CN112502757A - 一种锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测方法和装置，属于地下工程锚杆支护领域。该装置包括如下部分，分别为锚杆单元和电化学部分，所述锚杆单元起到结构锚固的作用，锚杆单元在先前传统锚杆的基础上进行改进：以金属锚杆作为工作电极，在锚杆的尾端临近区域增加了参比电极和对电极，使锚杆单元成为一个三电极系统，将三电极系统与外部的电化学工作站相连，由此开展电化学保护。本发明可以实现腐蚀防护、腐蚀监测的原位一体化，为锚杆体系的保护以及监测提供一体化方案。通过将腐蚀保护、腐蚀状态监测融入到智慧矿山网络中，可以时刻了解支护体系的健康程度，为研判腐蚀状态提供重要参考依据，为避免冒顶等支护失效提供数据支撑。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程锚杆支护领域，具体地说是一种锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测方法和装置。
背景技术
锚杆支护是在矿井采场、隧道等地下施工中常用的一种加固支撑保护的方式。锚杆支护用金属件或其他材料制成杆柱，打入周围矿井、隧道等岩体预先钻好的孔中，利用其头部、杆体的特殊构造和尾部托板，或依赖于黏结作用将围岩与稳定岩体结合于一起而产生悬吊和补强效果，以达到支护的目的。
锚杆支护具有成本低、支护效果好、操作简便、使用灵活、占用空间少等优点。然而，由于地下工程本身具有高湿度、存在地下水流等特点，用于支护的锚杆系统在服役期间不可避免造成腐蚀，再者，锚杆承载的载荷也将进一步促成锚杆系统的失效。
锚杆腐蚀也是地下工程安全的重要组成方面，与其他地下安全问题(如突水、地下瓦斯爆炸)明显不同，腐蚀悄无声息的进行，当锚杆腐蚀达到一定程度，其承载力小于外界拉力，丧失支护能力。一旦锚杆支护失效，将会造成冒顶等灾害，造成人员伤亡，从而对地下工作人员的安全造成极大的威胁。
当前，国内外地下工程(如煤矿矿井)采用了大批的锚杆支护系统，然而对于腐蚀失效的防护以及现场监测都缺乏关注，无法延长使用寿命并且随时诊断和了解腐蚀的状态，从而对支护系统的寿命缺乏认知，属于安全工程的盲区。故对矿井锚杆系统的金属材料进行腐蚀防护并且开展现场监测具有重要的理论价值和实际意义。
发明内容
本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测方法和装置。本发明采用电化学保护和腐蚀监测集成体系实现地下工程支护系统的腐蚀防护以及腐蚀状态的全寿期原位现场监测和诊断，从而为支护系统安全服役提供保障。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
1、本发明提供一种锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测装置，分别为锚杆单元和电化学部分，
所述锚杆单元起到结构锚固的作用，锚杆单元在先前传统锚杆的基础上进行改进：以金属锚杆作为工作电极，在锚杆的尾端临近区域增加了参比电极和对电极，使锚杆单元成为一个三电极系统，将三电极系统与外部的电化学工作站相连，由此开展电化学保护。
进一步地，锚杆单元至少一个，每个锚杆单元作为一个独立单元集成电化学保护和电化学监测，其中电化学保护用以避免锚杆支护系统在水环境中发生腐蚀；腐蚀监测用以反映出锚杆支护系统的腐蚀的动态。
进一步地，所述电化学保护采用外加电压的方式，使得电压维持在保护电位之下，避免锚杆支护系统在水环境中发生腐蚀；腐蚀监测采用无损电化学技术方式实现现场无损监测，通过监测反映出锚杆支护系统的腐蚀的动态。
进一步地，所述无损电化学技术包括开路电位、电化学阻抗、直流电阻测试、电化学噪声技术。
进一步地，将锚杆进行编码，形成簇状网络结构，通过物联网技术，将锚杆电化学腐蚀保护和监测网并入到智能化网络，通过终端可以现场了解任何一个锚杆的腐蚀状态，建立单个锚杆系统或者整体的锚杆网络的实时动态健康状态，并能够实施调控电化学保护参数，实现腐蚀防护的远程控制，从而实现腐蚀防护和监测的智能化。
进一步地，所述锚杆网络的实时动态健康状态数据通过有线或者无线的方式传输给终端。
进一步地，在安置锚杆之前，在锚杆的另一端焊接导线，通过切换开关的切换作用可以采用电学电阻的技术对整体锚杆腐蚀的状态进行了解，起到腐蚀监测的作用。
2、本发明另提供一种锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测方法，步骤包括如下：
S1、岩体钻孔之后，将锚杆单元放入，起到结构锚固的作用；
S2、以金属锚杆作为工作电极，在锚杆的尾端临近区域增加了参比电极和对电极，故此时的锚杆已经成为一个三电极系统，将三电极系统连接外部的电化学工作站，可以开展电化学保护；
S3、通过电化学工作站设置工作电极锚杆的保护电位，从而避免锚杆的腐蚀作用；另外，在特点时间下暂停电化学保护，利用电化学工作站采用三电极体系的方式测试锚杆的腐蚀状态。
进一步地，还包括步骤S4、在安置锚杆之前，在锚杆的另一端焊接导线，通过切换开关的切换作用可以采用电学电阻的技术对整体锚杆腐蚀的状态进行了解，起到腐蚀监测的作用；通过电学和电化学的方法，实现锚杆系统的腐蚀现场监测。
本发明的一种锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测方法和装置与现有技术相比，所产生的有益效果是，
通过建立集成锚杆系统的腐蚀防护、腐蚀监测于一体的系统，可以实现腐蚀防护、腐蚀监测的原位一体化，为锚杆体系的保护以及监测提供一体化方案。通过将腐蚀保护、腐蚀状态监测融入到智慧矿山网络中，可以时刻了解支护体系的健康程度，为研判腐蚀状态提供重要参考依据，为避免冒顶等支护失效提供数据支撑。另外，由于高度的智能化，则可减少井下的锚杆支护系统的巡检工作量，从而减少井下人员的数量，进一步降低运管成本。
附图说明
