一种巷道锚索钻孔锈蚀环境及索体性能长期原位监测系统及其方法与流程

本发明涉及煤矿巷道围岩控制，具体而言，涉及一种巷道锚索钻孔锈蚀环境及索体性能长期原位监测系统及其方法。

背景技术：

1、在煤矿巷道支护工程中，锚索支护是一种广泛使用的支护手段，锚索支护效果是确保巷道围岩稳定的关键性加固技术。锚索破断失效往往是造成煤矿巷道顶板灾害事故的主要原因。工程实践表明，锚索锈蚀状态是引发锚索破断失效的重要因素之一，锚索所处于的钻孔环境对锚索的锈蚀速率有较大影响，锚索的锈蚀状态也对锚索力学性能起至关重要的影响。因此，对锚索的钻孔环境及其力学性能进行长期监测具有重要意义。在实际井下工程中，巷道环境复杂多变，锚索所处的钻孔环境及索体实时受力状态也有较大区别，特别是当锚索超过一定服务年限后，不可避免的发生了锈蚀现象，此时的锚索力学性能是否任然满足强度设计要求成为了一个关键问题。因此，亟待开展巷道锚索钻孔环境及索体力学性能原位监测。

2、目前，锚索应力监测(如中国专利cn202211482258.0)主要通过在被测索体上贴应变片，通过应变片来反映索体的受力状态。然而，该方法仅测试了锚索的受力状态，对于锚索的锈蚀程度及钻孔环境均无法测量。显然，锚索的锈蚀状态及钻孔环境均对锚索的工作状态及受力情况有较大的影响。现有的这种常规锚索应力监测方法无法满足实际生产的需要，在锚索应力监测及钻孔环境监测方面仍存在很大的提升空间。因此，发明一种结构简单、操作方便、性能可靠，可以长期监测巷道锚索钻孔环境及索体性能的装置对于优化岩土工程支护设计是十分有必要的。

技术实现思路

1、为了弥补以上不足，本发明提供了一种巷道锚索钻孔锈蚀环境及索体性能长期原位监测系统及其方法，实现锚索钻孔环境监测及索体力学性能监测，能够直观的观测索体工作状态及其所处于的钻孔环境实时的环境参数，改善上述背景技术中的问题。

2、本发明实施例提供了一种巷道锚索钻孔锈蚀环境及索体性能长期原位监测系统，包括锚索性能监测模块、钻孔环境监测模块、供电模块和显示模块，所述锚索性能监测模块由电阻式应变片、橡胶防水层、电阻率传感器和束线软管组成，所述钻孔环境监测模块由温度传感器、湿度传感器、酸碱度传感器和收集槽组成，所述显示模块由单片机和显示屏组成，所述供电模块由可拆卸式电源组成。

3、在一种具体的实施方案中，所述电阻式应变片粘贴于被测索体上，所述电阻式应变片用于通过测量所述被测索体的应变大小，并根据应力应变关系获取被测索体工作状态。

4、在一种具体的实施方案中，所述橡胶防水层粘贴在所述电阻式应变片的表面，所述橡胶防水层用于保护处于潮湿环境的电阻式应变片，同时对电路进行保护。

5、在一种具体的实施方案中，所述电阻率传感器用于测量锚索的电阻率，通过测量锚索的电阻率判断锚索锈蚀程度，所述电阻率传感器的两端固定于索体上，且两端间隔相聚1m。

6、在一种具体的实施方案中，所述束线软管用于收纳钻孔内各传感器导线，进行保护电路，使电路能够长期工作。

7、在一种具体的实施方案中，所述温度传感器探头通过轧带绑定的方式固定于索体上，随着索体一同送入钻孔中，测量钻孔内的温度。

8、在一种具体的实施方案中，所述湿度传感器探头通过轧带绑定的方式固定于索体上，随着索体一同送入钻孔中，测量钻孔内的湿度。

9、在一种具体的实施方案中，所述酸碱度传感器探头埋入所述收集槽收集的从钻孔中流出的水中，测量钻孔内的酸碱环境；所述收集槽采用塑料材质，形状为正方体，且开口处安装蝶形铰链并固定于引导孔下方，用于收集从钻孔中流出的液体。

10、在一种具体的实施方案中，所述单片机用于收集并处理各传感器收集到的数据，并将处理后的数据传输至所述显示屏，以便技术人员查验，所述显示屏用于接收所述单片机数据，将各参数清晰、直观地呈现在所述显示屏上。

11、在一种具体的实施方案中，一种巷道锚索钻孔锈蚀环境及索体性能长期原位监测方法，包括以下步骤：

12、s1.在锚索钻孔正下方开设引导孔，并在引导孔下方安置收集槽。通过引导孔引出束线软管，使钻孔中的水从引导孔中流出，通过收集槽收集从钻孔中流出的水；

13、s2.使用扩孔器将钻孔内空间扩大，并放置各传感器，采用三组弹簧，将三组弹簧的一端分别连接温度传感器、湿度传感器和电阻率传感器，将三组弹簧的另一端分别连接三组金属环，将三组金属环固定于定位杆的凹槽上并穿在导轨上，将温度传感器、湿度传感器和电阻率传感器连同弹簧、定位杆、金属环和导轨一同放入钻孔内，使用推杆推动金属环，使得各传感器向钻孔深处移动，待各传感器到达指定位置，弹簧将各传感器送入扩孔处，抽出导轨与推杆，将各传感器留在钻孔内；

