Разработка и обоснование эффективных средств защиты емкостей транспортного и перегрузочного оборудования от прилипания и примерзания горной массы

Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года, утверждёнными ХХУ1 съездом КППС предусматривается преимущественное развитие добычи угля открытым способом. Так, если в 1980 году добыча угля открытым способом достигла 269 млн.т., что составило 38% общего объема добычи угля в стране, то в 1985 году она достигнет 315 млн. т и к 1990 году — 390−400 млн.т.

Объём добычи угля и производительность механизмов при открытой' разработке угольных месторождений в большой степени зависит от фактической кубатуры рабочих ёмкостей горнотранспортного оборудования — думпкаров, экскаватороввагонеток, бункеров, самосвалов.

Одним из путей повышения производительности этих механизмов и устройств является снижение прилипания и примерзания горной массы к поверхностям рабочих ёмкостей. Анализ работы горнотранспортного оборудования на карьерах СССР, ПНР, ГДР показал, что из-за прилипания и примерзания думпкары теряют до 14%, экскаваторы до 22%, бункера до 33% своей производительности.

Таким образом, борьба с прилипанием и примерзанием глинистых пород (вскрыша, отвалы) и угля (добыча) является народнохозяйственной задачей. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что как практически применяемые меры, так и проводимте научные исследования по очистке рабочих емкостей и перегрузочных устройств горнотранспортного оборудования, основываются на развитии, в основном, двух направлений:

— применения механических способов очистки;

— химической изоляции, предотвращающей прилипание и примерзание горной массы.

В последние годы все большее применение находит способ химической изоляции с помощью жидких гидрофобных покрытий, в частности, на основе Ниогрина, Северина. Однако эти вещества имеют ограниченный срок службы и для поддержания постоянной гидрофобной плёнки на рабочих поверхностях горнотранспортного оборудования требуется их значительный расход. Кроме того, существуют устройства, например, узлы перегрузок роторных экскаваторов, бункера и т. д., в которых жидкие профилактические вещества не могут быть применены из-за их токсичности и технологических трудностей.

Таких недостатков лишены твёрдые полимерные покрытия.

Настоящая работа посвящена исследованию возможности, разработке метода и путей практического осуществления изоляции рабочих ёмкостей горнотранспортного оборудования путём использования твёрдых покрытий.

Несмотря на разнообразие известных в нашей стране и за рубежом полимерных материалов, применение их с целью защиты от прилипания и примерзания находится в основном на стадии поиска, лабораторных исследований и полупромышленных испытаний. Основными трудностями их применения является сложность нанесения, высокая стоимость исходных материалов, недостаточная износостойкость.

Кроме того, проведенные по этим вопросам исследования носят разовый характер, в частности, до настоящего времени не было изучено влияние эксплуатационных факторов на профилактический эффект покрытия, не разработаны четкие технические требования к покрытиям, не проводилось научной оценки эффективности твёрдых покрытий. Это не позволяло создать методические основы выбора и получения эффективного полимерного покрытия.

Цвль работы. Исследования, выбор и научное обоснование эффективности твёрдых полимерных покрытий для предотвращения прилипания пород и угля к ёмкостям горнотранспортного оборудования.

Методы исследований. При выполнении работы был использован комплексный метод, включающий в себя анализ состояния вопроса, разработку и обоснование Технических Требований на твёрдые полимерные покрытия, экспериментальные и теоретические исследования, опытно-промышленные испытания, оценку технико-экономической эффективности внедрения рекомендаций по использованию твёрдых полимерных.

П01фЫТИЙ.

Исследования проведены в научно-исследовательском институте открытых горных разработок НИИОГР, Ленинградском технологическом институте, ЦЗЛ Новочеркасского электродного завода, на разрезе «Коркинский» ПО «Челябинскуголь» .

Научная новизна:

— На основании анализа эксплуатационных факторов, проведенных экспериментальных и теоретических исследований обоснованы эффективность и области применения различных видов твёрдых полимерных покрытий для предотвращения прилипания и примерзания горной массы к ёмкостям оборудования.

— Получены закономерности влияния эксплуатационных и технологических факторов (влажности горной массы, температуры окружающей среды, продолжительности контакта горной массы с рабочей поверхностью оборудования, толщины покрытия) на величину прочности прилипания и примерзания. С привлечением математического аппарата исследованные зависимости преобразованы в эмпирические формулы.

— Обоснована возможность применения теории балок на упругом основании для расчёта прочности твёрдых полимерных покрытий, укладываемых на металлические поверхности ёмкостей с помощью клеевой прослойки.

