【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锚杆腐蚀损伤状态监测，具体涉及一种煤矿巷道锚杆腐蚀损伤状态无损监测方法。
技术介绍
1、锚杆支护是世界公认的深部资源开采安全高效的支护方式之一。随着我国煤炭开采日益向深部发展，锚杆在井下服役的过程中长期承受高温、高湿、高应力的作用，为锚杆带来了腐蚀损伤的风险，进而为巷道支护带来安全隐患。近年来许多煤矿都发生了锚杆过早失效的问题，锚固支护失效导致巷道开裂、脱落甚至冒顶事故等情况时有发生。通过实验室实验以及现场实测发现许多锚杆失效问题是由腐蚀导致的。
2、传统的煤矿锚杆质量检测方法为破坏性试验检测方法，具体包含原位拉拔试验和钻孔取样的方法，其缺点在于会破坏锚杆，同时会改变锚杆支护系统的结构或支护状态，导致测得的结果与实际受力状况存在较大差异，检测成本高，操作过程复杂，效率低，仅能用于个别锚杆的抽样检测。
3、在非煤领域中，电化学检测、声发射检测等方法在锚杆损伤检测广泛应用。但由于煤矿巷道属于深部狭长受限空间，以上方法存在施工困难、可靠性低等问题，无法实现对煤矿巷道中锚杆质量的长期监测与精准检测。因此有必要提出一种煤矿巷道锚杆腐蚀损伤状态无损监测方法。
技术实现思路
1、鉴于此，本专利技术公开了一种煤矿巷道锚杆腐蚀损伤状态无损监测方法，通过半电池电位法对煤矿巷道局部锚杆腐蚀损伤状态进行实时监测，确定该区域内的平均锚杆腐蚀损伤水平，进一步通过超声导波检测方法对该区域锚杆进行腐蚀损伤状态检测，最终实现对煤矿巷道全部锚杆腐蚀损伤状态的长期、准确、实时评价，
2、根据本专利技术的目的提出的一种煤矿巷道锚杆腐蚀损伤状态无损监测方法，包括以下步骤：
3、步骤一、通过对巷道锚杆的型号参数及腐蚀环境进行现场取样和试验室测试，构建巷道锚杆腐蚀环境参数集；
4、步骤二、根据巷道锚杆腐蚀环境参数集中的各项参数，确定加速盐雾腐蚀模拟试验中的腐蚀液参数、锚杆物理及力学参数，进行加速盐雾腐蚀模拟试验，并通过半电池电位法测量腐蚀电位，通过线性极化法测量腐蚀电流；
5、步骤三、基于梯度下降法对试验腐蚀电位与腐蚀电流建立回归模型；
6、步骤四、在目标巷道选取三根具有代表性的锚杆通过半电池电位法腐蚀电位监测设备测量锚杆的腐蚀电位，并以此为基础通过指数回归方程计算腐蚀电流参数，继而计算瞬时腐蚀速率，并将其与预设值相比初步判定巷道腐蚀水平；
7、步骤五、根据巷道锚杆腐蚀水平，确定巷道锚杆腐蚀程度监测的频度，并根据频度确定选择监测锚杆的数量，通过半电池电位法腐蚀电位监测设备测量锚杆腐蚀电位ei；
8、步骤六、以锚杆腐蚀电位ei为数据源，根据指数回归方程i＝αeke求得各锚杆的腐蚀电流ii，并根据瞬时腐蚀速率计算公式求瞬时腐蚀速率vi失，并对瞬时腐蚀速率vi失进行积分求得锚杆累计直径损失量si＝∫vi失dt，si为第i根锚杆的腐蚀程度；
9、步骤七、评估巷道锚杆腐蚀程度：若锚杆累计直径损失量为锚杆直径，则不做处理；若锚杆累计直径损失量为锚杆直径，则对该锚杆进行密切观测，并使用超声波测损法对相邻锚杆进行腐蚀损伤检测，若检测结果显示锚杆发生不均匀腐蚀，则立即更换该检测锚杆或进行补强支护，并对更换或补强支护的锚杆定期使用超声波测损法进行腐蚀损伤检测；若检测结果显示锚杆未发生不均匀腐蚀，则定期使用超声波测损法对该区域进行腐蚀检测；若锚杆累计直径损失量为锚杆直径，则立即更换此锚杆或进行补强支护，并使用超声波测损法对相邻锚杆进行腐蚀损伤检测，若检测结果显示锚杆发生不均匀腐蚀，则立即更换该锚杆或进行补强支护，对更换或补强支护的锚杆定期使用超声波测损法进行腐蚀损伤检测；若检测结果显示锚杆未发生不均匀腐蚀，则定期使用超声波测损法对该区域进行腐蚀损伤检测；若锚杆累计直径损失量为锚杆直径，则立即更换此锚杆及相邻区域的锚杆，并重新通过半电池电位法腐蚀电位监测设备进行锚杆腐蚀程度监测，对于该区域重新更换的锚杆加强腐蚀检测，定期使用超声破测损法对该区域进行腐蚀检测。
