Рудниковий транспорт

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ Донецьке відділення Наукового Товариства ім. Шевченка

М.Д. Мухопад

РУДНИКОВИЙ ТРАНСПОРТ Електронний підручник для студентів, які навчаються за напрямком „Гірництво”

Донецьк-2004

ЗМІСТ Від автора................................................................... Передмова................................................................... Модуль перший. Загальні відомості з рудникового транспорту............ Модуль другий. Основи теорії та розрахунку транспортних засобів... Модуль третій. Засоби переміщення вантажу................... Модуль четвертий. Транспортні схеми і процеси....................................... Модуль п’ятий. Вибір і обґрунтування засобів механізації................. Модуль шостий. Управління шахтним транспортом.............................

М.Д. Мухопад

2

70 й річниці кафедри ГЗТіЛ ДонНТУ присвячується

ПЕРЕДМОВА Рудниковий транспорт один із основних технологічних процесів гірничого підприємства. Ефективна, високопродуктивна його робота буде забезпечена тільки тоді, коли для конкретних гірничо-геологічних і виробничих умов гірничі інженери уміло виберуть прогресивні засоби переміщення вантажу та зуміють організувати і управляти складним технологічним процесом вугільних шахт. Курс “Рудниковий транспорт” призваний виробити у майбутніх фахівців тверді погляди на необхідність подальшого удосконалення технічного і організаційного рівня підземного транспорту, дати необхідні навики вибору і обґрунтування прогресивних, надійних та безпечних засобів механізації і організації транспортних процесів на сучасних гірничих підприємствах. За змістом він являє собою гірничу дисципліну, що описує процеси при будівництві і експлуатації підземних споруд, і в той же час – дисципліну механічного циклу, яка розглядає принципи дії, основи теорії і розрахунку, конструкції транспортних засобів. Структура побудови підручника – модульна. Всі теми його курсу розбиті на шість модулів. Перший включає загальні відомості про транспорт і транспортні машини; другий – основи теорії і розрахунку транспортних засобів; третій – засоби переміщення вантажу; четвертий – транспортні схеми і

процеси; п’ятий – вибір і обґрунтування транспортних засобів переміщення вантажу; шостий – управління шахтним транспортом. Модульна структура побудови підручника дозволить значно спростити організацію навчального процесу студентів, бажаючих самостійно здобути необхідні знання з дисципліни “Рудниковий транспорт”. При вивченні дисципліни “Рудниковий транспорт” необхідно, щоб студент засвоїв загальні відомості про транспортні машини, їхню класифікацію, основи теорії транспортного устаткування. Майбутньому інженеру треба також знати переваги, недоліки і перспективи розвитку основних видів транспорту, мати уявлення про світові досягнення в цій галузі. Студент повинен навчитись: читати схеми транспорту; для заданих гірничотехнічних умов вибирати транспортне устаткування і проводити технологічні розрахунки; всебічно оцінювати існуючий рівень розвитку транспорту. Сьогодні студент повинен також володіти сучасною комп’ютерною технікою, уміти знаходити необхідні відомості на сторінках Internet. У відповідності до сучасних вимог та можливостей електронних підручників усі теми курсу виконані не тільки на папері, а і на електронних носіях. Слід зауважити, що підручник створено на базі підручника “Транспортні машини”, який на Сході України вперше в 1993 році надруковано державною мовою. Наявність електронних носіїв з курсу дозволить оперативно поповнювати його новими відомостями і своєчасно доводити ці відомості до студентів. Наявність інформаційних електронних носіїв дозволить також забезпечити кожного студента сучасною навчальнометодичною літературою.

Електронний підручник з курсу “Рудниковий транспорт” – це перша спроба створити підручник, який би враховував основні сучасні вимоги, а тому автор з подякою сприйме усі зауваження і побажання в напрямку його удосконалення.

“Освіта вступила в епоху комп’ютерної революції і дистанційного навчання…” “Необхідна література яка буде створена на новій основі.” Міністр освіти і науки України Василь Кремень

ВІД АВТОРА Донецький національний технічний університет – перший вищий навчальний заклад на Донбасі і один із найбільших осередків технічної освіти в Україні та Європі. Це – авторитетний центр підготовки інженерних і наукових кадрів. Тут тільки в базовому університеті на 15 факультетах навчається майже 15 тис. студентів. За роки роботи в університеті було підготовлено понад 100 тис. спеціалістів для 76 країн світу. Високий рівень навчальної, наукової та виховної роботи забезпечується кваліфікованим викладацьким корпусом, що нараховує понад 1200 осіб. Серед них – 94 професори і доктори наук, 569 доцентів і кандидатів наук. В університеті працюють 36 заслужених діячів науки і техніки, заслужених працівників вищої школи, 15 лауреатів міжнародних і державних премій. Навчальний процес в університеті спрямований на те, щоб випускники могли сприймати, пропонувати і реалізувати технологічні, комерційні, соціальні й управ-

лінські ідеї, легко адаптувалися до умов на виробництві та в економіці. На сьогодні на кафедрах ДонНТУ застосовують різні форми і методи навчання: відкриваються нові спеціальності, більшість студентів навчається за контрактами на замовлення підприємств, організацій та установ, існує скорочена форма навчання осіб, які мають дипломи молодшого спеціаліста. Для обробки інформації та контролю за навчальним процесом кафедри університету мають комп’ютерну мережу з виходом в Internet. Вони поступово розроблюють та упроваджують в навчальний процес елементи дистанційного навчання. Кафедри університету активно працюють в напрямку подальшого удосконалення навчального процесу і перш за все його фундаменту – навчально-методичної літератури. Багатолітній досвід роботи у вузі свідчить про те, що настав час змінити структуру та зміст навчального процесу студентів. Слід відійти від пасивних методів навчання і рішуче стати на шлях широкого використання інформаційної техніки та Internet. В навчальних закладах на сьогодні накопичено велику кількість одиниць комп’ютерної техніки, налагоджено інформаційний зв’язок та активізується робота по використанню техніки в навчальному процесі, створюється база для якісного, прогресивного виду навчання, фундаментом якого стане сучасна навчальнометодична література. Навчально-методична література і в сучасних умовах зостається головним засобом навчання – засобом, що дозволяє підготувати на основі сучасних досягнень науки і техніки різнобічних спеціалістів вищої кваліфікації, які вміло поєднують теорію із практикою,

здатні не тільки повністю використовувати сучасну техніку але й удосконалювати її у подальшому. Слід зазначити, що підвищення якості підготовки спеціалістів потребує не зміни змісту навчальної літератури, а подальше удосконалення її на основі досягнень науки і педагогіки вищої школи. Роль навчальної літератури значно зростає ще і тому, що сьогодні зростає значення й обсяг самостійної роботи студентів, бо центр уваги у навчанні переноситься на активні форми навчання. В цих умовах навчально-методична література приймає на себе навчальні функції викладачів, а тому вона повинна формувати спеціалістів, їх світогляд, виховувати у культурному, ідейному і моральному відношенні. Вона повинна слугувати впровадженню в навчальний процес державної мови та широке використання можливостей комп’ютерної техніки. Для навчання необхідна не тільки навчальнометодична література, а і навчально-методичне забезпечення, контрольні запитання для самоконтролю та методичні вказівки для складання рефератів та звітів. Виконати усі ці функції навчально-методична література може тільки тоді, коли вона буде створена на новій основі. Отже, першочерговим для навчання є перевід навчально-методичної літератури з паперових носіїв на електронні. Електронний варіант комплекту навчальнометодичної літератури (НМЛ) повинен відповідати вимогам Міністерства освіти і науки України: • забезпечити усіх студентів сучасною літературою та дидактичними матеріалами; • оперативно удосконалювати навчальнометодичну літературу, вносити зміни та сучасні відомості;