14、s3.将电阻式应变片粘贴于索体上，将电阻率传感器两端信号线固定于索体上，将索体连同电阻式应变片、束线软管一同送入钻孔中，并使用铁钩从引导孔内伸入，钩住束线软管，并将束线软管从引导孔中勾出，将束线软管中的导线连接至单片机；

15、s4.将酸碱度传感器探头放置于收集槽中用于测量钻孔环境的ph值；

16、s5.将各传感器的导线从引导孔中引出，连接电源模块，给各传感器，显示模块供电，传感器开始工作后将数据传输至单片机，经单片机处理后将锚索受力数据，锚索锈蚀程度，钻孔环境的温度，湿度及酸碱性的数据实时输出至显示模块，并通过显示屏显示，供技术人员查验。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果：

18、本发明中的系统及方法结构简单，操作方便，可实现对锚索所处于的钻孔环境，如温度、湿度、酸碱性等参数以及锚索受力状态进行实时测量，并输出至显示模块，供技术人员查验，从而为巷道支护设计决策提供依据。

技术特征：

1.一种巷道锚索钻孔锈蚀环境及索体性能长期原位监测系统，其特征在于，包括锚索性能监测模块、钻孔环境监测模块、供电模块和显示模块，所述锚索性能监测模块由电阻式应变片、橡胶防水层、电阻率传感器和束线软管组成，所述钻孔环境监测模块由温度传感器、湿度传感器、酸碱度传感器和收集槽组成，所述显示模块由单片机和显示屏组成，所述供电模块由可拆卸式电源组成。

2.根据权利要求1所述的一种巷道锚索钻孔锈蚀环境及索体性能长期原位监测系统，其特征在于，所述电阻式应变片粘贴于被测索体上，所述电阻式应变片用于通过测量所述被测索体的应变大小，并根据应力应变关系获取被测索体工作状态。

3.根据权利要求2所述的一种巷道锚索钻孔锈蚀环境及索体性能长期原位监测系统，其特征在于，所述橡胶防水层粘贴在所述电阻式应变片的表面，所述橡胶防水层用于保护处于潮湿环境的电阻式应变片，同时对电路进行保护。

4.根据权利要求3所述的一种巷道锚索钻孔锈蚀环境及索体性能长期原位监测系统，其特征在于，所述电阻率传感器用于测量锚索的电阻率，通过测量锚索的电阻率判断锚索锈蚀程度，所述电阻率传感器的两端固定于索体上，且两端间隔相聚1m。

5.根据权利要求4所述的一种巷道锚索钻孔锈蚀环境及索体性能长期原位监测系统，其特征在于，所述束线软管用于收纳钻孔内各传感器导线，进行保护电路，使电路能够长期工作。

6.根据权利要求1所述的一种巷道锚索钻孔锈蚀环境及索体性能长期原位监测系统，其特征在于，所述温度传感器探头通过轧带绑定的方式固定于索体上，随着索体一同送入钻孔中，测量钻孔内的温度。

7.根据权利要求1所述的一种巷道锚索钻孔锈蚀环境及索体性能长期原位监测系统，其特征在于，所述湿度传感器探头通过轧带绑定的方式固定于索体上，随着索体一同送入钻孔中，测量钻孔内的湿度。

8.根据权利要求1所述的一种巷道锚索钻孔锈蚀环境及索体性能长期原位监测系统，其特征在于，所述酸碱度传感器探头埋入所述收集槽收集的从钻孔中流出的水中，测量钻孔内的酸碱环境；所述收集槽采用塑料材质，形状为正方体，且开口处安装蝶形铰链并固定于引导孔下方，用于收集从钻孔中流出的液体。

9.根据权利要求1所述的一种巷道锚索钻孔锈蚀环境及索体性能长期原位监测系统，其特征在于，所述单片机用于收集并处理各传感器收集到的数据，并将处理后的数据传输至所述显示屏，以便技术人员查验，所述显示屏用于接收所述单片机数据，将各参数清晰、直观地呈现在所述显示屏上。

10.一种巷道锚索钻孔锈蚀环境及索体性能长期原位监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种巷道锚索钻孔锈蚀环境及索体性能长期原位监测系统及其方法，属于煤矿巷道围岩控制技术领域。包括锚索性能监测模块、钻孔环境监测模块、供电模块和显示模块，所述锚索性能监测模块由电阻式应变片、橡胶防水层、电阻率传感器和束线软管组成，所述钻孔环境监测模块由温度传感器、湿度传感器、酸碱度传感器和收集槽组成，所述显示模块由单片机和显示屏组成，所述供电模块由可拆卸式电源组成。本发明中的系统及方法结构简单，操作方便，可实现对锚索所处于的钻孔环境，如温度、湿度、酸碱性等参数以及锚索受力状态进行实时测量，并输出至显示模块，供技术人员查验，从而为巷道支护设计决策提供依据。

技术研发人员：杜勇,张庆亮,侯辰
受保护的技术使用者：淮北矿业股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8