Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований
1.1.Отечественный и зарубежный опыт возведения изолирующих сооружений в шахтах 8
1.2. Существующие способы и средства возведения изолирующих сооружений из нетрадиционных материалов 13
1.3. Цель работы и задачи исследований 20
2. Аналитическое исследование нестационарного прогрева перемычки из пенопласта ФРП-1 21
2.1. Постановка задачи и вывод уравнений теплопроводности 21
2.2. Переход к безразмерным координатам 28
2.3. Численная реализация модели тепло-газопереноса 32
Выводы 41
3. Лабораторные исследования свойств заливочных фенольных пенопластов марки ФРП-1 42
3.1. Методика проведения исследований 42
3.2. Исследование зависимости кратности вспенивания и инкубационного периода от соотношения компонентов и времени их хранения
3.3. Исследование инкубационного периода и кратности вспенивания пенопласта 54
3.4. Исследование физико-механических свойств фенольного пенопласта ФРП-1 62
3.5. Исследование влияния наполнителей на физико механические свойства получаемого пенопласта 71
Выводы 81
4. Исследование огнестойкости пенопласта 83
4.1. Исследование огнестойкости пенопласта методом огневой трубы 83
4.2. Шахтные исследования огнестойкости изолирующей перемычки из пенопласта 90
Выводы 94
5. Разработка установки для возведения изолирующих сооружений в шахте из пенопласта ФРП-1 95
5.1. Лабораторные испытания экспериментального образца установки для возведения изолирующих сооружений из пенопласта ФРП-1 97
5.2. Разработка смесителей исходных компонентов пенопласта ФРП-1 101
5.3. Шахтные испытания опытного образца установки для возведения изолирующих сооружений из пенопласта ФРП-1 106
5.4. Технология возведения изолирующих сооружений из вспененного пенопласта ФРП-1 с помощью установки УПФП-1 110
5.5. Техника безопасности при возведении изолирующих сооружений из пенопласта ФРП-1 115
5.5. Экономический эффект от создания и применения установки УПФП-1 117
Выводы 117
Заключение
Литература
- Существующие способы и средства возведения изолирующих сооружений из нетрадиционных материалов
- Переход к безразмерным координатам
- Исследование инкубационного периода и кратности вспенивания пенопласта
- Разработка смесителей исходных компонентов пенопласта ФРП-1
Введение к работе
Актуальность работы
В связи с реструктуризацией угольной промышленности Российской Федерации число работающих шахт сократилось: в 1995 г. в работе находилось 235 шахт, в 1998 г. - 153 шахты. Снизилось и количество возникающих аварий на шахтах (1995 г.) - 112 аварий, 1999 г. - 61). Основным видом аварий в шахтах остаются подземные пожары, удельный вес которых составляет 62% от общего количества аварий, возникших на угольных шахтах России.
Пожары в шахтах ликвидируются в основном тремя способами: непосредственным тушением огня, изоляцией пожарных участков от действующих горных выработок с помощью изолирующих сооружений и комбинированным способом, когда наряду с непосредственным тушением применяются изоляция, заиливание, заполнение пожарных участков инертными газами, подача инертных и активных пен в выработанное пространство и др.
Несмотря на большой объем профилактических работ, предусмотренных бассейновой инструкцией, число ежегодно возникающих эндогенных пожаров в Кузбассе остается на высоком уровне. Эффективность методов предупреждения и борьбы с подземными пожарами в значительной степени зависит от герметичности изолирующих сооружений.
Изучение и анализ причин возникновения эндогенных пожаров зарегистрированных на шахтах Кузбасса за последнее десятилетие показывают, что более половины пожаров произошло из-за несвоевременной и некачественной изоляции выработанных пространств от действующих выработок. Средняя величина утечек воздуха по шахтам Кузбасса составляет 35%, в том числе через изолирующие и вентиляционные перемычки 20% от общего дебита воздуха, подаваемого в шахту.
