Расчет проходческого подъема
ПРОХОДЧЕСКИЙ ПОДЪЕМ
Проходческий подъем предназначен для выдачи из забоя породы, спуска и подъема людей, спуска материалов, оборудования и инструментов, для удаления воды, поступающей в забой.
В комплекс оборудования проходческого подъема входят подъемная машина 1 с канатом 2 (рис. 10), копер 3 со шкивами 4 и разгрузочным устройством 5, направляющие канаты 6, направляющая рама 7, прицепное устройство 8, бадьи 9, подвесной полок 10.
Рис. 10. Схема оснащения проходческого подъема
Проходческий подъем в отличие от стационарного подъема при эксплуатации шахт работает в более сложных условиях. Эта сложность обусловливается многообразием функций и постоянно меняющейся глубиной подъема, а также изменением режима работы подъемной машины в течение одного цикла подъема. Кроме того, проходческий подъем отличается от стационарного типом подъемных сосудов (бадьи) и необходимостью их перецепки в забое.
Бадьи движутся по стволу по канатным направляющим, а в призабойной зоне - без направляющих. Скорость их движения на различных участках по глубине ствола меняется, т.е. бадьи перемещаются по стволу по сложной тахограмме.
Рис. 6.15. Тахограмма одноконцевого подъема при совмещенной схеме проходки
При строительстве стволов применяют одно- и двух-концевой подъемы с временными и постоянными копрами и подъемными машинами.
Одноконцевой подъемоснащают однобарабанной подъемной машиной с одним канатом, в движении по стволу находится одна бадья. Загруженную бадью поднимают на поверхность, в копре ее разгружают и затем спускают в забой.
При этом могут быть два варианта - с перецепкой бадьи в забое или без перецепки.
В первом варианте одна бадья находится в забое под погрузкой, а вторую загруженную поднимают для разгрузки. Затем порожнюю бадью спускают в забой, прицепное устройство отсоединяют и перецепляют к загруженной бадье, далее цикл повторяют. При этом варианте погрузку породы совмещают с работой подъема.
Во втором варианте без перецепки бадей в работе находится одна бадья при одноконцевом подъеме, и во время движения ее по стволу, и во время разгрузки погрузочная машина простаивает.
При двухконцевом подъемеприменяют двухбарабанную подъемную машину с двумя канатами. В этом случае в работе находятся три бадьи - одну груженую поднимают, вторую порожнюю спускают, а третью в забое загружают. По прибытии порожней бадьи в забой осуществляют перецепку и цикл повторяют.
При сравнении этих двух схем установили, что производительность двухконцевого подъема при прочих равных условиях (вместимость бадьи, скорость подъема, глубина ствола) больше одноконцевого. Соотношение производительностей зависит от глубины ствола и скорости подъема. С увеличением глубины ствола производительность одноконцевого подъема снижается быстрее, чем двухконцевого; при одинаковой вместимости бадьи и скорости подъема мощность электродвигателя одноконцевого подъема на 30-35% больше мощности двухконцевого, что объясняется неуравновешенностью системы одноконцевого подъема. Однако одно-концевой подъем обладает большей гибкостью и маневренностью при загрузке бадьи в забое.
В стволах большой глубины и значительной площади поперечного сечения, а также при использовании бадей большой вместимости целесообразно вместо двухконцевого подъема применять два одноконцевых, при подъеме без перецепки бадей производительность погрузки снижается по сравнению с подъемом с перецепкой, однако подъем без перецепки создает условия для большей безопасности работ. Повышение производительности подъема без перецепки бадей можетбыть достигнуто путем увеличения вместимости бадьи.
Таким образом, одноконцевой подъем с перецепкой бадей целесообразно применять при такой глубине ствола, когда время погрузки породы будет больше продолжительности полного цикла подъема бадьи, т.е. когда погрузочная машина не будет простаивать в ожидании приближения порожней бадьи.