10、优选的，步骤一中，巷道锚杆腐蚀环境参数集包括锚杆型号子参数集、腐蚀水环境子参数集、腐蚀岩土环境子参数集、腐蚀空气环境子参数集、腐蚀应力环境子参数集；所述锚杆型号子参数集包含锚杆长度参数、锚杆直径参数、锚杆材质参数；所述腐蚀水环境子参数集包含水离子种类参数、水离子含量参数、水酸碱度参数；所述腐蚀岩土环境子参数集包含岩土矿物种类参数、岩土矿物含量参数、岩土细菌种类参数、岩土细菌含量参数；所述腐蚀空气环境子参数集包含空气温度参数、空气湿度参数、酸性气体种类参数、酸性气体含量参数；腐蚀应力环境子参数集包含锚杆预紧力参数。
11、优选的，步骤二中，腐蚀液参数包括腐蚀液酸碱度、腐蚀液温度、腐蚀液离子含量、腐蚀液细菌含量；锚杆物理及力学参数包括锚杆直径、锚杆长度、锚杆材质、锚杆预紧力。
12、优选的，半电池电位法腐蚀电位监测设备包括电压变送器与无纸记录仪，其中电压变送器一端与无纸记录仪相连，用于传输电位数据，另一端与锚杆、硫酸铜电极相连，用于测量锚杆与硫酸铜电极的对比电位；其中无纸记录仪用于记录电位数据e；
13、线性极化法测量腐蚀电流的设备包括恒电位恒电流仪，所述恒电位恒电流仪包含三个接线柱，其中第一个与锚杆连接，作为工作电极；第二个与饱和硫酸铜电极连接，作为参比电极，用于测定试件的腐蚀电位；第三个与石墨电极相连，作为辅助电极，与工作电极形成回路；形成回路后，恒电位恒电流仪记录腐蚀电流i。
14、优选的，步骤三中，回归模型构建时设定最大迭代次数为200次，学习率为0.00001，包括以下步骤：
15、s31、确定指数回归方程的形式为：i＝aeke，其中，a和k是回归系数，e是腐蚀电位，i是腐蚀电流；
16、s32、令ln(i)＝ke+ln(a)，将指数回归变为线性回归；
17、s33、使用随机数初始化回归系数k和a；
18、s34、定义损失函数组偶为模型的评估标准，在指数回归中，通常使用最小二乘法作为损失函数，即计算预测值与实际值之间的平方误差之和；
19、s35、使用链式法则计算损失函数对回归系数k和a的偏导数用于更新回归系数；
20、s36、根据梯度下降算法的公式，更新回归系数k和a的值，以最小化损失函数；
21、s37、重复执行步骤s34-s36，直到损失函数的值收敛或达到预设的迭代次数，求得线性回归函数中的常数k和a。
22、优选的，步骤四中，初步判断腐蚀水平的方法，包括以下步骤：
23、s41、在目标巷道中选取三个淋水量大、空气湿度高的区域，在三个区域内分别选取一根锚杆，通过安设半电池电位法腐蚀电位监测设备测量三根锚杆的腐蚀电位；所述半电池电位法腐蚀电位监测设备包含电压变送器、导线、硫酸铜电极，其中电压变送器一端通过导线与锚杆端头连接，另一端通过导线与硫酸铜电极连接；电压变送器将实时监测获取的腐蚀电位数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种煤矿巷道锚杆腐蚀损伤状态无损监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道锚杆腐蚀损伤状态无损监测方法，其特征在于，步骤一中，巷道锚杆腐蚀环境参数集包括锚杆型号子参数集、腐蚀水环境子参数集、腐蚀岩土环境子参数集、腐蚀空气环境子参数集、腐蚀应力环境子参数集；所述锚杆型号子参数集包含锚杆长度参数、锚杆直径参数、锚杆材质参数；所述腐蚀水环境子参数集包含水离子种类参数、水离子含量参数、水酸碱度参数；所述腐蚀岩土环境子参数集包含岩土矿物种类参数、岩土矿物含量参数、岩土细菌种类参数、岩土细菌含量参数；所述腐蚀空气环境子参数集包含空气温度参数、空气湿度参数、酸性气体种类参数、酸性气体含量参数；腐蚀应力环境子参数集包含锚杆预紧力参数。