. Поэтому своевременность, быстрота и качество изоляции отработанных и пожарных участков будут существенно влиять на снижение утечек воздуха и, в конечном итоге, на сокращение длительности действия эндогенных пожаров. Положительных результатов в данном направлении можно достичь только при коренной замене устаревших средств и технологии изоляции на принципиально новые. Существующие в настоящее время методы и средства для возведения воздухоизолирующих сооружений (кирпич, древесина, бетон и др.) не обеспечивают достаточной оперативности и необходимой герметичности изоляции отработанных и пожарных участков. Как в начальный период после возведения, так и при эксплуатации изолирующих сооружений наблюдаются значительные утечки воздуха, фильтрующегося через тело перемычки, и главным образом по периметру их, на контакте с вмещающим массивом, а также через трещины прикон-:
турной зоны. На долю первых двух путей фильтрации воздуха приходится 50-70% от общего количества утечек через изолирующие сооружения. Кроме того, изолирующие вентиляционные перемычки из обычных строительных материалов весьма трудоемки, а в большинстве случаев и очень дороги, так как технология их возведения основана на методах ручного труда и сложно поддается механизации. При эксплуатации они требуют периодических ремонтов, а иногда и полного восстановления.
Поэтому разработка быстровозводимых изолирующих сооружений повышенной воздухонепроницаемости с применением заливочных пено-пластов, улучшающих условия труда горноспасателей и снижающих трудоемкость работ, является актуальной задачей, имеющей большое народнохозяйственное и социальное значение. Решить эту задачу можно, применяя заливочный фенольный пенопласт типа ФРП-І, технология изготовления которого намного проще по сравнению с другими материалами и резко сокращает время возведения сооружения. Основные компоненты пенопласта изготавливаются в Кузбассе на ОАО «Токем».
Цель работы установление закономерности процессов вспенивания заливочных пенопластов, необходимых для разработки научно-обоснованных технических и организационных решений, обеспечивающих за счет сокращения сроков и затрат повышение эффективности изолирующих сооружений и безопасности горноспасательных работ.
Идея работы - использование экспериментально установленных закономерностей формирования параметров процесса вспенивания заливочных пенопластов на основе термореактивных жидких смол для разработки более совершенных тактических приемов и технических средств возведения изолирующих сооружений.
Методы исследований
При выполнении работы применен комплексный метод исследований, включающий:
- математические исследования с численной реализацией на ЭВМ для
изучения огнестойкости и степени термического разложения пенопласта
ФРП-1 при нестационарном прогреве изолирующей перемычки;
лабораторные исследования физико-химических и физико-механических свойств пенопласта ФРП-1;
стендовые и огневые испытания пенопласта ФРП-1 различных композиций и изолирующих сооружений из пенопласта на специально разработанных установках;
шахтные исследования.
Достоверность подтверждается:
- обоснованностью принятых исходных предпосылок с использованием
современных представлений газовой динамики и теории горения;
удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (свыше 360 экспериментов), погрешность которых не превышает 10% для деструкции пенопласта от термического воздействия;
широкой апробацией и внедрением разработанного метода и средств для его реализации подразделениями ВГСЧ на угольных шахтах Кузбасса;
успешным использованием в шахтах принятого способа и средств бы-стровозводимых изолирующих сооружении.
Научные положения, выносимые на защиту:
математическая модель определения огнестойкости перемычки из пенопласта в зависимости от состава фенолоформальдепідного полимера, линейных размеров перемычки, горно-геологических и горнотехнических условий;
физико-химические и физико-механические свойства пенопласта ФРП-1 в зависимости от времени хранения исходных компонентов и условий эксплуатации;
влияние времени хранения компонентов на инкубационный
период и кратность вспенивания и физико-механические свойства пенопласта ФРП-1;
степень термостойкости пенопласта в зависимости от толщины перемычки и температуры очага;
разработанные способы и средства экспресс-изоляции пожарных участков при ведении горноспасательных работ;
разработанная технология возведения изолирующих сооружений из фе-нолорезольных пенопластов.
Личный вклад автора состоит:
в обобщении исходных данных по изолирующим сооружениям в шахте и изучение их воздухопроницаемости;
в определении влияния основных закономерностей процесса приготовления, вспенивания и его зависимость от сроков хранения исходных компонентов;
в разработке способа и средств возведения изолирующих сооружений и рекомендаций по применению пенопластов ФРП-1 при аварийно-спасательных работах.
