Надшахтные устройства наклонных стволов при скиповом подъеме

Скиповые подъемные установки наклонных стволов применяются в качестве основных (грузовых) и предназначаются для подъема угля по главным наклонным стволам.

Надшахтные устройства при скиповом подъеме различаются по оборудованию приемно-погрузочных пунктов и в зависимости от конструкции и способа разгрузки скипов могут быть разделены на три основных типа (табл. 13).

Надшахтные устройства, приведенные в табл. 13, предназначаются, как правило, для выполнения грузовых операций и очень редко для вспомогательных: спуска леса, мелкого оборудования, инструмента.

Ввиду ограниченной грузоподъемности опрокидных скипов до 2 т, а также неуравновешенности их мертвых весов в начале и конце подъема надшахтные устройства I типа применяют для шахт производственной мощностью до 300 тыс. т угля в год.

Подъемы в скипах с задней откидной стенкой и с открывающимися днищами имеют более высокую степень уравновешенности, более простую кинематическую характеристику разгрузки и более высокую производительность. Поэтому надшахтные устройства II и III типов используют для шахт производственной мощностью более 300 тыс. т угля в год.

Разгрузка скипов на поверхности осуществляется автоматически посредством разгрузочных кривых в приемные бункера. расположенные между копром и устьем наклонного ствола. Схемы и конструкции разгрузочных кривых разнообразны и зависят от типа скипов (см. том 8, раздел первый).

Приемные устройства для разгрузки скипов

Устройства для разгрузки опрокидных скипов приведены на рис. 47. Над приемным бункером 1 установлены разгрузочные кривые из двух направляющих уголков 2, колея которых шире, чем у основного пути 3, переходящего над бункером в горизонтальное положение. Задние колеса скипа, дойдя до разгрузочных кривых, продолжают движение вверх по кривым 2, а передние движутся по горизонтали 3; при этом корпус скипа опрокидывается и разгружается. После разгрузки под действием собственного веса скип выходит из кривых и опускается в наклонный ствол.

Угол наклона, придаваемый корпусу скипа при разгрузке, зависит от влажности, физико-механических свойств и угла естественного откоса угля и должен обеспечивать полную разгрузку скипа. Минимальный угол разгрузки для рядового угля 45°, для породы 50°.

Устройства для разгрузки скипов с откидной задней стенкой при углах наклона стволов 20—40° показаны на рис. 48. Над приемным бункером 1 устанавливают разгрузочные кривые 2.

Задняя стенка скипа, выполненная в виде секторного затвора, открывается и закрывается автоматически во время движения скипа в разгрузочных кривых. Секторный затвор скипа 3 с роликами 4 удерживается в закрытом состоянии под действием собственного веса. Ободья передних колес 5 шире, чем у задних колес в. Передние колеса и ролики 4 затвора катятся по участку разгрузочных кривых с уширенной колеей 7, а задние по изогнутой 8. Ролики затвора, набегая на верхнюю направляющую 2, открывают заднюю стенку скипа. При опускании скипа, после разгрузки, ролики затвора сходят с кривых, и под действием собственного веса затвор закрывается.

При углах наклона стволов более 40—45° разгрузка скипов производится без наклона кузова; разгрузочные кривые служат только для открывания затвора (рис. 49). Во время движения скипа 1 над бункером ролики затвора 2 наберают на направляющие кривые 3, затвор открывается и скип разгружается в приемный бункер 4.

При углах наклона ствола более 60° для разгрузки скипа с откидной задней стенкой (нормальной конструкции) требуется значительная наклонная высота подъема скипа над приемным бункером. Это вызывается тем, что траектория высыпающегося угля из скипа относительно наклонной плоскости рельсового пути представляет пологую параболу с большим разбросом угля по продольной оси бункера вследствие постепенного открывания затвора в кривых.

С целью уменьшения размеров приемного бункера и высоты копра, для стволов с большим углом наклона предложен скип специальной конструкции с направляющим желобом 1 (рис. 50). Установка этого желоба на удлиненной раме 2 скипа за откидным секторным затвором 3 устраняет разброс угля и создает более сосредоточенную загрузку бункера.