Двухконцевой подъем целесообразно применять при строительстве стволов большой глубины и значительной площади поперечного сечения при использовании постоянной подъемной машины. В этих условиях целесообразно также применять два одноконцевых подъема с бадьями большой вместимости.
В практике строительства стволов используют различные варианты подъемов: один одноконцевой с перецепкой бадей; два одноконцевых с перецепкой и без перецепки бадей; один двухконцевой с перецепкой бадей; один двухконцевой и один одноконцевой с перецепкой бадей. Последний вариант обладает достоинством: при погрузке породы в первой фазе двухконцевой подъем работает на выдаче породы, а одноконцевой обслуживает другие работы по проходке ствола (крепление, водоотлив и др.).
Расчет проходческого подъема
Производительность подъема должна быть больше или равна производительности погрузки породы в первой фазе на конечной глубине ствола.
Производительность подъема, м3/ч, определяется вместимостью бадьи и продолжительностью цикла подъема, т.е.
3600Убк3
где Vq - вместимость бадьи, м3; к? - коэффициент заполнения бадьи, равный 0,9; к - коэффициент неравномерности работы подъема, учитывающий время спуска и подъема лиц технического надзора, спуска временной крепи и т.п., к = 1,3^-1,5; Гц - продолжительность полного цикла подъема, учитывающая время движения бадьи в стволе, простои бадьи из-за маневров при погрузке и разгрузке породы и т.п. Продолжительность полного цикла подъема в зависимости от глубины ствола Н и максимальной скорости движения бадьи V (можно определить по формулам, приведенным в табл. 6.6.).
Эти формулы могут быть использованы, когда максимальная скорость подъема vmax ≥ 2,5 – З м/с, а глубина ствола > 150 м.
Таблица 6.6 | ||
Технологическая схема проходки ствола | Продолжительность полного цикла подъема Тт с | |
одноконцевого | двухконцевого | |
Совмещенная схема с одним полком в стволе | ||
Параллельная схема с двумя полками в стволе |
Движение бадьи без направляющих канатов допускается на участке не более 20 м; максимальная скорость движения без направляющих не должна превышать 2 м/с, при подъеме и спуске людей при движении по направляющим канатам - 8 м/с, при подъеме и спуске грузов -12 м/с. Подъем бадей из забоя можно осуществлять только после очистки днища от налипших кусков породы. Скорость движения бадьи при опускании на забой не должна превышать 0,3 м/с, а при проходе через проемы (раструбы) подвесного полка или натяжной рамы - 1 м/с, через нулевую раму - 2 м/с.
По рекомендации ВНИИОМШСа, рациональная скорость подъема при глубине ствола Н≤ 400 м v = 3,5–3,7 м/с, при Н = 400 – 600 м v = 4,2 – 4,5 м/с, при Н= 600-800 м,v = 4,8 – 5,5 м/с и при Н> 800 м, v = 5,8-6,5 м/с.
Оборудование подъема
К оборудованию горно-проходческого подъема относят подъемные машины, копры, бадьи, прицепные устройства, направляющую рамку, подъемные канаты, направляющие и подвесные канаты, сигнализацию, ляды с приводом для их открывания и закрывания.
Подъемные машины.При строительстве стволов применяют одно- и двухбарабанные подъемные машины с диаметром барабанов от 4 до 6 м типа ЦР и 2Ц, а при строительстве с использованием башенных копров - типа ЦШ.
В Донгипрошахтстрое разработали передвижные подъемные установки типа ППМ и МПП разных модификаций с различными техническими характеристиками. Передвижные установки (рис. 6.16) состоят из следующих блоков, собранных на заводе: металлической рамы, подъемной машины, электропривода, пусковой аппаратуры, агрегата торможения с магнитной станцией и пульта управления.
Применение передвижных подъемных установок позволяет снизить продолжительность строительства ствола за счет сокращения продолжительности монтажных работ по оборудованию подъема.