Научное значение работы заключается:
в установлении закономерности термического разложения изолирующего сооружения из пенопласта ФРП-1 при нестационарном прогреве;
в получении численного решения системы дифференциальных уравнений, описывающих процесс разложения фенолоформальдегидного полимера при прогреве перемычки, с целью изучения процесса распределения температуры в пористой среде в реальном временном интервале.
Практическое значение работы сводится к разработке:
рецептуры и рекомендаций для получения стойкого пенопласта;
установки для механизации процесса получения заливочной композиции и подачи ее к месту назначения;
технологии возведения изоляционных сооружений из пенопласта
ФРП-1.
- схем возведения изолирующих сооружений для различных горно
геологических условий.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты диссертационной работы использованы:
при ликвидации аварий для изоляции аварийных участков;
- для изоляции аварийных участков при локализации и тушении пожаров
на шахтах;
при разработке временного руководства по применению пенопластов
ФРП-1 в шахтах.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы и ее основные этапы обсуждались и получили одобрение на заседании научно-технических советов ВостНИИ и РосНИИГД, научно-технических советах Прокопьевского, Новокузнецкого, Кемеровского ОВГСО и Центрального штаба ВГСЧ угольной промышленности, научной конференции работников угольной промышленности (г. Прокопьевск).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе одно авторское свидетельство.
Объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, Она содержит 124 страницы машинописного текста, 35 рисунков, 5 таблиц, список 31 источников и 1 приложение на 12 страницах.
Существующие способы и средства возведения изолирующих сооружений из нетрадиционных материалов
Несмотря на большой объем профилактических работ, предусмотренный бассейновой инструкцией [1], число эндогенных пожаров, ежегодно возникающих в Кузбассе, в частности в Прокопьевско-Киселевском районе, остается на высоком уровне. В 1999 г на предприятиях угольной промышленности Кузбасса было ликвидировано 10 эндогенных пожаров и 11 экзогенных. Все эндогенные пожары и один экзогенный были ликвидированы способом изоляции. В ходе ведения горноспасательных работ и с целью профилактики эндогенных пожаров было возведенно 42 изолирующих сооружения. Всего в шахтах Кузбасса находится в эксплуатации 1873 перемычки, в том числе 1045 на пластах угля, склонного к самовозгоранию, из них 232 не отвечают требованиям „Руководства по изоляции отработанных участков, временно остановленных и неиспользуемых горных выработок в шахтах" . Эффективность методов предупреждения и борьбы с подземными пожарами в значительной степени зависит от герметичности изолирующих сооружений.
Ежегодный анализ причин возникновения эндогенных пожаров, зарегистрированных на шахтах Кузбасса, показывает, что основной причиной возникновения эндогенных пожаров является несвоевременная и некачественная изоляция выработанного пространства от действующих выработок [2].
Средняя величина утечек воздуха по шахтам Кузбасса составляет 35%, в том числе утечки через изолирующие и вентиляционные перемычки достигают 20% от общего дебита воздуха, подаваемого в шахту [3].
Следовательно, своевременность, быстрота и качество изоляции отработанных и пожарных участков будут существенно влиять на снижение утечек воздуха и, в конечном итоге, на сокращение числа новых пожаров и длительности действующих эндогенных пожаров. Положительные результаты в данном направлении могут быть достигнуты только при коренной замене устаревших средств и технологий возведения изолирующих сооружений. Существующие в настоящее время методы и средства (кирпич, древесина, бетон и др.) для возведения воздухоизолирующих сооружений не обеспечивают достаточной оперативности и необходимой герметичности изоляции отработанных и пожарных участков. Как в начальный период после возведения, так и при эксплуатации изолирующих сооружений наблюдаются значительные утечки воздуха, фильтруемого через тело перемычек и, главным образом, по их периметру, на контакте с вмещающим массивом, а также через трещины приконтурной зоны. На долю первых двух путей фильтрации воздуха приходится 50-70 % от общего количества утечек через изолирующие сооружения.
Кроме того, изолирующие и вентиляционные перемычки из обычных строительных материалов весьма трудоемки, а в большинстве случаев и очень дороги, так как технология их возведения основана на методах ручного труда и тяжело поддается механизации. При эксплуатации они требуют периодических ремонтов, а иногда и полного восстановления.
