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专利号: 2023116642587
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种溶液腐蚀条件下巷道围岩力学响应监测方法,其特征在于,包括实现所述监测方法的监测装置;

所述监测装置包括承载框架、腐蚀箱、腐蚀环境控制系统、压力加载机构和围岩体试件;

所述承载框架内部设置有腔室,其至少一个侧面开框;

所述腐蚀箱设置在所述腔室内,其上端开口,其箱体至少一个面设置观察窗;

所述腐蚀箱还设置有防蒸发盖板,所述腐蚀箱的观察窗为透明有机玻璃板;

所述围岩体试件设置于所述腐蚀箱内;

所述压力加载机构包括底座、液压缸和活塞;所述底座固定设置在所诉承载框架内部顶面,用于装载所述液压缸;所述液压缸连接所述活塞;所述活塞与所述围岩体试件的上部接触,用于向所述围岩体试件施加作用力;

所述活塞与所述围岩体试件之间设置刚性均压加载板,所述围岩体试件底部设置反力均压垫板;

所述腐蚀环境控制系统包括进液机构、出液机构和控制机构,所述控制机构通过控制所述进液机构和所述出液机构,进而控制所述腐蚀箱内腐蚀溶液的液位维持在设定值;

所述进液机构包括储液箱和进液管,所述出液机构包括出液管和集液箱;

所述控制机构包括设置在所述进液管上的进液泵、设置在所述出液管上的出液泵、监测电脑;

所述围岩体试件设置为锚固件,其内部设置应变片,所述应变片通过引线与所述监测电脑连接;

所述监测方法包括以下步骤:

S1,将围岩体试件置于腐蚀箱内,调整所述围岩体试件的位置至其位于反力均压垫板和刚性均压加载板中央,安装好透明有机玻璃板,并安装至少两片防蒸发盖板,使所述腐蚀箱处于密封和保温状态;

S2,通过监测电脑控制液压缸使活塞产生位移,对所述围岩体试件施加设置的初次伺服压力,并通过所述监测电脑采集所述围岩体试件内的应变片传输数据,生成初次应力‑应变曲线;

S3,维持初次伺服压力,通过监测电脑检测和伺服控制所述腐蚀箱内腐蚀溶液的水量、温度和pH值在设定值,通过所述监测电脑实时获取处于浸泡状态的所述围岩体试件内应变片传输的数据;

S4,通过所述监测电脑控制所述液压缸,使所述活塞对所述围岩体试件施加设置的二次伺服压力,并通过所述监测电脑采集所述围岩体试件内应变片传输的数据,生成二次应力‑应变曲线;

S5,排出所述腐蚀箱内的腐蚀溶液,解除所述围岩体试件的受力状态后取出并清理干净以用于下一轮实验;

S6,基于工程围岩控制方法和材料腐蚀规律,通过分析步骤S2至S4所获取的力学响应数据来量化判断工程防腐支护方案,具体为:和未经腐蚀、加压处理的原围岩体试件相比:①当实验处理的围岩体试件的峰值强度下降<10%时,说明当前腐蚀条件对巷道围岩体系的劣化损伤影响较小,需加强监测,不需要采取其他措施;

②当实验处理的围岩体试件的峰值强度下降≥10%且≤30%时,说明当前腐蚀条件对巷道围岩体系产生了一定的劣化损伤,需要对工程岩体采取更换防腐蚀锚护材料或加强支护的措施;

③当实验处理的围岩体试件的峰值强度下降>30%时,说明当前腐蚀条件对巷道围岩体系产生了严重的劣化损伤,需要对工程岩体采取注浆封堵加固、更换防腐蚀锚护材料及实加被动支护围岩控制措施。

2.根据权利要求1所述的一种溶液腐蚀条件下巷道围岩力学响应监测方法,其特征在于,所述监测电脑通过控制所述进液泵和出液泵的开闭,来控制所述进液管和出液管内的液体流量,从而控制所述腐蚀箱内的腐蚀溶液的液位维持在设定值。