Рис. 6.16. Передвижная проходческая подъемная машина ППМ-2/1,5:
а - общий вид; б - план
Копры.При строительстве стволов используют временные проходческие и постоянные копры. Наибольшее распространение получили временные проходческие копры конструкции ВНИИОМШСа (рис. 6.17). Эти копры изготавливают из бесшовных стальных труб, соединенных между собой на фланцах и болтах. В верхней части копра размещается под шкивная площадка, на которой монтируют шкивы для подъемных и направляющих канатов, а также для навески оборудования в стволе. Над подшкивной площадкой смонтирована надстройка с тельфером для установки шкивов. Для подъемных канатов применяют шкивы диаметрами 1,6; 2; 2,5 и 3 м, а для подвески оборудования шкивы диаметрами 0,4; 0,6; 0,9 и 1,2 м. Внутри копра располагают лестницу, разгрузочный станок и нижнюю приемную площадку.
Бадью разгружают путем опрокидывания в станке, и порода по желобу поступает в автосамосвал и далее транспортируется в отвал. С нижней приемной площадки осуществляют спуск людей, материалов и оборудования, монтаж ставов труб.
Рис. 6.17. Проходческие копры конструкции ВНИИОМШСа:а - шатровый; б — укосный; 1 - надстройка; 2 - тельфер; 3 - подшкивная площадка; 4 -шкив; 5 - ноги копра; 6 - лестница; 7 - разгрузочный станок; 8 - желоб; 9 — нижняя приемная площадка; 10 - укосина |
Устье ствола перекрывают нулевой рамой, изготавливаемой из двутавровых балок № 24-40. Поверх балок настилают рифленое листовое железо с проемами для пропуска бадей, ставов труб и канатов. Бадьевые проемы перекрывают лядами с приводом для их открывания и закрывания.
Таблица 6.7
Копер | Наибольшая глубина ствола, м | Диаметр ствола в свету,м | Размеры подшкивной площадки в плане, м | Расстояние между опорами копра в плане, м | Высота до подшкивной площадки, м | Масса копра, т |
I | 5,5 х5,5 | 12 х 12 | 35,1 | |||
II | 6,5 | 7,0 х 7,0 | 14 х 14 | 20,5 | ||
III | 7 х 7,95 | 12x7 | 80,2 | |||
IV | 8,0 х 8,56 | 14x8 | 22,5 | |||
«Север-1» | 8,0 х 8,0 | 15 х 15 | ||||
«Север-2» | 9,0 х 9,0 | 16 х 16 |
Копры устанавливают на бетонных фундаментах с анкерами крепления. Снаружи копры обшивают асбоцементными или специальными (утепленными) стеновыми панелями, а иногда профилированными листами из легких сплавов.
Проходческие копры изготавливают шести типов (табл. 6.7). Копер подбирают в зависимости от глубины и размеров поперечного сечения ствола.
Копры типа I и II имеют шатровую конструкцию, а III и IV - прямоугольную с укосиной. Копры «Север-1» и «Север-2» предназначены для северных районов, имеют утепленную обшивку и отапливаются. Копер конструкции Донгипрооргшахтостроя (рис. 6.18) собирают из двух секций с шарнирными опорами на фундамент. Секции при монтаже поднимают тихоходными лебедками и соединяют в единую конструкцию. Копер оборудован двухъярусной подшкивной площадкой, разгрузочным станком, породными желобами и нулевой рамой.
Применение этого копра позволяет сократить продолжительность монтажных работ в три раза по сравнению с использованием обычных копров. Копры конструкции Донгипрооргшахтостроя предназначены как для проходки ствола, так и для второго периода строительства шахты (проведение подготовительных и нарезных горных выработок). Для этого на подъемные канаты через шкивы верхнего яруса навешивают клети, а шкивы на нижнем ярусе служат для подвески проходческого оборудования. Такой вариант переоснащения подъема дает возможность значительно сократить переходный период от строительства ствола к проведению горизонтальных и наклонных выработок.