Аварийные работы по ликвидации куполов и всевозможных вывалов в горных выработках в настоящее время проводятся, как правило, с использованием подручного материала (крепежного леса, породы и т.п.), в отдельных случаях - с применением раствороподающих агрегатов типа „Монолит", „Темп-2", „Темп-500". Применение раствороподающих агрегатов требует больших затрат цемента и рабочего времени на подготовку и выполнение основных работ, а также физического труда. Следовательно, для быстрой и оперативной ликвидации куполов и других закрепных пустот при минимальных затратах физического труда необходимы принципиально новые материалы, способы их подачи при заполнении пространств.
В последние годы и в отечественной, и в зарубежной горной промышленности ведутся всесторонние поиски и разработки новых эффективных материалов и совершенствование технологии возведения на их основе герметичных и быстровозводимых изолирующих сооружений (перемычек, покрытий, изолирующих „рубашек", тампонажных подушек и т.п.).
Известны случаи эффективного применения для изоляции выработанного пространства новых материалов и отдельные удачные предложения по совершенствованию конструкций изолирующих сооружений. Так, в США для дистанционного возведения перемычек применяют силикатную шерсть, в Германии - стекловолокно, на рудниках Африки и Австралии - блоки из вермикулита, в Англии - вспененный бетон. В России, США, Германии применяют вспененные пластмассы; во Франции, Бельгии, Германии и России - гипс. Для изолирующих покрытий в Чехии, Англии, Бельгии, России и Японии нашли применение такие материалы, как синтетические латексы, битумные эмульсии, хлоридно-глинистые пасты, силикатные растворы, изолирующие мастики и т.п.
В Японии для изоляции очагов пожара используют пластмассовые мешки, наполненные водой, в Чехии (Остравско-Карвинский бассейн) - золу тепловых электростанций.
Однако большинство из перечисленных материалов эффективны лишь в определенных горно-геологических и горнотехнических условиях, т.к. они разрабатывались для применения в конкретных условиях с учетом возможности использования местного сырья или отходов производства.
В горной промышленности США, Англии, Канады и ряда других стран широкое распространение получили полиуретановые и карбамидные пенопласты [5]. Так, например, пенополиуретаны, разработанные в США и впервые примененные в горной промышленности в 1962 г. на руднике Бьют (штат Монтана), использовались спустя 4 года уже более чем на 200 шахтах и рудниках. Их применяли для покрытия воздухо-изолирующих сооружений с целью снижения утечек воздуха и поверхностей целиков самовозгорающегося угля, закрепления и удержания легко-обрушивающихся горных пород, снижения водопритока из трещин массива при низких напорах, теплоизоляции поверхностей горных выработок в глубоких шахтах и многих других целей.
Карбамидные пластмассы типа „Изошаум" (Германия) используются для герметизации бутовых полос, заполнения пустот за крепью горных выработок, а также для возведения шахтных перемычек [6]. На шахтах Германии для упрочнения угля и пород с успехом применяется полиуретановый вспенивающийся состав [7]. В восточной части Германии успешно применена изопена для заполнения закрепного пространства [8,9].
Переход к безразмерным координатам
При воздействии на поверхность пенопластовой перемычки пожарных газов происходит термическое разложение (пиролиз) органической части фенолоформальдегидного полимера с образованием газообразных продуктов разложения и твердого коксового остатка. Эти реакции термического разложения наблюдаются по всей зоне интенсивного прогрева пенопласта. Твердый остаток обуглившегося слоя, как упоминалось выше, приобретает открытопористую структуру и составляет примерно половину первоначальной массы фенолоформальдегидной смолы. Величина пористости в этом слое увеличивается и достигает своего предельного значения є- єпр = const.
Незначительная часть образующихся при пиролизе газов остается на месте, заполняя увеличенные объемы пор, основная же масса газов перемещается в направлении уменьшения сопротивления, то есть навстречу тепловому потоку. Поскольку размеры ячеек достаточно малы по сравнению с величиной зоны прогрева, сопротивление движению потока газов значительно, а общешахтная депрессия отсутствует и т.д., будем считать, что соблюдается равенство температур полимерных оболочек и фильтрующегося через них газа.
