Виды дефектов и физический износ жесткой армировки

Дефекты элементов оборудования могут быть:

- поверхностными (механический и коррозионный износ, погнутость, забоины, надиры, контактные повреждения в виде ямок выкрашивания);

- объемными (структурные изменения, накопление усталостных повреждений).

Наиболее характерными общими дефектами и недостатками жесткой армировки являются:

1) расширение или сужение колеи проводников (под влиянием горного давления ширина колеи проводников может изменяться, что делает небезопасным движение подъемных сосудов, которые могут заклиниваться или выйти из колеи);

2) снижение жесткости армировки из-за ослабления болтов;

3) ослабление стяжных скоб крепления проводников к расстрелам;

4) увеличение аэродинамического сопротивления ствола, особенно вследствие применения армировки из двутавровых балок;

5) наличие стыков, неровностей рельсовых и деревянных проводников (удары подъемных сосудов о стыки и неровности проводников нарушают плавность движения, под влиянием этих ударов проводники и расстрелы деформируются, однако для компенсации температурных расширений необходимы зазоры в стыках на нитке металлических проводников);

6) поперечные сечения двутавровых балок и рельсов рассчитаны на восприятие вертикальных нагрузок, они слабо сопротивляются износу в горизонтальной плоскости и кручению;

7) большая металлоемкость (50—200 т на 100 м шахтного ствола);

8) переменная жесткость, ограничивающая скорость движения подъемных сосудов;

9) большая трудоемкость технического обслуживания и ремонта;

10) интенсивный механический и коррозионный износ, подверженность деформации;

11) возможность изменения во времени расчетных параметров.

В процессе эксплуатации расстрелы вследствие интенсивного воздействия движущихся подъемных сосудов подвергаются усталостным разрушениям, воспринимая совместное действие изгибо-крутильных переменных усилий. Наиболее подвержены появлению усталостных трещин металлические расстрелы. двутавровых профилей, а также железобетонные расстрелы в местах наибольших концентраций напряжений.

В стволах с большим водопритоком расстрелы открытого профиля имеют коррозионный износ до нескольких десятых долей миллиметра в год и поэтому мал их срок службы. Расстрелы замкнутых профилей корродируют медленнее, подвергаясь деформации и особенно сильно при обрыве подъемного сосуда и падении вагонеток в ствол. Деформации расстрелов вызываются также влиянием очистных работ вследствие геологических нарушений. Деревянные расстрелы подвержены биологическому износу (гниению). При заделке расстрелов в крепь на недостаточную глубину происходит расшатывание конструкций армировки. Часто снижается жесткость узла соединения боковых расстрелов с центральными на ярусах из-за ослабленных, разъеденных коррозией болтов.

В связи с воздействием динамических нагрузок, возникающих при движении подъемных сосудов, иногда появляется поперечный излом расстрелов. Часто разрушается полок расстрела по сварному шву «лежки», изредка наблюдается прогиб боковых расстрелов. Расстрелы из двутавра имеют плохо обтекаемую форму.

Во многих шахтных стволах имеет место неравномерность поражения коррозией расстрелов одного яруса армировки как по длине балки, так и по ее периметру.

Обнаруженные закономерности износа расстрелов армировки объясняются воздействием на них внешних и внутренних факторов.

А.А. Храмов разработал инженерный метод расчета определения значения предельно допустимых износов основных конструктивных элементов жесткой армировки в зависимости от технических параметров рассматриваемой подъемной установки. Предложенный метод оценки несущей способности металлоконструкции армировки апробирован в порядке опытно-промышленной проверки на ряде эксплуатируемых подъемных установок различных угольных бассейнов страны. Полученные результаты свидетельствуют о достаточно хорошем соответствии расчетных значений допустимых износов проводников и расстрелов фактическим эксплуатационным возможностям действующих подъемов вертикальных стволов шахт.

С учетом износа расстрелов (0,14 мм/год) и проводников (0,19 мм/год) определяют ожидаемый срок службы жесткой армировки. Срок службы расстрелов составляет примерно 25 лет.