•

організувати ефективну діяльність дистанційного навчання; • створити необхідні умови для успішного оволодіння державною мовою на Сході України; • перейти від пасивних методів навчання до методів з широким використанням комп’ютерної техніки та Internet. Для використання студентами й викладачами матеріалів комплекту необхідні не тільки комп’ютерні диски, дискети, а і їх паперові відповідники – роздруківки. Наявність роздруківок дасть змогу ширше залучити до навчального процесу сучасну копіювальну техніку, що в свою чергу при підготуванні робіт контролю, звіту зекономить час, підвищить культуру та їх якість. Слід зауважити, що ефективна самостійна праця над вивчанням дисципліни може бути досягнута лише за наявності у студентів повного комплекту навчально-методичної літератури, основа якого – електронний підручник. Електронний підручник з курсу повинен включати всі основні дидактичні, методичні, наукові та інформаційно-довідкові матеріали, бо вони вкрай необхідні викладачам для проведення усіх видів і форм навчання, та студентам, які навчаються за новітньою технологією. При цьому основну увагу зосереджують на створенні електронних підручників, бо електронний підручник акумулює в собі основні дидактичні, методичні, наукові і інформаційно-довідкові матеріали, необхідні викладачам для підготовки і проведення усіх форм занять, та усім бажаючим самостійно вивчати теми або для отримання додаткових інформаційно-довідкових відо-

мостей з навчальної літератури. Крім того, він дає можливість якісно вирішувати завдання самоконтролю, засвоюванню матеріалу з навчальної дисципліни, а викладачам – об’єктивно визначати поточний і підсумковий контроль за успішністю слухачів і студентів. Він дозволяє: • одержувати відомості з навчальних програм, тематичних планів навчальної дисципліни; • індивідуально переглядати, вивчати або повторювати навчальні, методичні і інформаційнодовідкові матеріали; • наочно представляти на дисплеї комп’ютера увесь дидактичний матеріал (схеми, рисунки, таблиці, графіки), навчальні посібники, конспекти лекцій, методичні вказівки та інше; • одержувати інформації та рекомендації з навчально-методичної літератури; • здійснювати самоконтроль засвоювання змісту навчальних тем і усієї дисципліни в цілому; • роздрукувати окремі складові електронного підручника (плани, програми, матеріали модуля, методичні вказівки та інше). У відповідності до сучасних вимог і можливостей електронних підручників на кафедрі гірничозаводського транспорту і логістики (ГЗТіЛ) вперше в університеті для студентів гірничих спеціальностей створені у повному обсязі комплект навчально-методичної літератури на електронних носіях, компакт-диск “Транспортні машини” та електронний (комп’ютерний) підручник з курсу “Рудниковий транспорт”. Для роботи за новою технологією навчання, вся навчально-методична література комплексу приведена також у вигляді роздруківок дисків і дискет.

Наявність на кафедрі комплекту інформаційних електронних носіїв для проведення навчального процесу з широким використанням комп’ютерної техніки і Internet дозволить забезпечити кожного студента сучасною навчально-методичною літературою. Вивчення матеріалу курсу слід вести у відповідності з основними дидактичним принципами. Одним з основних принципів, якій слід покласти в основу при вивченні курсу, є свідоме сприйняття матеріалу в процесі вивчення. Свідоме сприйняття матеріалу дозволить розібратися у матеріалі, вникнути в його суть, знайти існуючі зв’язки, принципові збіжності і відмінності, навчитися самостійно аналізувати, систематизувати й узагальнювати одержані знання. Свідоме сприйняття матеріалу можливе лише на основі комплексу знань, одержаних при вивченні базисних дисциплін та виконанні практичних занять. Успіх підготовки фахівців, їх кругозір, ступінь самостійності міркування та практичної діяльності забезпечується поєднанням правильно організованого, планомірного та цілеспрямованого навчання студентів у вузі і різнобічного самостійного навчання. Якість підготовки фахівців значною мірою залежить від наявності у студентів комплекту електронних носіїв з НМЛ і від чіткої та раціональної організації навчального процесу. Перший досвід роботи за новою технологією показав, що за короткий час можна змінити чорно-білі рисунки підручника на кольорові, змінити його побудову та структуру, зняти проблему з вивченням курсу державною мовою, значно покращати реферати та звіти практичних (лабораторних) робіт за змістом та оформленням.

Наявність літератури на електронних носіях дозволяє оперативно поповнювати її новими відомостями та своєчасно доводити їх до студентів. Новітня технологія навчання може бути застосована при здобутті вищої освіти не тільки студентами-заочниками, а і студентами, які навчаються за індивідуальним графіком, студентами прискореної підготовки, студентами, які бажають придбати другу спеціальність, а також усіх бажаючих навчатись у вищому навчальному закладі. Широке використання в навчальному процесі комп’ютерної техніки і Internet, безумовно буде впливати на підвищення якості підготовки фахівців з вищою освітою. Впевнений, що підготовка фахівців за новітньою технологією відповідає сучасним вимогам і її впровадження в навчальний процес студентів-заочників справа недалекого майбутнього.

МОДУЛЬ ПЕРШИЙ ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ З РУДНИКОВОГО ТРАНСПОРТУ

Знати: призначення транспорту, фактори які визначають вибір транспортних засобів; структуру і класифікацію, умови експлуатації, характеристику вантажів і вантажопотоків, історію розвитку транспорту і його сучасний стан. Уміти: аналізувати, давати оцінку, визначати величину вантажопотоку

Короткі методичні вказівки Усвідомити призначення транспорту і фактори які обумовлюють ефективну його роботу, характерні особливості підземного транспорту, характеристики вантажу і вантажопотоку та їх вплив на вибір і експлуатацію транспортних засобів.

Зміст першого модуля 1. Загальні відомості про транспорт і транспортні засоби 1.1. Транспорт при будівництві і експлуатації шахт і підземних споруд 1.1.1. Основні характеристики транспорту 1.1.2. Етапи розвитку шахтного транспорту 1.2. Транспортні машини 1.2.1. Призначення і класифікація 1.2.2. Умови експлуатації транспортних машин 1.2.3. Загальні питання монтажу і експлуатації транспортних машин 1.3. Відомості про вантажі і вантажопотоки 1.3.1. Вантажі 1.3.2. Вантажопотоки 1.4. Історія розвитку і сучасний стан шахтного транспорту 1.4.1. Історія розвитку рудникового транспорту 1.4.2. Історія розвитку науки Контрольні запитання і завдання

2

1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО РУДНИКОВИЙ ТРАНСПОРТ І ТРАНСПОРТНІ ЗАСОБИ 1.1. ТРАНСПОРТ ПРИ БУДІВНИЦТВІ І ЕКСПЛУАТАЦІЇ ШАХТ І ПІДЗЕМНИХ СПОРУД 1.1.1. Основні характеристики транспорту У період будівництва шахт (рудників) споруджують підземні виробки: горизонтальні і похилі, одно- i багатоколійні, малої i великої площі перерізу. Проходження цих виробок здійснюють суцільним (вузьким) або роздільним вибоєм з видачею породи на поверхню або із залишенням її у виробленому просторі. При будівництві шахт i підземних споруд розрізняють дві основні технологічні схеми організації прохідницьких робіт – безперервну (потокову), коли реалізується безперервне відокремлення i транспортування гірничої маси, i переривчасту (циклічну), коли основні процеси здійснюються в певній послідовності. До потокової технологічної схеми відносять проведення виробок прохідницькими комбайнами з використанням засобів безперервного транспорту, коли відокремлення гірничої маси від масиву, її транспортування, зведення кріплення i виконання інших процесів суміщуються в часі. При циклічній технологічній cxeмi проведення виробок руйнування гірничого масиву здійснюють буровибуховим способом або за допомогою комбайнів з зупинкою цих робіт при зведенні кріплення. 3 метою ефективного використання прохідницького устаткування в період будівництва вугільних i рудних шахт прагнуть досягнути максимально можливого piвня механізації, тим 6ільше що вона буде використовуватись і при їхній експлуатації. Вирішальне значення для вибору прохідницького устаткування і способу проведення виробок має міцність вмісних порід. На вугільних шахтах при коефіцієнті міцності порід fм6 — буровибуховий спосіб відокремлення гірничої маси від масиву із застосуванням для навантажування i транспортування навантажувальних i навантажувально-транспортних машин, рейкового і самохідного транспорту. Переміщують вантажі транспортними засобами, вибір яких залежить від конкретних гірничо-геологічних i виробничотехнічних умов. До перших відносять кут нахилу виробки, міцність гірських порід, водоносність, газоносність i схильність пластів до несподіваних викидів, а до других — площу поперечного перерізу виробки, її протяжність, тип (вид) вибою (вугільний, змішаний або породний), способи доставки гірничої маси, матеріалів i устаткування. Велике значення при виборі способу і засобів транспортування гірничої маси має кут нахилу виробки. Наприклад, локомотивний транспорт можна використовувати при проведенні виробок з кутом нахилу до 3о, стрічкові конвеєри з гладкою стрічкою — до 18о, скребкові конвеєри — до 35о, кінцеву канатну відкатку в вагонетках — до 30о, самохідний пневмоколісний транспорт — до 15о. На ви6ip устаткування, організацію робіт i технікоекономічні показники істотно впливають: протяжність виробки, площа її поперечного перерізу i швидкість проведення, а також соціально-економічні фактори (система організації i оплати праці, рівень кваліфікації i віковий склад робітників, результати впровадження передового досвіду i т.ін.). Найвища продуктивність досягається при застосуванні колективних форм організації i оплати праці. Різноманітність гірничо-технічних факторів зумовлює ряд характерних особливостей підземного транспорту. Як правило, його лініям властиві велика протяжність i розгалуженість (при одночасній роботі кількох засобів), багатоступінчастість (внаслідок чергування горизонтальних ділянок з похилими або вертикальними виробками), складна конфігурація. Все це вимагає застосування найрізноманітніших машин для переміщення гірських порід, матеріалів i устаткування, а також організації значної кількості перевантажувальних пунктів. 4

