Введение к работе
Создание новых, развитие и совершепотшвание сущестмуго-
щих процессов горного производства существенно зависяі' от по
иска и разработки новых функциональных по назначению
материалов на основе полимерных смол и неоргани-
ческих вяжущих, сочетании традиционных и высокомолекулярных соединении, позволяющих удовлетворить практически любым требованиям угольной промышленности. В частности, совершенствование технологических процессов открытой добычи угля, его хранения и транспортировки связано с использованием новых материалов, !.?сханические свойства и химическая способность которых дает возможность противостоять коррозии, предотвращать прилипание и примерзание горной массы к рабочим поверхностям горнотранспортного оборудования, защищать мелкофракционные массы угля от выветривания. Применение полимерных композшпїй позволяет поднять уровень добычи полезных ископаемых, повысить проіаЕоядггельносгь оборудования, улучшить условіш труда шатеров.
Поиски эффективных путей совершенстеовагаїя физичс-ских процессов горного прокззодегел на оенсее применения нетрадиционных материалов, проводившиеся в 60-90 гг,, связаны с работами Я.И.Балбачана, Г.И.Маїгьковского, К.!Вкшщхого, В.В.Всснльева, А.В.Докукігна, ІО.ИАюістратепа, С. А. Гончарова, ИАКузьшпа, Ю.Ф.Васючкоза, С.В.Маиоктова, НА-Кудрейко, И.СШакина, Е.Б.Кузмсина н других ученых. Результаты некоторых исследований по поиску к применению новых материалов способствовали ссвериенстзованшо отдельных технологических процессов при подземной добыче угля.
В значительной степени этому способствовало форшгро-вание в 70-80 г. нового научного направления по разработке, обоснованию и, эффективному применению полимерных композиций в технике и. технологии горного производства, утвержденное в отраслевом плане развития угольной промыш-
ленности России в форме целевой головной темы. Это позволило расширить исследования, развивать, координировать и реализовывать новые идеи, в которой приняли участие ИГД им. А.А.Скочинского, НИИОГР и другие с привлечением химических предприятий, вузов и республиканских академий.
Существующее научное направление применительно к совершенствованию процессов горного производства при открытой добыче угля возглавляет автор диссертации.
Настоящая работа представляет собой обобщение комплекса теоретических и экспериментальных исследований, натурных испытаний, опьтю-промышлешшя работ в направлении повышения эффективности процессов транспортирования горной массы, добычи и хранения угля, преимущественно при открытой разработке полезных ископаемых, основанных на создаїиіи и реализации новых функциональных материалов.
Актуальность нреблгаы. Горнодобывающие предприятия представляют собой слозеныз производственные системы, с которых осуществляются технологические процессы подготовіаі, высоки, пофузки, транспортирования, перегрузки, обогащенш: п складирования горной массы н полезного ископаемого.
Совершенствование горного произшдспьа идет по пути увеличения мощности оборудования,, применения новых способов I! технические средств разрушения и переработки горной массы, интенсификащш технологических процессов. Увеличение прога-водстоенной нагрузіаі на экысаватернос и транспортное сборудопа-нне повышает требования к полноте использования его эксплуатационных шрамстрос, особенно в сло>лшх горно-геолопгческнх и климатических условиях.
При открытой разработке угольных месторождешгії, проведении вскрышных, добычных, перегрузочных и транспоргных работ нроігзводительность соответствующего оборудования и сооружений,, как правило, резко на (15-35%) снижается: в зимнее время в связи с явлением примерзания горной массы к металлическим поверхностям емкостных элементов, а в летнее -из-за прилипания к ним атакной мессы.
Применение ручного труда, скребковых и других механических устройств для борьбы с этими явлениями малопроиз-
содіггельно, трудоемко, порой опаско для обслужшіающсіо персонала и, гл:шное, яшіяется мерой весьма кратковременной. В связи с этим возникает необходимость разработки гцюдолжн-тельно действующих, эффективных способов предотвращения прилипания и примерзания горной массы к металлическим поверхностям емкостных элементов средств хранения, перегрузки и транспортировки угля.
