A bányarács tartóssága a nehéz bányászati környezetekben

Mechanikai ellenálló képesség: Fagyás-olvadási ciklusok és magas talajvíznyomás ellenállása

Fáradási ellenállás ismételt fagyás-olvadás expozíció alatt

A polimerekből készült bányarács-anyagok valóban jól bírják azokat az állandó fagyás-olvadás ciklusokat, amelyek sok bányászati műveletet sújtanak. A tesztek megerősítették, hogy ezek az anyagok körülbelül 300 ciklus után kevesebb mint 1%-kal deformálódnak, ami meghaladja a régebbi geoszintetikus termékeknél jellemzően tapasztaltakat. Miért történik ez? Nos, kiderült, hogy ezeknek a fejlett polimereknek a speciális kristályos szerkezete valójában megakadályozza az apró repedések terjedését, még mínusz 40 Celsius-fokos hőmérsékleten is. Ezek a polimer rácsok továbbra is megőrzik eredeti szilárdságuk körülbelül 98%-át. A legújabb kutatásokat tekintve a tavalyi Geokompozit Tartóssági Metaanalízisben mindössze három tanulmány összpontosított kifejezetten arra, hogy az anyagok hogyan kezelik a fagyás-olvadás körülményeit. Ez a kis szám rávilágít arra, hogy miért olyan fontos ez a tulajdonság a hidegebb régiókban vagy a mélyebb földalatti bányákban zajló projektek esetében, ahol a hőmérséklet-ingadozások szélsőségesek.

Hidrosztatikai terhelés >500 kPa talajvíznyomásnál

A bányarácsok jóval 500 kPa (kb. 72,5 psi) feletti talajvíznyomást is képesek kezelni, ami különösen fontos a talaj iszaposodás megakadályozásához, amikor árvíz sújtja az aktív vagy régi bányászati területeket. A tesztek azt mutatják, hogy még körülbelül 550 kPa állandó nyomásnak kitéve (képzeljük el 55 méter magas víz súlyának megfelelően) ezek a rácsok csak kevesebb mint 0,2%-kal deformálódnak. A jó tartósságuk oka a tervezési jellemzőikben rejlik. A bordák úgy vannak elrendezve, hogy összezáródnak, míg a felhasznált anyagok sűrűsége pont megfelelő. Ez az elrendezés a víznyomást az egész rácson elosztja, ahelyett, hogy az összes erő a gyenge pontokon halmozódna fel, ahol az alkatrészek találkoznak.

Kémiai tartósság: Bányarács teljesítménye savas és korrozív körülmények között

pH stabilitási tartomány (1–14) polimer alapú bányarácshoz

A polimerekből készült bányarácsok mindenféle pH-körülmény mellett erősek maradnak, legyen szó akár szuper savas, pH 2 körüli csurgalékvíz-medencékről, akár lúgos területekről, ahol a feldolgozás körülbelül pH 12-n történik. Egy egész éves tesztek után gyakorlatilag nulla szakítószilárdság-csökkenést vagy a rugalmasságuk változását tapasztaltuk a fém opciókhoz képest, amelyek akkor kezdenek el bomlani, amikor a pH 4 alá esik vagy 10 fölé megy. Ezek a speciális polimer szerkezetek nem reagálnak annyira azokra a protonálódási és deprotonációs folyamatokra, amelyek jellemzően ioncsere révén koptatják a hagyományos anyagokat. Azon vállalatok számára, amelyek különböző pH-értékek között ingadozó hulladékáramokat kezelnek, ez a fajta stabilitás kevesebb korrózió okozta meghibásodást jelent, és 40-60%-os megtakarítást jelent a későbbi problémák megoldásán. A bányák és a feldolgozóüzemek különösen profitálnak ezekből a tulajdonságokból, mivel környezetük kémiailag folyamatosan változik.

Hosszú távú kénsavba merítés: szakítószilárdság-megtartás 5000 óra után

A prémium polimer bányarácsok lenyűgöző tartósságot biztosítanak még akkor is, ha folyamatosan 30%-os kénsavba merítik őket, ami jó helyettesítőként szolgál a savas bányavíz-elvezetés zord körülményei ellen. Miután körülbelül 208 napot (ez 5000 órát) töltöttek ilyen környezetben, ezek a rácsok továbbra is megtartják kezdeti szakítószilárdságuk több mint 85%-át. A 60°C-os gyorsított öregítési hőmérsékleten végzett tesztek minimális degradációt is mutatnak - kevesebb mint 3%-os tömegveszteség, semmilyen felületi repedés vagy ridegedés jele nincs, és a terhelés továbbra is megfelelően oszlik el az összes rácscsatlakozás között. Ami igazán kiemeli ezt, az az, hogy mennyivel jobban teljesít az ASTM F2456 szabvány által előírtakhoz képest; itt a specifikációk megduplázásáról beszélünk. Az olyan területeken történő állandó telepítések esetén, ahol természetes módon termelődnek savak, különösen az 1,5 alatti pH-értékű helyeken, ahol a hagyományos acélbetétek általában már 18 hónapon belül meghibásodnak, mert olyan gyorsan korrodálódnak és elveszítik a tapadásukat a környező anyagokon, ezek a polimer rácsok sokkal megbízhatóbb megoldást kínálnak.

