Все статьи
Шахтные подъемные установки
Содержание:
Шахтная подъемная установка — это основной транспортный комплекс, связывающий подземную часть шахты или рудника с поверхностью. Ее роль на горном предприятии трудно переоценить: через ствол осуществляется выдача полезного ископаемого, спуск и подъем людей, доставка оборудования и материалов. Остановка подъемной установки даже на короткое время парализует всю производственную цепочку, превращаясь в серьезные экономические потери. Поэтому к проектированию, монтажу и эксплуатации этого оборудования предъявляются особые требования по надежности и безопасности.
В зависимости от того, какой сосуд используется для перемещения грузов, подъемные установки делятся на два основных типа — скиповые и клетьевые. Каждый из них имеет свою конструкцию, свою область применения и свои технологические особенности. Понимание этих различий необходимо для правильного выбора типа подъема при проектировании нового рудника и для грамотной эксплуатации действующего.
Общее устройство и классификация шахтных подъемных установок
Независимо от типа, любая шахтная подъемная установка представляет собой сложный комплекс оборудования и сооружений, объединенных единой задачей — перемещением грузов и людей по вертикальному или наклонному стволу.
В состав установки входят две группы элементов. К оборудованию относятся подъемная машина (барабанная или со шкивом трения) с приводом, подъемные и уравновешивающие канаты, копровые и отклоняющие шкивы, подвесные устройства и парашюты для аварийной остановки сосуда, а также сами подъемные сосуды — скипы или клети. К горнотехническим сооружениям относятся ствол с направляющими проводниками, загрузочные и разгрузочные устройства, копер и надшахтные здания.
По своему назначению подъемные установки принято делить на несколько категорий. Главные установки служат для выдачи полезного ископаемого — это почти всегда скиповые подъемы. Вспомогательные предназначены для спуска и подъема людей, материалов и оборудования — здесь используются клети. Кроме того, существуют аварийно-ремонтные установки, которые монтируются на случай отказа основной, и проходческие, применяемые на период строительства ствола.
Скиповый подъем: конструкция и принцип работы
Скиповый подъем предназначен исключительно для выдачи полезного ископаемого — руды, угля, породы. Скип представляет собой металлический кузов, который движется по жестким направляющим в стволе. В отличие от клети, скип не рассчитан на перевозку людей.
Конструкция скипа включает несколько основных узлов. Кузов служит емкостью для груза и обычно имеет форму, обеспечивающую эффективную разгрузку. Рама является несущей конструкцией, к которой крепятся подъемные канаты и направляющие башмаки. Загрузочное устройство обеспечивает прием груза в нижней части ствола, а затвор (разгрузочное устройство) открывается на поверхности для высыпания содержимого.
Особого внимания заслуживает конструкция затвора. Традиционные скипы используют сложные механизмы запирания с большим числом подвижных деталей, требующих постоянного ухода. Более современные решения — скипы с клапанным затвором, механизм которого чрезвычайно прост и надежен. В таких конструкциях разгрузочные ролики смонтированы непосредственно на бортах затвора, а управление осуществляется при взаимодействии с неподвижными элементами ствола.
Цикл работы скипового подъема выглядит следующим образом. В нижней части ствола скип устанавливается на упоры под загрузочным бункером, и руда через лоток пересыпается в кузов. После загрузки скип поднимается на поверхность. На подходе к разгрузочному устройству затвор автоматически открывается под действием разгрузочных кривых, груз высыпается в приемный бункер, после чего порожний скип опускается вниз.
Наиболее распространена двухскиповая схема, при которой один скип загружается внизу, пока второй разгружается наверху. Это позволяет обеспечить практически непрерывный процесс выдачи. Такие установки с двумя сосудами имеют максимальную производительность и используются на большинстве крупных шахт и рудников.
По типу подъемной машины скиповые установки могут быть одноканатными (с навивкой каната на барабан) для средних глубин или многоканатными (со шкивом трения) для глубоких стволов. По количеству сосудов различают двухскиповые установки (наиболее распространены) и односкиповые с противовесом.
Клетьевой подъем: конструкция и назначение
Клетьевой подъем — это универсальная система, предназначенная для перемещения в клетях полезного ископаемого, породы, людей, материалов и оборудования. С помощью клетевого подъема производятся также осмотр и ремонт армировки и крепи ствола. Клетевой подъем чаще всего выполняет функции вспомогательного, но на небольших предприятиях может быть и главным.
Клеть — это подъемный сосуд, имеющий форму платформы или закрытой кабины, в которую могут заезжать вагонетки, заходить люди или размещаться оборудование. В состав клетевого подъема входят шахтные клети, ствол с направляющими проводниками, приемная площадка околоствольного двора с посадочными устройствами, копер и надшахтные сооружения, подъемные машины и канаты.