Итак, вместе с газом, поступающим в рассматриваемый элементарный объем по направлению х, вносится количество тепла Чкі = СгРг{т) Vx(x)T(x)AyAz, где: С, - удельная теплоемкость газов, Дж/(кгК); рг (Т) - плотность фильтрующихся газов, кг/м3; Vx - составляющая скорости фильтрации, м/с. Газ, вытекающий из рассматриваемого объема, уносит с собой количество тепла Чк2 =Сгрг (т) Vx (х + Ах)Т(х + А дс) А у A z. Таким образом, изменение количества тепла вследствие фильтрации газов по направлению х в единице объема _ Сгрг(т)(Ух(х + АхЩх + Ах) - V(x)T(x))A у AZ Угх А А А AxAyAz Переходя к пределу при х 0, получим: /„\ dVxT qux=cz?z{T) f-. dx Поступая аналогично, получим выражения для определения изменения количества теплоты по причине фильтрации газов по направлениям у и z dVvT дгу=Сгрг(Т)- -; dz Следовательно, изменение количества теплоты в единицу времени из-за фильтрации газов, образовавшихся в результате пиролиза органической составляющей пенопластовой перемычки, 2г=Ягх+ 1гу+ =СгРг{Т) dVxT dVyT dV.T dx dy dz (2) Реакция разложения органической части пеноматериала эндотермич-на, поэтому в выделенном объеме за единицу времени поглощается количество тепла, равное: Qn=Qp AxAyAz, at или в единице объема: Q„=QP— (3) dm dt где: Q - тепловой эффект разложения, Дж/моль; m - масса неразложившегося вещества, кг. За это время содержание тепла в выделенном элементарном объеме в результате изменения его температуры изменилось на: AT или в единице объема: AV = C«PJ W где: Сэф - эффективная теплоемкость материала с учетом теплоемкости газа, Дж/(кгК); р эф - эффективная плотность материала перемычки с учетом газа, заполняющего ячейки, кг/м3. Таким образом, уравнение теплового баланса для единицы объема пенопластовой перемычки имеет вид: з зС-m зг -г и или в развернутом виде dT d эф/ dt С.+Р Я dT + Я dT dy) dz\ ЭФ dz) СгРг{Т) + + dz dVS dVvT dVJ dy dx dm dt (5) Как показывают экспериментальные исследования, механизм пиролиза фенолоформальдегидных смол, протекающего с неполным выгоранием органической части, может быть представлен с достаточной степенью точности как реакция первого порядка по отношению к исходному веществу. Скорость такой реакции, в результате которой масса неразложившейся органической части непрерывно убывает, определяется зависимостью: тке RT (6) dm dt где: к - предэспоненциальный множитель, м/с; Е - энергия активация, Дж/молъ\ R - универсальная газовая постоянная, Дж/(мольК);
Будем полагать, что разложение фенолоформальдегидного полимера при прогреве пенопласта представляет собой процесс, протекающий с различной интенсивностью ( в зависимости от местной температуры) по всей толще материала. Это означает, что уравнение (6) выполняется при любых температурах, начиная с нормальной Т0. Такое предположение вполне допустимо, поскольку при значениях Т, близких к начальной температуре Т0 , скорость разложения, получаемая по формуле (6), практически равна нулю. Содержание неразложившейся органической части в толще материала в направлении к нагреваемой поверхности монотонно убывает и в некоторый момент времени для поверхностного слоя содержание неразложившейся органической части становится равным нулю.
Исследование инкубационного периода и кратности вспенивания пенопласта
Изучение свойств выбранного пенопласта по данным литературы и лабораторных опытов в настоящей работе будет носить прогностический характер для установления направления дальнейшего исследования его в соответствии с условиями возведения и эксплуатации в шахтах пенопластовых сооружений. Для этой цели будут проведены в лабораторных условиях пробные испытания выбранной марки пенопласта.
В связи с тем что наиболее перспективными для шахт являются пенопласты на основе термореактивных жидких смол, вспениваемых и отверждаемых в результате физико-химических процессов, происходящих между исходными компонентами, намечаются пробные испытания следующих свойств пенопласта: инкубационного периода, кратности вспенивания, условного предела прочности.
Определение инкубационного периода и кратности вспенивания в лабораторных условиях.
