矿井水影响下锚索应力腐蚀行为与机理
李永亮1
杨仁树2
戴祥淋1
路绍杰1
刘智勇3
郭亮2
袁江震1
程永新4
都海龙5
1.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 1000832.北京科技大学大安全科学研究院,北京 1000833.北京科技大学新材料技术研究院,北京 1000834.晋能控股装备制造集团有限公司,山西 晋城 0480065.晋能控股装备制造集团有限公司,山西 晋城 048006;山西晋煤集团技术研究院有限责任公司,山西 晋城 048006
摘要：锚索是煤矿巷道围岩控制的主要支护材料.锚索在服役过程中不仅承受高应力荷载,而且受井下苛刻腐蚀环境的影响,应力与腐蚀耦合作用下导致的锚索应力腐蚀开裂失效问题凸显,已严重威胁煤矿锚索服役安全,其中矿井水是诱发锚索腐蚀的关键因素.为了研究不同类型矿井水对锚索应力腐蚀行为的影响规律,采用电化学阻抗谱、电化学极化技术、室内浸泡加速腐蚀试验和微观形貌扫描等方法,分析矿井水中不同的pH、SO42-和Cl-浓度影响下锚索的电化学行为与腐蚀演化特征,揭示锚索应力腐蚀开裂机理,阐明锚索应力腐蚀断裂模式.结果表明:矿井水pH为 2～10时,随着pH增加,锚索腐蚀速率先减小后增大,不同的pH改变锚索的腐蚀反应类型,在酸性条件下更容易导致应力腐蚀裂纹形核.矿井水中SO42-和Cl-对锚索腐蚀的影响规律类似,均是随着浓度的增加,腐蚀速率逐渐增大,更容易诱发应力腐蚀裂纹萌生;不同的离子浓度范围,应力腐蚀速率增加幅度具有差异性.阳极溶解和氢致开裂是锚索应力腐蚀开裂的 2种主要机理,锚索应力腐蚀裂纹萌生经历点蚀、点蚀生长和裂纹形核 3个阶段;锚索应力腐蚀断口为台阶式破坏,具有典型的 3区,即裂纹萌生区、扩展区和终断区.最后,从"材料、环境和应力"3个维度,提出了防止锚索应力腐蚀开裂的控制对策.
关键词：锚索矿井水电化学应力腐蚀控制对策
分类号：TD353(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52174095)国家自然科学基金(51804310)
论文发表日期：2025-07-31
在线出版日期：2025-08-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：17( 3424-3440 )
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