Сукупність розташованих в гірничих виробках транспортних машин i комплексів створює систему підземного транспорту. Залежно від призначення розрізняють такі комплекси машин в цій системі: основні — для транспортування корисних копалин, допоміжні — для переміщення устаткування i матеріалів, людські – для перевезення людей. Відповідно до місця розташування комплекси розподіляються на ділянкові, розташовані в межах виїмкової панелі або поверху, і магістральні — розміщені в головних горизонтальних i похилих виробках. Вибір того чи іншого транспортного комплексу повинен проводитись з урахуванням основних напрямків розвитку шахтного транспорту, до яких належать: підвищення рівня охорони праці i навколишнього середовища, зміцнення зв'язку роботи основного комплексу з іншими, забезпечення високої продуктивності i надійності функціонування, зниження трудомісткості робіт по обслуговуванню i експлуатації, збереження якості корисних копалин, усунення втрат корисних копалин, забезпечення однорідності транспортних засобів i зв'язку комплексу з прогресивними тенденціями розвитку інших шахтних технологічних процесів, ліквідація багатоступінчастості, підвищення економічної ефективності. Транспортна система може бути універсальною (вci транспортні функції виконують одні й ті ж транспортні засоби) i комбінованою. Наприклад, широко використовуються конвеєрнолокомотивні, конвеєрно-локомотивно-канатні, локомотивно-канатні комбіновані системи. Отже, транспорт під час будівництва i експлуатації шахти становить систему, яка складається з багатьох ланок. При такій системі i великому навантаженні на магістралі ці окремі ланки не можна розглядати як незмінні. Не можна також приймати єдині норми (резерви) продуктивності, оскільки розв'язання завдання без врахування даних особливостей приведе до збільшення простоїв прохідницьких дільниць через незадовільну роботу транспорту або до невиправдано високих капітальних i експлуатаційних витрат на його створення i утримання. У загальному комплексі робіт шахт (рудників) транспорт слід розглядати як одну із основних систем, що забезпечують 5

ритмічне виконання вcix робіт. Іншими словами, транспорт — це упорядкована, керована сукупність взаємозв'язаних пристроїв, призначених для переміщення по гірничих виробках і на поверхні різних вантажів і людей. Скорочення кількості обслуговуючого персоналу, підвищення безпеки i надійності транспортних машин досягають завдяки впровадженню централізованого керування ними i дистанційного контролю. Залежно від місця роботи розрізняють транспорт на поверхні i підземний. Перший з них у межах підприємства називається внутрішнім, а поза ним — зовнішнім: у свою чергу, підземний транспорт поділяється на привибійний (використовується в підготовчих вибоях) i магістральний (застосовується в основних виробках). На поверхні вантажі доставляють рейковим транспортом вузької колії, а по вертикальних стволах – скіповим клітьовим підйомами. В підземних виробках транспортування людей i вантажів здійснюють рейковими i безрейковими транспортними установками. Вантажі транспортують локомотивами, конвеєрами, канатними, самохідними, гідравлічними, скреперними, самопливними установками. При перевантаженні гірничої маси з одного виду транспорту на інший використовують перевантажувачі, живильники, перекидачі, штовхачі та інше спеціальне устаткування. Засоби транспортування допоміжних вантажів забезпечують формування матеріалів i виробів у вантажні одиниці, пристосовані до механізованого навантаження, розвантаження і складування, а також дають можливість переміщення різними видами транспорту без перепакування. До цих засобів відносять контейнери, піддони, пакетувальні касети i строп-пакети. Вони призначені для доставки різних вантажів у підготовчі вибої рейковим, безрейковим і підвісним транспортом. Доставка штучних, наливних i насипних вантажів здійснюється контейнерами, а шпал, лотків, плит перекриття — плоскими дерев'яними або спеціальними піддонами. Скріплення 6

рейок i труб забезпечується за допомогою пакетувальних касет, а залізобетонних затяжок, лісових матеріалів — строп-пакетами. Впровадження прогресивних засобів транспортування допоміжних вантажів набуває все більшого поширення. Пакетування вантажів за допомогою стропів, вироблених із стальних стрічок або із різних синтетичних матеріалів, спрощує організацію транспортних робіт, i в цьому випадку пакувальний матеріал не повертається на поверхню. До того ж застосування стропів дозволяє значно знизити коефіцієнт тари i капітальні витрати.

1.1.2. Етапи розвитку шахтного транспорту При зародженні гірничої справи механізацію застосовували для піднімання вантажів вертикальними виробками (із ям), а потім — похилими i горизонтальними. Механізми приводилися в дію вручну i за допомогою гідравлічного колеса. На території Pociйської імперії до 1917 р. механізованого транспорту на шахтах майже не було, хоча пріоритет вітчизняних умільців у винаході потрібних машин був безсумнівним. Після революції почалося широке впровадження транспортних засобів i насамперед — вітчизняного виробництва. За роки трьох довоєнних п'ятирічок, завдяки заново створеній гірничій i машинобудівній промисловості, випуск шахтних транспортник машин різко зростає, особливо для виконання таких операцій, як навантаження гірничої маси у вибоях підготовчих виробок і маневрові роботи на підземних станціях. В післявоєнні роки на вугільних шахтах відбуваються кількісні і якісні зрушення: збільшується кількість високопродуктивних машин, впроваджується i всебічно розширюється комплексна механізація i автоматизація, модернізація устаткування, корінним чином поліпшується організація праці. Велика. увага приділяється створенню i вдосконаленню транспортних засобів для проведення підготовчих виробок, тому що останні не тільки забезпечують фронт очисних робіт, але й істотно впливають на умови просування вибоїв і функціонування всього гірничого господарства підприємства. 7

У вибоях підготовчих виробок породу i вугілля подають найчастіше безпосередньо у відкаточні посудини — вагонетки, обмін яких займає від 7 до 20 % загального часу навантажування. 3 метою зменшення їхніх простоїв почали широко впроваджуватись різні допоміжні механізми, зокрема пристрої для обміну вагонеток. Ці механізми, кожний з яких при певному поєднанні конкретних умов (площа поперечного перерізу виробки, кількість одночасно діючих навантажувальних машин, місткість і кількість вагонеток у составі) мав свої переваги, дозволили відчутно скоротити тривалість маневрових операцій. Протягом останніх років з'являються нові транспортні засоби для поверхні, горизонтальних i похилих ділянок, підземних станцій i вузлів сполучення виробок. Розширюється парк важких електровозів, створюються потужні конвеєрні установки, великовантажні вагонетки, самохідні машини та інше устаткування. І як результат, істотно підвищилися продуктивність праці й рівень безпеки poбiт, знизились трудомісткість i вартість транспортних операцій.

1.2.