3.根据权利要求2所述的一种煤矿巷道锚杆腐蚀损伤状态无损监测方法，其特征在于，步骤二中，腐蚀液参数包括腐蚀液酸碱度、腐蚀液温度、腐蚀液离子含量、腐蚀液细菌含量；锚杆物理及力学参数包括锚杆直径、锚杆长度、锚杆材质、锚杆预紧力。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道锚杆腐蚀损伤状态无损监测方法，其
5.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道锚杆腐蚀损伤状态无损监测方法，其特征在于，步骤三中，回归模型构建时设定最大迭代次数为200次，学习率为0.00001，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种煤矿巷道锚杆腐蚀损伤状态无损监测方法，其特征在于，步骤四中，初步判断腐蚀水平的方法，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种煤矿巷道锚杆腐蚀损伤状态无损监测方法，其特征在于，步骤五中，若腐蚀环境为强腐蚀环境，即V失≥1.5mm/a，则巷道锚杆腐蚀程度监测频度f＝1，即每排锚杆均选择一根锚杆安设半电池电位法腐蚀电位监测设备(14)，测量锚杆腐蚀电位；若腐蚀环境为中等腐蚀环境，即0.5mm/a≤V失<1.5mm/a，则巷道锚杆腐蚀程度监测频度f＝2，即每两排锚杆均选择一根锚杆安设半电池电位法腐蚀电位监测设备(14)，测量锚杆腐蚀电位；若腐蚀环境为弱腐蚀环境，即0.005mm/a≤V失<0.5mm/a，则巷道锚杆腐蚀程度监测频度f＝3，即每三排锚杆均选择一根锚杆安设半电池电位法腐蚀电位监测设备(14)，测量锚杆腐蚀电位；
...【技术特征摘要】
1.一种煤矿巷道锚杆腐蚀损伤状态无损监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道锚杆腐蚀损伤状态无损监测方法，其特征在于，步骤一中，巷道锚杆腐蚀环境参数集包括锚杆型号子参数集、腐蚀水环境子参数集、腐蚀岩土环境子参数集、腐蚀空气环境子参数集、腐蚀应力环境子参数集；所述锚杆型号子参数集包含锚杆长度参数、锚杆直径参数、锚杆材质参数；所述腐蚀水环境子参数集包含水离子种类参数、水离子含量参数、水酸碱度参数；所述腐蚀岩土环境子参数集包含岩土矿物种类参数、岩土矿物含量参数、岩土细菌种类参数、岩土细菌含量参数；所述腐蚀空气环境子参数集包含空气温度参数、空气湿度参数、酸性气体种类参数、酸性气体含量参数；腐蚀应力环境子参数集包含锚杆预紧力参数。
3.根据权利要求2所述的一种煤矿巷道锚杆腐蚀损伤状态无损监测方法，其特征在于，步骤二中，腐蚀液参数包括腐蚀液酸碱度、腐蚀液温度、腐蚀液离子含量、腐蚀液细菌含量；锚杆物理及力学参数包括锚杆直径、锚杆长度、锚杆材质、锚杆预紧力。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道锚杆腐蚀损伤状态无损监测方法，其特征在于，半电池电位法腐蚀电位监测设备(14)包括电压变送器(9)与无纸记录仪(11)，其中电压变送器(9)一端与无纸记录仪(11)...
【专利技术属性】
技术研发人员：程敬义，张宇，张益东，杨润昀，王玥，雷龙飞，孙鑫，闫万梓，邢轲轲，李泽鑫，胡磊，徐杰，王华，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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