Надшахтные устройства наклонных стволов при скиповом подъеме

Устройства для разгрузки скипов и вагонеток с открывающимся днищем изображены на рис. 51. Скипы и вагонетки с открывающимися днищами применяют в стволах с углом наклона менее 25°. Дно скипа или вагонетки состоит из нескольких (обычно 3—4) штампованных откидывающихся вниз люков 1, вращающихся на осях 2. В закрытом состоянии свободный конец каждого люка опирается на изогнутый конец предыдущего люка. Свободный конец первого люка снабжен пальцем 3, который при закрывании входит во впадину крюка 4 поперечного рычага 5, укрепленного на оси торцовой стенки кузова скипа. При подъеме рычага 5 палец освобождается от опоры и первый люк открывается; за ним, лишившись опоры, открывается второй, затем третий и скип разгружается. Для автоматического подъема рычага 5 сбоку рельсового пути устанавливают отжимающую кривую 6, размеры которой определяются с учетом необходимого переподъема скипа (не менее 2,5 м). Люки скипа закрываются автоматически при помощи продольного порога 7, установленного между рельсами пути с превышением над головками рельсов в 40—50 мм. При движении скипа вниз люки, скользя по плоскости порога, поочередно закрываются в последовательности, обратной открыванию.

В процессе разгрузки подъемных сосудов с открывающимися днищами происходит изнашивание поверхностей последних. Этот износ при неподвижно установленном пороге примерно в два раза больше, чем при установке опускающегося порога. Однако опускающиеся пороги применяют реже, так как наличие механизма для подъема и опускания усложняет обслуживание установки и автоматизацию разгрузки сосудов.

Для обеспечения полной автоматизации работы приемных устройств отжимающую кривую 6 и порог 7 располагают так, как указано на рис. 51 — порог для закрывания люков скипа или вагонетки устанавливают в начале приемного бункера, а отжимающую кривую несколько выше середины, причем участок кривой, параллельный рельсовому пути, выполняют на всю наклонную высоту переподъема. Рычаг на скипе для открывания днища должен находиться на передней лобовой стенке — со стороны подъемного каната.

Схема приемных устройств при одновременном подъеме нескольких скипов или вагонеток не меняется, при этом предусматривается место для размещения подъемных сосудов за пределами приемного бункера.

Из приведенных схем приемных устройств для разгрузки скипов наиболее простой и надежной в эксплуатации является схема, применяемая при скипах с открывающимися днищами.

Устройства для замены скипов в надшахтном здании

Для замены скипа (рис. 52) наклонный ствол на нулевой площадке перекрывают накидными рельсами Один конец рельсов закреплен в шарнирах, другой выгнут по кривой и имеет скосы для плавного перехода колес скипа с наклонного пути на горизонтальный. Радиус кривой принимается в 8—10 раз больше жесткой базы скипа.

Величина наименьшего радиуса кривой Rmin определяется необходимостью вписывания габарита скипа в кривую и может быть определена по формуле

где 1 — расстояние от центра жесткой базы до передней кромки кузова или рамы скипа (полухорда);

Sб — жесткая база скипа (расстояние между осями колес);

а — клиренс скипа (расстояние от головки рельсов до низа рамы или кузова скипа).

Запасной скип 2 обычно располагают в надшахтном здании на одном из рельсовых путей 3 перед устьем ствола. Накидные рельсы поднимают при помощи тали 1 и в поднятом положении укрепляют на специальной подвеске, гарантирующей от произвольного опускания.

В устройстве для замены скипов, приведенном на рис. 53, накладные рельсы I смонтированы на металлической раме 4, состоящей из швеллеров и стальных листов. К свободным концам 2 рельсов шарнирно прикреплены отрезки прямолинейных рельсов 5, которые накладываются срезанными концами на рельсы наклонного пути 3 и образуют ломаный путь (в виде хорды) для замены скипа. Такое устройство для замены скипов представляет собой одновременно рельсовый мост и противопожарные ляды для перекрытия ствола. Ляды с рельсами поднимаются при помощи канатного тельфера 6 и удерживаются в поднятом положении цепной подвеской 7.

