Опыт применения стеклопластика для противокоррозионной защиты и ремонта обшивки надшахтных копров

Металлическая обшивка герметического надшахтного копра относится к таким горношахтным конструкциям, долговечность которых определяется не только уровнем механических нагрузок, но и физико-химическим действием окружающей агрессивной среды. Под воздействием среды ухудшаются механические характеристики материала обшивки, теряется его способность сопротивляться внешним нагрузкам. За планируемый двадцатилетний срок службы обшивки надшахтного копра неблагоприятное влияние внешней среды особенно проявляется в коррозии материала. Годовой коррозионный износ стальной обшивки, толщина которой обычно 3 мм, составляет в среднем 0,1 — 0,3 мм. Коррозионное поражение металла средой разрушает обшивку и в конечном счете полностью выводит ее из строя значительно раньше проектного срока службы. Ее ремонт традиционными способами, например с помощью огневых работ, связан с большим расходом металла и электроэнергии, достаточно трудоемок и, самое главное, не обеспечивает нормального длительного функционирования обшивки после ремонта, не обеспечивает необходимой герметичности надшахтного копра.

ВНИИГМ им. М.М. Федорова, Харьковский политехнический институт им. В.И. Ленина, Институт химии высокомолекулярных соединений АН Украины и УкрНИИпластмасс разработали методику применения и расчета на прочность стеклопластика для защиты от коррозии и герметизации обшивки надшахтных копров. Для этого предложено на внутренней и наружной поверхности металлической обшивки наформировать слои стеклопластика на основе стеклоткани типа Т-П-ГВС-9 (ГОСТ 19170—73); АСТТ(б)-С2-0 (ТУ 6-11-177—70) и трудно-горючих полимерных клеев холодного отверждения — полиэфирного типа «Спрут-5МДИ» (ТУ 88 УССР 193.034—80), «Спрут-МП» (ТУ 88 УССР 193.047—80), «Спрут-9М» (ТУ 88 УССР 193.025—80) и клея на основе эпоксидных смол УП-666 (ТУ 6-05-241-305—84).

Наформирование стеклопластика можно проводить при температурах выше -10 °C без подвода тепла. Перед наформированием стеклопластика поверхность металла очищают от грязи, следов коррозии, старой краски, смазки и других загрязнений. Для подготовки поверхности к механической, химической, термической или комбинированной очистке используют скребки, металлические щетки и др.

Для механизации очистки поверхности оборудования применяют зачистные или электрические машинки. Острые кромки сглаживают шлифовальными кругами, напильниками или металлическими щетками. Сухие поверхности, очищенные от загрязнения, окалины, ржавчины, следует протереть ветошью, помыть водой или обдуть сжатым воздухом. Эти поверхности должны быть шероховатыми, иметь серый цвет металла.

Приготовление клея производят путем последовательного введения и тщательного перемешивания составляющих компонентов.

На ремонтируемую поверхность металлического копра наносят кистью или краскораспылителем тонкий слой клея, укладывают на него армирующий материал — стеклоткань и прикатывают жесткими щетками для устранения складок. При необходимости укладывают несколько слоев армирующего материала, пропитанных сверху тонким слоем клея.

На период полимеризации клея наформированный пластик покрывают полиэтиленовой пленкой (ГОСТ 10354—82), а после затвердения — огнестойкой краской или эмалью. При наличии трещин на них накладывают три слоя стеклоткани. В местах, где имеются острые выступы, применяют шпатлевку, приготовленную в соотношении: на 100 частей по массе клея 60 частей по массе цемента, затем аналогично формируют стеклопластик.

Технология ремонта надшахтного копра при использовании этого способа описывается на следующем примере. Приготовляют клеевую смесь в необходимом количестве из расчета потребности клея на одну рабочую смену (жизнеспособность смеси 4 ч). Смесь, полученную путем последовательного смешивания компонентов, перемешивают до полной однородности. Для работы на копре применяют люльку, в которой размещают инструмент, емкость с клеем, кисти, щетки, стеклоткань, скребки и т. п. В люльке размещаются три человека. Подают сигнал на поднятие люльки к месту ведения работ.

Восстанавливаемую поверхность зачищают скребками и металлическими щетками от непрочно держащихся субстантов и покрывают кистью тонким слоем клея сверху при медленно перемещающейся люльке.