Новыми результатами являются:

I. Научно обоснована эффективность отдельных видов полимерных покрытий для защиты стенок горнотранспортного оборудования от прилипания и примерзания угля, глины и других масс.

2. Установлена степень влияния эксплуатационных и технологических факторов на профилактический эффект покрытия.

3. Экспериментально получены коэффициенты упругого основания и, позволившие использовать теорию балок на упругом основании для расчёта твёрдых полимерных покрытий на прочность.

4. Обоснована технико-экономическая эффективность применения твёрдых полимерных покрытий, предотвращающих прилипание и примерзание горной массы и повышающих производительность оборудования.

Практическая ценность.

1. На базе изучения условий эксплуатации горнотранспортного оборудования, современных представлений о механизме выгрузки горной массы и расчётов, основанных на применении теоретических основ физики и сопротивления материалов разработаны Технические Требования к твёрдым полимерным покрытиям, обеспечивающим наиболее полную выгрузку горной массы при прилипании и примерзании её и длительные сроки эксплуатации покрытия.

2. Из исследованных более 200 видов покрытий обоснованы и отобраны для эксплуатации и прошли опытно-промышленную проверку б основных видов покрытий, наиболее эффективно и экономично предотвращающих прилипание и примерзание горной массы.

3. Установлено, что разработанные покрытия снижают прилипание и примерзание глины в 2−4 раза, угля в 3,5−9 раз.

4. Экспериментальными исследованиями влияния эксплуатационных факторов установлено существование пределов температуры (-20°С) и времени замораживания (4ч), соответственно ниже и выше которых профилактический эффект полимерного покрытия изменяется несущественно.

5. Разработаны Техническое Задание, Технические Условия и Технологический Процесс на производство твёрдого полимерного покрытия с определением завода-изготовителя продукции (Новочеркасский электродный завод). Установлена лимитная цена на производство графито-пласта.

6. Разработанное твёрдое полимерное покрытие внедрено на разрезе «Коркинский». Расчетный срок эксплуатации покрытия — 10 лет. Экономический эффект от внедрения покрытия — 40 тыс. руб. на I млн. т горной массы.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на 2-х конференциях и семинаре:

1. Всесоюзная межотраслевая конференция «Опыт эффективности использования железнодорожного состава на предприятиях открытых горных разработок», Челябинск, 1979 г.

2. Всесоюзная межотраслевая конференция «Совершенствование техники и технологии вспомогательных работ на железнодорожном транспорте горнодобывающей промышленности», Челябинск, 1980 г.

3. Межотраслевой семинар «Состояние и перспективы применения полимерных материалов в горнодобывающей промышленности», Челябинск, 1981 г.

Публикации.

По результатам выполненных исследований опубликовано 8 работ и получено I авторское свидетельство.

Объём работы: Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, на страницах машинописного текста и содержит рисунка,.

Выводы.

1. Для защиты ёмкостей транспортного оборудования открытых горных разработок от прилипания и примерзания горной массы отработана технология нанесения покрытий на основе лаков ЭКС-К, ЭПАН, КЭН, УР-293 и графитопластов марок ATM-I, АТМ-20, АТМ-П,.

Лакокрасочные материалы наносятся на металлическую поверхность холодным способом, футеровочные графитопласты — по клеевому слою арзамит-замазки.

2. На производство наиболее эффективного графитопласта АТМ-П для защитных футеровок угольных бункеров разработаны Техническое Задание, Технические Условия и Технологический Процесс.

3. Графитопласт марки АТМ-П обладает высоким профилактическим эффектом при прилипании угля (адгезия угля к его поверхности в 9 раз ниже, чем к металлической) и повышенными физико-механическими показателями.

4. На разрезе «Коркинекий» ПО «Челябинекуголь» проведена опытно-промышленная эксплуатация думпкаров с твердыми полимерными лакокрасочными покрытиями типа ЭКС-К, ЭПАН, КЭН, а также угольных погрузочных бункеров ёмкостью 200 т с графитопластовыми покрытиями марок АТМ-П, ATM-I, АТМ-20.

5. Опытно-промышленной эксплуатацией думпкаров и бункеров установлено :

5.1. Лакокрасочные покрытия думпкаров типа ЭКС-К, КЭН, ЭПАН полностью предотвращают прилипание вскрышных пород и в 2 раза снижают их примерзание.

Экономический эффект от применения покрытий составит 16 тыс. руб. на I млн. тонн перевозимого груза.

