本發(fā)明涉及礦山支護與智能監(jiān)測，具體涉及一種自感知錨桿及其制造方法。
背景技術(shù)：
1、纖維增強塑料（frp）錨桿因具備輕質(zhì)高強、耐腐蝕、施工簡便以及優(yōu)異力學(xué)性能等特性，在煤礦巷道、邊坡、基坑、隧道等巖土工程的加固與支護作業(yè)中得以廣泛運用。frp錨桿作為加固結(jié)構(gòu)的核心主要承力部件，其性能狀況直接關(guān)聯(lián)到整個巖土錨固工程的安全穩(wěn)定性與運營成效。故而，對錨桿在服役期間全時段的受力狀態(tài)實施全過程監(jiān)測極為關(guān)鍵。
2、傳統(tǒng)的錨桿支護技術(shù)多借助外置傳感器，像光纖、電阻應(yīng)變片或者機械式位移計等，來達成對圍巖變形的監(jiān)測。然而，此類技術(shù)存在一系列弊端，包括結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本居高不下、維護難度大、功能較為單一，并且始終未能跨越外置傳感器固有的局限性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供一種自感知錨桿及其制造方法，其能夠解決傳統(tǒng)技術(shù)依賴外置傳感器的問題，同時滿足高強度支護和圍巖位移監(jiān)測需求，適用于煤礦巷道、隧道工程及邊坡加固場景，兼具結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與實時監(jiān)測功能。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
3、第一方面，本發(fā)明公開了一種自感知錨桿，包括芯體以及包裹于芯體表面的frp層；所述芯體表面間隔設(shè)有多個用于固定光柵傳感器的安裝槽，所述frp層內(nèi)設(shè)有容光柵傳感器的傳輸光纖通過的光纖通道；所述安裝槽與光纖通道之間固定有導(dǎo)引管，通過所述導(dǎo)引管將光柵傳感器的傳輸光纖引導(dǎo)至光纖通道內(nèi)，使得傳輸光纖沿光纖通道延伸并與芯體頂端螺母上的信號系統(tǒng)連接。
4、進一步，所述芯體包括從底端到頂端依次設(shè)置的功能段、過渡段和主體段，所述功能段的外徑大于主體段的外徑，所述過渡段的外徑自功能段的外徑漸變至主體段的外徑；
5、所述功能段的長度為80~120mm；
6、所述過渡段的長度為30~50mm，錐度角小于5°。
7、進一步，所述過渡段和主體段對應(yīng)的光纖通道呈直線設(shè)置，所述功能段對應(yīng)的光纖通道呈螺旋布置。
8、進一步，所述功能段表面進行激光微織構(gòu)處理后，噴涂納米sio2改性環(huán)氧樹脂；所述過渡段與主體段表面進行噴砂處理后，涂覆環(huán)氧樹脂。提升界面結(jié)合強度。
9、進一步，與所述芯體頂端對應(yīng)的所述frp層內(nèi)固定有至少一個溫度補償fbg。
10、進一步，所述光柵傳感器膠接固定于所述安裝槽內(nèi)。
11、進一步，所述frp層自外向內(nèi)依次設(shè)置的主承載層、抗剪切層、短切纖維層，所述主承載層的鋪設(shè)角度為0°，所述抗剪切層的鋪設(shè)角度為±45°，光纖通道位于所述主承載層和抗剪切層之間。
12、第二方面，本發(fā)明公開了一種自感知錨桿的制造方法，其包括：
13、提供芯體坯料；
14、在芯體坯料上機械加工形成多個用于固定光柵傳感器的安裝槽；
15、將光柵傳感器固定于安裝槽內(nèi)；
16、通過預(yù)浸料工藝形成frp層，預(yù)浸料層在與安裝槽對應(yīng)的位置預(yù)埋導(dǎo)引管，在光纖通道位置預(yù)埋內(nèi)襯通道，通過導(dǎo)紗器將光柵傳感器的傳輸光纖沿導(dǎo)引管導(dǎo)出至內(nèi)襯通道內(nèi)；
17、將層疊包裹預(yù)浸料層后的芯體放入模具中進行固化，得到自感知錨桿。
18、進一步，固化時的溫度設(shè)定為120~180℃，壓力設(shè)定為10~20mpa，固化時間設(shè)定為30~60min。
19、進一步，將光柵傳感器固定于安裝槽內(nèi)具體為：在安裝槽內(nèi)涂覆粘接膠，使用真空夾具將光柵傳感器固定至安裝槽內(nèi)的預(yù)設(shè)位置，對粘接膠進行固化處理，實現(xiàn)光柵傳感器的固定。
20、本發(fā)明具有如下意想不到的有益效果：
