1. Цели и задачи магистерской работы
Краткий обзор магистерской работы
3. Методики испытания конвейерных лент
3.1. Методика определения воспламеняемости конвейерных лент при трении на барабане
3.2. Методика испытания конвейерных лент на горючесть по методу определения кислородного индекса
3.3. Методика испытания конвейерных лент на горючесть в пламени спиртовой горелки
3.4. Методики испытаний на горючесть конвейерных лент в модельных (лабораторных) штольнях
4. Предпологаемая научная новизна
Целью магистерской работы является оценить степень горючести конвейерных лент, применяемых на шахте им. А.Ф. Засядько. Дать рекомендации по применению более дешевых, но менее горючих лент.
Угольные шахты Украины характеризуются сложными горно-геологическими условиями добычи угля, несмотря на принимаемые меры по усовершенствованию технологий разработки, отрасль остается одной из самых опасных по возникновению внештатных ситуаций. Особую опасность представляют подземные пожары. Неудовлетворительное состояние пожарной безопасности, использование в подземных условиях синтетических материалов, минеральных масел, резиновых и прорезиненных деталей оборудования и т.п., в сочетании с углем и метанов создают опасную горючую среду.
Наиболее часто причиной подземных пожаров становится возгорание конвейерных лент, в частности, использование в подземных условиях лент общепромышленного назначения. Опасность представляют продукты горения, содержащие ядовитые вещества, что приводит к отравлению рабочих. Поэтому, все конвейерные ленты, используемые в подземных условиях, необходимо проверять на пожарную устойчивость.
В шахтах допускаются к применению трудносгоаемые конвейерные ленты, которые должны отвечать ряду норм безопасности:
— должны соответствовать требованиям безопасности в части: пожаробезопасности; токсичности продуктов горения и термического окислительного разложения; разрывной прочности стыковых соединений;
— не должно происходить воспламенение тканевых лент при трении на барабане испытательной установки. При этом в момент разрушения ленты температура поверхности барабана должна быть не более 500 °С. (Для лент на поливинилхлоридной основе - не более 325 °С.);
— кислородный индекс должен быть не менее 30%;
— после вынесения образца из пламени маломощного источника тепла (спиртовой горелки) время самозатухания должно быть не более:
одного образца с обкладками — 5 с;
одного образца без обкладок — 15 с;
суммарное шести образцов с обкладками — 18 с;
суммарное шести образцов без обкладок — 45 с,
это требование относится только к лентам на поливинилхлоридной основе.
— пламя не должно самостоятельно распространяться по ленте (при отсутствии внешнего источника тепла) при одном из следующих видов испытаний:
а) при проведении испытаний тканевых и тросовых лент после прекращения воздействия пламени мощного сосредоточенного источника тепла (модельная штольня) при наличии воздушного потока должно остаться неповрежденным не менее 30% длины образца ленты с обкладками;
б) при проведении испытаний тканевых и тросовых лент после прекращения воздействия пламени мощного рассредоточенного по площади источника тепла (пропановая решетка) при наличии воздушного потока должен оставаться целый по ширине образца (неповрежденный пламенем) участок ленты [1].
Настоящая методика регламентирует порядок проведения испытаний шахтных тканевых трудногорючих лент на основе резины, поливинилхлорида и других эластомеров методом трения на барабане при полной пробуксовке ленты и различных режимах ее нагружения.
Схема установки для определения воспламеняемости лент при трении на барабане приведена на рис. 1.
Испытаниям подвергаются три образца при температуре 20±5 °С и относительной влажности 60±10%.
Один конец образца ленты (набегающая ветвь) закрепляют в верхнем зажиме стенда, а другой конец (сбегающая ветвь) — в нижнем зажиме.
Посредством рычага и грузов в образце создается натяжение, обеспечивающее плотное прижатие поверхности образца на участке контакта ленты с барабаном.
