Badanie kotew kopalnianych przy użyciu fal prowadzonych

• Autorzy: Stepiński Tadeusz

Identyfikatory

DOI

10.26357/BNID.2020.004

Warianty tytułu

EN

Monitoring of Rock-bolts Using Ultrasonic Guided Waves

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono metodę badania kotew górniczych przy użyciu fal ultradźwiękowych. Na wstępie zaprezentowano kilka specjalistycznych czujników i instrumentów, które można wykorzystać do monitorowania kotew w czasie ich eksploatacji. Artykuł koncentruje się na zastosowaniu do badań prowadzonych fal ultradźwiękowych zdolnych do rozprzestrzeniania się na duże odległości w prętach. Fale te są jednak dyspersyjne i multimodalne, co oznacza, że wiele postaci falowych może propagować jednocześnie z różnymi prędkościami zależnymi od częstotliwości. Zastosowanie ultradźwiękowych fal do kotew NDE omówione szczegółowo na przykładzie instrumentu RBT (Rock-Bolt Tester), który jest cyfrowym instrumentem ultradźwiękowym pracującym w układzie puls-echo, wyposażonym w specjalnie skonstruowaną głowicę ultradźwiękową, zdolną do generowania fal sprężystych o wysokiej energii i niskiej częstotliwości (poniżej 100kHz). Głowica jest również zdolna do odbierania słabych ech odbitych od końca kotwy i od nieciągłości w zaprawie ją otaczającej. Echa odbierane przez sondę są wzmacniane, filtrowane i prezentowane graficznie w postaci A-skanów. Na zakończenie, dla ilustracji działania instrumentu RBT przedstawiono wyniki jego weryfikacji eksperymentalnej.

EN

In this paper we are presenting principles of rock-bolts NDE using ultrasonic guided waves. A number of specialized sensors and instruments is presented that can be used for monitoring bolts status. The paper is focused on the application of ultrasonic guided waves (GW) able to propagate over long distances in bars. GWs are, however, dispersive and multimodal, which means that many wave modes can propagate simultaneously with different frequency dependent velocities. Application of ultrasonic guided waves for rock-bolts NDE is presented in some detail using for illustration the new designed instrument rock-bolt tester (RBT). RBT is a pulse-echo digital ultrasound instrument provided with an application tailored ultrasound probe that transmits high-energy, low frequency (below 100kHz) guided waves. The probe is also capable of receiving weak echoes reflected from the bolt-end and from some discontinuities in the surrounding grout. The echoes received by the probe are amplified, filtered and presented in the form of A-scans. Experimental results are presented that illustrate the performance of the RBT instrument.

Słowa kluczowe

PL

badania nieniszczące; techniki ultradźwiękowe; fale prowadzone; kotwy górnicze

EN

NDE; ultrasonic guided waves; rock-bolts

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Badania Nieniszczące i Diagnostyka
• Rocznik: 2020
• Tom: nr 1-4
• Strony: 18--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Stepiński Tadeusz

• Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie

Bibliografia

• [1] Li, C. C., “Principles of rockbolting design”, Journal of RockMechanics and Geotechnical Engineering 9(3), 396–414 (2017).
• [2] Bobet, A. and Einstein, H., “Tunnel reinforcement with rockbolts", Tunnelling and Underground Space Technology 26 (1), 100–123 (2011).
• [3] Buys, B. J., Heyns, P. S., and Loveday, P. W., “Rock bolt condition monitoring using ultrasonic guided waves", The Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy 108, 97–105 (2009).
• [4] Beard, M. D., Lowe, M. J. S., “Non-destructive testing of rock bolts using guided ultrasonic waves," International journal of rock mechanics and mining sciences 40 (4), 527–536 (2003).
• [5] Starkey, A., Ivanovic, A., Neilson, R. D., and Rodger, A. A., “Using a lumped parameter dynamic model of a rock bolt to produce training data for a neural network for diagnosis of real data", Meccanica 38 , 133–44 (2003).
• [6] Han, S. I., Lee, I. M., Lee, Y. J., and Lee, J. S., “Evaluation of rock bolt integrity using guided ultrasonic waves," Geotechnical Testing Journal, ASTM 32 (1), 31–38 (2009).
• [7] Song, G., Li, W., Wang, B., and Ho, S., “A review of rock bolt monitoring using smart sensors," Sensors 17 (4), 776 (2017).
• [8] Wang, B., Huo, L., Chen, D., Li, W., and Song, G., “Impedance-based pre-stress monitoring of rock bolts using a piezoceramic-based smart washer – a feasibility study," Sensors 17(2), 250 (2017).
• [9] Chen, D., Huo, L., Li, H., and Song, G., “A fiber bragg grating (fbg)-enabled smart washer for bolt pre-load measurement: Design, analysis, calibration, and experimental validation," Sensors 18(8), 2586 (2018).
• [10] Thurner, H., “Boltometer, final report," tech. rep., GEODYNAMIK AB, Stockholm (1994).
• [11] Stepinski, T. and Mattson, K.-J., “New instrument for rock bolt inspection using guided waves," in 11th World Conference on Non-Destructive Testing, (2014).
• [12] Stepinski, T. and Mattson, K.-J., “Rock bolt inspection by means of RBT instrument," in 19th World Conference on Non-Destructive Testing, (2016).
• [13] Stepinski, T.,”Rockbolt monitoring by means of guided waves”. In Health Monitoring of Structural and Biological Systems XIII (Vol. 10972, p. 109721C). International Society for Optics and Photonics (2019).
• [14] Andersson P., Krekula S., and Stepinski, T., “Verification of an instrument for non-destructive testing of cement grouted rock bolts”, BeFo Report186, 2019,.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).