ТРАНСПОРТНІ МАШИНИ

1.2.1. Призначення і класифікація При будівництві і експлуатації підземних споруд (шахт) в гірничих виробках i на поверхні використовується велика кількість транспортних машин i механізмів. Серед них — локомотиви, конвеєри, перевантажувачі, канатні й скреперні установки, автомобілі, підвісні канатні й монорейкові дороги, самохідні вагони i прохідницькі комплекси. Останні включають великий набір устаткування, яке в межах підготовчого вибою забезпечує механізацію процесів руйнування, навантаження й перевезення гірничої маси, доставки кріплення, допоміжних та інших матеріалів. Транспортні машини, класифікують за різними ознаками. 8

Залежно від призначення розрізняють власні транспортні машини i спеціальне устаткування. Перші служать для перевезення насипних вантажів, а також людей i допоміжних матеріалів. Це — машини i пристрої рейкового i самохідного транспорту, конвеєри, установки для переміщення вантажів по ґрунту, жолобах i трубах. Спеціальне устаткування включає живильники, затвори, перекидачі, штовхачі, компенсатори висоти та ін. Відповідно до принципу дії машини можуть бути безперервної i перервної дій. Машини першої групи (конвеєри, самопливні, гідравлічні і пневматичні установки) забезпечують переміщення гірничої маси або будь-яких матеріалів безперервним потоком. Машини другої групи (канатні й скреперні установки, локомотиви, автомобілі та iн.) подають вантаж через певні відрізки часу, які залежно від відстані транспортування, швидкості руху i тривалості навантажувально-розвантажувальних poбіт можуть коливатися в значних межах. За конструктивними ознаками розрізняються конвеєри (стрічкові, скребкові, пластинчасті, вібраційні та iн.), локомотиви, підвісні канатні i монорейкові дороги, а також різноманітні установки: автомобільного транспорту, самопливні, гідравлічні й пневматичні, канатні, скреперні i самохідні. Згідно із способом переміщення вантажів застосовуються машини, в яких використовується ковзання (по ґрунту, жолобу, трубі), переміщення на вантажонесучих органах (стрічці, пластинчастому полотні), в посудинах (вагонетках, автосамоскидах), в середовищі (води, повітрі). Відповідно до роду використовуваної енергії розрізняють електричні, гідравлічні, пневматичні, інерційні, дизельні машини, а також машини, що функціонують під дією ваги вантажу. Залежно від тривалості роботи на одному місці машини можуть бути стаціонарними, напівстаціонарними i пересувними. Кожна із названих видів транспортних машин і спеціального устаткування має велику кількість конструктивних різновидів i типорозмірів, вибір яких визначається умовами експлуатації. 9

Наявність великої кількості конструктивних різновидів i типоpoзмірів транспортних машин та допоміжного устаткування забезпечує використання їх в різноманітних умовах експлуатації. Конструкції транспортних машин одного виду, але з різними продуктивністю, потужністю i габаритними розмірами, характеризуються послідовністю числових значень основних параметрів. За основний параметр приймають ширину вантажонесучого полотна (стрічкові конвеєри), масу машин (локомотиви), вантажопідйомність (автосамоскиди), місткість кузова (вагонетки) та ін. Прийнята класифікація дозволяє поділити всі транспортні засоби на групи машин і тим самим спростити вивчення їхніх конструкцій, основ теорії і розрахунку, монтажу і експлуатації, оскільки виникає можливість розглядати не кожну окрему установку, а всю групу в цілому, наприклад стрічкові конвеєри, локомотиви.

1.2.2. Умови експлуатації транспортних машин Підземний транспорт працює в специфічних умовах: обмеженість розмірів i непостійність робочого місця, похиле розташування устаткування, вологість, запиленість i вибухонебезпечність середовища, змінний характер навантаження. Обмеженість розмірів. Складні умови роботи, пов'язані з невеликими площами поперечних перерізів гірничих виробок, потребують використання транспортних машин малих розмірів. Їхня продуктивність, як правило, набагато нижча, ніж у великогабаритних. Непостійність робочого місця (безперервне переміщення вибою) диктує необхідність використання під час проходки швидкорозбірних i маневрених машин. Похиле розміщення устаткування (під час проходки похилих виробок) обумовлює необхідність застосування спеціальних стопорних пристроїв, які чинять опір сповзанню машин, пристроїв i гальм, що утримують робочий орган від мимовільного руху вниз, а також різних уловлювачів для тягових 10

засобів i вагонеток, що функціонують (спрацьовують) при обриві стрічок або канатів. Вологе, запилене, агресивне i вибухонебезпечне середовище потребує застосування машин, захищених від дій вологи і пилу, стійких проти корозії з вибухонебезпечним електроустаткуванням. Непостійний характер навантаження, зумовлений зміною обсягу перевезень i деформаціями виробок, може вивести машини з ладу. Тому вони повинні мати резерв продуктивності i високий запас міцності. До транспортних засобів, які діють в гірничих виробках i на поверхні, ставлять ряд основних вимог. Машини повинні: забезпечувати безперебійну роботу підготовчих вибоїв; мати високу маневреність, переміщувати вантажі в найкоротший час; бути простими в керуванні, з комфортними i безпечними умовами для обслуговуючого персоналу; характеризуватись мінімальними витратами енергії, живої i матеріалізованої праці в сфері виробництва (виготовлення) i в процесі експлуатації; бути економічними з точки зору капітальних витрат і експлуатації; мати параметри, які відповідають конкретним (специфічним) умовам роботи. Ці вимоги (в порядку перелічення) класифікують як технологічні, виробничі, енергетичні, економічні й специфічні.

1.2.3. Загальні питання монтажу і експлуатації транспортних машин Установка транспортних засобів — складний i відповідальний процес, від якого в значній мірі залежить їхня надійна i безпечна робота. Цей процес складається з трьох етапів: підготовчого, монтажного і налагоджувального. Протягом підготовчого етапу виконують ряд робіт: розробляють проект, визначають наявність і стан монтажних пристроїв i пристосувань (канатів стропів, блоків, поліспастів, 11

талів, домкратів, триніг та ін.); завершують роботи, зв'язані з проведенням виробок (ремонт кріплення, очистка водовідливних канавок від породи i сторонніх предметів, проведення комунікаційних ліній i навішування освітлювальних приладів, спорудження фундаментів i т.ін.); установлюють за комплектовочною відомістю наявність вcix вузлів, деталей i інструментів, непошкодженість монтажних засобів; проводять інструктаж з техніки безпеки. Експериментальні зразки машин попередньо збирають i обкатують на поверхні. Виявлені несправності тут же усувають. При огляді i випробуванні устаткування повинні бути присутніми спеціалісти, які будуть його монтувати i обслуговувати в підземних умовах. Машини направляють в гірничі виробки в тому вигляді, в якому вони надійшли на підприємство, що будується. Наприклад, вузол, який складається з електродвигуна, турбомуфти i редуктора, вміщують в кліть у розібраному вигляді, а не підвішують під нею. Така підвіска хоча й дозволяє опускати в шахту цілі аґреґати, але знижує безпеку робіт i підвищує імовірність пошкодження устаткування при навантажуванні на пересувний состав у приствольному дворі. Монтаж транспортних машин — дуже тривалий процес, причому найбільш трудомісткими в підземних умовах вважають такелажні роботи, які часто складають 85 % загального обсягу. Збірні одиниці встановлюють в послідовності, передбаченій проектом і заводською інструкцією, що дозволяє уникнути складання деталей у виробках, підвищує культуру виробництва i створює умови для швидкісного i високоякісного проведення робіт. Наладка передбачає пробний пуск i регулювання транспортних засобів. Опробування допомагає визначити правильність монтажу всіх зібраних одиниць, надійність запобіжних пристроїв (гальм, зупинників, уловлювачів i т.ін.), тобто перевірити роботу установки в цілому. Опробування спочатку ведуть вхолосту (2...3 год.), а потім під навантаженням. Усунувши несправності, машину здають на випробування, при якому визначають якість монтажу, стан ізоляції, струмопровідних частин, контактів і мастильних систем. 12