После включения двигателя к образцу ленты прикладывается усилие 343 Н с продолжительностью нагружения 60 мин. Затем нагрузка удваивается (686 Н) и испытания продолжаются еще 30 мин. Если образец не разрушается, нагрузка увеличивается до 1029 Н и испытания продолжаются еще 30 мин, затем нагрузка увеличивается до 1372 Н еще на 10 мин. Если образец не разрушился, он нагружается до 1715 Н и испытания продолжаются до разрушения образца. Если при любом нагружении ленты температура барабана достигает 500 °С (для лент на поливинилхлоридной основе — 325 °С), то по истечении 10 мин испытания могут быть прекращены, не доводя ленту до разрушения.
Диаграмма нагружения образца приведена на рис. 2.
При испытаниях проводят визуальное наблюдение за воспламеняемостью образца (пламенем и красным свечением) и определяют максимальную температуру поверхности барабана, развившуюся в результате трения барабана о ленту. Измерения температуры проводят в конце каждого этапа нагружения и при прекращении испытаний [2].
Методика служит для испытания конвейерных лент на горючесть и контроля соответствия конвейерной ленты условиям эксплуатации в угольных шахтах.
Сущность метода заключается в определении минимального содержания кислорода в кислородно-азотной или кислородно-воздушной газовой смеси, при котором образец ленты горит в течение 180 с.
Испытания проводят в вытяжном шкафу, при включенной вентиляции, температуре окружающего воздуха 20±5 °С и относительной влажности 60±10 %.
Образец закрепляют в вертикальном положении в держателе так, чтобы верхний край образца отстоял от верхнего края стеклянного сосуда высотой от 300 мм не менее чем на 100 мм.
Включают газоанализатор и прогревают его не менее 30 мин. Подают на блок регулирования кислород и азот, открывают вентили на блоке регулирования и регулируют подачу кислорода и азота (или воздуха) так, чтобы расход смеси, контролируемый по ротаметру, равнялся номинальному, а концентрация кислорода, контролируемая по газоанализатору, была близка к требуемой. Устанавливаемая скорость газового потока в реакционном сосуде должна составлять 40±10 ммс-1 либо расход 18±1 л/мин. Устанавливают начальную концентрацию кислорода не менее 26 %. Систему продувают газовой смесью не менее 30 с. Устанавливают высоту пламени 50 мм.
Закрепляют образец в держателе, укрепленном на верхнем конце стойки, и устанавливают реакционный сосуд в горловине переходника. Систему продувают газовой смесью не менее 30 с.
Производят зажигание образца следующим образом. Наклоняют и подводят горелку так, чтобы высокотемпературная зона пламени покрыла верхнюю и вертикальные поверхности образца на длине около 6 мм.
Суммарная длительность воздействия пламени на образец составляет 30 с с короткими перерывами через каждые 5 с для образцов толщиной до 12 мм включительно и 45 с для образцов большей толщины.
После воспламенения образца горелку удаляют, включают секундомер и определяют время горения. Во время горения образца концентрация кислорода не должна изменяться более чем на 0,2 % объемных.
Если образец горит более 180 с или длина сгоревшей части превышает 50 мм, то для следующего образца концентрацию кислорода уменьшают, а если меньше 180 с - то увеличивают.
Методом последовательных приближений определяют концентрацию кислорода в смеси, при которой горение образца продолжается 30-240 с. В этом диапазоне кислородного индекса испытывают не менее трех образцов.
По ходу горения фиксируют процессы, сопровождающие горение (искрообразование, падение частиц, неравномерное горение, тление).
Перед следующим испытанием камеру охлаждают до 23±2 °С [2].
Методика предназначена для испытания образцов тканевых поливинилхлоридных лент. Образцы после удаления источника тепла должны затухнуть (догореть) за нормативное время.
Устанавливают температуру пламени горелки 1050±50 °С на расстоянии 50±1 мм от верхнего края горелки.
Образец закрепляют в штативе и вносят в пламя горелки таким образом, чтобы продольная ось образца составляла угол 45±5° с вертикальной осью горелки. Угол определяют по шаблону. Нижняя часть образца должна быть на расстоянии 50±1 мм от верхнего края горелки.