Важнейшим элементом клетевого подъема являются посадочные устройства, обеспечивающие точную остановку клети на приемных площадках. Применяются посадочные брусья, которые могут использоваться только на нижнем горизонте, и посадочные кулаки, фиксирующие клеть на определенном уровне. Качающиеся площадки применяются при загрузке клети, свободно висящей на подъемном канате.
Цикл работы клетевого подъема включает следующие операции. Клеть перемещается по проводникам в стволе с помощью подъемных канатов. На приемных площадках клеть устанавливается с помощью посадочных устройств, после чего производится заезд или выезд вагонеток, посадка или высадка людей, загрузка или выгрузка материалов. Клетевой подъем может быть двухклетевым, когда две клети движутся навстречу друг другу, или одноклетевым с противовесом, что позволяет уменьшить сечение ствола и мощность двигателя.
Для разгрузки горной массы из опрокидных клетей на поверхности используются специальные разгрузочные устройства с приемным бункером.
Сравнение скипового и клетьевого подъема
Выбор между скиповым и клетьевым подъемом определяется технологическими потребностями предприятия. У каждого типа есть свои преимущества и ограничения.
Основные различия между этими системами:
- По назначению: скиповый подъем служит исключительно для выдачи полезного ископаемого, тогда как клетьевой — для транспортировки людей, материалов, оборудования и грузов.
- По возможности перевозки людей: скипы не предназначены для перевозки людей, клети — да.
- По производительности: скиповый подъем обеспечивает высокую непрерывную производительность, клетьевой — ограниченную из-за остановок на загрузку-разгрузку.
- По скорости: скипы развивают скорость до 14-18 метров в секунду, клети — до 8 метров в секунду.
- По конструкции сосуда: скип — закрытый кузов с затвором, клеть — открытая платформа или кабина с дверями.
- По способу загрузки: скип загружается автоматически через бункеры, клеть — с участием персонала.
- По требуемому сечению ствола: скиповый подъем требует меньшего сечения, клетьевой — большего для прохода клетей.
Пример из практики: при строительстве комплекса «СКС-1» для Норильского никеля были установлены две подъемные машины — скиповая на 2×31 тонну со скоростью 14 м/с и клетевая на 32 тонны со скоростью 8 м/с. Это наглядно показывает разницу в грузоподъемности и скорости между двумя типами установок.
Типы подъемных машин
Как для скипового, так и для клетевого подъема используются два основных типа подъемных машин, различающихся по принципу передачи усилия канату.
Барабанные подъемные машины работают за счет навивки каната на барабан (один или два). Они применяются при небольших и средних глубинах — до 2000 метров при одноступенчатом подъеме. Особенность таких машин — возможность многослойной навивки каната на барабан. Разновидности барабанных машин включают цилиндрические барабаны с постоянным радиусом навивки, а также конические, бицилиндроконические барабаны и бобины с переменным радиусом, позволяющие уравновешивать статическое натяжение канатов.
Многоканатные подъемные машины (со шкивом трения) работают иначе: канат огибает приводной шкив, не навиваясь на него, а усилие передается за счет силы трения. Эти машины применяются при больших глубинах и высоких скоростях. Их преимущества — меньшая масса канатов, возможность работы на больших глубинах и более плавный ход. Сегодня многоканатные машины постепенно вытесняют барабанные в глубоких шахтах.
Современные тенденции развития
Развитие шахтных подъемных установок идет по нескольким направлениям.
Автоматизация процессов является главным трендом. Современные системы позволяют автоматически загружать и разгружать скипы и клети, управлять подъемом дистанционно, в том числе из самой клети по типу лифта. Это снижает влияние человеческого фактора и повышает безопасность.
Повышение надежности достигается за счет создания подъемных канатов повышенной прочности и долговечности, новых конструкций сосудов и систем контроля. Увеличение глубины подъема требует применения двухступенчатых схем при глубине ствола более 2000 метров. Реконструкция существующих установок включает модернизацию с использованием новых технических решений, таких как уравновешивание нагрузок с помощью дополнительных шкивов и противовесов.
Заключение
Скиповый и клетьевой подъем — два основных типа шахтных подъемных установок, каждый из которых выполняет свою роль в технологической цепочке горного предприятия. Скиповый подъем — это высокопроизводительный «грузовой лифт» для выдачи полезного ископаемого, обеспечивающий непрерывность процесса и высокую скорость. Клетьевой подъем — это универсальный транспорт для людей, материалов и оборудования, выполняющий также вспомогательные функции по обслуживанию ствола.
Выбор между скиповым и клетьевым подъемом определяется назначением ствола, необходимым грузопотоком, глубиной разработки и требованиями к безопасности. На современных крупных шахтах, как правило, присутствуют оба типа: скиповой ствол для выдачи руды и клетьевой для вспомогательных операций. Техническое совершенствование этих установок продолжается в направлении автоматизации, повышения надежности и увеличения глубины и скорости подъема, что непосредственно влияет на эффективность и безопасность всей горнодобывающей промышленности.
