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 подъем осна­щают 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 подъеме применяют 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.

3600У_бк₃

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; Г_ц - 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 v_max ≥ 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).