【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及力學(xué)性能測(cè)試，具體涉及一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法。
技術(shù)介紹
1、當(dāng)前我國(guó)主力礦井均已逐步轉(zhuǎn)入深部開(kāi)采階段，井工煤礦的平均開(kāi)采深度已經(jīng)超過(guò)650m，深部巷道圍巖支護(hù)普遍面臨著“高地應(yīng)力、高低溫、強(qiáng)腐蝕性”的典型“三高”復(fù)雜地質(zhì)力學(xué)環(huán)境，嚴(yán)重遲滯煤礦行業(yè)安全高效發(fā)展。
2、以山東巨野礦區(qū)某礦的地質(zhì)開(kāi)采條件和支護(hù)現(xiàn)狀為例，該礦開(kāi)采深度近千米，平均原巖自重超過(guò)25mpa；大部分地段原巖地溫為42℃，處于二級(jí)熱害區(qū)；煤層頂板砂巖水和底板三灰水的酸堿性呈弱堿性，可溶性固形物含量較高，并含有大量的陰陽(yáng)離子。受到此類(lèi)高地壓、高地溫及強(qiáng)腐蝕的影響，巷道錨固承載體系在復(fù)雜的水巖作用下比任一單一情況作用下的支護(hù)系統(tǒng)更加容易劣化失穩(wěn)，嚴(yán)重影響到煤礦安全生產(chǎn)。
3、因此，明晰高溫高腐蝕高地壓下錨固系統(tǒng)性能長(zhǎng)期衰減規(guī)律，探究長(zhǎng)期蠕變效應(yīng)下錨固系統(tǒng)長(zhǎng)期強(qiáng)度等隨溫度、腐蝕性的劣化機(jī)理，并獲得錨固系統(tǒng)力學(xué)特性演化規(guī)律與宏觀(guān)破壞模式，得到巷道錨固圍巖對(duì)不同環(huán)境等級(jí)的適應(yīng)性和存在的缺陷對(duì)此類(lèi)礦井安全高效生產(chǎn)起到?jīng)Q定性的作用。
4、目前現(xiàn)有技術(shù)中有關(guān)該
技術(shù)介紹
的研究報(bào)道有：
5、申請(qǐng)?zhí)?01510218850.3公開(kāi)了一種多相多場(chǎng)耦合錨固體組合變形測(cè)試方法，其使用的多相多場(chǎng)耦合錨固體組合變形測(cè)試系統(tǒng)包括三軸加載裝置、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、顯示裝置、報(bào)警裝置、數(shù)據(jù)傳輸裝置、掃描監(jiān)測(cè)裝置和錨固組合體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，三軸加載裝置設(shè)置在錨桿或錨索力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)的一端，三軸加載裝置為六面體，包括三組兩兩相對(duì)設(shè)置的壓力
6、申請(qǐng)?zhí)?02210714096.2公開(kāi)了一種錨桿軸向力學(xué)性能測(cè)試裝置與方法，錨桿軸向力學(xué)性能測(cè)試裝置包括：主機(jī)架、動(dòng)載加載裝置、靜載加載裝置及應(yīng)變傳感器；主機(jī)架固定有待測(cè)錨桿；動(dòng)載加載裝置包括反力座和沖擊組件，反力座用于與所述待測(cè)錨桿的一端連接，沖擊組件套設(shè)于待測(cè)錨桿的外側(cè)，并與主機(jī)架滑動(dòng)連接，沖擊組件相對(duì)于反力座靠近并對(duì)反力座施加沖擊載荷；靜載加載裝置分別與主機(jī)架和反力座連接，用于對(duì)反力座施加軸向靜載荷；應(yīng)變傳感器設(shè)于待測(cè)錨桿的外表面，用于監(jiān)測(cè)待測(cè)錨桿的應(yīng)變數(shù)據(jù)。該現(xiàn)有技術(shù)主要是通過(guò)設(shè)置動(dòng)載加載裝置和靜載加載裝置來(lái)監(jiān)測(cè)在靜載、動(dòng)載及動(dòng)靜載組合下的力學(xué)性能。
7、上述現(xiàn)有技術(shù)均對(duì)錨固體的力學(xué)性能做了相關(guān)研究，也取得了一定的進(jìn)展。然而，對(duì)于復(fù)雜環(huán)境耦合作用下的巷道圍巖系統(tǒng)性能研究不具體，尤其是涉及到高溫-高應(yīng)力-腐蝕作用下的錨固體的力學(xué)性能鮮有提及，而且其也缺少對(duì)錨固體性能的具體量化。因此，亟待需要設(shè)計(jì)一種適用于高溫-高應(yīng)力-腐蝕的復(fù)雜狀態(tài)的巷道錨固性能的定量化模擬裝置及方法以解決上述難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，該方法適用于高溫-高應(yīng)力-強(qiáng)腐蝕的復(fù)雜環(huán)境下，并且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道錨固單元性能的定量評(píng)價(jià)，使得測(cè)試結(jié)果更為精準(zhǔn)。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)采用了以下技術(shù)方案：一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，所述的定量化模擬方法應(yīng)用于地溫-應(yīng)力-腐蝕的耦合作用環(huán)境中，所述的定量化模擬方法包括：步驟一、制備所需錨固體巖樣。
