井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法与流程

1.本发明属于巷道支护技术领域，尤其涉及一种井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法。


背景技术：

2.煤矿巷道临时支护是在掘进完成时，为了防止煤岩体的掉落，采取措施支住顶板和两帮，使施工得以继续进行的暂时的支护方式。临时支护一直以来是煤矿巷道掘进的难点，相关技术中，巷道掘进临时支护有金属探梁、单体液压支柱、掘进机机载的金属棚等形式。这些临时支护大多需要人工搬运到开挖面并完成临时支护的架设，施工速度慢、人员劳动强度高。此外，煤矿巷道通常需要铺设金属网与锚杆配合，对围岩进行支护。铺设和连接金属网需要人工作业，自动化程度低。
3.薄喷支护是解决临时支护和替代金属网的重要手段，通过自动化的喷涂设备，将液态高性能薄喷材料喷涂到煤岩表面上，液态的薄喷材料迅速反应形成优异力学性能的薄喷层，实现临时支护与替代金属网的作用，防止碎块煤块、岩石掉落。
4.然而，薄喷支护需要在高粉尘、高湿度环境下施工，煤岩体表面不平整，煤岩体表面有潮气、煤粉附着，施工设备混合比例、工作状态等均会影响喷层力学性能，薄喷材料在由液态薄喷材料形成力学性能优异的喷层会受到上述因素的影响，由此，如何检测现场施工过程中薄喷层力学性能是保证薄喷支护有效性的关键。