Проводники шахтного подъема в процессе эксплуатации подвергаются знакопеременным динамическим нагрузкам, которые приводят к накоплению усталостных повреждений. Обычно долговечность проводников определяется усталостным разрушением, коррозионным и механическим износом. Интенсивный механический износ происходит в результате контактирования проводника с направляющими устройствами вертикально движущегося сосуда, а также искривления участка рельсов, перекоса подъемного сосуда и его колебаний. Применение жестких направляющих устройств вызывает интенсивный механический износ. Наиболее интенсивно изнашивается головка рельсового проводника (срок службы 8 лет).

Коррозионный износ вызывается воздействием агрессивной среды шахтного ствола.

На поверхностях головки рельсового проводника в процессе эксплуатации появляются микротрещины. Они понижают износостойкость проводников.

При изменении до определенной величины поперечного сечения проводники должны быть заменены, так как они не могут обеспечить необходимую прочность.

К недостаткам рельсовых проводников следует отнести:

- очень малый момент сопротивления в боковой плоскости;

- небольшую ширину и малые размеры головки рельсов, исключающие возможность применения упругих роликовых направляющих;

- малый срок службы (в среднем на шахтах Минуглепрома России 8 лет), сложный и дорогой монтаж;

- интенсивный износ головки рельсового проводника;

- невозможность применения при скоростях подъемного сосуда более 10 м/с из-за неприменимости упругих роликовых направляющих;

- сложность изготовления узлов стыковки звеньев и соединения с расстрелами;

- недостаточная надежность узлов соединения смежных звеньев проводников между собой;

- наличие уступов на стыках;

- недостаточная надежность закрепления проводников к расстрелам;

- возможность изгиба рельсовых проводников;

- нарушение прямолинейности рабочих поверхностей.

Поверхностный слой металла рельсов вследствие воздействия агрессивной среды ствола, воздействия башмаков подъемных сосудов, внутренних напряжений имеет свойства, отличные от свойств внутренних слоев металла. К поверхностным дефектам относятся эрозия, контактные повреждения в виде ямок выкрашивания, следы коррозии, забоины, надиры. Вследствие неравномерной пластической деформации в поверхностном слое возникают остаточные деформации.

В узлах крепления проводников к расстрелам в месте касания подошвы рельсового проводника к «лежке» могут образоваться изломы рельсов, которые обусловлены недостаточной жесткостью конструкции армировки, невысокой точностью монтажных работ при ее установке, что приводит к образованию поперечных колебаний подъемного сосуда и больших горизонтальных нагрузок на проводники. При монтаже рельсовых проводников весьма сложно выдержать их вертикальное расположение.

При увеличении грузоподъемности подъемных сосудов и скорости их движения резко возрастают нагрузки на армировку, поэтому рельсовые проводники необходимо заменять коробчатыми, а подъемные сосуды оснащать роликовыми направляющими. Коробчатые проводники по сравнению с рельсовыми имеют значительно большую жесткость в боковой плоскости. Для повышения долговечности проводников необходимо уменьшить динамическое трение.

В процессе эксплуатации коробчатые проводники интенсивно изнашиваются, они подвержены коррозионному износу. Основной причиной интенсивного износа проводников шахтных подъемных установок являются многочисленные фрикционные воздействия ударного характера.

Дерево было первым материалом для изготовления направляющих проводников. С увеличением массы подъемных сосудов и скорости их движения деревянные проводники были заменены металлическими. Основными недостатками деревянных проводников являются их недолговечность и недостаточная прочность. Деревянные проводники в процессе эксплуатации требуют повышенных затрат на обслуживание. Дерево при прочих равных условиях деформируется под влиянием влажности шахтной атмосферы. Наиболее подвержены разрушениям стыки деревянных проводников. Металлические элементы деревянных проводников (болты, опоры и т. д.) под интенсивным воздействием шахтной атмосферы корродируют. Деревянные проводники требуют частого ремонта. Эти проводники не применяются при скоростях свыше 6 м/с в стволах глубиной более 400 м.

При расстояниях между расстрелами больше 1,5 м деревянные проводники под влиянием влажности коробятся, чем нарушается прямолинейность нитки проводников и вызываются дополнительные динамические усилия.

В связи с малым шагом армирования при монтаже деревянных проводников расходуется значительное количество крепежного материала, увеличивается трудоемкость работ по содержанию в исправном состоянии.