Спосіб зниження зношування різальної головки машини для проходки тунелів

1. Спосіб буріння твердої породи прохідницьким комбайном для горизонтальних виробок, що C2 2 (19) 1 3 ють гідрофільні і гідрофобні компоненти. Хоча можуть бути використані будь-які прийнятні поверхнево-активні речовини, але було знайдено, що для цілей винаходу найкращими поверхневоактивними речовинами є речовини аніонного і неіонного типів, і вони є переважними поверхневоактивними речовинами. Якщо використовувати поверхнево-активну речовину аніонного типу, то переважною є - поверхнево-активна речовина, яка вміщують сульфат, більш переважно спиртовий сульфат і найбільш переважно - лауриловий сульфат. Відомо багато прийнятних матеріалів, прикладом особливо переважного матеріалу є моноізопропаноламін лаурил сульфат (комерційно доступний на ринку, наприклад, під торговою маркою "Sulfetal" Cjot 60). Хоча експлуатаційні якості аніоногенних поверхнево-активних речовин є дуже добрими, іноді, коли умови захисту навколишнього середовища є важливими, їх використання є небажаним. З точки зору захисту навколишнього середовища є переважним, щоб піна була короткотривалою, що означає, що піна залишається тільки на час між її утворенням і видаленням спіненої рідини з поверхні різання. Піна з аніоногенних поверхневоактивних речовин може бути такою стабільною і довготривалою, що інколи її можна знайти у річках далеко від місця, де ведуться роботи з її застосуванням. За цих обставин неіоногенні поверхневоактивні речовини є переважними; їх використання є не менш якісним, але вони більш швидко біодеградують і будь-яка генерована піна залишається протягом відносно короткого проміжку часу. Крім того, компоненти розпаду неіоногенних поверхнево-активних речовин є менш шкідливими, ніж компоненти розпаду аніоногенних поверхневоактивних речовин, і тому вони представляють меншу токсикологічну загрозу для рослин і тварин. Прикладами ефективних неіоногенних поверхнево-активних речовин, прийнятних для використання за винаходом, є алканоламіди, аміноксиди, етоксильовані спирти, етоксильовані алкілфеноли, етоксильовані естери, глюкозні і цукорозні естери і їх похідні. Особливо ефективними є глюкозні і цукорозні естери і їх похідні, зокрема алкіл поліглікосиди. Прикладами типових, комерційно доступних на ринку є речовини під торговими марками "Lutensol" GD70 (раніш відомий як BASF) і "Glucopon" (раніш відомий як Cognis). Мастильна речовина може бути вибрана з одного з двох різних матеріалів, які обидва є комерційно доступними на ринку. Це поліетиленоксидом (ПЕО) високої молекулярної маси, мають на увазі ПЕО з середньою молекулярною масою принаймні 1 000 000. Переважно молекулярна маса складає від 2 000 000 - 8 000 000. Такі матеріали переважно використовували при проходці тунелів за допомогою машин для проходки тунелів (МПТ), але ніколи їх не використовували при бурінні твердих гірничих порід. Типовими комерційно доступними на ринку матеріалами є POLYOX (зареєстрована торгова марка) WSR-301. Може бути використана суміш різних ПЕО, хоча у діючому полімері ПЕО має розкид молекулярної маси і тому вже по суті є сумішшю різних матеріалів. 83193 4 Альтернативною мастильною речовиною є бентоніт. Цей глинистий матеріал вже добре відомий, як компонент бурових розчинів і він також використовувався для деяких МПТ. Але його використання у поєднанні з спінюючими речовинами, описаними вище, для досягнення кінцевої мети є новим. Деякі комерційно доступні бентоніти є прийнятними для використання у винаході, типовим прикладом є бентоніт під торговою маркою "Tixoton". Композиції для використання виготовляють додаванням прийнятної кількості води. Хоча використання сухих композицій є теоретично можливим і не виключається винаходом, воно є не практичним. Однією з причин цього є додаткова операція по виготовленню рідинної композиції на робочому місці, що ускладнює технологію, особливо при використанні ПЕО високої молекулярної маси, яка, хоча і є розчинною у воді, але може бути складною для розчинення. Інші комерційно доступні домішки (які будуть описані нижче) часто застосовують тільки у формі розчину або суспензії. Є два способи подолання цих труднощів. Поперше, це поставляння композицій як наборів індивідуальних інгредієнтів на водній основі, які можуть бути дозовані у відповідних окремих пропорціях до відносно великої кількості води для спінення. Таким чином, ПЕО і / або бентоніт, спінююча речовина і деякі окремі інгредієнти (які будуть описані нижче) заготовляють у окремих водних формах. Потрібні для цього ємності і обладнання для дозування добре відоме інемає потреби у подальшому описі його. Цей метод має перевагу в тому, що є багатобічним - кількість інгредієнтів може мінятися в залежності від місцевих умов, що виникли, і будь-які окремі компоненти можуть бути включені або виключені в залежності від обставин. Навіть можливо включити обидва типи мастильних речовин (ПЕО і бентоніт) і перетворювати одну у іншу. Недоліком є те, що потрібне додаткове обладнання, що підвищує вартість робот і додає проблем при експлуатації. Більш бажаним способом для більшості випадків використання є забезпечення концентрату, водного розчину або суспензії з прийнятною пропорцією необхідних інгредієнтів, який можна швидко і легко застосувати. Такий концентрат дуже легко розводити, а піну від розведеного концентрату отримати на місці. Немає необхідності у різних дозуваннях як у попередньому випадку, і це дає переваги, так як спрощує застосування і зменшує вартість робіт. Кількість інгредієнтів, які визначатимуться у наступних параграфах, відноситься до водної композиції, яка має сухі інгредієнти плюс достатню кількість води або представляють індивідуальні інгредієнти у водній формі для індивідуального дозування як було описано вище, або для приготування водного концентрату, як це було описано вище. Композиції виготовляють додаванням до 100% води. Це не включає кінцевого розбавлення і спінювання води (для яких кількості будуть наведені нижче). Коли в якості мастильної речовини використовують ПЕО, то кількості ПЕО складають 0,1-3,0%, 5 переважно 0,4-2,0% і більш переважно 0,5-1,0% маси концентрату. Еквівалентна кількість спінюючої речовини складає 2-40%, переважно 5-30% і більш переважно 5-20%. Коли в якості мастильної речовини використовують бентоніт, то кількості його складають 2-30%, переважно 2-25% і більш переважно 2-20%, а еквівалентна кількість спінюючої речовини складає 240%, переважно 4-20% і більш переважно 5-15%. Можливо додавати інші інгредієнти до композицій за винаходом. Двома такими особливо корисними інгредієнтами є зв'язуючі сполуки і підсилювачі піни. Вони є взагалі більш ефективними у композиціях, де мастильною речовиною є ПЕО, але їх можна використовувати також і з бентонітом. Крім того, у переважних випадках, вони більш часто є корисними з аніонними поверхневоактивними речовинами; і мають малу ефективність з неіонними речовинами. Це особливо стосується зв'язуючої сполуки. Зв'язуючу сполуку додають для зняття проблеми, пов'язаної з використанням жорсткої води при приготуванні кінцевого спіненого розчину жорстка вода може спричиняти осадження спінюючої речовини, що робить композицію некорисною. Якщо жорстка вода відсутня, то зрозуміло, що зв'язуючої сполуки не потрібно, але додавання такої речовини забезпечує композицію, яка може бути використана при будь-якій воді і тому готова для використання у будь-яких обставинах. Можуть бути використані будь-які прийнятні зв'язуючі сполуки у кількості на рівні до 5%, переважно 01-5%, більш переважно від 0,5-2% і найбільш переважно від 1-1,5%. Прикладом зв'язуючої сполуки, яка є прийнятною для використання за винаходом є сполука з торговою маркою "Cublen" K2523. Підсилювачем піни також може бути будь-який прийнятний матеріал. Кількість його при використанні досягає 10%, переважно 0,1-10%, більш переважно 0,1-1%. Прикладом підсилювача піни, який є прийнятним для використання за винаходом^ речовина з торговою маркою "Aromox" MDCW. Винахід також стосується піноутворюючого рідинного концентрату для зниження зношування, який спроможний до піноутворення і який складається принаймні з однієї мастильної речовини, яка вибрана з поліетиленоксиду високої молекулярної маси та бентоніту, і з принаймні однієї спінюючої речовини, яка дає підвищення кількості короткотривалої піни, факультативно, також вміщує принаймні одну зв'язуючу сполуку і принаймні один підсилювач піни, у відносних кількостях: (а) у випадку, коли в якості мастильної речовини є поліетиленоксид: 0,1-3% поліетиленоксиду; 2-40% спінюючої речовини; до 5% зв'язуючої сполуки і до 1% підсилювача піни; (б) у випадку, коли в якості мастильної речовини є бентоніт: 2-30% бентоніту; 2-40% спінюючої речовини; маси концентрату, а рештою є вода. При використанні концентрату його додають до прийнятної кількості води і спінюють перед подачею помпою до ріжучої головки, яка обертається, і