Особенности и условия возведения горных выработок, специфика эксплуатации соответствующего оборудования и сооружений в шахтной агрессивной среде с одновременным стремлением обеспечения максимальных сроков их службы определяют основные требования к выбору материалов горно-шахтного оборудования. Такие эксплуатационно-технические требования в общем случае зависят от назначения и условий эксплуатации оборудования. Попытаемся сформулировать их в общем виде.
Остановимся вначале на деталях крепления горных выработок. В стесненных слабоосвещенных условиях горных выработок, в которых не удается применять подъемно-транспортные средства общепромышленного назначения, возведение средств крепления требует высокой трудоемкости и повышенного внимания к технике безопасности работ. Отсюда требование легкого веса при удовлетворении расчетной несущей способности. Работа с более легкими изделиями и оборудованием способствует сокращению сроков, монтажа и ремонта, повышению их качества, улучшению условий труда горнорабочих.
Высокое горное давление и возможные смещения отдельных участков горных выработок, их конвергенция могут приводить к высоким нагрузкам и деформациям элементов крепей. Применение таких материалов, как бетон, во многих случаях не отвечает требованиям, предъявляемым к средствам крепления, из-за его хрупкого разрушения и почти отсутствия свойств пластичности. Проявление высоких давлений приводит к последовательному разрушению смежных элементов крепи. Отсюда возникает второе требование к материалу — обеспечение несущей способности при высокой упругости или упругопластичной податливости до начала разрушения.
Стойкость к коррозии и гниению является третьим требованием. Детали крепления горных выработок непосредственно соприкасаются почти со всеми видами шахтной агрессивной среды, описанными в предыдущем разделе.
К материалам оборудования шахтного водоотлива, кроме указанных выше, предъявляются требования высокой стойкости к непосредственному воздействию перекачиваемой шахтной агрессивной среды (в том числе сильнокислой) и высокой износостойкости к воздействию взвешенных в воде абразивных частиц. Последнее особенно относится к трубам для гидро- и пневмозакладки.
Требования высокой износостойкости предъявляются также к деталям горно-шахтного транспорта, футеровок шкивов шахтных подъемных установок, к различным видам уплотнений гидрооборудования.
К материалу внутренней, рабочей поверхности труб предъявляются требования высокой чистоты поверхности; к материалам труб для систем кондиционирования — требование низкой теплопроводности.
К материалам оборудования для хранения, транспортировки и перегрузки горной массы на открытых работах предъявляются требования предупреждения налипания или (при отрицательных температурах) примерзания массы к поверхности соответствующих рабочих емкостей. Материал рабочих деталей шахтных турбомашин (турбокомпрессоров, центробежных насосов, вентиляторов) должен обеспечивать необходимую несущую способность и надежность при высоких динамических нагрузках, противостоять кратковременным вибрациям, а с целью снижения нагрузок на основные детали — иметь малый удельный вес. Поверхности лопаток шахтных вентиляторов и рабочих колес насосов должны противостоять коррозии и эрозионному воздействию воздушного или гидравлического потока. Соединительные элементы звеньев шахтных турбомашин должны обеспечивать плавную, эластичную передачу нагрузок, демпфировать пиковые случайные или неизбежные колебания и динамические перегрузки отдельных элементов валопроводов.
К материалам техники безопасности, и в частности к средствам индивидуальной защиты шахтеров (каски, светильники, корпуса аккумуляторных батарей), предъявляются требования легкости, высокой прочности и надежности, стойкости к ударным нагрузкам, удовлетворения санитарно-гигиеническим требованиям.
Компоненты материалов, применяемых для технологических целей (упрочнения горных пород, заполнения пустот горных выработок, возведения изолирующих перемычек и др.), должны соответствовать допускаемым для применения в подземных выработках нормам по токсичности, пожароопасности, взрывобезопасности; иметь невысокую стоимость, доступность производствa и получения; хорошие технологические свойства и качества, удовлетворяющие в каждом конкретном случае специальным техническим требованиям. Материалы, применяемые в подземных выработках угольных, сланцевых шахт и рудников, должны удовлетворять соответствующим правилам безопасности по пожаробезопасности, искробезопасности, горючести. токсичности, электробезопасности, гигиеничности в обращении
Hаконец, немаловажным требованием к выбору материала являются невысокая стоимость и технологичность его переработки в изделия, особенно при необходимости изготовления деталей сложной формы. Последние два условия — соответствие правилам безопасности и технологичность переработки — относятся как к материалам изделий, так и к жидкому сырью, применяемому для различных технологических целей, в том числе для упрочнения неустойчивых горных пород.
Анализ и значительный накопленный опыт показывают, что почти всем перечисленным требованиям в тех или иных сочетаниях могут удовлетворить комбинации полимерных материалов. Действительно, полимерные материалы в виде полуфабрикатов или готовых изделий уже к настоящему времени широко применяются на шахтах, рудниках, разрезах, обогатительных фабриках. Например, компоненты полимерных материалов применяются в жидкостях для гидромуфт, смазках, эмульсиях; в профилактических жидкостях для гидроразрушения пород, улучшения условий гидротранспортировки угля и пород, борьбы с пылеобразованием; в вспенивателях для борьбы с тушением пожаров; в пенопластах для образования изоляционных перемычек и заполнения пустот в горных выработках; в изделиях в виде емкостей, труб, рукавов, пластин, пленок, листов, деталей электроприборов и аппаратов.
Покажем общие предпосылки и основы эффективного применения полимерных материалов в горном деле.
Главная