Испытуемый образец выдерживают в пламени горелки в течение 45±1 с при выключенной вытяжной вентиляции. Затем горелку убирают без угасания пламени и измеряют продолжительность затухания образца до исчезновения пламени. После этого включают вентиляцию и на испытуемый образец в течение 15 с подают поток воздуха со скоростью 1,5 м/с. При этом фиксируют разгорание пламени [2].
Метод заключается в подвержении образца ленты воздействию сосредоточенного пламени мощной газовой горелки в горизонтальных модельных штольнях с принудительным движением потока воздуха, его горении (с распространением пламени по ленте) после удаления источника тепла и замере длины несгоревшего участка образца. При этом лента должна быть испытана по одной из приведенных ниже методик.
Для испытания используется технический пропан в баллонах, который подается в горелку через редукторный клапан по рукаву высокого давления с минимальным внутренним диаметром 6,3 мм. Для штольни типа Б применяется метан.
Для измерения скорости воздушного потока в камере сгорания используется анемометр ручной крыльчатый АСО-3. Расход газа контролируется ротаметром типа РМ.
Время поджигания и горения образца регистрируется секундомером третьего класса точности.
Для измерения температуры горелки применяют термометр термоэлектрический градуировки ХА с пределом измерения от 0 до 1100 °С.
Размеры образцов измеряют металлической рулеткой с ценой деления 1 мм, толщину - штангенциркулем.
Отбор и подготовка образцов. Из конвейерной ленты вырезают в продольном направлении три образца полной толщины размерами 1200на120 мм или 1200на90 мм. Образец не должен захватывать кромки бортов лент. Максимальное расстояние от краев ленты 100 мм. Края должны быть гладкими, без надрезов и торчащих нитей тканевого каркаса. На одной стороне наносят поперечные линии (метки), например, мелом через 100 мм друг от друга.
Образцы вырезают из готовой ленты и пепел проведением испытаний выдерживают не менее 12 ч в прямолинейном состоянии при температуре 20 °С.
Проведение испытаний. Перед началом испытаний модельную штольню прогревают так, чтобы была достигнута температура, приведенная в табл. 1. Кроме того, необходимо замерить температуру в помещении. Далее с помощью дроссельной задвижки устанавливают скорость движения воздуха в штольне, измеряемую анемометром, на 0,5 м/с и не изменяют ее во время испытаний.
К горелке подают определенное количество газа (см. табл. 1 - расход газа в зависимости от режима испытаний). Регулируют пламя горелки таким образом, чтобы исчез желтый ореол пламени, а голубой конус внутри пламени имел высоту около 10 мм. Температура пламени измеряется термопарой. Образец ленты вставляют в держатель. Газовая горелка в течение 15 мин производится зажигание ленты. По истечении 15 мин убирают горелку и наблюдают за горением образца до момента его сгорания или затухания пламени и тления. Производят замер времени, за которое фронт пламени проходит контрольные отметки. Затем остаток образца вынимают из штольни и производят замер несгоревшего участка ленты с точностью до 10 мм. Замеряют отрезок полной ширины, на котором нет следов повреждений (спекание, образование трещин, вздутие поверхности ленты, обугливание), полученных от воздействия пламени [2].
Таблица 1.
Сравнение степени горючести конвейерных лент подземного назначения по европейским и украинским стандартам. Сертифицированные ленты, закупаемые заграницей, проходят входной контроль при поступлении лент на угольные шахты, т.е. их испытывают в пламени спиртовой горелки с обкладками и без обкладок. Что являет собой более жесткие требования к их горючести.
Основной акцент ставится на испытания газовой горелкой, заклиниванием ленты на барабане и химическом анализе.
Изучая научные работы данного направления, проводится анализ текущего состояния эксплуатируемых конвейерных лент на шахте им А.Ф. Засядько. По окончании исследования будут даны рекомендации при необходимости по замене износившихся лент, использованию лент украинского и российского производства на основании их большей ориентации на существующие условия добыли и экономической выгоде.
В данный момент магистерская работа находится в стадии разработки. После декабря 2011г. полный текст работы можно получить у автора или научного руководителя.