Рис. 6.18. Копер конструкции Донгипрооргшахтостроя:
1 - подшкивная площадка; 2 - секции копра; 3 - желоба с затворами; 4 - разгрузочный станок; 5 - нулевая рама
Применение крупноблочных копров Донгипрооргшахтостроя позволяет сократить продолжи-тельность монтажных работ в 2-3 раза по сравнению с использова-нием копров конструкции ВНИИОМШСа.
Постоянные эксплуатационные башенные и металлические копры сукосиной применяют при строительстве стволов большой глубины и значительной производственной мощности шахт.
Башенные копры с многоканатными подъемными машинами имеют размеры в плане 18x18 или 24x24 м, высоту до 65 м на клетевых стволах и до 120 м на скиповых стволах. Продолжительность строительства таких копров составляет 1,5—2 года.
Использование башенных копров при строительстве стволов может быть осуществлено по двум вариантам:
а) до начала проходки ствола заканчивают строительство копра, монтаж многоканатной подъемной машины и осуществляют подъем с помощью этой машины;
б) проходят устье ствола, сооружают фундамент копра, возводят 3-4 этажа копра на высоту до 30 м, в копре устанавливают временную подшкивную площадку, временную разгрузочную площадку, на нулевой отметке у копра монтируют одну или две подъемные машины.
При последнем варианте одновременно с проходкой ствола заканчивают строительство копра и монтаж постоянной подъемной машины. Этот вариант используют чаще, он имеет преимущества по сравнению с первым вариантом, так как в этом случае обеспечивается наибольшее совмещение работ при проходке стволов и сокращается продолжительность строительства шахты.
При применении для строительства стволов постоянных металлических копров с укосиной необходимо переоборудование подшкивной площадки для установки дополнительных шкивов проходческого подъема, направляющих канатов, подвесного полка, ставов труб и т.д. Внутри копра монтируют разгрузочный станок с породными лотками, осуществляют усиление копра.
Проходческие бадьи.Подъем породы на поверхность, спуск и подъем людей, материалов и инструментов при строительстве стволов выполняют с помощью бадей.
Используют два типа бадей: самоопрокидные (БПС) и неса-моопрокидные (БПН). Самоопрокидные бадьи (БПС) (рис. 6.19,а) представляют собой сварной металлический цилиндр 1 с шарнирно присоединенной к нему дужкой 2. На верхней кромке корпуса бадьи имеются два упора (сухаря) 3, которые предназначены для предохранения рук рабочих во время перецепки бадьи. Для опрокидывания бадьи в разгрузочном станке и фиксирования ее в направляющей рамке на корпусе приварены цапфы 4. Дужка бадьи - кованая диаметром 50-60 мм с усиливающей ее перемычкой в верхней части.
Направляющие канаты.Для устранения раскачивания бадьи во время ее движения по стволу применяются направляющие канаты и направляющие рамки. Для каждой бадьи натягивается два направляющих каната, верхние концы которых закрепляются на барабанах специальных двух-или четырехбарабанных лебедок с электрическими приводами, устанавливаемых около копра.
Обогнув шкивы на подшкивной площадке копра, направляющие канаты опускаются в ствол и закрепляются нижним концом на натяжной раме, которая выдвижными пальцами закрепляется в постоянной крепи или в породе на расстоянии не более 20 м от забоя. По мере углубления ствола натяжная рама опускается ближе к забою.
Натяжение каждой пары направляющих канатов должно быть одинаковым и принимается примерно равным 1 т на 100 м глубины ствола. Подъемный и направляющие канаты должны проходить через верхнюю и нижнюю приемные площадки в плоскости соприкосновения створок ляд.
При стволах диаметром до 5 м обычно принимается одна подъемная установка, при больших диаметрах — две для выдачи породы и одна для спуска материалов. При двух подъемных установках для выдачи породы обычно одна бывает двухконцевой (двухбадьевой) и одна одно-концевой (однобадьевой). Подъемная установка для спуска материалов всегда бывает одноконцевой. Подъемные машины обычно применяются электрические с цилиндрическими барабанами.
