Описание проекта
ООО «Гален» представляет к рассмотрению новый нанотехнологический продукт - «Композитная анкерная крепь, модифицированная наночастицами».
Законченный продукт будет представлять собой передовое изделие мирового уровня из пластичного композита, воспроизводящего наиболее востребованные свойства стальной арматуры в ее сопротивлении разрушению, и тоже время сохраняющего присущую ему пластичность. Направление применения – усиление сводов шахт, армирование кровли и бортов шахт, а также крепление специальной сети для предотвращения обрушения сегментов породы. Применяется на предприятиях по добыче горючих полезных ископаемых, руд чёрных, цветных и благородных металлов шахтным методом.
Широкое применение шахтной анкерной крепи из нанокомпозиционного материала, разработанной ООО «Гален», как прямой замены стальной анкерной и композитной крепей, позволит сократить ценовые и трудозатраты, минимизировать транспортные издержки, а также существенно повысить безопасность шахтных работ.
Композитная анкерная крепь, модифицированная наночастицами,представляет собой композитный стержень, изготовленный методом пултрузии, из базальтового или стеклянного волокна, пропитанного эпоксидным компаундом,длиной от 1,8 до 3 метров, с песчаным покрытием. На конце стержня закреплена металлическая муфта с резьбой. Применяемый эпоксидный компаунд наномодифицирован. Стержень имеет песчаное покрытие для лучшего крепления анкерной крепи в сводах и стенах шахт.
Пултрузия – это метод производства бесконечно длинных композитных изделий различного профиля путем протяжки стекловолоконного ровинга через ванну,наполненную полимерным компаундом, придания ему формы жгута и последующим его отверждением. Новаторский подход ООО «Гален» заключается в применении нанопорошков для модифицирования применяемого эпоксидного компаунда, таких как слоистые силикаты, наноалмазы и нанодисперсия технического углерода.
В настоящее время в процессе добычи полезных ископаемых шахтным методом широко применяются:- шахтная крепь из черного металла,
- композитная анкерная крепь.
Предлагаемая ООО «Гален» композитная анкерная крепь, модифицированная наночастицами, является потенциально выгодной и экономически оправданной заменой вышеуказанных технологий по таким ключевым параметрам и свойствам полученного материала, как:
- прочность на разрыв (не менее 9,5 т), стержень уменьшенного диаметра сохраняет высокую разрывную прочность, что позволяет уменьшить диаметр отверстия в породе и снизить расход быстротвердеющей смолы;
- высокая способность к срезу, повышение скорости проходки и долговечности бура;
- низкий весь (легче металлической крепи в 10 раз и композитной шахтной в 2,5 раза), сокращение транспортных расходов;
- повышенная огнестойкость;
- пониженная горючесть, т.е. не станет причиной возникновения пожара в шахте;
- хорошая электропроводимость – не накапливает статического электричества;
- доступность по цене по сравнению с металлической шахтной крепью, и дешевле композитной других производителей.
Следует добавить, что процесс изготовления композитных материалов не загрязняет окружающую среду, в отличие от производства нержавеющей стали и черного металла.
Идея проекта
Шахтные выработки глубиной более 1 км характеризуются перемещением пластов горных пород, сдвигом и вздутием стен, опасностью обрушения породы со стенок и сводов шахт. Использование стальной крепи невозможно из-за отсутствия у нее свойств, необходимых для обеспечения безопасной работы на таких глубинах. Поэтому применяется шахтная крепь из стекловолокна,демонстрирующая более подходящие свойства. Но, обладая достаточной прочностью при осевом растяжении, она быстро разрушается под воздействием поперечных нагрузок и изгибании, т.е. при таких нагрузках, которые возникают в шахтах при горизонтальном перемещении пластов горных пород. Поэтому с продвижением в глубь и возрастающей соответственно нагрузкой на крепления шахт, композитная крепь разрушается.
Основное применение анкерной крепи в шахтах – подвешивание слабого слоя породы путем прикрепления его анкерами к более прочному слою, которое позволяет предотвратить обрушение сводов и стенок шахт. В случае успешного применения анкеров для армирования подземной выработки или туннеля, достигается сдерживание существенного уровня горизонтального напряжения в кровле выработок прямоугольного сечения (или кольцевого напряжения в туннелях круглого сечения).Даже на небольшой глубине первоначальной выработки давление вполне вероятно может превысить 2 МПа. Это означает, что происходит передача горизонтального усилия мощностью 200 тонн через каждый квадратный метр. Видно,что даже если кровля содержит вертикальные нарушения, которые потенциально позволяют кровельным блокам упасть, они не могут этого сделать, пока присутствует горизонтальное напряжение, которое не дает блокам сползать под силой тяжести. Однако, если от нагрузки горизонтального усилия разрушится непосредственно кровля, переданная нагрузка уменьшится, и горизонтальная нагрузка перераспределиться выше в кровлю. Таким образом, армирующее действие заключается в предотвращении или ограничении нарушений, возникающих от сдвига в породе, окружающей выработку, с помощью осевого или прямого сдерживания от сдвига так, чтобы уровень напряжения, передаваемого через закрепленную анкерами зону, оставался достаточно высоким и сохранял выработку в стабильном состоянии.
Основной функцией крепи является связывание слоистых пород или пород с трещинами, таких как осадочные,содержащие напластованные горные породы, породы, состоящие из природных трещин и разломов, или горные породы с искусственными разломами и трещинами,вызванными ведением горных работ с применением взрывчатки. Эффект от крепления анкерами достигается за счет действия одного или комбинации нескольких основных механизмов из трех следующих: подвешивание, установка балок и крепление клиньями.