Після закінчення монтажу, випробування i наладки окремих елементів перевіряють і налагоджують роботу всього транспортного комплексу. Якщо до установки прийняті надійні машини, технічні параметри яких відповідають правилам експлуатації i техніки безпеки, ці машини будуть працювати високопродуктивно. Підвищення ефективності у цьому випадку досягається за рахунок застосування засобів автоматики, що забезпечують контроль i передачу на пульт керування кількісних i якісних показників, а при необхідності реєструють вимірювані параметри технологічного процесу. Ці засоби дозволяють також визначити наявність i масу вантажу, стан механізмів i тягових opгaнів (пробуксовка, схід стрічки вбік, ії обрив і т.iн.). В результаті цього максимально вивільняється обслуговуючий персонал, піднімається рівень продуктивності, надійності i безпеки транспортного устаткування, підвищується загальна культура виробництва. Поліпшення техніко-економічних показників будівництва підземних споруд шахти досягається при підвищенні темпів проходки виробок, що можливо тільки при комплексній механізації основних i допоміжних процесів i швидкісному їx проведенні. Підвищення швидкості проведення виробок, у свою чергу, залежить від організації експлуатації транспортних машин, які використовують для своєчасного переміщення вcіx вантажів, що надходять із вибою i у вибій. Досвід швидкісного проведення гірничих виробок показав, що необхідно: максимально поєднувати процеси проведення виробок; здійснювати безперервне навантаження гірничої маси протягом тривалого часу; скорочувати тривалість операцій обміну вагонеток i составів, які знаходяться під навантажуванням; подавати з поверхні кріпильні матеріали та інші допоміжні вантажі в контейнерах і пакетах; забезпечувати механізацію навантажувально-розвантажувальних i монтажних робіт; створити резерв запасних частин i проводити планове обслуговування i ремонт транспортних машин; реалізувати повну автоматизацію всіх виробничих процесів; ширше використовувати ЕОМ i мікропроцесори при керуванні i виборі режиму роботи транспортних машин; впровадити бригадний підряд, який дозволяє 13

підтримувати на високому рівні виробничу і технологічну дисципліну. Експлуатація транспортних машин тісно пов'язана з питанням охорони навколишнього середовища. При навантажуванні породи в транспортні засоби i при розвантажуванні їx на відвалі, а також при формуванні відвалів треба здійснювати заходи щодо забезпечення мінімальної запиленості повітряного середовища. Щоб виключити самозаймання відвалів, їх покривають шарами інертних негорючих матеріалів, обробляють спеціальними розчинами тощо. Відвали розташовують в природних складках місцевості i на земельних ділянках, не придатних для сільськогосподарських робіт. Транспортування вантажу здійснюється найкоротшим шляхом з мінімальними відчуженням земельних угідь. Зіпсовані землі повинні приводитись до стану, придатного для використовування в народному господарстві. Винятково велику увагу приділяють питанням безпеки праці. Особливого значення ці питання набувають при застосуванні прохідницьких комплексів, оскільки до їх складу входить велика кількість машин і механізмів різного призначення. Обслуговуючий персонал повинен знати i виконувати правила безпеки, інструкції, щодо експлуатації конкретних машин. При роботі в підземних умовах на машинах проводять комплекс заходів, які дозволяють знизити кількість шкідливих домішок, що викидаються в рудникову атмосферу, зменшити шум i вібрацію. В останні роки машину обладнують кондиціонерами. Згідно з правилами безпеки у вугільних i сланцевих шахтах необхідно вибирати швидкість переміщення транспортних машин в кожній виробці окремо; повинні зберігатись зазори відповідно до виду транспортних машин між кріпленням i найбільш виступаючими частинами машин з боку проходу людей i з протилежного боку. Kpiм того, необхідно: організувати постійний контроль за роботою установок; заборонити вмикати машини при несправностях основних складальних одиниць, незакритих вводах муфт електродвигунів i пускачів, непідвішених кабелях i несправних сигнальних пристроях, при відсутності запобіжних щитків i кожухів; дозволити чистити i ремонтувати pyxомi частини 14

тільки в період зупинки; категорично заборонити перевезення людей на транспортних засобах, спеціально не пристосованих для цієї мети. В місцях проміжного завантаження конвеєрів i можливих вивалів породи із стінок виробок треба встановлювати бічні захисні листи, а при піддувному ґрунті необхідно своєчасно вирівнювати устаткування. Не можна допускати нагромадження просипаного вантажу. В суворо визначені строки треба проводити огляди, поточний, середній i капітальний ремонти. Огляд i поточний ремонт виконують електрослюсарі дільниці безпосередньо на робочому місці. Вони регулюють складальні одиниці, замінюють зношені деталі, промивають і очищають всі доступні частини машин, перевіряють мастильну систему i електроапаратуру. Kpiм того, складають дефектну відомість для майбутніх середнього i капітального ремонтів. Середній ремонт включає весь обсяг поточного, а також повну розборку приводу i заміну вcix його зношених частин. Цi роботи .здійснюються в майстернях підприємства, що будується. Капітальний ремонт проводиться на рудоремонтному заводі або в центральних майстернях.

1.3.

ВІДОМОСТІ ПРО ВАНТАЖІ І ВАНТАЖОПОТОКИ 1.3.1. Вантажі

Вантажі бувають штучними (машини, устаткування, кріпильні матеріали) i тарними (що надходять на підприємства в мішках або ящиках), наливними (різні рідини) i насипними (порода, корисні копалини). Люди, які переміщуються по гірничих виробках транспортними засобами, — це особливий вантаж, який потребує певних зручностей і повної безпеки. Насипні матеріали, які складають основний вантажопотік, переміщують насипом. Вони відрізняються один від одного такими властивостями, як грудкуватість, міцність, насипна густина, вологість, абразивність і внутрішнє тертя. 15

Грудкуватість (ґранулометричний склад) характеризує кількісний розподіл частинок вантажу за їх розміром. Для рядового матеріалу вона визначається найбільшим розміром ґранул амакс і процентним вмістом в загальній масі грудок з розміром (0,8...1) а'макс. Вантаж, у якого відношення a'макс/а'мін (де а'мін — розмір найменшого зерна) не перевершує 2,5, вважається сортованим. Він характеризується середнім розміром частинок ас, який дорівнює (амакс+а'мін)/2 При будівництві підземних споруд (шахт) гірнича маса, як правило, складається з грудок розміром до 50 мм (приблизно половина), 50...200 мм (майже третина) i 200...500мм (решта). Однак використовувані у даному випадку транспортні машини можуть переміщувати вантажі тільки певних розмірів. Отже, розмір грудок обумовлює вибір необхідних транспортних засобів. Міцність гірських порід – властивість гірських порід в певних умовах, не руйнуючись, сприймати впливи механічних навантажень, температурних, магнітних, електричних і інш. полів, нерівномірне протікання фізико-хімічних процесів в різних частинах гірських порід і інш. Розрізняють : т е о р е м и к н у – обчислену на основі обліку сил міжатомного зчеплення; с т а т и ч н у – властивість порід сприймати короткочасні навантаження, прикладені з постійною швидкістю; д и н а м і ч н у властивість порід сприймати, не руйнуючись, динамічне навантаження; т р и в а л у – міцність порід, що знаходяться тривалий час під навантаженням; з а л и ш к о в у – рівень несучої здатності зруйнованої породи; е л е к т р и ч н у – визначається значеннями напруги пробою. Показниками, що характеризують міцність гірської породи для різних випадків, є: границі міцності порід на стиснення σст, розтягнення σр, зсув θзс, вигин θвиг, а також текучості σт, повзучості σп та інш. Для більшості порід границя міцності на розтягнення σр не перевищує 20 МПа. Границі міцності порід при зсуві, вигині і інших видах деформацій завжди менші σст і більші σр, але ближчі до останньої. З породотвірних мінералів найбільшу міцність має кварц. У нього σст перевищує 500 МПа, у польових шпатів, піроксенів, авгіту, рогової обманки, олівіну і інш. 16

