УДК 622.254.2
А. Е. Гольберт, инженер
(Шахтоуправление «Куйбышевское»)
КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ОСНАЩЕНИЮ И
ПРОХОДКЕ ГЛУБОКИХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ
(Журнал «Уголь Украины» № 12, 1995г.; с изменениями)
Увеличение добычи угля отдельными крупными горными предприятиями благодаря комплексному использованию производственных мощностей на ограниченных площадях должно стать приоритетным направлением развития отрасли. Аналогичные тенденции наблюдаются в развитых горнодобывающих странах. Осуществление программы так называемой «концентрации», например, было начато в горной промышленности Германии еще в 70-х годах /1/. Комплексные подходы, интегрирующие возможности современной технологии и техники, должны, по нашему мнению, преобладать и в перспективном шахтном строительстве.
Выскажем ряд предложений, относящихся к сооружению глубоких вертикальных стволов шахт, предполагающих высокую степень интеграции передовых и новых технических решений на одном объекте. Очевидно, способ оснащения и проходки каждого ствола должен выбираться методом оптимизации в результате сравнения вариантов с технико-экономическим обоснованием. Однако сейчас главным направлением техники и способа оснащения стволов к проходке является использование комплексов перевозимых инвентарных блоков оборудования и организации крупноблочного монтажа на промплощадке /2,3/.
Имеется опыт проходки глубоких вертикальных стволов, оснащенных стационарными многоканатными подъемными машинами, в которых на период проходки модифицируется шкив трения для работы в качестве органа навивки с одним канатом. Они располагаются в башенных железобетонных копрах временно переоборудованных для проходческих целей. Преимущества и недостатки такого оснащения проходки ствола известны /2/. Проводимые ранее исследования технического состояния подъемных установок после сооружения ствола показали, что в отдельных узлах механической части наблюдался значительный физический износ. Но это обстоятельство не может служить достаточным основанием для прекращения подобной практики.
Комбайновый способ проходки вертикальных стволов (стволопроходческий комбайн СК-1) получил некоторое развитие. Преимущество его (по сравнению с буровзрывным) заключается прежде всего в повышении безопасности труда, производительности работ, а также качества и срока службы крепи. Однако выявлен ряд серьезных недостатков /4/. Строительство шахтной поверхности предполагает прокладку различных подземных коммуникаций. Известен некоторый опыт перекачки пульпы – продукта работы стволопроходческого комбайнового комплекса – трубопроводами (пульпопроводами). Такое перемещение горной массы в овраги и породные отвалы является приемлемым с экологической точки зрения и нуждается в более широком распространении. По нашему мнению, комбайновый способ проходки вертикальных стволов необходимо применять шире, где это возможно.
Рассмотрим оригинальное проектное решение, заключающееся в размещении проходческих поддерживающих лебедок непосредственно в башенном копре ствола. Конструкции таких лебедок следует модифицировать: с одной стороны, они должны быть компактными и отвечать требованиям Правил безопасности, а с другой – выполнять свои технологические функции. В соответствии с этим предлагается рассмотрению новое техническое решение: полифункциональная проходческая лебедка.
Сущность функциональной кинематической схемы такой лебедки (рис.1 здесь не приведён) заключается в использовании группового привода для нескольких конструктивно связанных барабанов с канатами. Причем особенностью, характеризующей новый, более высокий уровень группового привода, является использование управляемой муфты для каждого присоединения к трансмиссионному валу. Муфты в предложенной конструкции предназначены для плавного присоединения (отсоединения) одного (каждого) или нескольких барабанов с трансмиссионным валом. Применением специальной регулируемой муфты можно добиться плавного регулирования скорости барабанов и канатов полифункциональной лебедки в некотором диапазоне. В качестве регулируемой может быть применена, например, электромагнитная муфта, но может и специально спроектированная для этой цели гидравлическая система.