5.2. Графитопластовое покрытие АТМ-П угольных погрузочных бункеров ёмкостью 200 т полностью предотвращает прилипание и зависание угольного отсева, повышает пропускную способность бункеров на 33%. Покрытие надёжно в эксплуатации, расчетный срок эксплуатации 10 лет.

Экономический эффект от применения покрытия АТМ-П составляет 40 тыс. руб. на I млн. тонн перегружаемого угля.

6. Профилактические покрытия внедрены на разрезе «Коркинский» ПО «Челябинскуголь». Освоение серийного выпуска графитопласта АТМ-П и расширение его внедрения на предприятиях Минуглепрома СССР запланировано на 1983;1985 г. г.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Анализ существующих способов предотвращения прилипания и примерзания горной массы к рабочим поверхностям емкостей горнотранспортного оборудования, показал, что механические способы борьбы с прилипанием и примерзанием горной массы трудоемки и малоэффективны, для этой цели рекомендуется применять твердые полимерные покрытия.

2. На основании анализа условий эксплуатации емкостей горнотранспортного оборудования на открытых горных работах разработаны Технические требования к твердым полимерным покрытиям для предотвращения прилипания и примерзания горной массы, основанные на следующих основных критериях:

— гидрофобность (прочность прилипания горной массы к полимерному покрытию не должна превышать 4хЮ~%Па, а прочность примерзания — 0,15−0,2 МПа);

4 2.

— износостойкость — (1−5)хЮ кг/м «м;

— адгезия к металлической поверхности — не менее 20 МПа;

— эластичность — 1−2 мм;

— прочность на удар — не менее 5 Дж;

— нанесение покрытия на металлическую поверхность должно осуществляться холодным способом.

3. Технические требования к твердым покрытиям легли в основу разработки методики выбора полимерных материалов для профилактических покрытий от прилипания и примерзания горной массы.

4. Экспериментальные исследования, проведенные на большом количестве образцов (свыше 200), позволили выделить ряд наиболее полно удовлетворяющих техническим требованиям материалов: лококра-сочные на основе эпоксидных смол (ЭКС—К, КЭН, ЭПАН), полиуретано-вый лак УР-293 с 20 масс.ч. полиизоционата и грабитопласты (ATM-I,.

А1М-20,АТМ-П).

5. Методом <|изического моделирования процессов прилипания и примерзания исследован профилактический эффект разработанных полимерных покрытий в зависимости от эксплуатационных и технологических факторов: времени контакта горной массы с покрытием, температуры окружающей среды, гранулометрического состава горной массы, толщины покрытия.

Установлена закономерность влияния эксплуатационных факторов и установлено существование пределом температуры (-20°С) и времени замораживания (4ч), соответственно ниже и выше которых профилактический эффект покрытия практически не изменяется.

6. Обоснована и разработана методика расчета на прочность графитопластового покрытия по теории балок на упругом основании в виде арзамит-замазки.

Для возможности таких расчетов экспериментально определены о коэффициенты упругого основания К = 60 мн/м и =16 /м.

На основании предложенного метода произведен расчет реальной конструкции бункера на прочность.

Расчет графитопластового покрытия бункера емкостью 200 т по теории балок на упругом основании показал имеющийся запас прочности 4,2 — 5,7.

7. Отработаны технологические особенности нанесения профилактических покрытий на основе лаков и графитопластов, определен расход материалов.

Установлено, что расход материалов ЭКС-К, ЭПАН, КЭН, УР-293 р составляет 330 г, графитопласта — 24 кг на I м покрытия. Время отверждения лакокрасочных покрытий 1−2 суток, графитопластовых — 2 суток.

8. Проведена опытно-промышленная эксплуатация разработанных твердых полимерных покрытий думпкаров (покрытия на основе эпоксидных смол) и бункеров (покрытия на основе графитопластов) на разрезе «Коркинский» ПО «Челябинскуголь» .

Опытной эксплуатацией установлено, что применение графитопласта полностью предотвращает прилипание и зависание угля, пропускная способность бункера возрастает на 33 $, исключается ручной труд по очистке бункеров. Графитопластовое покрытие надежно, расчетный срок службы его 10 лет.

9. Твердое полимерное покрытие на основе графитопласта внедрено на погрузочных бункерах емкостью 200 т разреза «Коркинский» ПО «Челябинскуголь» .

На графитопластовое покрытие разработаны Техническое Задание, Технический Условия и Технологический Процесс на производство продукции. Задание утверждено Минуглепромом СССР с определением завода серийного выпуска графитопласта — Новочеркасский электродный завод.

Экономический эффект от внедрения графитопласта для предотвращения прилипания и зависания угля составляет 40 тыс. руб.на I млн.т. угля.