21、1、本發(fā)明通過在芯體表面設(shè)置安裝槽固定光柵傳感器，配合frp層內(nèi)的光纖通道與導(dǎo)引管將傳輸光纖引導(dǎo)連接至信號系統(tǒng)，讓frp錨桿自身具備感知能力，能夠?qū)崟r監(jiān)測錨桿受力狀態(tài)，無需依賴傳統(tǒng)外置傳感器，有效克服了傳統(tǒng)技術(shù)的局限，提升了監(jiān)測的便捷性與可靠性。相比傳統(tǒng)外置傳感器受環(huán)境干擾大、安裝位置易變動等問題，該自感知錨桿的光柵傳感器直接安裝在芯體上，與錨桿緊密結(jié)合，能更精準地感知錨桿自身受力變化，進而提升對巖土錨固工程狀態(tài)監(jiān)測的精度，為工程安全運營提供更可靠的數(shù)據(jù)支持。
22、2、所述芯體與frp層實現(xiàn)力學(xué)性能互補，芯體兼具結(jié)構(gòu)支撐與自感知功能，frp層同時作為信號通道與防腐保護殼，徹底摒棄外置傳感器。進而減少了大量的傳感器設(shè)備投入與維護工作。自感知錨桿將感知功能集成在錨桿本體，結(jié)構(gòu)相對簡單，降低了設(shè)備成本，同時減少了因傳感器故障或線路問題導(dǎo)致的維護工作量，提高了工程的經(jīng)濟性與穩(wěn)定性。
23、3、本發(fā)明所述安裝槽、光纖通道以及導(dǎo)引管的協(xié)同設(shè)計，既保證了光柵傳感器安裝的穩(wěn)固性，又為傳輸光纖提供了合理的走線布局，使整個自感知錨桿結(jié)構(gòu)緊湊、有序，不會因傳感器及光纖布置問題影響錨桿自身的力學(xué)性能與使用效果。
1.一種自感知錨桿，其特征在于：包括芯體（1）以及包裹于芯體（1）表面的frp層（2）；所述芯體（1）表面間隔設(shè)有多個用于固定光柵傳感器（3）的安裝槽（4），所述frp層（2）內(nèi)設(shè)有容光柵傳感器（3）的傳輸光纖（31）通過的光纖通道（5）；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自感知錨桿，其特征在于：所述芯體（1）包括從底端到頂端依次設(shè)置的功能段（11）、過渡段（12）和主體段（13），所述功能段（11）的外徑大于主體段（13）的外徑，所述過渡段（12）的外徑自功能段（11）的外徑漸變至主體段（13）的外徑；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自感知錨桿，其特征在于：所述過渡段（12）和主體段（13）對應(yīng)的光纖通道（5）呈直線設(shè)置，所述功能段（11）對應(yīng)的光纖通道（5）呈螺旋布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自感知錨桿，其特征在于：所述功能段（11）表面進行激光微織構(gòu)處理后，噴涂納米sio2改性環(huán)氧樹脂；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自感知錨桿，其特征在于：與所述芯體（1）頂端對應(yīng)的所述frp層（2）內(nèi)固定有至少一個溫度補償fbg（8）。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自感知錨桿，其特征在于：所述光柵傳感器（3）膠接固定于所述安裝槽（4）內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自感知錨桿，其特征在于：所述frp層（2）自外向內(nèi)依次設(shè)置的主承載層、抗剪切層、短切纖維層，所述主承載層的鋪設(shè)角度為0°，所述抗剪切層的鋪設(shè)角度為±45°，光纖通道（5）位于所述主承載層和抗剪切層之間。
8.一種自感知錨桿的制造方法，其特征在于，包括：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自感知錨桿的制造方法，其特征在于：固化時的溫度設(shè)定為120~180℃，壓力設(shè)定為10~20mpa，固化時間設(shè)定為30~60min。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自感知錨桿的制造方法，其特征在于，將光柵傳感器（3）固定于安裝槽（4）內(nèi)具體為：在安裝槽（4）內(nèi)涂覆粘接膠，使用真空夾具將光柵傳感器（3）固定至安裝槽（4）內(nèi)的預(yù)設(shè)位置，對粘接膠進行固化處理，實現(xiàn)光柵傳感器（3）的固定。