Действительно, предложенная конструкция решает задачи по компактному размещению органов навивки различных по назначению канатов в стесненном пространстве башенного копра. Это достигается за счет применения общих элементов: вала, редуктора, двигателя, маневрового тормоза, блока управления для нескольких органов навивки. Электродвигатель агрегата выбирается из условий, предусматривающих одновременную работу максимального количества барабанов с учетом технологии сооружения ствола. Механическая часть такой лебедки должна быть сконструирована исходя из такого же условия. Применение двухстороннего редуктора позволит без существенных изменений остальной кинематической схемы произвести резервирование электродвигателя, чем обеспечит достаточно высокие показатели надежности. Направляющие шкивы полифункциональной лебедки могут располагаться на подшкивной площадке башенного копра под ней.
Направляющие шкивы, в общем, и для проходки стволов, в частности, заслуживают особого рассмотрения. Для компактного размещения барабанных подъемных машин непосредственно в здании копра или вблизи, но за его пределами, предлагается следующее техническое решение, а именно, – поворотный шкив (см. рис.2). Особенностью конструкции этого устройства является возможность вращения собственно шкива вокруг неподвижной точки схода каната. Подъемный канат, огибающий такой шкив, пропускается в полую втулку (трубу), вокруг которой посредством радиально-упорных подшипников выполняется вращательное движение. Поворот осуществляется посредством давления каната на одну из реборд обода (желоба) шкива. Перспективным решением представляется устройство следящего привода, который бы реализовывал заданный угол поворота шкива в функции пути сосуда (перемещения каната). Предложенная конструкция не является конкретной и законченной. На этом принципе может быть сконструирован ряд вариантов, но все они должны учитывать условия эксплуатации, специфику действующих на шкив усилий и моментов сил. Необходимо проведение исследований на предмет определения максимально допустимых углов девиации для различных статических и динамических нагрузок на канат, минимально допустимых углов охвата шкива канатом. Представляется интересным исследовать систему «барабан – шкив» для барабанов с футеровками и без, имеющих различные глубины (диаметры) канавок (желобов) под канат. Для обеспечения безопасной и надежной работы такой системы целесообразно применение средств защиты и контроля положения каната в пространстве /5/.
Благодаря реализации перечисленных известных и новых технических решений, апробированных на практике, на сооружении одного ствола может быть получен интегрированный положительный результат. К его составляющим наряду с перечисленными относятся новые преимущества, полученные вследствие такой совокупности. В частности, сокращение площади промплощадки ствола, что немаловажно в городских условиях; минимально возможный при используемых в странах СНГ технологиях экологический ущерб близлежащим площадям, жилой и промышленной зонам населенных пунктов.
Заслуживают внимания, по нашему мнению, предложения по сочетанию различных функций одним устройством в период эксплуатации ствола. К ним относится применение подъема на вентиляционных фланговых стволах /6,7/. Проектировщикам и конструкторам предлагается рассмотреть возможность использования полых проводников подъемного сосуда в качестве трубопровода. Например, коробчатые проводники, представляющие собой трубы прямоугольного сечения, могут быть модифицированы. Для этого необходимы дополнительные технические решения: по герметичному бесфланцевому соединению отдельных труб-проводников; по компенсации температурных линейных расширений, по борьбе с гидравлическими ударами и др.
Литература
1.Механизация на угольных шахтах ФРГ. / Под ред.Н.К. Гринько. М. : Недра, 1979.
2.Миндели Э.О., Тюркян Р.А. Сооружение и углубка вертикальных стволов шахт – М.: Недра, 1982
3. Справочник механика-шахтостроителя / Под ред. Д.И. Малиованова.: – М. : Недра, 1986
4. Гузеев А.Г., Гудзь А.Г., Пономаренко А.К. Технология строительства горных предприятий. – Киев – Донецк: Вища шк. Головное изд-во, 1986
5. Гольберт А.Е. К построению перспективной системы контроля и защиты подъёмной установки // Уголь Украины. – 1993. - №9.
6. Гольберт А.Е. Модификация проходческого бадейного комплекса для работы на вентиляционном стволе шахты // Горный журнал. – 1994 - №5.
7. Пат. 2027009 РФ, МКИ 6 Е 2 1 Д 1/00. Надствольное подъемно-транспортное устройство / Гольберт А.Е. – Опубл. в БИ, 1995, №2.
