Герметизация и ремонт шахтных трубопроводов полимерными композиционными материалами

На шахтах отрасли распространены методы герметизации и ремонта трубопроводов с помощью установки хомутов или скоб с накладками. В качестве прокладок используют асбест, резину, паронит, свинец, фторопласт и т. п. Недостатком этих методов является низкое качество ремонта.

Широкое применение получила также электросварка для заварки свищей. Однако производство сварочных работ в шахтных условиях связано с большим объемом трудоемких сопутствующих процессов по обеспечению условий сварки и техники безопасности.

Недостаточная надежность трубопроводов обусловлена, кроме того, отсутствием эффективных инструментальных методов контроля мест язвенной коррозии.

Во ВНИИГМ им. М.М. Федорова, УкрНИИпластмасс, Харьковском политехническом институте разработаны рекомендации по герметизации, усилению и ремонту шахтных трубопроводов с применением полимерных композиционных материалов холодного отверждения. Разработана энерго- и ресурсосберегающая технология ремонта и герметизации трубопроводов для транспортирования воды, сжатого воздуха, которая может быть использована в вертикальных, наклонных стволах и в горных выработках шахт и рудников, а также на поверхности. При этом обеспечиваются восстановление герметичности, жесткости, локальной прочности трубопровода при минимальной трудоемкости производства работ. Рекомендации по ремонту шахтных трубопроводов разработаны с учетом физикохимических свойств транспортируемой среды, рабочей температуры и давления среды внутри трубопровода, условий эксплуатации, требований нормативно-технической документации.

Полимерный композиционный материал приготовляют непосредственно перед применением путем ввода в эпоксидный клей холодного отверждения мелкодисперсных и волокнистых наполнителей, антипиренов. Опробованы различные клеи, например, типа УП-5-177, «Спрут-5МДИ», ВАК. Основными их недостатками являются высокая хрупкость и многокомпонентное. Для ремонта шахтных трубопроводов, эксплуатирующихся в различных условиях, разработан двухупаковочный эпоксидный клей холодного отверждения УП-5-233-1Р, вырабатываемый из отечественного сырья.

Этот эпоксидный клей сочетает высокую адгезию к пластикам, резине и металлам с повышенной работоспособностью при отслаивающих ударных нагрузках, а также температурных перепадах.

Отличительной способностью клея УП-5-233-1Р является быстрый набор прочности после склеивания, что позволяет значительно ускорить процесс, склеивания, сократить время, по истечении которого возможно проводить дальнейшие операции с клеевым изделием. Клей УП-5-233-1Р имеет повышенные значения по водостойкости, показателю ударного сдвига, характеризующего ударопрочность клеевых соединений стеклопластика с металлом, адгезионной прочности.

Эпоксиднокаучуковый адгезив обеспечивает достаточную прочность в случае, использования его по сухим влажным поверхностям и под водой. Давление транспортируемой среды в трубопроводе может достигать 6 МПа.

Технология применения эпоксидного клея для ремонта стальных трубопроводов приемлема также для стеклопластиковых и поливинилхлоридных труб. В настоящее время проводятся работы по применению жидких прокладок при соединении трубопроводов, липких лент при герметизации трубопроводов.

Поврежденный трубопровод отключают, поверхность трубы в зоне разметки к ремонту зачищают от ржавчины, грязи. Наносят кистью или шпателем высоководостойкие связующие — эпоксидный полимерный клей холодного отверждения, по которому обматывают пропитанную этим клеем ленту стеклоткани треугольной формы с прямыми замасливателями или аппретом ГВС-9, например, типа Т-10, Т-11, Т-11-ГВС-9.

Обматывание производят армирующим материалом под натяжением, имеющим треугольную форму с соотношением высоты к основанию 1:4. Поверх конструкционных слоев обматывают один слой рулонного стеклопластика типа PCT и зажимают проволокой, ленточными хомутами. После полимеризации клея трубопровод готов к эксплуатации. При ремонте трещины в стенке трубопровода необходимо произвести ее засверловку.

Если производится ремонт при аварии, то свищ заглушают чопом. На зачищенный к ремонту участок наматывают несколько слоев армирующего материала, пропитанного клеем, а затем ставят сверху хомут с зажимными болтами, разрезные пластиковые муфты. Процесс герметизации с установкой, хомута или разрезной муфты занимает 5—15 мин. Зажимными болтами металлическая или стеклопластиковая накладка с нанесенным клеем обжимается на поверхности трубопровода.

Для предотвращения выхода из строя трубопровода целесообразно по месту возможного повреждения наложить несколько слоев пропитанного клеем армирующего материала.

На основе теории толстостенных цилиндров разработана методика расчета напряженного состояния и прочности шахтных трубопроводов, усиленных стеклопластиком. Получено, что для технологического трубопровода с наружным диаметром; 68 мм и толщиной стенки 5 мм формирование на его внешней поверхности стеклопластикового слоя толщиной 4 мм приводит к уменьшению почти в 2 раза интенсивности напряжений в наиболее нагруженных точках. Установлено также, что при этом интенсивность напряжений в точках трубопровода, контактирующих с шахтной агрессивной средой, снижается более чем в 1,5 раза. Понижение уровня напряженного состояния в поверхностных слоях шахтного трубопровода затрудняет коррозионное воздействие окружающей среды, так как скорость коррозии существенно зависит от напряжений. Таким образом, формирование стеклопластика на поверхности трубопроводов обеспечивает повышение их прочности и коррозионной стойкости, позволяет увеличить рабочее давление и производительность транспортирования среды.

Технико-экономические преимущества клеевой технологии, прошедшей опытно-промышленную проверку на шахтах им. Засядько ПО «Донецкуголь» и «Белозерская» ПО «Добропольеуголь», заключаются в возможности в 5 раз снизить простой подъемного комплекса при ремонте трубопровода в шахтном стволе; в снижении трудоемкости работ за счет применения простой технологии; в повышении безопасности работ; в увеличении срока службы трубопроводов; в предотвращении коррозионного износа восстановленного участка.

Экономический эффект по герметизации трубопроводов в вертикальном стволе шахты — новостройки по данным ВНИИГМ им. М. М. Федорова составляет 542 тыс. руб.

Клей может быть применен на всех технологических трубопроводах шахтных стволов.