залізисто-магнезійних мінералів σст = 200-500 МПа, у кальциту σст 20 МПа. Найбільші значення границі міцності при стисненні мають щільні дрібнозернисті кварцити і нефрити (500-600 МПа). Значну міцність (більше 350 МПа) мають щільні дрібнозернисті ґраніти, трохи меншу – габро, діабази і грубозернисті ґраніти. Міцність вугілля при стисненні змінюється в залежності від ступеня його метаморфізму і зольності від 1 МПа (коксівне вугілля) до 35 МПа (антрацити). Міцність гірських порід оцінюють відповідним коефіцієнтом fм за шкалою Протодьяконова. Для базальтів i кварцитів він дорівнює 20, для щільних ґранітів, вапняків i дуже міцних залізних руд — 10, піщанистих сланців і сланцевих пісків — 5, неміцного сланцю i щільного мергелю — 3, міцного кам'яного вугілля i щебенистого ґрунту — 1,5, сипких порід — 0,5. У складі інших факторів міцність гірської породи визначає вплив її грудок при стиканні з елементами транспортних машин. Міцність матеріалу, як i його грудкуватість, багато в чому обумовлює вибір транспортних засобів. Тривкість гірських порід – загальноприйняте умовне поняття, яка символізує сукупність механічних властивостей гірських порід, що виявляється в різних технологічних процесах при видобутку і переробці корисних копалин. Тривкість – здатність гірських порід чинити опір руйнуванню під дією зовнішніх сил. Залежить від твердості, в’язкості, крихкості, пружних властивостей, мінералогічного складу і структури, густини, щільності та кліважу. Тривкість зростає зі збільшенням сил зв'язку між частинками і окремостями гірської породи та вмісту міцних мінералів в породі і знижується, як правило, при зволоженні. За М.М.Протодьяконовим виділено 10 категорій тривкості. Метод експериментального визначення коефіцієнта тривкості (Ктр), запропонований М.М.Протодьяконовим, оснований на відносній оцінці роботи, затраченої на дроблення гірських порід вантажем масою 2,4 кг, що вільно падає з висоти 0,6 м. Класифікація тривкості гірських порід (за М.М.Протодьяконовим) наведена у таблиці 1. 17

Таблиця1. Катег Ступінь орія тривкості породи І Найвищий ІІ ІІІ ІІІ-а ІV ІV-а V V-а VI

VI-а VII VII-а VIII ІХ Х

Породи

Ктр

Кварцити, базальти та ін. винятково міцні 20 породи Дуже тривкі Ґраніт, кварцові порфіри, кременистий сла- 15 породи нець, пісковики та вапняки підвищеної міцності, деякі кварцити Тривкі Ґраніти та ґранітні породи, пісковики і 10 породи вапняки, міцні мінерали залізних руд Тривкі Вапняки, деякі ґраніти (неміцні), пісковики, 8 породи мармур, доломіт, колчедани Досить тривкі Звичайний пісковик, залізисті руди 6 породи Досить тривкі Піскуваті сланці, сланцеві пісковики 5 породи Породи Міцний глинистий сланець, неміцні різновиди 4 середньої пісковику і вапняку, м’який конґломерат тривкості Те саме Різноманітні неміцні сланці, щільний мергель 3 Досить м’які М’який сланець, дуже м’який вапняк, крейда, 2 породи кам’яна сіль, ґіпс, мерзлий ґрунт, антрацит, звичайний мергель, зруйнований пісковик, кам’янистий ґрунт Досить м’які Щебенистий ґрунт, зруйнований сланець, 1,5 породи злежалі галька та щебінь, тверде кам’яне вугілля, затверділа глина М’які породи Глина (щільна), м’яке кам’яне вугілля, міцні 1,0 наноси 0,8 М’які породи Легка піскова глина, лес, ґравій Землянисті Чорнозем, торф, легкий суглинок, сирий пісок 0,6 породи Сипучі Пісок, осипи, дрібний гравій, насипна земля, 0,5 породи видобуте вугілля Пливкі Пливуни, болотистий ґрунт, розріджений лес, 0,3 породи розріджено-зволожений ґрунт

18

Аналіз свідчить, що всі технологічні показники гірських порід (буримість, вибуховість, дробимість, подрібнюваність і т.д.) корелюють між собою та з коефіцієнтом тривкості М.М.Протодьяконова. Між тривкістю і міцністю гірських порід існує прямий кореляційний зв’язок. Наявність великої кількості виробничо-технологічних коефіцієнтів утруднює їх використання в практиці і для наукових досліджень. Насипна густина вантажу ρ, тобто маса одиниці його об'єму в свіжонасипаному вигляді, залежить від фізичних властивостей i ступеня ущільнення матеріалу. Для бутових каменів, вапняків, піску i глини вона дорівнює 1,5...2 т/м3, для марганцевих і залізних руд — 1,2...3,5 т/м3, антрацитів, бурого i кам'яного вугілля — 0,65...1 т/м3. Розрізняють густину матеріалу в мacивi i в насипі. Відношення першої до другої називають коефіцієнтом розпушування Кроз який залежно від способу руйнування і міцності гірських (скельних) порід змінюється від 1,1...1,4 (для м'яких) до 1,6...1,8 (для міцних). Вологість (вміст води в матеріалі) визначають через відношення маси випареної води до маси твердих частинок, що залишились. Насипний матеріал вважається вологим, якщо на своїй поверхні вміщує неувібрані i хімічно не зв'язані з ним краплі (плівки) води. Через вологість (для порід вона становить 5...30 %) вантаж, як правило, налипає на ґумові і металеві деталі транспортних засобів, що призводить до порушення режиму роботи, зменшення корисної місткості посудин і швидкого зношування устаткування. Абразивність — це властивість вантажу стирати деталі машин, які стикаються з ним. Ступінь її тим більша, чим вища твердість частинок матеріалу, який перевозять. Майже 50 % гірничої маси вуглевидобувних і гірничорудних підприємств має середню і високу абразивність. Для запобігання прискореному зношенню (стиранню) частин транспортних засобів застосовують захисні футеровки, ущільнення підшипників, шарнірів та ін. Внутрішнє тертя, тобто взаємна рухливість частин насипного вантажу, характеризується кутом природного укосу φ між утворюючою (бічною поверхнею вільно насипаного штабеля) i 19

непорушною горизонтальною площиною. Цей кут залежить від форми i розмірів грудок, вологості та липкості гірничої маси i тому не є постійним навіть для одного й того ж вантажу. Для вугілля значення φ в середньому становить 30...40о, породи i залізної руди — 40...50о. Із зростанням грудкуватостi i вологості матеріалів (за винятком сипучих) значення φ підвищується, а при транспортуванні гірничої маси, коли виникає струшування або ворушіння, — зменшується. Кут природного укосу насипного вантажу залежно від умов руху приймають рівним (0,35...0,7) φ.

1.3.2. Вантажопотоки Вантажопотік — це кількість (в тоннах або кубічних метрах) матеріалів, переміщуваних на певній трасі за одну годину. Залежно від напряму руху вантажопотоки поділяються на npямі (від підготовчих вибоїв до поверхні) i зворотні (від поверхні до робочих місць). Вантажопотоки характеризуються видом матеріалу, що транспортується, інтенсивністю, нерівномірністю i довжиною транспортування. При будівництві підземних споруд, зокрема шахт, в найбільшій кількості транспортують гірничу масу, потім устаткування, допоміжні матеріали i людей. Формування вантажопотоків внаслідок впливу великої кількості гірничотехнічних, технологічних і організаційних факторів має випадковий характер. Вони нерівномірні насамперед за змінами. Транспортні засоби вибирають за потоком найбільш навантаженої зміни. Однак необхідно мати на увазі, що протягом зміни вантажопотоки, як правило, не постійні через паузи, обумовлені, наприклад, несправністю устаткування. Крім того, потік матеріалу, що надходить, змінюється в період роботи вантажних засобів. Ця нерівномірність враховується коефіцієнтом нерівномірності kн i найбільш властива підготовчим вибоям; вона згладжується на магістральних виробках, оскільки одночасно функціонує декілька таких вибоїв, і простої одного з них в меншій мірі відбиваються на сумарному вантажопотоці. 20