附图1是本发明锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测装置设计架构图；
附图2是地下工程包含的所有锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测网络布局、数据传输和接收的设计架构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测方法和装置作以下详细地说明。
实施例一
如附图1所示，本发明所涉及的锚杆支护腐蚀防护、现场腐蚀监测一体化系统包括如下部分，分别为锚杆单元和电化学部分，系统的工作原理分别如下：
岩体钻孔之后，可将锚杆单元放入，起到结构锚固的作用。本发明的锚杆在先前传统锚杆的基础上做出了如下改进：以金属锚杆作为工作电极，在锚杆的尾端临近区域增加了参比电极和对电极，故此时的锚杆已经成为一个三电极系统，将三电极系统连接外部的电化学工作站，可以开展电化学保护。通过电化学工作站可以设置工作电极锚杆的保护电位，从而避免锚杆的腐蚀作用；另外，在特定时间下暂停电化学保护，从而可以利用电化学工作站采用三电极体系的方式测试锚杆的腐蚀状态，所采用的技术为无损电化学技术，包括电化学阻抗、开路电位、电化学噪声等技术。另外，在安置锚杆之前，在锚杆的另一端焊接导线，通过切换开关的切换作用可以采用电学电阻的技术对整体锚杆腐蚀的状态进行了解，起到腐蚀监测的作用。通过电学和电化学的方法，可以实现锚杆系统的腐蚀现场监测。
实施例二
结合附图2，利用多通道电化学工作站对整个地下工程的锚杆系统进行电化学保护、腐蚀腐蚀的全方位网络状监测。在实施过程中，每一个通道与每一个锚杆建立三电极电连接，所有的电化学保护、腐蚀的监测都由电化学工作站的通道来实现，所获取的数据通过有线或者无线的方式传输给地面终端。通过这种网络化的腐蚀防护与监测技术，可以对地下工程的任意一个锚杆系统的健康度进行现场原位无损的监测，一旦发现任意一个锚杆系统出现腐蚀问题，也可以完全个性化的做出预警并采取相关的处置措施，从而避免了腐蚀防护的盲目性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。
Claims (9)
1.一种锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测装置，其特征在于，包括如下部分，分别为锚杆单元和电化学部分，
所述锚杆单元起到结构锚固的作用，锚杆单元在先前传统锚杆的基础上进行改进：以金属锚杆作为工作电极，在锚杆的尾端临近区域增加了参比电极和对电极，使锚杆单元成为一个三电极系统，将三电极系统与外部的电化学工作站相连，由此开展电化学保护。
2.根据权利要求1所述的一种锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测装置，其特征在于，锚杆单元至少一个，每个锚杆单元作为一个独立单元集成电化学保护和电化学监测，其中电化学保护用以避免锚杆支护系统在水环境中发生腐蚀；腐蚀监测用以反映出锚杆支护系统的腐蚀的动态。
3.根据权利要求2所述的一种锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测装置，其特征在于，所述电化学保护采用外加电压的方式，使得电压维持在保护电位之下，避免锚杆支护系统在水环境中发生腐蚀；腐蚀监测采用无损电化学技术方式实现现场无损监测，通过监测反映出锚杆支护系统的腐蚀的动态。
4.根据权利要求3所述的一种锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测装置，其特征在于，所述无损电化学监测技术包括开路电位、电化学阻抗、直流电阻测试、电化学噪声技术。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测装置，其特征在于，将锚杆进行编码，形成簇状网络结构，通过物联网技术，将锚杆电化学腐蚀保护和监测网并入到智能化网络，通过终端可以现场了解任何一个锚杆的腐蚀状态，建立单个锚杆系统或者整体的锚杆网络的实时动态健康状态监测系统，并能够实时调控电化学保护参数，实现腐蚀防护的远程控制，从而实现腐蚀防护和监测的智能化。
6.根据权利要求5所述的一种锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测装置，其特征在于，所述锚杆网络的实时动态健康状态数据通过有线或者无线的方式传输给终端。
7.根据权利要求1、2或3所述的一种锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测装置，其特征在于，在安置锚杆之前，在锚杆的另一端焊接导线，通过切换开关的切换作用可以采用电学电阻的技术对整体锚杆腐蚀的状态进行了解，起到腐蚀监测的作用。
8.一种锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测方法，其特征在于，步骤包括如下：
S1、岩体钻孔之后，将锚杆单元放入，起到结构锚固的作用；
S2、以金属锚杆作为工作电极，在锚杆的尾端临近区域增加了参比电极和对电极，故此时的锚杆已经成为一个三电极系统，将三电极系统连接外部的电化学工作站，可以开展电化学保护；
S3、通过电化学工作站设置工作电极锚杆的保护电位，从而避免锚杆的腐蚀作用；另外，在特点时间下暂停电化学保护，利用电化学工作站采用三电极体系的方式测试锚杆的腐蚀状态。
9.根据权利要求8所述的一种锚杆支护系统的腐蚀防护、现场腐蚀监测方法，其特征在于，还包括步骤S4、在安置锚杆之前，在锚杆的另一端焊接导线，通过切换开关的切换作用可以采用电学电阻的技术对整体锚杆腐蚀的状态进行了解，起到腐蚀监测的作用；通过电学和电化学的方法，实现锚杆系统的腐蚀现场监测。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210316 |