杆是否已经屈服的方法。该方法包括，在第一时间点，当岩石锚杆处于弹性变形区域(regime)时，沿着岩石锚杆传播剪切和纵向超声波，以测量剪切和纵向超声波中每一个的第一飞行时间；在第一时间点之后的第二时间点，沿着岩石锚杆传播剪切和纵向超声波，以测量剪切和纵向超声波中每一个的第二飞行时间；使用剪切和纵向波中每一个的第一和第二飞行时间来计算第一和第二时间点之间的岩石锚杆的估计的温度变化；将第一和第二时间点之间的岩石锚杆的估计的温度变化与其预期温度变化进行比较；并基于该比较，确定岩石锚杆是否已经屈服。

在一些实施例中，提供了一种用于确定屈服型岩石锚杆的状态变化的方法。该方法包括，在岩石锚杆处于弹性变形区域的参考时间点，沿着岩石锚杆传播剪切和纵向超声波，以测量剪切和纵向波中每一个的参考飞行时间；在参考时间点之后的其他时间点，沿着岩石锚杆传播剪切和纵向超声波，以测量剪切和纵向波中每一个在每一个其他时间点的其他飞行时间；基于所述参考飞行时间和其他飞行时间，确定岩石锚杆状态变化。

在一些实施例中，提供了一种用于确定岩石锚杆中轴向应力变化的方法。该方法包括，在第一时间点，当岩石锚杆处于弹性变形区域时，沿着岩石锚杆传播剪切和纵向超声波，以测量每个剪切和纵向波的第一飞行时间；在第一时间点之后的第二时间点，当岩石锚杆处于弹性变形区域时，沿着岩石锚杆传播剪切和纵向超声波，以测量每个剪切和纵向波的第二飞行时间；并且基于第一和第二飞行时间，确定第一和第二时间点之间的岩石锚杆中轴向应力的变化。

在一些实施例中，提供了一种用于确定岩石锚杆中轴向应力变化的方法。该方法包括，在第一时间点，当岩石锚杆处于弹性变形区域时，沿着岩石锚杆传播剪切或纵向超声波，以测量所述波的第一飞行时间；在第一时间点之后的第二时间点，当岩石锚杆处于弹性变形区域时，沿着岩石锚杆传播与第一时间点相同类型的波，以测量所述波的第二飞行时间；确定温度校正值；使用第一和第二飞行时间和温度校正值来计算第一和第二时间点的第一和第二飞行时间之间的温度校正的相对变化；并确定第一和第二时间点之间的岩石锚杆中轴向应力的变化。