技术实现要素：

5.本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
6.相关技术中，cn114812901a一种热喷涂涂层应力测量方法及测量装置采用喷层底部贴应变片的方法测量喷层受力，cn108680446a一种热喷涂涂层最大硬度的预测方法采用微显硬度仪和纳米压痕仪在实验室进行喷层性能检测，cn111707609b薄喷衬层切向粘结强度测试装置及测试方法、cn105424510a喷塑涂层强度测试装置设计实验室测定粘接强度、喷层强度的测试装置。上述试验装置能够在实验室测试喷层力学性能，但由于井下施工环境影响，喷层厚度、力学性能相比实验室喷层可能发生变化，需要对井下喷层性能进行监测与评价。
7.cn108593434a一种喷射混凝土初始强度检测装置及使用方法、cn214201025u一种混凝土-岩体-喷层接触面抗剪强度的原位测试装置、cn1321881a测量涂层结合强度的方法和用于测量的试样设计了混凝土、喷层各项原位强度的测试方法，但其不是标准实验，无法直观评价喷层质量用于支护的可行性。
8.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法，通过井下特征点布置、取样，地面大尺寸、标准试样检测，对比评价井下起支护作用喷层力学性能是否满足巷道及其他场景支护的性能指标，实现通过薄喷支护保障所支护围岩安全的安全性评价。
9.本发明实施例的井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法包括：
10.在实验室环境下制作多种喷层试样和与所述喷层试样尺寸相同的金属网试样，多种所述喷层试样的喷涂材料不同。
11.分别检测和对比不同所述喷层试样的力学性能以及所述金属网试样的力学性能，以选取与所述金属网试样的力学性能相当的喷层试样，并将该喷层试样记为合格喷层试样，所述合格喷层试样的材料为合格喷涂材料。
12.在所述合格喷层试样上裁取标准试样，对所述标准试样进行检测以获得所述标准试样的力学性能。
13.在巷道的其中一段的表面上喷涂合格喷涂材料，以形成施工喷层。
14.在所述施工喷层对应的位置取样以获得施工试样，并将所述施工试样在实验室环境下检测其力学性能。
15.对比所述施工试样和所述标准试样的力学性能，若所述施工试样和所述标准试样力学性能相差低于20％，则喷层合格，对所述巷道的下一段进行喷涂；若所述施工试样和所述标准试样力学性能相差超过20％以上，则喷层不合格，停止喷涂施工。
16.本发明实施例的井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法通过在实验室环境下对比不同所述喷层试样的力学性能以及所述金属网试样的力学性能，从而选出合格的喷涂材料；通过对比施工试样和标准试样的力学性能，直观评价井下起支护作用的喷层的力学性能是否满足巷道及其他场景支护的性能指标，有效表征整条巷道的喷层质量。
17.在一些实施例中，在特征位置取样以获得所述施工试样，所述特征位置为喷层薄弱位置、工作面不平整位置和工作面渗水严重位置中的至少一个。
18.在一些实施例中，所述巷道包括顶板和两个巷帮，所述喷层薄弱位置为所述顶板的中部位置、所述顶板的两侧位置和两个所述巷帮的肩角位置中的至少一个。
19.在一些实施例中，若所述施工试样和所述标准试样的相关力学性能相差超过20％，所述方法还包括：
20.在所述试样喷层对应的其余位置取样以获得对照试样，将所述对照试样在实验室环境下检测其力学性能；对比所述对照试样和所述施工试样的力学性能，若所述对照试样和所述施工试样的力学性能相差低于20％，则所述特征位置的喷层不合格，停止喷涂施工；若所述对照试样和所述施工试样的力学性能相差超过20％，对喷涂工具进行检修。
21.在一些实施例中，所述其余位置与所述特征位置位于巷道或煤岩的同一纵截面。
22.在一些实施例中，所述巷道在掘进方向上相邻两段的特征位置之间的距离为40m-60m。
23.在一些实施例中，本发明实施例的井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法还包括：
24.在巷道的其中一段的表面上喷涂合格喷涂材料前，在所述特征位置的煤岩表面上铺设至少一个硬板和至少一个薄膜；
25.在所述施工喷层对应的位置取样以获得所述施工试样包括：
26.将所述特征位置的所述硬板和与所述硬板相连的部分煤岩和部分所述施工喷层裁取以获得第一试样，所述第一试样用于进行抗拉、抗撕裂等实验；
27.将所述特征位置的所述薄膜和与所述薄膜相连的部分煤岩和部分所述施工喷层
裁取以获得第二试样，所述第二试样用于抗弯、抗折等实验。
28.在一些实施例中，所述硬板为玻璃板、钢板、合金板、玻璃板、砖中的至少一种，所述薄膜为塑料膜、胶膜中的至少一种。
29.在一些实施例中，在实验室环境下制作多种所述喷层试样包括：
30.截取一部分煤岩作为模型或按相似原理制作与煤岩相似的模型，在所述模型的第一面喷涂喷涂材料以使所述第一面覆盖所述喷涂材料。
31.在一些实施例中，所述第一面的面积大于一平方米。
附图说明
32.图1是本发明实施例的井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法的示意图。
33.图2是本发明实施例的部分特征位置的示意图，其中，椭圆位置为特征位置。
具体实施方式
34.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
35.以下结合附体描述本发明实施例的井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法。