Направляющая рамка(рис. 214) при движении бадьи скользит по направляющим канатам, направляя ее движение и предотвращая раскачивание. Для уменьшения износа направляющие канаты применяют закрытой конструкции, имеющие гладкую поверхность, а направляющая рамка в местах прохода канатов снабжается втулками.
Направляющая рамка бадьи БПС (рис. 6.19, б) включает в себя каркас 1 из стальных уголков, на который опирается предохранительный зонт 2. Стойки каркаса имеют пазы, в которые входят цапфы бадьи. По углам направляющая рамка обладает кольцевыми чугунными вкладышами, через которые проходят направляющие канаты. В верхней части рамки имеется ролик 3 для подъемного каната. Зонт служит для предохранения рабочих, находящихся в бадье, от случайно упавших в ствол предметов.
Натяжная рама-полок.При параллельном выполнении работ по проведению ствола и возведению постоянной крепи для предохранения проходчиков, работающих в забое, от падения сверху различных предметов в стволе должен находиться предохранительный полок. В этом случае на натяжной раме делают сплошной настил, перекрывающий весь ствол, и она получает название натяжной рамы-полка (рис. 213). Проемы для прохода бадей ограждаются раструбами высотой 1,2 м. Натяжная рама-полок (и натяжная рама) подвешивается в стволе на направляющих канатах.
Рис. 213. Натяжная рама-полок: 1 — раструбы для пропуска бадей 2 — направляющие канаты 3 — ляда для пропуска подвесного насоса 4 — раструб для вентиляционных труб 5 —то же, для труб сжатого воздуха 6 — выдвижные пальцы | Рис. 214. Направляющая рамка |
Бадьи БПС типизированы и имеют вместимость от 1 до 6,5 м3, их технические характеристики приведены в табл. 6.8.
Рис. 6.19. Бадья БПС:
а — конструкция бадьи; б - схема разгрузки бадьи
Таблица 6.8
Параметры | БПС-1 | БПС-1,5 | БПС-2 | БПС-2,5 | БПС-3 | БПС-4 | БПС-5 | БПС-5,5 | БПС-6,5 |
Вместимость, м3 | 1,5 | 2,5 | 5,5 | 6,5 | |||||
Диаметр конуса, мм | |||||||||
Высота конуса, мм | |||||||||
Масса, кг |
Расстояние между | |||||||||
канатами, мм | |||||||||
Высота, мм | |||||||||
Ширина, мм | |||||||||
Масса, кг |
Разгрузка бадьи в разгрузочном станке происходит следующим образом. При выходе из ствола груженую бадью с направляющей рамкой поднимают над верхней приемной площадкой, ляды на площадке закрывают и бадью опускают на кронштейны 4. При опускании бадьи (см. рис. 6.19, б) ее цапфы входят в эксцентрические гнезда кронштейнов, и, вращаясь на цапфах, она опрокидывается. Порода из бадьи разгружается в желоб и далее в самосвал. После разгрузки породы подъемный канат натягивается, бадья занимает вертикальное положение и вместе с рамкой приподнимается над лядами на 0,5 м. Затем ляды открывают и бадью спускают в ствол.
Открывание и закрывание ляд осуществляют автоматически с помощью электропривода, расположенного на верхней приемной площадке. При опускании бадьи через подвесной полок направляющая рамка задерживается на раструбе подвесного полка, и дальнейшее движение бадьи в забой происходит без направляющих канатов.
Для совершенствования конструкции проходческих бадей ЦНИИПод-земмаш и Ясиноватский машиностроительный завод разработали и серийно выпускают бадейные комплексы БПСМ и БПСЛ с бадьями вместимостью от 0,5 до 8 м3. Эти комплексы позволяют увеличить скорость прохождения бадей через раструбы полка, сократить время разгрузки бадей и продолжительность цикла подъема.