направленням у проміжок між ріжучою голо 83193 6 вкою в гірничою породою. У випадку індивідуальної системи дозування інгредієнтів потрібні кількості водних інгредієнтів дозують до прийнятної кількості води і спінюють. Звичайно, попередньо описані концентрат / індивідуальні інгредієнти розбавляють водою до отримання водної композиції, яка має 1 -20%, переважно 1 10%, більш переважно 1-8% і найбільш переважно 1-6% концентрату / індивідуальних інгредієнтів. Цю розведену композицію спінюють будь-яким відомим засобом до досягнення об'єму, який більше об'єму не спіненого матеріалу у 5-40, переважно 5 - 20, більш переважно 8-20 разів. Фактичне розбавлення концентрату / індивідуальних інгредієнтів і кількість до якої вони спінюються буде значно варіювати в залежності від окремих обставин. Такі фактори як діаметр ріжучої головки, кількість і розташування інжекційних сопел і властивості гірничої породи будуть мати першочергове значення. Суттєвою вимогою є залишення шару піни у контакті з поверхнею гірничої породи по всій площі ріжучої головки. Досягнення цієї вимоги відбувається звичайним експериментальним шляхом і фахівець-оператор може легко це виконати. Звичайні витрати концентрату описаного вище типу складають 0,5-10,0, переважно 0,56,0, більш переважно 1-4кг концентрату / м3 розробленої гірничої породи. Якщо додають індивідуальні водні інгредієнти, то еквівалентна кількість їх може бути легко розрахована. Слід зауважити, що ці данні наведені тільки як загальні орієнтири, а певні умови можуть вимагати менших або більших кількостей індивідуальних інгредієнтів або концентрату. Важливим результатом винаходу є те, що при використанні водної рідинної композиції, описаної вище, значно знижується зношування ріжучих елементів при розробці твердої гірничої породи, що призводить до збільшення строку слугування ріжучих головок і зменшення частоти їх замін, а тому і до кращої і більш економічної проходки тунелів. Ніяким чином не обмежуючи винаходу, вважається, що отриманий на поверхні буріння машиною для проходки тунелів мілкозернистий матеріал зв'язується водною рідинною композицією і діє як мастильна речовина. Далі винахід ілюструється наступними прикладами, які не обмежують винаходу. Композиція А (використання аніонної поверхнево-активної речовини) Використовують наступні інгредієнти (% по масі): поліетиленоксид (ПЕО) типу "Polyox" WSR 301, з середньозваженою молекулярною масою 4 000 000 0,83% поверхнево-активна речовина типу "Sulfetal" Cjot 60 9,0% зв'язуюча сполука (ЗС) типу "Cublen " К2523 0,3% підсилювач піни (ПП) типу "Aromox MCD-W 0,15% вода до 100% Композиції В і С (використання неіонної поверхнево-активної речовини) 7 83193 Композиції є наступними: ____________________В_____________С "Lutensol" GD 70 10,0% 10,0% ПЕО типу "Polyox" 0,9% WSR 301 бентоніт 4,2% бікарбонат натрію 0,4% вода до 100% до 100% Випробування Випробування для встановлення ефективності використання композицій за винаходом до використання на МПТ, тобто визначення збереження часу і грошей, потребує наступного обладнання: - кухоль з ПВХ на 1 літр з широкою горловиною, - дослідний зразок, - порошок карбіду кремнію (0,841-1,19мм). Дослідний зразок має три колеса з сталі марки ST 50, діаметром 50мм і товщиною 14мм кожний з осьовим отвором діаметром 10мм; три колеса зафіксовані на болту Μ10 будь-яким прийнятним засобом (наприклад, гайками та шайбами) так, що між суміжними колесами є проміжок приблизно у 14мм. Комп’ютерна верстка В. Клюкін 8 Процедура є наступною: 400г карбіду кремнію перемішують з відповідними кількостями води і композицію наливають у кухоль. Потім у кухоль вміщують дослідний зразок, в якому точно відома вага трьох окремих коліс (з точністю до 0,001г), кухоль герметизують, розміщують на диску млина і обертають протягом 3 годин з швидкістю 125об/хвил. Потім колеса зважують і фіксують втрату ваги (тобто зношення). Композиції А, В і С випробували таким способом. У кожному випадку композиції розбавляли водою (5% композиції у воді) і 30г і 60г зразків спінювали до досягнення збільшення об'єму у 10 разів. Для контролю додавали 60г води до 400г зразка карбіду кремнію і досліджували. Рівень зношування дослідних зразків був наступним: SiC + вода 204мг SiC + 30г А 190мг SiC+ 60г А 157мг SiC+ 30г В 129мг SiC+ 60г В 115мг SiC+ 30г С 123мг SiC + 60г С 90мг Як можна бачити рівень зносу зменшився у деяких випадках дуже суттєво. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601