___________
Реферат
УДК 622.254.2 КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ОСНАЩЕНИЮ И ПРОХОДКЕ ГЛУБОКИХ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ / А.Е. Гольберт // Уголь Украины. - 1995. - № 12.
Увеличение добычи угля отдельными крупными горными предприятиями благодаря комплексному использованию производственных мощностей на ограниченных площадях должно стать приоритетным направлением развития отрасли. Комплексные подходы, интегрирующие возможности современной технологии и техники, должны, по нашему мнению, преобладать и в перспективном шахтном строительстве.
Благодаря реализации перечисленных в статье известных и новых технических решений, апробированных на практике, на сооружении одного ствола может быть получен интегрированный положительный результат. К его составляющим наряду с перечисленными относятся новые преимущества, полученные вследствие такой совокупности. В частности, сокращение площади промплощадки ствола, что немаловажно в городских условиях; минимально возможный при используемых в странах СНГ технологиях экологический ущерб близлежащим площадям, жилой и промышленной зонам населенных пунктов.
_______________
РЕЦЕНЗИЯ
на статью А. Е. Гольберта
«О комплексном подходе к проблеме оснащения
и проходки глубоких вертикальных стволов» (копия)
Статья, в общем, посвящена вопросу увеличения добычи угля за счет комплексного использования производственных мощностей на ограниченных площадях, в частности, компактному размещению проходческих лебедок в башенных железобетонных копрах
для многоканатных подъемных машин, временно на период проходки ствола переоборудованных для проходческих целей.
Рассматривается оригинальное проектное решение с применением полифункциональной проходческой лебедки, созданной на базе группового привода, в частности, включающего трансмиссионный вал с управляемыми муфтами включения и даже плавного регулирования скорости каждого барабана, заменяющего применяемые проходческие лебедки. Конструкцию лебедок необходимо модифицировать таким образом, чтобы при сохранении своих технологических свойств и соблюдении Правил безопасности она стала компактной. Компактность должна быть достигнута также за счет применения общих элементов: вала, редуктора, двигателя маневрового тормоза и др., мощность которых должна обеспечить одновременную работу максимального количества барабанов.
Поскольку в статье не предлагается конкретных конструкторских решений, а вопрос разработки улучшенной конструкции полифункциональной лебедки, в общем, возражений не вызывает, рассмотрим возможность создания такой лебедки.
Размеры барабанов лебедок являются функцией тягового усилия, канатоемкости и необходимости соблюдения Правил безопасности, включающих запас прочности, требования к тормозам и другие. Свободный объем внутри барабанов мог бы быть использован для размещения редукторов и тормозов компактной конструкции, что считается нецелесообразным, ибо затрудняет контроль состояния этих важных элементов, для которого необходим свободный доступ для ревизии и ремонта, так как является основой безопасности ведения работ.
Приводы составляют 20-25% объема проходческих лебедок и замена их общим большей мощности и трансмиссионным валом с управляемыми муфтами включения и регулирования скорости приводным механизмом для каждой не будет способствовать созданию компактной полифункциональной конструкции.
В статье также затрагиваются некоторые другие вопросы. Блок или шкив с вертлюгом, совмещенным с осью сходящего каната, был известен и применялся для уменьшения угла девиации схода каната в 50-х годах*. Аппарат, осуществляющий защиту, контроль лебедок и положения каната в пространстве, создан институтом «Автоматгормаш».
В целом статья содержит большое количество недостаточно конкретных рекомендаций, на основании которых автор рассчитывает на некий интегрированный положительный совокупный результат. Указанные рекомендации были бы целесообразны в техническом задании на проектирование проходческих комплексов.
(автор рецензии не указан)
(подпись зам. гл. редактора журнала)
________
*Примечание автора статьи. Шкив с вертлюгом известен давно, а сведений об устройстве: "поворотный шкив", или "шкив с вертлюгом, совмещенным с осью сходящего каната", ни в литературе, ни на практике мы не встречаем, следовательно, претендуем на авторство.