При транспортировании угля на дальние расстоншш, в связи с ветровой эрозией, потерн угля достигают 2-4 т на полувагон. Предложенные ішстіпутами ИГИ (г.Москва) и НИИЖТ (г.Новосибирск) способы предотвращения угля с использованием нефтепродуктов и сульфитно-спиртовой барды не привели к положительному результату из-за незначительной адгезии, подовым ы-гпемости и высокой стоимости составоз. Следовательно, требует решения проблема предотвращения ветровой эрозии при храпении и транспортировке мелкофракционного угля.
В условиях резких климатических изменений и воздействия агрессивных факторов емкостное и другое оборудование (вентиляторные и подъемные установки, системы водоотлігел, компрессорные станціш) подвергается шггенспвпой коррозии. На угледобывающих предприятиях только по этой причине ежегодно теряется до 300 тыс. т металла, что составляет 15 % его безвозвратной потерн. Предложенные решения шгетитутов Коррозии, ВИЙМИ, МП' и других оказались недостаточно эффективными и экономичными.
Эти обстс'ггелъстпа предопределили постановку и решение кияюй научней проблемы - разработки и ргалгаашш физико-химических способов защиты емкостей гернотранспортного обору-допаиия для повышения эффективности его использования.
Цогшэ рабзтм является разработка физтссс-химнческих способов предотвращения явлений налипания и намерзания горной массы к горно-транспортным емкостям, снижение влияния ветровой эрозии на потери угля при его транспортировке, противодействие коррозионным факторам.
Идея работи заключается з нзыскашш основанных на композициях полимерных матернатов средств и способов защиты горнотранспортных емкостей от прилипания и примерзания горных пород, irx ветровой эрозии при транспортировании и коррозии металлов.
Задачи вгследоплнин:
оценка условии эксплуатации горнотранспортного оборудования на разрезах;
разработка способов и изыскание средств предупреждения отринагелыют влияния адгезионных и коррозионных факторов на процессы горного производства;
разработка и обоснование технических требований на реализацию способов н средств применения функциональных покрытий, предотвращающих прилипание н примерзание горних масс, ветровую эрозию при их транспортировании, коррозию металла;
разработка методики оценки эксплуатационных качеств покрытии и оценка их долговечности;
разработка способов создания и эксплуатации покрытии.
Методы исследования включают в себя: научный анализ и обобщение опубликованных работ и изобретений отечественных и зарубежных автсрои, теоретические к зкенериментглыше исследования, планирование эксперимента, лабораторные и ппо-мытленные испытания, аналіггичссісуіо обработку результатов исследований с помощью математической статистики.
Оспоопілс пяучаые пшісшєїішз, k'm:gzz:~:H иг гг:д:гг>, заключаются » следующем:
1. Эффективные способи предотвращали нгящишик и при
мерзання горной массы к поверхногтяк горпо-транспертного обо
рудования, предуиролдення ветровой зрозіш ЫСЛКофраКШЮНППГО
углк в процессе его транспортирования, противодействия коррози-
онным процессам основываются на нзыскалин отиечь:оішіх s:x-
іілуптационно-тсхнігчссізім требованиям защитны;: иоїгрьтпі ш
специально разработанных композиций полнмернпк шперналов.
-
Влияние па прочность прішерзання угля к твердой 110-ьерхност»! оказывают температура окружающей среды (максиму»! при темпераіурс от -?.0С и ниже), ергмя замсрахаїсанп;; (максимум от 4 ч н более) и влажность угля (максимум при 18-20%).
-
Прочность прилітання горной массы к материалам стенок емкостного оборудования зависит главным образом or времени взаимного контакта алгезиші и субстрата, экстремум ксггорого ссютсетсттіует 40-4S ч.
-
Показатель электропроводности при выборе твердых покрытий перегрузочных устройств и емкостей для предел вращения прилипания углк является определяющим и должен Сіль сопоста-ним с показателем электропроводности сталії (окато ІО3 Ом м).
5. Максимальное значение сопрапгаления сдшпу горной
массы по отношению к покрытию, при котором исключается при
липание горной массы к рабочим поверхностям емкостного обору
дования, не должно превышать 2,4* Ю-3 МПа.
-
Прочностные свойства защитного покрытия для скрепле-ния поверхностного слоя мелкодисперсного угля при его транспортировании зависят от степени метаморфизма и физико-химических свойств угля, основными из которых являются пористость и влз го по глощающая способность.