3、步驟二、準(zhǔn)備并安裝所需模擬系統(tǒng)，所述的模擬系統(tǒng)包括模擬容器、試件試驗(yàn)臺(tái)、地溫模擬系統(tǒng)、應(yīng)力模擬系統(tǒng)、腐蝕模擬系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)及控制平臺(tái)，所述的模擬容器包括一定容積的罐體，在所述的罐體上設(shè)置有注液口和排液口；在所述的罐體中下部設(shè)置有底板，所述的地溫模擬系統(tǒng)位于所述的底板的下方；所述的試件試驗(yàn)臺(tái)放置在所述的模擬容器內(nèi)，所述的錨固體巖樣位于所述的試件試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)，在所述的底板與試件試驗(yàn)臺(tái)之間設(shè)置導(dǎo)熱隔板。
4、所述的應(yīng)力模擬系統(tǒng)包括液壓機(jī)構(gòu)和圍壓面板，所述的圍壓面板分別設(shè)置在所述的罐體的前、后、左、右四個(gè)方向；在每個(gè)圍巖面板上設(shè)置有應(yīng)變片，應(yīng)變片連接有應(yīng)變測(cè)試儀。
5、所述的控制平臺(tái)用于控制所述的應(yīng)力模擬系統(tǒng)、地溫模擬系統(tǒng)及腐蝕模擬系統(tǒng)，所述的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)將所獲得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿龅目刂破脚_(tái)，所述的腐蝕模擬系統(tǒng)包括電路導(dǎo)向控制系統(tǒng)和導(dǎo)電電絲，所述的導(dǎo)電電絲位于所述的罐體內(nèi)。
6、步驟三、通過(guò)注液口向所述的罐體內(nèi)注入礦井水，通過(guò)所述的控制平臺(tái)來(lái)控制注入礦井水的量，所述的電路導(dǎo)向控制系統(tǒng)用來(lái)控制整個(gè)腐蝕回路的電流大小，通過(guò)電流大小來(lái)模擬腐蝕狀態(tài)，并通過(guò)式（1）計(jì)算得到腐蝕強(qiáng)度。
7、??????????????????????????????（1）。
8、式（1）中：為腐蝕回路中通過(guò)電流大小；為錨固體巖樣中錨桿材質(zhì)的電化學(xué)當(dāng)量；為錨固體巖樣中錨桿的密度；為錨固體巖樣中錨桿暴露在罐體中的腐蝕面積。
9、步驟四、打開(kāi)地溫模擬系統(tǒng)進(jìn)行加熱，通過(guò)控制平臺(tái)控制需要的加熱溫度；打開(kāi)應(yīng)力模擬系統(tǒng)并通過(guò)圍壓面板對(duì)錨固體巖樣的側(cè)向施加圍壓。
10、步驟五、通過(guò)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)獲得錨固體巖樣的特性數(shù)據(jù)，結(jié)合理論知識(shí)分析錨固體巖樣在地溫-應(yīng)力-腐蝕的耦合環(huán)境中的性能響應(yīng)規(guī)律。
11、上述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，步驟一中，所述的錨固體巖樣包括尺寸為長(zhǎng)50mm、寬50mm、高100mm的長(zhǎng)方體巖樣，在所述的長(zhǎng)方體巖樣的頂面預(yù)留孔洞，在所述的孔洞內(nèi)安裝與其匹配的錨桿，所述的孔洞的尺寸為外徑22mm、高60mm。
12、上述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，步驟一中，在所述的錨固體巖樣上形成一定角度的裂隙，所述的裂隙將所述的長(zhǎng)方體巖樣分為可相對(duì)移動(dòng)的兩部分巖樣，所述的錨桿自上而下貫穿兩部分巖樣，在錨桿的頂部位置設(shè)置軸力計(jì)。
13、上述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，步驟四中，錨固巖巖中錨桿在軸向上的軸力計(jì)示數(shù)與錨桿在節(jié)理面處所受的剪應(yīng)力關(guān)系式如式（2）所示。
14、??????????????????????????????（2）。
15、式（2）中：為錨桿所受剪應(yīng)力；為錨桿的錨固孔面積與錨固體巖樣的節(jié)理面面積的比值；為錨桿上軸力計(jì)的示數(shù)；為節(jié)理面處內(nèi)摩擦力，為動(dòng)態(tài)值且在腐蝕環(huán)境下忽略為零。
16、上述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，所述的地溫模擬系統(tǒng)包括電熱絲和支架，所述的電熱絲和支架均位于所述罐體的底板的下方，電熱絲整體為彈簧狀電阻絲，電熱絲位于支架的上方。
17、上述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，所述的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)包括溫控傳感器、壓本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，其特征在于，所述的定量化模擬方法應(yīng)用于地溫-應(yīng)力-腐蝕的耦合環(huán)境中，所述的定量化模擬方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，其特征在于：步驟一中，所述的錨固體巖樣包括尺寸為長(zhǎng)50mm、寬50mm、高100mm的長(zhǎng)方體巖樣，在所述的長(zhǎng)方體巖樣的頂面預(yù)留孔洞，在所述的孔洞內(nèi)安裝與其匹配的錨桿，所述的孔洞的尺寸為外徑22mm、高60mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，其特征在于：步驟一中，在所述的錨固體巖樣上形成一定角度的裂隙，所述的裂隙將所述的長(zhǎng)方體巖樣分為可相對(duì)移動(dòng)的兩部分巖樣，所述的錨桿自上而下貫穿兩部分巖樣，在錨桿的頂部位置設(shè)置軸力計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，其特征在于：步驟四中，錨固體巖樣中錨桿在軸向上的軸力計(jì)示數(shù)與錨桿在節(jié)理面處所受的剪應(yīng)力關(guān)系式如式（2）所示：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，其特征在于：所述的地溫模擬系統(tǒng)包括電熱絲和支架