3.根据权利要求1所述的一种溶液腐蚀条件下巷道围岩力学响应监测方法,其特征在于,所述承载框架截面呈环形,由上下钢板和承载上下钢板的C型边框构成。

4.根据权利要求1所述的一种溶液腐蚀条件下巷道围岩力学响应监测方法,其特征在于,所述防蒸发盖板设置为覆盖所述腐蚀箱的上部;

所述透明有机玻璃板与所述腐蚀箱以U型插槽可拆卸密封配合。

5.根据权利要求1所述的一种溶液腐蚀条件下巷道围岩力学响应监测方法,其特征在于,所述液压缸与所述监测电脑连接,并通过所述监测电脑进行液压行程控制。

6.根据权利要求1所述的一种溶液腐蚀条件下巷道围岩力学响应监测方法,其特征在于,所述围岩体试件既可以设置为锚固件,也可以设置为非锚固件;

所述围岩体试件设置为锚固件时,其设置为:所述围岩体试件在其四角及中心处各一个锚杆,所述锚杆深入围岩体试件内部的部分设置一段直槽,所述直槽内设置应变片,所述应变片通过引线与所述监测电脑连接,用于向所述监测电脑传输测试数据;

所述围岩体试件设置为非锚固件时,其设置为:所述围岩体试件为非锚固预制节理试件;使用节理数量为0的完整非锚固试件,来模拟连续性较好的未锚固工程岩体;使用节理数量大于3条,或节理迹长大于试件尺寸的75%,或张开度大于试件尺寸的10%的非锚固试件,来模拟较为破裂的工程岩体;所述围岩体试件内部设置应变片,所述应变片通过引线与所述监测电脑连接,用于向所述监测电脑传输测试数据。

7.根据权利要求1所述的一种溶液腐蚀条件下巷道围岩力学响应监测方法,其特征在于,所述腐蚀溶液可以采用煤矿井下实地采集的矿井水,也可以使用调制腐蚀溶液,所述‑调制腐蚀溶液中的腐蚀离子包括 和Cl;

‑1 ‑1

所述调制腐蚀溶液配方为9mmol·L 的NaCl溶液和5mmol·L 的NaSO4溶液制成,或者‑1 ‑1为20mmol·L 的NaCl溶液和12mmol·L 的NaSO4溶液制成。

8.根据权利要求1所述的一种溶液腐蚀条件下巷道围岩力学响应监测方法,其特征在于,所述监测电脑采集的应变片数据包括围岩体试件的轴向压力和轴向变形量的实时数据;

若所述围岩体试件为锚固试件,则还包括锚杆轴力、锚杆轴向变形量的实时数据。

9.根据权利要求1所述的一种溶液腐蚀条件下巷道围岩力学响应监测方法,其特征在于,设置所述液压缸初次压力,将所述围岩体试件压至轻微破坏状态后停止加载,所述初次压力为煤矿巷道现场调研得出的原岩应力;

或者根据所述围岩体试件的受损结构量化所述液压缸初次压力,具体为:观察监测所述监测电脑上的应力‑应变曲线图,当初次压力将所述围岩体试件压至压密阶段、或弹性变形阶段、或塑性屈服阶段、或峰后破坏阶段时停止初次压力。

10.根据权利要求1所述的一种溶液腐蚀条件下巷道围岩力学响应监测方法,其特征在于,在步骤S3中,使所述腐蚀箱内的围岩体试件处于干/湿循环状态,所述干/湿循环状态设置为重复多次单循环,所述单循环的设置为:维持所述围岩体试件干状态8小时;10分钟内缓慢向所述腐蚀箱注入腐蚀溶液至浸没围岩体试件;维持围岩体试件湿状态16小时;10分钟内缓慢排空腐蚀箱内的腐蚀溶液。

11.根据权利要求1所述的一种溶液腐蚀条件下巷道围岩力学响应监测方法,其特征在于,步骤S4中,通过透明有机玻璃板进行观察,可以设置所述液压缸压力,将所述围岩体试件压至变形和/或破裂状态后停止加载;或对所述围岩体试件进行单轴压缩、循环加载不同加载方式。