(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210782007.8 (22)申请日 2022.07.05 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114861370 A (43)申请公布日 2022.08.05 (73)专利权人 中煤科工开采研究院有限公司 地址 101302 北京市顺 义区中关村科技园 区顺义园临空二路1号 (72)发明人 褚晓威　鞠文君　张镇　吴志刚　 孟宪志　李文洲　冯友良　石蒙　 李中伟　 (74)专利代理 机构 北京远大卓悦知识产权代理 有限公司 1 1369 专利代理师 吴朝阳(51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) E21D 11/00(2006.01) G06F 119/02(2020.01) (56)对比文件 CN 111272553 A,2020.0 6.12 CN 110044740 A,2019.07.23 CN 111927511 A,2020.1 1.13 审查员 董立波 (54)发明名称 腐蚀性矿井环境中巷道锚杆锚索支护设计 方法 (57)摘要 本发明公开了一种腐蚀性矿井环境中巷道 锚杆锚索支护设计方法， 其包括： 采取巷道中的 水样， 并检测水样的基本性质以及巷道环境参 数； 检测锚 杆、 锚索材料的基本性质； 配置腐蚀规 律实验参数条件； 获取既有锚 杆锚索支护的巷道 中的锚杆、 锚索的腐蚀规律； 检测既有锚杆锚索 支护的巷道中的锚杆受力和锚索受力； 基于锚 杆 锚索的腐蚀规律、 锚杆受力和锚索受力， 确定待 支护巷道的设计方案。 本发明综合考虑实际支护 环境以及服役全过程中锚杆、 锚索的受力情况， 为类似巷道的支护提出有效、 针对性强的支护设 计方案， 大大提高了巷道支护体系的长期有效性 和稳定性。 权利要求书1页 说明书8页 附图3页 CN 114861370 B 2022.10.04 CN 114861370 B 1.腐蚀性矿井环境中巷道锚杆锚索支护设计方法， 其特 征在于， 包括： 采取既有锚杆锚索支护的巷道中的水样， 并检测水样的基本性质以及巷道 环境参数； 检测既有锚杆锚索支护的巷道中的锚杆、 锚索材 料的基本性质； 基于水样的基本性质的检测结果和锚杆、 锚索材料的基本性质检测结果， 配置腐蚀规 律实验参数 条件； 基于配置的腐蚀规律实验参数条件， 获取既有锚杆锚索支护的巷道中的锚杆、 锚索的 腐蚀规律； 腐蚀规 律包括腐蚀速率和延伸率降低率； 检测既有锚杆锚索支护的巷道中的锚杆受力和锚索受力； 定期监测既有锚杆锚索支护 的巷道中的锚杆、 锚索在服役全过程中的受力， 并记录所有的受力值， 对于任一锚杆、 任一 锚索， 取最大受力值作为锚杆、 锚索的受力； 基于锚杆锚索的腐蚀规律、 锚杆受力和锚索受力， 确定待支护巷道的设计方案， 支护设 计方案包括： 确定与既有锚杆锚索支护巷道的环境条件类似的， 待支护的巷道的支护体系 的锚杆、 锚索的支护参数， 锚杆、 锚索的支护参数为锚杆锚索的支护密度； 确定是否需要对 待支护的锚杆、 锚索进行防腐蚀处理， 锚杆、 锚索进行防腐蚀处理具体为在锚杆、 锚索的表 面涂覆锌铬涂层； 基于锚杆锚索的腐蚀规律、 锚杆受力和锚索受力， 确定待支护巷道的支护设计方案， 具 体为： 当锚杆的腐蚀速率大于0.1mm/年， 或/和锚杆的延伸率降低率大于10%， 则需要对锚杆 进行防腐蚀处 理， 否则不需要； 当锚索的腐蚀速率大于0.1mm/年， 或/和锚索的延伸率降低率大于5%， 则需要对锚索进 行防腐蚀处 理， 否则不需要； 当检测锚杆中50%及以上的锚杆的受力大于锚杆屈服载荷的90%时， 则在既有锚杆锚索 支护的巷道中的锚杆的支护密度基础上增大锚杆的支护密度， 否则锚杆的支护密度不变； 当检测锚索中50%及以上的锚索的受力大于锚索抗拉载荷的80%时， 则在既有锚杆锚索 支护的巷道中的锚索的支护密度基础上增大锚索的支护密度， 否则锚索的支护密度不变。 