Значення коефіцієнта kн коливається залежно від технічних, технологічних, організаційних i інших факторів. Воно вибирається на основі експериментальних даних або визначається розрахунком. Таким чином, нерівномірність в надходженні вантажу приводить до того, що в окремі періоди можуть виникати недовантаження або перевантаження транспортних засобів. Тому машини повинні мати достатні резерви продуктивності й міцності вузлів. Середнє значення вантажопотоку Qс = А/Т, (1.1) де А — значення змінного потоку, т; Т — час роботи транспортної установки за зміну, год. Максимальний хвилинний вантажопотік при одному функціонуючому підготовчому вибої, т/хв, (1.2) имакс = Vц ρ / tц 3 Тут Vц — об'єм гірничої маси, що видається за цикл, м , ρ — насипна густина вантажу, т/м3, tц — тривалість роботи прохідницької машини, хв. При одночасній роботі декількох підготовчих вибоїв и(макс)Σ = kp Σимакс (1.3) де kp — розрахунковий коефіцієнт, значення якого беруть залежно від кількості вибоїв, kp =0,5...0,95. Максимальний вантажопотік, т/г, (1.4) Qмакс = 60 имакс або Qмакс = 60 и(макс) Σ а коефіцієнт kн = Qмакс / Qс (1.5) При роботі транспортних машин на магістральних лініях kн= = 1,5...2, а в підготовчому kн = 4,5. Для забезпечення рівномірності вантажопотоку в транспортному потоці встановлюють акумулюючі ємності. Їхнє застосування у вибоях підготовчих виробок дозволяє поліпшити використання прохідницьких комбайнів або навантажувальних машин в часі, оскільки зменшуються простої. Значно спрощується також організація роздільного транспортування вугілля i породи при проходженні виробок змішаним вибоєм у вугільних шахтах. Як акумулюючі ємності використовують гірничі виробки, механізовані, напівстаціонарні i пересувні бункери. Роль акумулюючої ємності можуть виконувати також бункери на 21

колесах (допоміжні состави вагонеток). Місткість бункера вибирають залежно від обсягу породи, яку доставляють з підготовчого вибою протягом зміни. До основних факторів, які визначають вид i обсяг перевезень допоміжних вантажів (устаткування, лісоматеріалів, залізобетонних виробів, прокату чорних металів i т. ін.) належать: тип кріплення, що встановлюють в підготовчих вибоях; темпи проходки; прийнята технологія проведення гірничих робіт тощо. При будівництві шахти добові витрати матеріалів обумовлені площею перерізу виробки; швидкістю проходки i матеріалом, що використовують для кріплення. При кріпленні виробки з площею Sв = 10 м2 арочним металевим кріпленням із залізобетонними затяжками i швидкості проходки 20 м за добу потреба в матеріалах складає 30...40 т.

1.4. ІСТОРІЯ РОЗВИТКУ І СУЧАСНИЙ СТАН ШАХТНОГО ТРАНСПОРТУ 1.4.1. Історія розвитку рудникового транспорту Протягом багатовікової історії розвитку гірничої справи тривалий період рудниковий транспорт, як та інші ланки загального технологічного ланцюга видобутку корисних копалин, був оснований на використанні примітивних способів i засобів перевезення вантажів з використанням ручної праці, рідше – сили тварин. Один з найсуттєвіших внесків у розвиток механізації гірничого транспорту внесла Німеччина, гірнича, зокрема вугільна промисловість якої була однією з найбільш передових у Європі. З початку 16 ст. Німеччина займала провідне положення в гірничій справі. В цій галузі було задіяно бл. 100 тис. чол. Німецькі рудокопи працювали в Чехії, Угорщині, Польщі, Англії, пізніше – в Швеції та Іспанії. В 16-18 ст. залізну руду активно добували в Саксонії, Гессені, Рейнській області, Нассау, Саарі. У 1540 на території Німеччини було видобуто 16 т срібла (25% від видобутку 22

у Європі). Тут ще у 16-17 ст. суттєво вдосконалюється гірнича техніка, зокрема з'являється гірничий компас (1539), кінний коловорот (рис. 1.1), водовідлив, поршневий насос (1565, Йоахімстале, тепер Яхімов у Чехії), в цей час почали застосовувати вибухові роботи. У 1698 р в Касселє споруджена перша пароатмосферна машина (Д.Папен). Парова машина Ньюкомена почала застосовуватися з 1753 р. на свинцевих копальнях біля Дуйсбурґа, двигун Уатта – з 1780-х років в Хетштедті. З 1835 на шахтному підйомі в Німеччині застосовують стальний канат. У 1890-х з'являється електричний водовідлив. Електродвигуни застосовують для провітрювання, на відкатці і підйомі. У кінці 18 століття в специфічних умовах рудників i заводів тодішньої Росії, де існувала необхідність у переміщенні великої кількості насипних вантажів, були початі перші спроби механізації транспорту. Почали застосовувати тачки i спеціальні вагонетки невеликої вантажопідйомності (рис. 1.2.). Спочатку тачки i вагонетки переміщали по дерев'яних настилах з дошок i брусів, але швидкий знос таких доріг привів до необхідності облаштовувати їх більш міцними залізними смугами, а пізніше — залізними шматками – прототипами рейок (1776 р.).

Рис. 1.1. Пристрій для підйому вантажу з колодязів

23

Рис.1.2. Тачка (а) і вагонетка (б)

У 1788 році з ініціативи начальника Оленецьких заводів Яромова на Олександрійському гарматному заводі в Петрозаводську вперше були прокладені рейки з чавуну. Переміщення примітивних відкаточних посудин в основному забезпечувалося мускульною силою людини. Перша чавунна дорога з кінною тягою для перевезення руди із Зміїногірського рудника на металургійний завод (Алтай) була побудована Фроловим у 1806...1809 роках. Паралельно з розвитком рейкового транспорту завдяки своїй простоті і можливості роботи в різних гірничо-геологічних умовах помітну роль у механізації технологічних процесів того часу мали канатні пристрої. Так, у період зародження вугільної промисловості коміри (прототипи сучасних лебідок) використовували для підйому вантажів з ям i колодязів – прообразів стовбурів. Водночас ще у 1711 р. на Галичині почався колодязний видобуток нафти, на якому застосовувалися канатні пристрої для підняття цебер з нафтою з колодязів (нижній малюнок на рис. 1.1.) Приводилися в дію такі пристрої мускульною силою людини i тварин. Розвиток гірничо-металургійної промисловості ставив задачу підняття i переміщення вантажів у великих обсягах і на значні 24

відстані, що привело до необхідності застосування більш складних знарядь праці i нових доріг. Збільшення кількості вантажів, що піднімаються з шахт, збільшення висоти підйому вимагали значно більш потужніших двигунів, що послужило базою для використання надалі енергії живої природи (водяних коліс) (рис.1.3). Однак, практика застосування водяних коліс показала, що їх доцільно використовувати лише в тому випадку, коли водяне джерело енергії знаходиться в безпосередній близькості від підприємства, що далеко не завжди можливо. Найчастіше на підприємствах, де використовувався цей вид енергії, спостерігалися кризи гідроенергії, що було поштовхом для вишукування нового джерела енергії, яку можна легко транспортувати від місця її одержання в будь-яку точку її використання. Таким джерелом виявилася теплота. Використавши це джерело енергії, Тревитик (Англія) побудував перший у світі паровий транспортний екіпаж (1802 р.) (рис.1.4).