-
Критерием эффективности скрепляющего состава для защитного покрытия от ветровой эрозии служит его адгезионная прочность (не MenecQiOS МПа), которая обеспечивает необходимую устойчивость поверхности мелкодисперсного угля.
-
Разработаны новые экономически эффективные способы антикоррозионной защиты емкостного оборудования на основе эпоксидных смол, модифицированных отходами коксохимического производства и цинксодержащих красок на основе высокомодульных жидких стекол.
Достоверность пзупн-и положений, синодов п рекомендаций
подтверлсдастся корректным использованием апробированных ме
тодов математической статистики, теории упругости, теории веро
ятности, удовлетворительной сходимостью результатов
теоретических расчетов и опытно-промышленных исследований,
положительными результатами внедрения на горнодобьіваїощігх
предприятиях СНГ.
Няучаая яезшна .полученных результатов:
обоснованы и предложены принципы выбора покрытий с заданньшн адгезионными свойствами;
установлены закономерности шпіяіпм эксплуатационных и технологических факторов на прочность примерзания и прилипания горной мяссы к жестким поверхностям;
установлены закономерности влияния физико-механических свойств углей на прочностные свойства защитных шггнэрозионных пленок;
разработан теоретический метод расчета на прочность анти-адгезпонного покрытия а виде системы "жесткая основа - упругий слой - покрытие";
обоснованы пршшипы оценки ц выбора скрепляїощігх составов для ггредотзращеніїя ветровой эрозии;
разрабоган метол расчета оптимального расхода скрепляющего состава для предотвращения ветровой эрозия в зависимости or физико-механических свойств угля (влагоемкости и пористости);
разработана методика опенки долговечности защитных покрытий.
Практическая ценность и реализация результатов исследования. На 17 горнодобывающих предприятиях СНГ решен комплекс задач, спязанных с созданием, организацией производства и внедрением в практику открытых работ специальных функциональных материалов для предотвращения потерь угля от ветровой эрозии, налипания и примерзания к поверхностям емкостного оборудования, защиты от коррозіпі. Освоен серийный выпуск разработанных пігшадгезионньи материалов: графитопластовых - на Новочеркасском электродном заводе, полнурстановых - на Ижевском заводе пластмасс. На предприятии Таш-Кумыр внедрена установка для нанесения защитной пленки от выдувания угля, на ОФ "Абашевская" используется композиция для нанесения защитных пленок от ветровой эрозии.
Разработана техническая документация на применение антн-адгезионных, пропшоэрозионкых и антикоррозионных защитных покрытий.
Разработаны и внедрены экспресс-методы оценки долговечности защитных материалов с учетом эксплуатационных условий.
Результаты выполненных исследований легли в основу отраслевых инструкций, техшпескнх заданий и проектной документации на способы применения разработанных видов защитных покрытий.
Основные результаты исследования сошли в состав комплексной работы , которая была отмечена Государственной премией России в области науки и техники за 1993 год "За разработку и внедрение в угольной промышленности Кузбасса и восточных регионов России прогрессивных композиционных материалов, ресурсосберегающих технологий и оборудования".
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Всесоюзной межотраслевой конференции "Опыт эффективности использования железнодорожного состава па предприятиях открытых горных разработок" (Челябинск, 1979г.), Бессоюзной межотраслевой конференции "Совсршсн-стповапне техники и технологии вспомогательных работ па железнодорожном транспорте горнодобывающей промышленности" (Челябинск. 19S0 і.), межотраслевом семинаре "Состояние и пер-
спектнвы применения полимерных материалов в горнодобывающей промышленности", (Челябинск, 1981 г.), семинарах отделения горнотехнических проблем и технических советах ИГД нм.А.А.Скочішского (Москва, 1992, 1993 гг.), международной конференции "Проблемы разработки месторождений глубокими карьерами" (Челябинск, 1996 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 44 печатных работы, получено 7 авторских свидетельств, имеется одно положительное решение Роспатента по заявке на изобретение.
Структура к объем диссертации. Диссертация состоит из 9 разделов, включая введение, заключения, изложена на 237 стра-шщах, содержит 58 рисунков, 35 таблиц, ашеок литературы из 220 наименований и 35 приложений.