» » Материалоемкость шахтного оборудования и сооружений

Материалоемкость шахтного оборудования и сооружений

29.08.2016

Добыча полезных ископаемых на угольных шахтах и рудниках обеспечивается эксплуатацией десятков тысяч километров горных выработок. Для их строительства и содержания расходуются металл, лесодревесина, бетон, железобетон. Только в угольной промышленности на эти дели ежегодно затрачивается более половины всех материальных ресурсов, расходуемых отраслью.
Более 70% основных горных выработок на шахтах оснащено металлическими рамными крепями, поддержание пород между которыми осуществляется затяжками из различных материалов: свыше 60% — древесиной (досками, распилами, кругляком), около 20% — бетонной и железобетонной затяжкой в форме плит, 10% — металлической затяжкой (решетками, сетками, листами). И только в последние годы в результате разработок институтов Минуглепрома России и Минхимпрома начато применение стеклопластикового материала, объем которого уже превысил 2%.
Технико-экономический анализ показывает, что применение для средств крепления горных выработок упомянутых материалов основывается главным образом на опыте и традициях.
Например, для крепей горных выработок угольных шахт в целом ежегодно расходуется свыше 5 млн. м3 леса. Между тем древесина склонна к гниению, и закрепленные лесом выработки служат без перекрепления 2—2,5 года при общем сроке службы выработок 7—8 лет, т. е. не менее двух раз на протяжении срока службы их приходится перекреплять. Кроме того, древесина пожароопасна.
Железобетонные изделия, в частности затяжки, требуют большого количества материала (до 0,8 т на 1 пог. м). Они тяжелы, неподатливы и трудоемки на возведении, а из-за низкой ударной прочности их большое количество повреждается при транспортировке или установке. Металлические решетки, листы и сетки быстро корродируют. Сплошные железобетонные крепи отличаются высокой стоимостью и жесткостью и применяются в основном для капитальных сооружений.
Преимущественное применение металла для создания горношахтного оборудования и средств крепления горных выработок обосновывается его главными качествами — стабильной прочностью, сохранением своих свойств и формы при колебаниях температуры. Однако технико-экономическая целесообразность его применения на шахтах и рудниках не всегда оправдывается в связи с присущими ему недостатками: слабое сопротивление коррозии, большой объемный вес, чувствительность к надрезам, отверстиям и другим концентраторам напряжений, вибрациям, высокая теплопроводность, смачивающая способность, обусловливающая прилипаемость и примерзаемость к металлу инородных частиц.
В связи с этим, например, эксплуатация металлических бункеров на открытых работах для хранения и перегрузки угля малоэффективна, так как его прилипание к металлическим поверхностям снижает полезную емкость бункера в 2,5—3 раза. Это приводит к необходимости вовлечения в работу значительного количества резервных бункеров, что нарушает технологию отсева и повышает зольность угля, расходуются дополнительные погрузочно-транспортные средства и увеличивается рабочий персонал, требуются дополнительные затраты на очистку аккумулирующих емкостей и перегрузочных устройств.
То же относится к металлическим деталям добычного оборудования открытых работ. Экскавация влажных глинистых пород в осенне-весенний период сопровождается их интенсивным налипанием, а в зимнее время — примерзанием к внутренней поверхности ковшей, что способствует существенному снижению производительности экскаваторов (до 20—25%) и увеличению себестоимости экскавации. В условиях подземной эксплуатации ежегодно теряется около 10% не извлеченного из погашаемых выработок металла и свыше 15% в результате его коррозии.
Защита металлоконструкций от коррозии как на поверхности, так и в подземных условиях требует высоких материальных затрат. На шахтах угольной промышленности особенно интенсивно корродируют армировки шахтных стволов.
Касаясь металла как традиционного конструкционного материала, следует отметить, что технология его горячей и холодной обработки и создания изделий отрабатывалась веками, однако и до настоящего времени она, как правило, сложна и многооперационна. Металл — типично изотропный материал, и создание из него изделий равнопрочной структуры для сложных схем нагружения удается выполнить в редких случаях, причем только конструктивным путем.
Бетоны и железобетоны по сравнению с металлом более экономичны и технологичны в переработке. Железобетон позволяет создавать конструкции с направленными прочностными свойствами. Недостатки этих материалов — слабая стойкость к гидроэрозии, хрупкость, чувствительность к ударным нагрузкам. низкая прочность при работе на изгиб и растяжение.
Решение задачи обоснованного выбора материала связано с изучением агрессивности водо-воздушной среды его эксплуатации, вызываемой ею коррозии или деструкции материала. Корродирующая или деструктирующая способность воздействующей среды зависит от ее химического состава, влажности или водосодержания, температуры, газового состава, а порой и ее микробиологического содержания.