Hosszú távú szerkezeti integritás: kúszás, öregedés és tervezett élettartam validálása állandó bányarács-berendezések esetén

Kúszási deformáció felhalmozódása 20 éves élettartamon túl

A HDPE-ből készült bányarácsok nagyon csekély kúszást mutatnak, ha állandó terhelésnek vannak kitéve. Évtizedekre visszatekintő független kutatások azt mutatják, hogy ezek az anyagok eredeti szakítószilárdságuk több mint 80%-át megőrzik még két teljes évtizednyi föld alatti tárolás után is. Ha megnézzük, mi történik a maximális teherbírás körülbelül 30%-ánál, ami a legtöbb konstrukcióban meglehetősen szabványos biztonsági puffernek számít, a feszültségnövekedés 3% alatt marad. Ez jóval az alatt a szint alatt van, ahol bármilyen valódi probléma kialakulna. Az eredményeket gyorsított öregítési tesztekkel ellenőrizték, amelyek utánozzák a 25 éven át tartó tényleges földalatti körülményeket, beleértve a földből származó mindenféle nyomást, a hőmérséklet-változásokat, valamint az állandó nedvességnek való kitettséget.

A szakadék áthidalása: Miért becsüli alá az ASTM D6758 szabvány a valós bányarács-károsodást?

Az ASTM D6758 szabvány alapvető irányelveket kínál a geoműanyagok vizsgálatához, bár valós bányászati körülmények között, ahol több tényező kölcsönhatásba lép, nem elég hatékony. A laboratóriumi vizsgálatok nem veszik figyelembe a fagyási és olvadási ciklusok okozta hőmérsékletváltozásokat, nem veszik figyelembe, hogyan reagálnak az anyagok a szűrletekben található savas anyagokra (pH körülbelül 2-4 tartományban), és teljesen figyelmen kívül hagyják a robbantási rezgések okozta kopást. A valós terepi adatok azt mutatják, hogy a degradáció körülbelül 40%-kal gyorsabb, mint amit ezek a laboratóriumi vizsgálatok előre jeleznek. Hosszú távú telepítések esetén további vizsgálatokra van szükség a tényleges helyszíneken. Ennek magában kell foglalnia az ismétlődő víznyomás-hatások, a biológiai növekedés hatásainak és az anyagok kombinált terhelés alatti öregedésének vizsgálatát, ahelyett, hogy kizárólag a standard laboratóriumi eredményekre hagyatkoznánk.

GYIK szekció

Milyen előnyei vannak a polimer alapú bányarácsoknak?

A polimer alapú bányarácsok kiemelkedő mechanikai ellenálló képességet, kémiai tartósságot és hosszú távú szerkezeti integritást kínálnak. Szélsőséges fagyás-olvadási ciklusok, magas talajvíznyomás és savas körülmények között is megőrzik szilárdságukat, így ideálisak a kihívást jelentő bányászati környezetekhez.

Hogyan viszonyulnak a polimer anyagok a fém opciókhoz?

A polimer anyagok széles pH-tartományban is megőrzik szakítószilárdságukat és szerkezeti integritásukat, így felülmúlják a fém alternatívákat. A fémek hajlamosak lebomlani, ha a pH-érték túl alacsony vagy magas, míg a polimerek nem reagálnak olyan erősen az ioncsere-folyamatokra.

Mi történik, ha a bányarácsokat kénsavba merítik?

A prémium polimer bányarácsok lenyűgöző tartósságot mutatnak, ha hosszabb ideig kénsavban merítik őket, és ilyen körülmények között 5000 óra elteltével is megőrzik kezdeti szakítószilárdságuk több mint 85%-át.

Miért fontos a valós körülmények között történő tesztelés a bányahálózatok esetében?

A valós körülmények között végzett tesztelés kulcsfontosságú, mivel a laboratóriumi szabványok, mint például az ASTM D6758, gyakran alábecsülik az olyan degradációs tényezőket, mint a hőmérséklet-változások, a savas reakciók és a mechanikai kopás. A terepi tesztek pontosabb adatokat szolgáltatnak a hosszú távú bányarács-telepítésekhez.