36.本发明实施例的井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法包括：
37.在实验室环境下制作多种喷层试样和与喷层试样尺寸相同的金属网试样，多种喷层试样的喷涂材料不同。具体地，在煤岩模型的其中一个表面上喷涂喷涂材料以使模型上具有喷层，完成对一个喷层试样的制作，同理，将不同的喷涂材料喷涂在不同的煤岩模型上，使多个煤岩模型上均具有喷层，从而完成多种喷层试样的制作，在另一煤岩模型上铺设金属网以完成金属网试样的制作。
38.分别检测和对比不同喷层试样的力学性能以及金属网试样的力学性能，以选取与金属网试样的力学性能相当的喷层试样，并将该喷层试样记为合格喷层试样，合格喷层试样的材料为合格喷涂材料。具体地，采用性能测试试验台，对比测试实验室环境下制作的喷层试样和金属网试样的承载性能，当喷层性能达到金属网性能，证明喷涂材料性能可以用作替代金属网支护材料。
39.在合格喷层试样上裁取标准试样，对标准试样进行检测以获得标准试样的力学性能，例如，抗弯、抗拉、粘接、抗撕裂等性能。
40.在巷道的其中一段的表面上喷涂合格喷涂材料，以形成施工喷层。
41.在施工喷层对应的位置取样以获得施工试样，并将施工试样在实验室环境下检测其力学性能。
42.对比施工试样和标准试样的力学性能，若施工试样和标准试样力学性能相差低于20％，则喷层合格，对巷道的下一段进行喷涂；若施工试样和标准试样力学性能相差超过20％以上，则喷层不合格，停止喷涂施工。
43.本发明实施例的井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法通过在实验室环境下对比不同喷层试样的力学性能以及金属网试样的力学性能，从而选出合格的喷涂材料；通过对比施工试样和标准试样的力学性能，直观评价井下起支护作用的喷层的力学性能是否满足巷道及其他场景支护的性能指标，有效表征整条巷道的喷层质量。
44.在一些实施例中，在特征位置取样以获得施工试样，特征位置为喷层薄弱位置、工作面不平整位置和工作面渗水严重位置中的至少一个。
45.需要说明的是，工作面为巷道表面或煤岩表面；由于特征位置为喷层薄弱位置、工作面不平整位置和工作面渗水严重位置，在特征位置取样的施工试样的力学性能小于其余位置的力学性能，当在特征位置取样的施工试样合格时，其它部位的喷层的力学性能很大概率也合格，反之，其它部位的喷层的力学性能合格时，特征位置由于喷层薄弱，有可能导致特征位置的力学性能不合格而引发事故。
46.进一步地，巷道包括顶板和两个巷帮，喷层薄弱位置为顶板的中部位置、顶板的两侧位置和两个巷帮的肩角位置中的至少一个，这些位置由于喷枪运动轨迹和煤岩受力特性，导致这些位置的喷层相较于其余位置较为薄弱。
47.在一些实施例中，若施工试样和标准试样的相关力学性能相差超过20％，方法还包括：
48.在试样喷层对应的其余位置取样以获得对照试样，将对照试样在实验室环境下检测其力学性能；对比对照试样和施工试样的力学性能，若对照试样和施工试样的力学性能相差低于20％，则特征位置的喷层不合格，停止喷涂施工；若对照试样和施工试样的力学性能相差超过20％，对喷涂工具进行检修。
49.可以理解的是，通过在其余位置取样，并对对照试样进行检测，一方面排除由于喷涂工具(例如喷枪、泵)损坏而导致喷层不合格，另一方面可以全面评价整条巷道喷层支护的效果。
50.进一步地，其余位置与特征位置位于巷道或煤岩的同一纵截面。
51.在一些实施例中，巷道在掘进方向上相邻两段的特征位置之间的距离为40m-60m，一方面避免间隔过近而增加工作人员的工作强度，另一方面避免了间隔过远而影响检测的准确性。
52.可选地，巷道包括在掘进方向上相邻布置的第一段和第二段，第一段喷涂完成后再进行第二段的喷涂，其中第一段的特征位置和第二段的特征位置之间的距离为40m-60m。
53.在一些实施例中，本发明实施例的井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法还包括：
54.在巷道的其中一段的表面上喷涂合格喷涂材料前，在特征位置的煤岩表面上铺设至少一个硬板和至少一个薄膜；
55.在施工喷层对应的位置取样以获得施工试样包括：
56.将特征位置的硬板和与硬板相连的部分煤岩和部分施工喷层裁取以获得第一试样，第一试样用于进行抗拉、抗撕裂等实验；
57.将特征位置的薄膜和与薄膜相连的部分煤岩和部分施工喷层裁取以获得第二试样，第二试样用于抗弯、抗折等实验。
58.需要说明的是，硬板和薄膜便于对特征位置的施工试样进行裁取，且便于对第一试样和第二试样边角进行修剪时，对修剪的尺寸进行参照，第一试样和第二试样相互独立并分别检测不同的力学性能，避免了对试样检测后导致试样力学性能降低而对后续实验造成干扰。
59.进一步地，硬板为玻璃板、钢板、合金板、玻璃板、砖中的至少一种，薄膜为塑料膜、
胶膜中的至少一种。
60.在一些实施例中，在实验室环境下制作多种喷层试样包括：
61.截取一部分煤岩作为模型或按相似原理制作与煤岩相似的模型，在模型的第一面喷涂喷涂材料以使第一面覆盖喷涂材料。
62.在一些实施例中，第一面的面积大于一平方米，一方面便于标准试样裁取，另一方面便于在同一喷层试样的不同位置裁取标准试样，减小了偶然误差对标准试样的力学性能检测的影响。
63.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
64.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
65.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
