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锚杆支护是煤矿巷道支护的主要形式。锚固缺陷是影响锚杆支护质量的重要因素之一,快速、有效地检测锚杆锚固缺陷对于巷道支护的及时补强,确保煤矿的安全高效生产具有重要意义。本文基于应力波理论及其测试技术,对煤矿非全长粘结锚杆锚固缺陷的无损检测原理与方法进行了系统的研究,取得了如下创新性成果:(1)建立了含锚固缺陷非全长粘结锚杆的力学模型,给出了相应的波动方程及其解析解,并系统研究了煤矿锚杆的锚固围岩的力学特性对锚杆中应力波传播的影响,发现锚固介质的弹性和粘性特性均会使应力波波速发生频散效应,揭示了影响煤矿锚杆支护中应力波传播的物理机制。(2)自行设计研制了锚杆锚固质量无损检测试验系统,建立了含锚固缺陷非全长粘结锚杆应力波无损检测的物理模型,系统研究了锚固缺陷大小、缺陷分布特征对锚杆动力无损检测信号的影响规律,进而分析得到了锚杆中应力波传播的能量耗散随锚固缺陷特征量的变化规律。(3)依据对数值模拟和试验检测所得应力波信号特征的分析,引入了表征锚固缺陷程度的特征量—反射能量比re,给出了re与锚固起始端与末端反射信号能量间的关系,分析得到了锚固缺陷长度与re的对应关系,进而提出了含缺陷锚固系统极限锚固力的估算方法。(4)利用多尺度熵方法分析了缺陷分布对锚固质量无损检测信号的影响,得到了信号的复杂性特征量(PRSS)随着锚固缺陷位置的变化规律,给出了锚固缺陷分布对锚杆极限锚固力的影响机制。引入影响因子ηs,在此基础上对含缺陷锚固系统极限锚固力的估算方法进行了有效修正。(5)提出对于含托盘的锚杆锚固缺陷无损检测信号进行经验模态分解与多尺度熵分析的协同性分析方法,解决了仅用多尺度熵方法时因托盘的存在导致的分析结果出现偏差的问题。设计了基于经验模态分解联合多尺度熵分析方法的锚杆锚固质量多尺度熵评价系统,实现了信号处理过程的智能化和可视化,使其易于在工程实践中推广使用。本文的研究结果不仅有助于对锚杆锚固质量进行准确客观的评价,而且对于煤矿的安全生产和生产效率的提高也具有积极意义。