Инкубационный период при вспенивании заливочных композиций определяется следующим образом. В металлический стакан диаметром 0,15 и высотой 0,25 м наливают 0,25 кг смолы с точностью до ±0 5 г. Смолу перемешивают в течение 30 с рамочной мешалкой с числом оборотов 20-25 в секунду, после чего к ней добавляют 0,05 кг вспенивающе-отверждающего продукта, включают секундомер и снова перемешивают в течение 30 с . По окончании перемешивания стакан с приготовленной композицией ставят на горизонтальную поверхность и фиксируют время до начала видимого вспенивания (подъема) реагирующей массы. Это время и принимается за показатель индукционного периода.
Кратность вспенивания показывает увеличение объема вспененного продукта к первоначальному объему взятой навески смолы и позволяет с достаточной точностью определить объемную массу полученного пенопласта. Кратность вспенивания определяют одновременно с определением инкубационного периода, для чего после окончания процесса вспенивания композиции в стакане замеряют общую высоту по верхней точке пеноматериала с точностью до 1 мм. Кратность вспенивания рассчитывается по формуле K= P.H (49) 4-Gc где d - диаметр металлического стакана, м; р - плотность смолы, кг/м3 ; Н- высота вспененной в стакане заготовки пеноматериала, м; Gc- навеска испытываемой смолы, кг. Основной прочностной характеристикой любого вспененного полимерного материала является условный предел его прочности. Условным пределом прочности при статическом сжатии называется напряжение, приводящее к резкому уменьшению начальной жесткости пенопласта за счет нарушения его макроструктуры.
Сущность метода заключается в нахождении предельного напряжения, соответствующего хрупкому разрушению образца или резкому изменению характера его диаграмм сжатия, если материал не обнаруживает хрупкого разрушения; в случае, если не наблюдается резкого изменения жесткости материала в пределах до 10% сжатия, определяется напряжение при сжатии образца на 10%.
Для испытаний используются образцы кубической формы с длиной ребра 30±0,5 или 50±0,5 мм. Образцы вырезаются не ближе 20 мм от края плиты, причем одна из их осей должна совпадать с направлением вспенивания. Поверхность образцов должна быть ровной, без дефектов макроструктуры и механической обработки. Для испытаний можно использовать любые машины и приборы, позволяющие проводить сжатие образцов со скоростью перемещения подвижного захвата 10 - 20 мм/мин (1,66-104 - 3,32-Ю-4 м/с). При этом необходимо обеспечечить изменение нагрузки с точностью до 1% и деформации с точностью до 5% от измеряемой величины. Прибор для измерения линейных размеров образца должен обеспечивать измерение с точностью до ОД мм без заметной деформации образца.
Перед испытанием замеряют размеры образцов во всех направлениях с точностью до 0,1 мм. Образцы помещают на реверсор испытательной машины и сжимают со скоростью 10-20 мм/мин. Сжатие ведется в направлении вспенивания материала Испытание в других направлениях оговаривается особо. При испытании записывается диаграмма сжатия и из нее определяется предельное усилие Fnp. При отсутствии резкого изменения характера диаграммы сжатия определяется усилие Fc, вызывающее 10% деформацию образца.
Для материалов, обнаруживающих резкое изменение жесткости, предельное усилие можно определить по максимальному показанию или по замедлению стрелки силоизмерителя без записи диаграммы. Условный предел прочности при сжатии определяется по формуле а«ж. - ї- ,КГ/СМ2 (5) где Fnp - предельная нагрузка, Н; S0 - первоначальная площадь поперечного сечения образца, см2 ; Напряжение сжатия при 10%-ой деформации определяется по формуле Fc С сж.іо%= —— ,кг/см2 (51) So где Fc - усилие сжатия при 10% деформации,Н; S0 - первоначальная площадь поперечного сечения образца, см2 . За результат испытания принимается среднее арифметическое значений, полученных на отдельных образцах.
Если отклонения отдельных результатов выходят за пределы ±15% от полученного среднего значения, то испытание проверяют на новых образцах.
При проведении испытаний указываются тип и марка пенопласта, номер партии, изготовитель компонентов, размеры образцов, предельная нагрузка при сжатии образца или усилие сжатия при 10%-ой деформации; условный предел прочности при сжатии или напряжение сжатия при 10%-ой деформации (отдельные и средние значения), фамилия и роспись проводившего испытания, дата проведения испытаний.