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，其特征在于：所述的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)包括溫控傳感器、壓力傳感器及電子流向速率傳感器，所述的溫控傳感器位于罐體的外壁，用于監(jiān)測(cè)所述的地溫模擬系統(tǒng)的溫度，所述的壓力傳感器位于錨固體巖樣的錨固端上方，所述的電子流向速率傳感器用于監(jiān)測(cè)導(dǎo)電電絲的電子流向，所述的溫控傳感器、壓力傳感器及電子流向速率傳感器均與控制平臺(tái)和數(shù)據(jù)輸出端連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，其特征在于：所述的罐體內(nèi)部均涂有防水涂層，所述的罐體的頂部設(shè)置有可開(kāi)合的窗口，所述的窗口由不銹鋼材質(zhì)制作而成；所述的罐體內(nèi)部空間的儲(chǔ)液高度為100cm，所述的注液口設(shè)置在儲(chǔ)液高度上方的罐體側(cè)壁上；所述的排液口設(shè)置在位于罐體底部的側(cè)壁上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，其特征在于：應(yīng)變片焊接在圍壓面板上，所述的應(yīng)變測(cè)試儀的數(shù)據(jù)通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)輸送至所述的控制平臺(tái)，應(yīng)變片在圍壓面板上呈等間距設(shè)置，所述的圍壓面板上均設(shè)置有防水絕緣涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，其特征在于：相鄰的應(yīng)變片之間間距為3cm，應(yīng)變片整體呈長(zhǎng)方形或正方形排列，布滿(mǎn)整個(gè)圍壓面板；液壓機(jī)構(gòu)增壓液壓缸，通過(guò)控制平臺(tái)將液壓油泵送至增壓液壓缸中，通過(guò)增壓液壓缸和圍壓面板對(duì)錨固體巖樣施加側(cè)向應(yīng)力。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，其特征在于：所述的壓力傳感器為防水絕緣型，在錨固體巖樣的底部還設(shè)置與其相匹配的卡座。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，其特征在于，所述的定量化模擬方法應(yīng)用于地溫-應(yīng)力-腐蝕的耦合環(huán)境中，所述的定量化模擬方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，其特征在于：步驟一中，所述的錨固體巖樣包括尺寸為長(zhǎng)50mm、寬50mm、高100mm的長(zhǎng)方體巖樣，在所述的長(zhǎng)方體巖樣的頂面預(yù)留孔洞，在所述的孔洞內(nèi)安裝與其匹配的錨桿，所述的孔洞的尺寸為外徑22mm、高60mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，其特征在于：步驟一中，在所述的錨固體巖樣上形成一定角度的裂隙，所述的裂隙將所述的長(zhǎng)方體巖樣分為可相對(duì)移動(dòng)的兩部分巖樣，所述的錨桿自上而下貫穿兩部分巖樣，在錨桿的頂部位置設(shè)置軸力計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，其特征在于：步驟四中，錨固體巖樣中錨桿在軸向上的軸力計(jì)示數(shù)與錨桿在節(jié)理面處所受的剪應(yīng)力關(guān)系式如式（2）所示：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，其特征在于：所述的地溫模擬系統(tǒng)包括電熱絲和支架，所述的電熱絲和支架均位于所述罐體的底板的下方，電熱絲整體為彈簧狀電阻絲，電熱絲位于支架的上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種深部巷道錨固體性能的定量化模擬方法，其特征在于：所述的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)包括溫控傳感器、壓力傳感器及電子流向速率...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張廣超，尹茂勝，李萌源，呂凱，劉如澤，馮永祺，陳書(shū)盟，陳水泉，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：山東科技大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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