66.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
67.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
68.尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法，其特征在于，包括：在实验室环境下制作多种喷层试样和与所述喷层试样尺寸相同的金属网试样，多种所述喷层试样的喷涂材料不同；分别检测和对比不同所述喷层试样的力学性能以及所述金属网试样的力学性能，以选取与所述金属网试样的力学性能相当的喷层试样，并将该喷层试样记为合格喷层试样，所述合格喷层试样的材料为合格喷涂材料；在所述合格喷层试样上裁取标准试样，对所述标准试样进行检测以获得所述标准试样的力学性能；在巷道的其中一段的表面上喷涂合格喷涂材料，以形成施工喷层；在所述施工喷层对应的位置取样以获得施工试样，并将所述施工试样在实验室环境下检测其力学性能；对比所述施工试样和所述标准试样的力学性能，若所述施工试样和所述标准试样力学性能相差低于20％，则喷层合格，对所述巷道的下一段进行喷涂；若所述施工试样和所述标准试样力学性能相差超过20％以上，则喷层不合格，停止喷涂施工。2.根据权利要求1所述的井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法，其特征在于，在特征位置取样以获得所述施工试样，所述特征位置为喷层薄弱位置、工作面不平整位置和工作面渗水严重位置中的至少一个。3.根据权利要求2所述的井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法，其特征在于，所述巷道包括顶板和两个巷帮，所述喷层薄弱位置为所述顶板的中部位置、所述顶板的两侧位置和两个所述巷帮的肩角位置中的至少一个。4.根据权利要求2所述的井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法，其特征在于，若所述施工试样和所述标准试样的相关力学性能相差超过20％，所述方法还包括：在所述试样喷层对应的其余位置取样以获得对照试样，将所述对照试样在实验室环境下检测其力学性能；对比所述对照试样和所述施工试样的力学性能，若所述对照试样和所述施工试样的力学性能相差低于20％，则所述特征位置的喷层不合格，停止喷涂施工；若所述对照试样和所述施工试样的力学性能相差超过20％，对喷涂工具进行检修。5.根据权利要求4所述的井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法，其特征在于，所述其余位置与所述特征位置位于巷道或煤岩的同一纵截面。6.根据权利要求2-5中任一项所述的井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法，其特征在于，所述巷道在掘进方向上相邻两段的特征位置之间的距离为40m-60m。7.根据权利要求2-5中任一项所述的井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法，其特征在于，还包括：在巷道的其中一段的表面上喷涂合格喷涂材料前，在所述特征位置的煤岩表面上铺设至少一个硬板和至少一个薄膜；在所述施工喷层对应的位置取样以获得所述施工试样包括：将所述特征位置的所述硬板和与所述硬板相连的部分煤岩和部分所述施工喷层裁取以获得第一试样，所述第一试样用于进行抗拉、抗撕裂等实验；将所述特征位置的所述薄膜和与所述薄膜相连的部分煤岩和部分所述施工喷层裁取
以获得第二试样，所述第二试样用于抗弯、抗折等实验。8.根据权利要求7所述的井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法，其特征在于，所述硬板为玻璃板、钢板、合金板、玻璃板、砖中的至少一种，所述薄膜为塑料膜、胶膜中的至少一种。9.根据权利要求1-5中任一项所述的井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法，其特征在于，在实验室环境下制作多种所述喷层试样包括：截取一部分煤岩作为模型或按相似原理制作与煤岩相似的模型，在所述模型的第一面喷涂喷涂材料以使所述第一面覆盖所述喷涂材料。10.根据权利要求9所述的井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法，其特征在于，所述第一面的面积大于一平方米。

技术总结
本发明公开了一种井下薄喷支护喷层性能检测与评价方法，该方法包括：在实验室环境下制作多种喷涂材料不同的喷层试样和金属网试样；分别检测和对比不同喷层试样的力学性能以及金属网试样的力学性能，以选取与金属网试样的力学性能相当的喷层试样并记为合格喷层试样，在合格喷层试样上裁取标准试样并进行检测，在巷道的其中一段的表面上喷涂合格喷涂材料以形成施工喷层，在施工喷层对应的位置取样以获得施工试样并在实验室环境下检测其力学性能，对比施工试样和标准试样的力学性能，若施工试样和标准试样力学性能相差低于20％，则喷层合格，相差超过20％，则喷层不合格。本发明有效评价井下喷层的支护效果、表征了整条巷道的喷层质量。的喷层质量。的喷层质量。


技术研发人员：刘畅 姜鹏飞 王子越 韦尧中 何宗科 冯彦军 杨建威 曹晓明 罗超 郭吉昌 陈志良 赵文华 王鹏
受保护的技术使用者：天地科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/9/6