2.如权利要求1所述的腐蚀性矿井环境中巷道锚杆锚索支护设计方法， 其特征在于， 水 样的基本性质包括离 子成分、 浓度和pH； 巷道 环境参数为巷道 环境温度。 3.如权利要求1所述的腐蚀性矿井环境中巷道锚杆锚索支护设计方法， 其特征在于， 锚 杆、 锚索材 料的基本性质均包括材 料的化学成分、 微观组织和夹杂物。 4.如权利要求3所述的腐蚀性矿井环境中巷道锚杆锚索支护设计方法， 其特征在于， 基 于水样的基本性质的检测结果和锚杆、 锚索材料 的基本性质检测结果， 配置腐蚀规律实验 参数条件， 具体为： 配置与水样的基本性质一致的腐蚀液， 在温度均与所测巷道环境温度一 致的环境下， 对与上述锚杆、 锚索材 料的基本性质一 致的锚杆、 锚索进行腐蚀规 律实验。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114861370 B 2腐蚀性矿井环境中巷道锚杆锚索支护设计方 法 技术领域 [0001]本发明涉及巷道支护施工技术领域。 更具体地说， 本发明涉及一种腐蚀性矿井环 境中巷道锚杆锚索支护设计方法。 背景技术 [0002]大部分煤矿井下环境复杂， 矿井水涌出、 高温高湿、 常年通风。 部分煤矿井下由于 矿井水和 富氧通风的影响， 极易导致金属腐蚀。 腐蚀性较强的矿井水类型主要为高矿化度 矿井水和酸 性矿井水， 在我国北 方煤炭主产区又以高矿化度矿井水居 多。 [0003]目前我国煤矿70%以上的巷道采用锚杆锚索支护形式， 其中80%以上的锚杆材料为 螺纹钢， 锚索材料主要为高强度低松弛钢绞线。 锚杆锚索材料及托盘、 钢 带、 钢梁等支护附 件的材质均为钢材， 在煤矿井下均出现过不同程度地的腐蚀和断裂失效现象。 [0004]锚杆锚索损伤及断裂的主要影响因素包括工作环境、 受力状态、 材质等， 其中环境 因素的影响不可忽视。 钢锚杆作为一种金属制品， 首先要受到其所在环境的腐蚀， 而且锚杆 锚索受力状态复杂且随采动不断变化。 腐蚀后锚杆 的力学性能、 受力状态以及断裂形式和 特征等都会发生较大 的变化， 因此腐蚀性环境中锚杆锚索的损伤和非正常断裂 （区别于常 规的纯力学断裂） 越来越多。 随着开采 条件的复杂化， 为 实现高强度支护， 锚杆的材质、 加工 工艺及初始受力形式都发生了大 的变化， 强度的提高一定程度降低了杆体的韧塑性， 高预 应力的施加改变了杆体的初始工作状态。 而日益复杂的开采环境又进一步恶化了锚杆的工 作状态， 加剧了杆体的腐蚀损伤乃至断裂。 [0005]可见在腐蚀性环境中锚杆锚索材料的性能会产生较大的退化， 锚杆锚索支护的可 靠性变差， 因此对不同腐蚀性环境的巷道内进行锚杆锚索支护时必须考虑腐蚀这一因素的 影响， 从而能够更加有针对性的进行支护设计。 发明内容 [0006]本发明的一个目的是解决至少上述问题， 并提供至少后面将说明的优点。 [0007]本发明还有一个目的是提供一种腐蚀性矿井环境中巷道锚杆锚索支护设计方法， 其在充分考虑 矿井腐蚀环境的基础上， 结合锚杆、 锚索的受力， 开展类似环境的待支护的巷 道内的锚杆、 锚索支护和防护设计， 确保锚杆、 锚索支护体系的长期有效性和长期稳定性。 [0008]为了实现根据 本发明的这些目的和其它优点， 提供了一种腐蚀性矿井环境中巷道 锚杆锚索支护设计方法， 其包括： [0009]采取既有锚杆锚索支护的巷道中的水样， 并检测水样的基本性质以及巷道环境参 数； [0010]检测既有锚杆锚索支护的巷道中的锚杆、 锚索材 料的基本性质； [0011]基于水样的基本性质的检测结果和锚杆、 锚索材料的基本性质检测结果， 配置腐 蚀规律实验参数 条件； [0012]基于配置 的腐蚀规律实验参数条件， 获取既有锚杆锚索支护的巷道中的锚杆、 锚说　明　书 1/8 页 3 CN 114861370 B 3