Определение основных параметров надшахтных устройств

Надшахтные устройства конструктивно и технологически связывают подъемную установку с технологическим комплексом на поверхности шахты. Схема компоновки и конструкция надшахтных устройств определяются углом наклона ствола, высотой расположения приемного бункера над устьем ствола, количеством марок выдаваемого угля и технологией его обработки на поверхности.

В зависимости от принятой схемы технологического комплекса (высотной, горизонтальной или смешанной) и параметров подъемной установки определяются основные размеры надшахтных устройств.

Расчетная схема для определения основных параметров надшахтных устройств приведена на рис. 54.

Полная высота копра по вертикали от устья ствола до оси копровых шкивов определяется по формуле

где H — высота до верхней кромки приемного бункера, м;

К — расстояние от кромки приемного бункера до начала разгрузочной кривой, м;

h1 — наклонная высота от начала разгрузочной кривой до оси вращения рамы скипа в положении разгрузки (принимается по проекту сосуда и разгрузочной кривой), мм;

h2 — наклонная высота от оси вращения рамы до оси последнего жимка прицепного устройства, м;

h3 — наклонная высота переподъема, для скиповых подъемов принимается не менее 2,5 м;

P — расстояние от головки рельсов до оси поворотной рамы скипа (принимается по проекту скипа), м;

R — радиус копрового шкива, м.

Высота до верхней кромки приемного бункера

где H0 — высота разгрузки угля из бункера, м;

h — высота приемного бункера, м.

Приемные бункера малой емкости (не менее 4 скипов) на один сорт угля обычно имеют высоту 3 м, а бункера с двумя ячейками на два сорта угля с учетом высоты на перекидную заслонку имеют высоту 6—7 м.

Величина К зависит от угла наклона ствола и способа разгрузки скипа и должна быть такой, чтобы обеспечить разгрузку скипа в центральную часть приемного бункера. При опрокидных скипах кромка бункера и начало кривой совпадают и величина К не учитывается. Для скипов с задней разгрузкой значение К можно принимать в зависимости от угла наклона ствола.

Горизонтальное расстояние от оси копровых шкивов до оси барабанов подъемной машины т принимается таким, чтобы равнодействующая натяжений канатов была близка к вертикали, проходящей через ось шкивов копра. При этих условиях упрощается конструкция копра. Однако такое расположение подъемной машины относительно копра не всегда приемлемо из-за больших углов девиации струны каната.

Минимальное расстояние (м) между осями шкивов копра и барабана подъемной машины по условиям взаимного размещения копра и машинного здания определяется по формуле

Практически т принимают в пределах 20—40 м и устанавливают в зависимости от длины струны каната Lсc, которая определяется приближенно как гипотенуза прямоугольного треугольника (см. рис. 54).

где с — превышение оси барабана над устьем ствола, м. Если ось барабана располагается ниже устья ствола, то перед с ставится знак плюс.

Длина струны каната также зависит от углов девиации, которые определяются из уравнений: внешний угол

где В — ширина барабана, м;

а — расстояние между навивочными поверхностями барабанов, зависит от типа подъемной машины и принимается: при расположении тормозных ободьев с внутренних сторон барабанов а = 600 мм, при внешнем расположении тормозных ободьев а = 100-160 мм-,

S — горизонтальное расстояние между осями подъемных канатов на шкивах, мм (табл. 14).

Углы девиации каната на цилиндрическом барабане и направляющем шкиве а1 и а2 не должны превышать 1°30'.

Минимально допустимая длина струны каната Lmin при максимальном угле отклонения каната аmах = 1° 30 определяется по формулам:

Во избежание вредных для подъемной установки колебаний струны каната длину ее следует принимать не более 50—55 м. При большей длине устанавливают поддерживающую мачту с направляющими для каната.

Угол наклона струны каната определяется по формуле

Угол наклона струны каната рекомендуется брать не менее 33° во избежание задевания нижнего каната за раму подъемной машины.

При выборе угла наклона струны нижнего каната для однобарабанных подъемных машин БМ-2000, БМ-2500 и БМ-3000 следует учитывать наличие «мертвой зоны», т. е. пространства, в котором находится задняя ось тормозного устройства. Размеры этой зоны определяются углами: для БМ-2000—36-56°, для БМ-2500—36-53°, для БМ-3000—38-55°.