Техника безопасности
При производстве пенопластов в атмосферу выделяются токсичные газообразные продукты, а исходные компоненты их могут при определенных условиях оказывать агрессивное воздействие на организм человека. Поэтому для обеспечения требований правил санитарной проводиться работы по получени: пенопласта, должно быть обеспечено приточно-вытяжной вентиляциеі обеспечивающей снижение токсичных продуктов до уровня предельн допустимых концентраций (ПДК); персонал, занимающийся приготовлением полимерной композиции и е вспениванием, должен быть обеспечен соответствующей спецодеждой средствами защиты (перчатки резиновые, очки защитные); при попадании полимерной композиции или одного из компонентов ь незащищенные участки тела их следует удалить первоначально куском чисте ткани или ватой, а затем промыть пострадавшие участки этиловым спиртом; первая помощь при отравлении - вынести пострадавшего на свежи воздух; после окончания работ по получению пенопласта необходимо приняі душ, а также употреблять молоко; в помещении, где производятся работы с пенопластом, должна бьп аптечка с медикаментами, этиловый спирт, йодная настойка, раство марганцовки, а также бинты, вата, салфетки; к работам по получению пенопласта разрешается допускать nepcoraj ознакомленный с основными требованиями безопасности необходимо соблюдать следующее: помещение, в котором будут правил санитарной безопасности
Разработка смесителей исходных компонентов пенопласта ФРП-1
Инкубационный период вспенивания - это время от момента окончания введения катализатора ВАГ-3 в резольную смолу до момента начала отчетливо видимого подъема смеси в результате ее вспенивания. Смешение компонентов и вспенивание смеси в лабораторных экспериментах производилось в металлическом сосуде с внутренним диаметром 123 мм и высотой 230 мм. Сосуд со смолой предварительно термостатировали при температуре 20±1С.
Кратность вспенивания пенопласта указывает на увеличение объема вспененного продукта к первоначальному объему взятой навески смолы и позволяет с достаточной точностью определить объемную массу полученного пенопласта. Кратность вспенивания определялась в каждом опыте вместе с определением инкубационного периода, для чего после окончания процесса вспенивания композиции пенопласт вынимался из металлического сосуда и измерялась общая высота его до верхней точки пеноматериала с точностью до 1 мм.
Аналитическая кратность вспенивания К определялась по формуле: К= ї- Р.н, (52) 4- Gc где d - диаметр металлического стакана, м; р - плотность смолы, кг/м3 ; Н- высота вспененной в стакане заготовки пеноматериала, м; Gc- навеска испытываемой смолы, кг. Для исследований принимали три композиции с соотношением смолы ФРВ-1А и продукта ВАГ-3 в следующих весовых частях: 7:1; 5:1; 3:1. Изменение инкубационного периода и кратности вспенивания пенопласта в зависимости от времени хранения компонентов исследовалось в течение года через каждые 10 дней.
Результаты исследований сведены в табл.5, и представлены на рис.7,8,9.
Из табл.5 и рисунков можно заключить следующее. Плотность пенопласта зависит от соотношения исходных продуктов - смолы и ВАГ-3 (отвердитель)- и снижается при увеличении добавки смолы. Так, в начале исследований плотность пенопласта композиции при соотношении исходных продуктов, 3:1 составила 40,4кг/м3; 5:1 - 37,1 кг/м3 и 7:1- 36,8кг/м3. С увеличением срока хранения исходных продуктов возросла плотность пенопласта в каждой композиции. В течение года плотность пенопласта, получаемого при соотношении компонентов 3:1, увеличилась в 1,9 раза, при 5:1 - в 1,97, а при 7:1 - в 2,4 раза.
Изменяются со временем хранения компонентов инкубационный период вспенивания, кратность вспенивания и высота образца. С увеличением количества смолы в композиции возрастает инкубационный период и высота образца, а кратность вспенивания соответственно снижается. Инкубационный период вспенивания пенопласта при соотношении компонентов 3:1 для свежезаготовленной смолы составил 105 с, при 5:1 -151 с, а при 7:1 - 210 с. В течение срока хранения компонентов инкубационный период в каждой композиции увеличивается, кратность вспенивания снижается, уменьшается соответственно высота образца. Инкубационный период при соотношении компонентов 3:1 и хранении их в течение года не превышает 150 с и соответствует техническим условиям, при соотношении 7:1 инкубационный период соответствует техническим условиям в течение 3 мес, т.е. не превышает 240 с. В композиции с соотношением компонентов 5:1 инкубационный период в течение года соответствовал техническим условиям. Некоторые отклонения и всплески индукционного периода в марте 1997 г. объясняются временным переохлаждением смолы в связи с перевозкой ее при отрицательной температуре.