Стеклоткань типа Т-П-ГВС-9 раскраивают на длину восстанавливаемого места и накладывают вдоль стенки копра. Армирующий материал прикатывают щеткой для устранения складок, равномерного распределения связующего среди волокон наполнителя, удаления воздуха, присутствие которого ухудшает свойства стеклопластика. Ткань пропитывают и накладывают еще один слой. Процесс прикатывания и пропитки связующим повторяют. Сформированный стеклопластик покрывают одним слоем полиэтиленовой пленки.

Контроль качества покрытия осуществляют визуально. Воздушные прослойки в стеклопластике не допускаются. Можно применять также для этих целей дефектоскопы.

Использование стеклопластика, отличающегося высокими механическими свойствами, химической устойчивостью к действию окружающей среды и технологичностью наформирования, приводит к созданию коррозионно-стойкой воздухонепроницаемой обшивки надшахтного копра с необходимыми показателями прочности и жесткости. Толщина каждого слоя стеклопластика выбирается в зависимости от геометрических размеров обшивки и действующих внешних нагрузок.

Снижение уровня напряженного состояния в поверхностных слоях обшивки затрудняет коррозионное воздействие среды, так как скорость коррозии существенно зависит от напряжений.

Действие коррозии в сочетании с механическими напряжениями является особенно опасным явлением. При этом наиболее напряженные участки обшивки корродируют с большей скоростью, приводя к неравномерной коррозии по ее поверхности. Таким образом, усиление стальной обшивки копра стеклопластиком приводит, во-первых, к образованию защитных слоев, химически устойчивых к воздействию внешней агрессивной среды, во-вторых, к созданию условий, неблагоприятных для протекания процесса коррозии под напряжением.

Наформирование стеклопластиковых слоев на поверхностях обшивки копра без подвода тепла перед ее монтажом или непосредственно в процессе эксплуатации шахтного подъемного комплекса производится как для ее противокоррозионной защиты, так и для восстановления изношенной обшивки, герметизации надшахтного копра. Применение стеклопластика эффективно при ремонте обшивки, имеющей различные дефекты в виде трещин, сквозных отверстий, неплотных прилеганий ее листов и т. п.

Во ВНИИГМ им. М.М. Федорова были проведены исследования по обоснованию предложенного способа ремонта обшивки с дефектами с точки зрения обеспечения прочности на-формируемого стеклопластика. С этой целью на основе учета связи между деформациями и напряжениями в стеклопластике проявляющем анизотропию и разномодульность упругих свойств в рамках принятой расчетной схемы кольцевой пластинки, защемленной по контурам, получены основные уравнения краевой задачи. Выведены разрешающие уравнения и рассмотрен алгоритм численного решения на ЭВМ БЭСМ-6. Выполнен анализ напряженного состояния в стеклопластике и проведена проверка условия прочности.

Электрическое сопротивление защитных полимерных покрытий на основе выбранных полиэфирных и эпоксидных клеев холодного отвердения, нанесенных на металл, не превышает нормированного ГОСТ 22782.0—81 значения 10в9 Ом. В связи с этим МакНИИ, определив их электростатическую искробезопасность, разрешил использовать стеклопластик в шахтах, опасных по газу или пыли. Во ВНИИГД проведены испытания стеклопластика и установлено, что он является трудногорючим.

Внедрение стеклопластика для противокоррозионной защиты и ремонта обшивки надшахтных копров осуществлено на ряде шахт ПО «Ворошиловградуголь», «Дзержинскуголь», «Стахановуголь», «Орджоникидзеуголь», «Краснодонуголь» и др.

При этом благодаря устранению подсосов воздуха обеспечивается экономия электроэнергии (по одному надшахтному копру в среднем 5990 тыс. МДж в год). Экономический эффект при применении стеклопластика на одном надшахтном копре составил в среднем 20 тыс. руб. Нормальное функционирование обшивок 30 надшахтных копров с на формированным стеклопластиком в течение четырех лет позволяет рекомендовать использование стеклопластика для антикоррозионной защиты, восстановления герметичности и прочности обшивок надшахтных скиповых и вентиляционных копров подъемных комплексов.

Для реализации предложенного способа ВНИИГМ им. М.М. Федорова разработал отраслевой нормативный документ по восстановлению герметичности и прочности копров шахтных подъемных комплексов.