Герметизация надшахтных зданий

Скиповые наклонные стволы часто являются вентиляционными (при всасывающем проветривании) и при них сооружаются вентиляторные установки. При всасывающем проветривании в надшахтном здании образуется вакуум. Поэтому для сохранения вентиляционного режима шахты надшахтное здание и связанные с ним сооружения должны быть герметическими и рассчитаны на действие дополнительных нагрузок от депрессии вентиляции (1 мм вод. ст. соответствует нагрузке в 1 кГ на 1 м2 ограждающих конструкций здания).

Конструкции окон, дверей, стен и покрытий выполняют усиленными. В воротах зданий для замены скипов устраивают небольшие двери для пропуска людей, а также люковые окна с задвижками для выравнивания давления воздуха по обе стороны дверей. Предотвращение короткого тока воздуха через разгрузочные отверстия приемных устройств осуществляется двумя способами герметизации (рис. 55).

Первый способ — герметизация шлюзовыми -затворами (рис. 55, а) — применяется чаще при выдаче угля нескольких марок. Его недостатками являются необходимость в дополнительной высоте здания (3—4 м) для установки герметического желоба и наличие оборудования для управления затворами.

Второй способ — герметизация постоянным слоем угля (рис. 55, 6) — применяется при выдаче угля одной или нескольких марок и при высокой депрессии. Этот способ отличается простотой, дает минимальные утечки воздуха и создает устойчивый режим вентиляции. Высота постоянного слоя угля зависит от крупности угля и депрессии и для средних условий составляет 1,5—3 м.

Схемы компоновки надшахтных устройств при скиповом подъеме

Схема надшахтных устройств при подъеме в опрокидных скипах показана на рис. 56 (ш. «Восточно-Гремячинская» Кизеловского бассейна). Надшахтное здание выполнено из железобетонного каркаса с кирпичным заполнением стен и составляет одно целое с копром. Угол наклона ствола 70°, подъем оборудован двумя опрокидными скипами емкостью по 1 т. Уголь или порода из скипа 1 разгружается в приемный бункер 2, откуда уголь по двухрукавному желобу 3 через питатель-грохот 4 (с подсевом мелочи) поступает на породоотборный ленточный конвейер 5 и далее на погрузочные бункера или угольный склад. На конвейере уголь взвешивается конвейерными весами 6. Порода через второй рукав желоба 3 поступает в породный бункер 7 и из него конвейером 8 транспортируется в отвал. Вспомогательные операции подъемной установкой не производятся.

Схема надшахтных устройств при подъеме в скипах с откидной задней стенкой (ш. им. Сталина Кизелозского бассейна) показана на рис. 57. Ствол оборудован двухскиповым подъемом. Скипы неунифицированные с откидной задней стенкой, емкостью по 9 г, угол наклона ствола 36°. Здание приемного бункера и сортировки 1 выполнено из железобетонного каркаса с кирпичным заполнением стен и конструктивно связано с безукосным копром 2. Над устьем ствола расположено кирпичное надшахтное здание 3, которое соединено со зданием приемного бункера металлическим наклонным мостом 4. Технологический комплекс имеет две параллельные секции для двух марок угля.

Скипы с углем разгружаются в приемный бункер 5 емкостью 35 т, из которого уголь через распределительный желоб качающимся питателем 6 подается на один из двух грохотов 7. Надрешетный уголь поступает на ленточные породоотборные конвейеры 8 и после обогащения направляется с подрешетным углем в железнодорожные погрузочные бункера или на угольный склад.

Схема надшахтных устройств при скипо-клетевом подъеме (ш. № 40 треста Коспашуголь) показана на рис. 58. Подъем по стволу скипо-клетевой — на одном канате подвешен скип емкостью 2 г для угля, на другом — клеть для спуска-подъема людей, материалов и оборудования. Угол наклона ствола 45—55°. Надшахтные сооружения состоят из металлоконструкций, образующих копро-бункер. Приближение погрузочного бункера 1 к стволу шахты позволяет использовать его в качестве опоры для наклонного моста 2. В верхней части моста размещена подшкивная площадка с копровыми шкивами. Устье ствола закреплено бетоном и имеет ступенчатую площадку 3 с перилами для посадки людей в клеть. Над устьем ствола имеется здание 4 для смены подъемных сосудов.