Кратность вспенивания наибольшая при соотношении компонентов 3:1 и наименьшая при 7:1. Хранение компонентов в течение года привело к уменьшению кратности вспенивания всех композиций ; у композиции 7:1 почти в 2 раза, соответственно уменьшается высота образца с 69 см (29.07.86) до 35,6 см (13.07.87), то есть почти в 2 раза. У композиции 3:1 уменьшение высоты образца отмечено в 1,6 раза, у композиции 5:1 в 1,7 раза.
Композиция с соотношением исходных продуктов 7:1 со временем резко уменьшает высоту образца пенопласта, избыток смолы в ней приводит к тому, что часть ее остается непрореагировавшей. В композиции при соотношении компонентов 3:1 высота образца менше, чем при 7:1, в 1,9 раза, соответственно выше плотность пенопласта и кратность вспенивания. о
Дата Инкубационный периода Высота образца, см Плотность пенопла-ста,кг/м3 Кратность вспенивания Инкубационный периода Высота образца, см Плотность пенопла-ста,кг/м3 Кратность вспенивания Инкубационный периода Высота образца, см Плотность пенопла-ста,кг/мЗ Кратность вспенивания
Инкубационный период композиции с соотношением компонентов 5:1 в течение года хранения исходных продуктов соответствует требованиям технических условий. Кратность вспенивания удовлетворяет требованиям технических условий только в течение 11 мес. Данная композиция является наиболее приемлемой для практического использования с точки зрения скорости и полноты реагирования компонентов, сохранения в течение года требований и норм к инкубационному периоду, кратности вспенивания и достаточной высоты образца пенопласта при вертикальном вспенивании, сравнительно высокой плотности пенопласта.
Таким образом, физико-химические свойства смолы ФРВ-1А и продукта ВАГ-3 претерпевают изменения в зависимости от продолжительности их хранения. Цвет смолы при хранении не изменяется и остается серебристо-серым. Вязкость и плотность отвердителя ВАГ-3 изменяется со временем незначительно. Смола ФРВ-1А при хранении в течение 1 года повышает плотность на 3%, а вязкость увеличивается в 52 раза по сравнению с первоначальной после изготовления.
Инкубационный период вспенивания пенопласта, кратность вспенивания, плотность получаемого пенопласта и высота образца зависят от количественного соотношения исходных компонентов в весовых частях смолы-отвердитель ВАГ-3. При соотношении компонентов 3:1 инкубационный период меньше в 1,9-2 раза, чем при 7:1, соответственно во столько же и ниже высота получаемых образцов пенопласта. Кратность вспенивания композиции 3:1 на 15% выше, чем у композиции 7:1. Данные соотношения физико-химических свойств композиции 3:1; 7:1 остаются постоянными в течение года хранения йсходНьїх продуктов,
Ввиду избытка смолы в композиции 7:1 часть ее не участвует в реакции и остается после вспенивания непрореагировавшей. В композиции с соотношением исходных продуктов 3:1 вследствие недостатка смолы при реакции высота получаемого образца пенопласта в 2 раза ниже, чем при соотношении 7:1 и в 1,6 ниже, чем при 5:1.
Сохранение соответствия инкубационного периода техническим условиям При хранений исходных продуктов в течение года, сохранение соответствия кратности вспенивания техническим условиям в течение 11 мес, оптимальная высота получаемых образцов пенопласта 56-40 см и значительная их плотность 37-72 кг/мз дают основание считать целесообразным и практически приемлемым для изготовления изолирующих сооружений в шахте композицию пенопласта ФРП-1 с соотношением исходных продуктов смола-отвердитель 5:1 и 6:1.
Качественные изменения физико-химических свойств исходных компонентов при длительном хранении (в течение года) и получаемого из них пенопласта делают возможным применение их в шахте при хранении не свыше 10-12 мес.