Несамоопрокидные бадьи (БПН) (рис. 6.20) по конструкции аналогичны бадьям БПС и отличаются отсутствием у них цапф. Эти бадьи имеют вместимость 0,75 и 1 м3. Направляющая рамка БПН (рис. 6.20, а) состоит из каркаса 1 и зонта 2. По углам каркаса вмонтированы чугунные вкладыши 3, через которые пропускают направляющие канаты, а в середине вкладыш 4 для пропуска подъемного каната.
При использовании БПН раструбы в подвесном полке должны иметь гладкую внутреннюю поверхность, на разгрузочной площадке ляды не снабжены кронштейнами. Разгрузку бадей 5 (рис. 6.20, б) осуществляют путем опрокидывания с помощью крюка и троса 6, зацепляемого за кольцо на днище бадьи. При опрокидывании бадьи направляющая рамка с зонтом 2 удерживается в верхнем положении стопорным устройством 7. После разгрузки бадью вместе с рамкой спускают в ствол по направляющим канатам.
БПН имеет меньшую скорость движения по стволу, поэтому необходимо больше времени для разгрузки, в результате чего снижается производительность подъема. Бадьи БПН применяют в стволах небольших глубины и площади поперечного сечения.
Рис. 6.20. Несамоопрокидная бадья:
a - направляющая рамка; б - схема разгрузки бадьи
Прицепные устройства.Предназначены для подвески бадей к подъемному канату. Требования к прицепным устройствам - исключить возможность самопроизвольного отцепления бадьи; обеспечить быструю и безопасную перецепку бадей в забое, а также прочность прицепного устройства, которая должна быть не меньше прочности подъемного каната.
В зависимости от типа подъемных канатов и статической концевой нагрузки применяют в основном два вида прицепных устройств - УПЗ и УПП.
Прицепное устройство УПП (рис. 6.21) предназначено для прядевых канатов с концевой нагрузкой от 28 до 78 кН и состоит из крюка 1 с хвостовиком и защелкой 2, вертлюга 3, траверсы 4, коуша 5, зажимов 7, амортизатора 8 и клина коуша 6. Предохранительная защелка на крюке исключает самопроизвольный выход дужки бадьи из зева крюка. Крепление каната осуществляют с помощью клина коуша 6 и двух пар зажимов 7. Между нижними и верхними зажимами оставляют контрольную петлю каната, по положению которой судят о надежности крепления каната в коуше. При обнаружении проскальзывания каната необходимо прицепное устройство заменить.
| ||||
Рис. 6.21. Прицепное устройство УПП | Рис. 6.22. Прицепное устройство УПЗ |
Прицепное устройство УПЗ (рис. 6.22) предназначают для закрытых канатов с концевой нагрузкой от 39 до 147 кН (в стволах большой глубины), оно состоит из крюка 1 с защелкой, вертлюга 2, траверсы 3, игольчатой муфты 4, трех конусных клиньев 5, обжимающих канат, и цапфовой втулки 6. Подъемный канат пропускают через цапфовую втулку 6 и запрессовывают конусными клиньями. Распущенный конец каната расклинивают в игольчатой муфте секторными клиньями и иглами.
Подъемные канаты.Они служат для подвески бадей, скипов, клетей. Для проходческого подъема в стволах глубиной до 700 м применяют ма-локрутящиеся круглопрядные канаты (ГОСТ 10828-75), в стволах большой глубины используют канаты закрытой конструкции (ГОСТ 10506-76). Диаметр подъемных канатов 25-43,5 мм, запас прочности как минимум семикратный.
Для направляющих канатов применяют многопрядные малокрутящиеся канаты (ГОСТ 16827-81).
Для подвески проходческого полка, опалубки, ставов труб, насосов, кабелей и другого оборудования используют шестипрядные и многопрядные канаты (ГОСТ 16827-81; 16828-81; 10596-76), для подвески спасательной лестницы - многопрядные закрытые канаты (ГОСТ 16828-81).