Уголь или порода из скипа разгружаются в воронку 5, а из нее уголь поступает в приемный бункер 6, из которого качающимся питателем подается на ленточный породоотборный конвейер 7 и им перемещается в погрузочный бункер 1. Порода по желобу 8 поступает в вагонетки и транспортируется в отвал.

Схемы типовых надшахтных устройств для шахт Донбасса производственной мощностью 300—400 тыс. т угля в год, разработанные институтом Сталингипрошахт, различаются в зависимости от углов падения пластов (пологого, наклонного, крутого), методов обогащения (породоотборки, дробления, отправки потребителю угля в рядовом или в рассортированном виде) и расположения железнодорожных путей относительно продольных осей стволов.

Проект поверхности шахты состоит из 27 типовых технологических узлов, из которых можно составить 16 вариантов различных технологических и компоновочных схем. Основными являются схемы: I-ПС, II-ПС, II-ПР и III-ПС (I, II, III обозначают номер схемы, П — поверхность, С — сортовые угли, P — рядовые угли). В зависимости от расположения железнодорожных путей по отношению к осям стволов и расположения погрузочных бункеров каждая основная схема имеет четыре варианта компоновки (табл. 15).

Схема надшахтных устройств типов П-ПС и П-ПР показана на рис. 59. Уголь и порода выдаются из шахты в одиночных или спаренных скипах с донной разгрузкой, емкостью по 6 т. Спаренные скипы применяют в наклонных стволах протяженностью более 425 м. Угол наклона стволов 15—25°. Скипы разгружают на приемной площадке наклонного моста при помощи разгрузочных устройств, состоящих из отжимающих кривых для открывания днищ сосудов и продольных порогов для закрывания днищ. Отжимающие кривые установлены сбоку рельсовых путей в начале каждого приемного бункера, а продольные пороги — в конце второго бункера между рельсовыми путями. Управление разгрузочными устройствами осуществляется вручную или механическим способом дистанционно с пункта оператора в околоствольном дворе Угол наклона металлического моста в нижней части 20°, в верхней 7°, На перегибе моста и в устье ствола установлены отклоняющие шкивы и рельсовые пути с минимальным радиусом закругления R = 24 м. Надшахтное здание над устьем ствола оборудовано монорельсом с тельфером грузоподъемностью 3 г для смены скипов.

В технологическом комплексе типа П-ПС сортировка угля на товарные классы осуществляется на погрузочных бункерах. Для схемы П-ПР сортировка не предусмотрена.

Схема надшахтных устройств типа Ш-ПС показана на рис. 60. Уголь и порода выдаются из шахты двухконцевой подъемной установкой в скипах с откидной задней стенкой, емкостью 6 т. Угол наклона ствола 25—45°, приемного моста 30°. При углах наклона стволов больших или меньших 30° в устье ствола устраивают перегиб рельсовых путей с соответствующими радиусами закруглений, обеспечивающими плавность движения скипов. Для направления канатов в месте перегиба при стволе с углом наклона более 30° устанавливают отклоняющие шкивы. Скипы разгружаются при помощи разгрузочных кривых в приемную воронку, которая имеет два рукава и перекидную заслонку. Переключением заслонки уголь направляется в бункер емкостью 30 т, порода — в бункер емкостью 40 т. Из бункера уголь подается качающимся питателем на гирационный грохот. Выделенный на грохоте класс +25 мм поступает на породоотборный ленточный конвейер, затем после породоотборки на колосниковый грохот со щелями шириной 100 мм. Полученный на колосниковом грохоте класс +100 мм поступает в дробилку, где измельчается до 100 мм и после дробления объединяется с классом — 100 мм на сборном конвейере и транспортируется в погрузочные бункера. Перед распределением угля по ячейкам бункеров осуществляется рассортировка его на классы 0—6; 6—13; 13—25; 25—50 и 50—1000 мм. Порода из приемного бункера пластинчатым питателем доставляется в бункер породного отвала. При отправке угля потребителю в рядовом виде вместо погрузочных бункеров с сортировкой сооружают типовые бункера без сортировки.