Рис. 1.3. Водяне колесо

Рис. 1.4. Паровий транспортний екіпаж

25

Заводські i рудничні чавунні дороги підказали Тревитику думка поставити паровий екіпаж на рейки (1803 р.). Це був перший у світі паровоз, що не ніс на собі вантаж, а тяг вагонетки з вантажем. Перший паровоз у Росії був побудований Черепановими в 1833-1834 роках на Нижньотагільському металургійному заводі (Урал). У 1835 році вони створили другий паровоз, що перевершує за своєю потужністю кращий англійський локомотив того часу – Стефенсоновську "Ракету". У 1861 р. на Ленських золотих копальнях гірничим інженером А.Лопатіним був застосований перший стрічковий конвеєр – "песковоз", на який винахідником було отримано "привілей". На початку 19 століття були створені теоретичні передумови i виконані лабораторні дослідження з одержання механічної роботи за рахунок електричної енергії – був розроблений електродвигун. Незабаром електродвигун вийшов з наукових лабораторій i в 1838 році Якобі випробує електричний бот на річці Нева. Електрична енергія стала застосовуватися i на інших засобах транспорту. У 1880 році українець Федір Піроцький уперше продемонстрував перший вагон кінно-залізної міської дороги, який рухався електричною енергією. Перший трамвай був пущений у Києві в 1892 році. Електродвигуни усе ширше i ширше застосовуються як приводи для різноманітних робочих машин, у тому числі i гірничо-транспортних, чому сприяв також створений Доліво-Добровольським трифазний електричний двигун (1891 р.). Однак наукові знання в тодішній Росії широкого поширення не одержували, спроби механізації рудничного транспорту носили поодинокий характер, що пояснювалося відсутністю об'єктивних передумов: робоча сила була дешевою, а загальний рівень розвитку гірничого виробництва був таким, що низька продуктивність ручної праці на транспорті не обмежувала продуктивності підприємства в цілому. Особливо важким була праця шахтарів у старому Донбасі. "На недалекій від мене відстані заблищала зірочка, що, коливаючись i мерехтячи, стала наближатися до мене. Шум, що 26

нагадував тріск падаючих дерев, усе більше i більше підсилювався. Але от червонуватий вогник порівнявся з нами, i я побачив незвичайне видовище: із самої глибини шахти зринула якась чотиринога тварина, що, будучи прикута залізним ланцюгом до плоскої шухляди, навантаженої антрацитом, повільно i на превелику силу посувалося вперед... Переді мною на карачках стояв не звір, а людина... 3 його чорного, начебто вимазаного ваксою, обличчя котилися струмені темно-бурого поту. Увесь тулуб його здригався від сильної задишки й утоми... Широкий пояс обхоплював тонкий стан тягальника. До пояса, як у справжніх засланих каторжників, був прикріплений масивний ланцюг, що, проходячи між ніг, за допомогою гачка прикріплювалася до шухляди". Так образно описав свою першу зустріч з «тягальником» ("саночником") робітником, що здійснює доставку вугілля з очисного вибою, український письменник Свирський. Навіть серед шахтарів робота "саночника" вважалася найважчою (рис. 1.5).

Рис.1.5. “Саночник” (з картини Касаткина)

Довгі роки по всіх підземних виробках вагонетки переміщалися мускульною силою людини, у кращому випадку, тварин. Норма продуктивності робітника, що переміщує вагонетки на відстані до 150 метрів - "відкатника", складала 10,7 тонн у зміну. При довжині відкочування більше 200-300 метрів застосовували кінну тягу. Склади з декількох вагонеток, з'єднаних між собою 27

ланцюгами, переміщалися кіньми, щo осліпли від постійного перебування під землею. Транспортувати вугілля виробками було неймовірно важко i небезпечно. Відкатнику i шахтному коногону була потрібна чимала сила, сміливість i кмітливість. Про умови праці коногона можна судити, почувши одну зі старих шахтарських пісень: Вот лошадь мчится по продольной, По темной, узкой и сырой. А коногона молодого Предупреждает тормозной: «Ах, ради бога, тише, тише! Здесь ведь и так большой уклон. На повороте путь чуть выше, С полна забурится вагон.» …………………………… …………………………… Через минуту над вагоном Уже стоял народ толпой, А молодого коногона Несли в разбитой головой. На початку XX століття з підвищенням інтенсивності видобутку корисної копалини виникає необхідність механізації всіх технологічних процесів. Примітивна технологія транспорту стає вузьким місцем у розвитку гірничих підприємств. Першим застосуванням засобів малої механізації було використання в 1911 р. на Катеринівському руднику при розробці шару Алмазного потужністю 0,45 м механічних санок на колесах, переміщуваних за допомогою ручної лебідки по рейках. Використання транспортної установки дозволило власникам шахти підвищити обсяги видобутку вугілля. У цей же час на Донбасі на Голубовському руднику була використана перша врубова машина. Підвищення довжини i продуктивності лави створило умови, при яких транспорт санками виявився неприйнятним. 28

У 1910 р. на Катеринівському руднику і шахті "Шмідт" пройшли випробовування 12 імпортних конвеєрів. Подібного ж типу конвеєр сконструював на руднику "Гілка" місцевий технік Симонов. Одночасно на Риковському i Голубовському рудниках були застосовані перші вітчизняні хитні конвеєри, що виготовлялися в шахтних майстернях. Однак спроби механізувати рудниковий транспорт як i раніше були поодинокими i внаслідок загальної технічної відсталості промисловості не дали скільки-небудь помітних результатів. Громадянська війна 1918-1921 рр. залишила гірничодобувну промисловість України практично в руїнах. Основним засобом доставки вугілля з лав як i раніше залишилися санки. На рудниках Донбасу працювало всього 8 імпортних хитних конвеєрів із пневматичним приводом i 16 лебідок конструкцій механіка Симонова. Гостра потреба в механізації транспортування вугілля з лав, прагнення інженерів i робітників Донецьких шахт до заміни мускульної праці саночника механізованою працею привело до створення й удосконалення засобів доставки. Так, у 1925 році на шахті 2/7 "Лідієвка" Рутченківського рудоуправління була вперше застосована скреперна установка. Одними з перших, що прийняли діяльну участь у розвитку скреперного транспорту на шахтах Донбасу, були електромеханік Рутченківського рудоуправління Закарлюка i механік Петрівського рудоуправління Митрофанов. Закарлюка розробив і виготовив спеціальну лебідку для скреперної установки – ця лебідка i послужила прототипом першої вітчизняної серійної лебідки, до випуску якої в 1926 році приступив Харківський завод вугільного машинобудування "Світло шахтаря". Цей же завод виготовив перший вітчизняний привід для хитного конвеєра. Незабаром був освоєний випуск i більш потужного приводу. Серійний випуск транспортних засобів збігався у часі з періодом реконструкції шахт Донбасу. Характерним для даного періоду є перебудова гірничого господарства шахт i організаційна перебудова робіт у вибоях. У цей період відбувається інтенсивний 29

процес подовження лав. Наприкінці 1930 року на Донбасі в Україні і Кузбасі та інших басейнах в Росії прагнуть побудувати роботу в лаві за принципом безупинного потоку, що можливо при широкому впровадженні конвеєрного транспорту i високої організації праці. Досвід роботи показав, що підвищення продуктивності лав привело до того, що основний лавний конвеєр – хитний конвеєр, перестав повною мірою задовольняти технологічним вимогам. Постала необхідність у більш продуктивних і досконалих транспортних засобах. Прагнення до вишукування шляхів підвищення продуктивності транспортних засобів привело до спроб застосування в лавах стрічкових конвеєрів. У 1930 році був створений стрічковий конвеєр, що випускався заводом ім. ХХ-річчя комсомолу України і призначався для шарів потужністю не менше 0,9 метра при куті падіння до 15 градусів i довжині лави до 200 метрів (рис. 1.6). Конвеєр цього типу випробувався на шахтах Донбасу, але незабаром випуск їх був припинений. Починалися кількаразові спроби застосування в лавах стрічкових конвеєрів інших типів. Однак ці спроби не увінчалися успіхом через принципові перешкоди: складність перенесення, необхідність збереження строгої прямолінійності лави, значна висота навалювання, швидкий знос стрічки, труднощі захисту холостої галузки стрічки від попадання на неї вантажу та ін. Невдачі з застосуванням у лавах стрічкових конвеєрів направили думки винахідників на пошуки принципово нових засобів транспортування. Перші кроки по створенню переносних скребкових конвеєрів, придатних для умов роботи в очисних вибоях шахт Донбасу, робляться в 1935...1936 роках.

Рис.1.6. Перший стрічковий конвеєр на шахтах Донбасу

У 1939-40 роках на різних шахтах Донбасу проходили випробовування нові скребкові конвеєри. Досвід експлуатації цих 30

доставних засобів дозволив зробити висновок про їxнi істотні переваги: висока продуктивність, що у мало залежала від кута падіння шару, можливість транспортувати вантаж не тільки за падінням, але i за підняттям; суттєво менший шум при роботі в порівнянні з хитними конвеєрами та ін. У післявоєнний період на шахтах Донбасу скребкові конвеєри одержали усе більше поширення, що послужило підставою для розширення їхнього серійного виробництва на вітчизняних заводах. Уперше виробництво таких конвеєрів почав у 1939 році Харківський завод "Світло шахтаря". Надалі відбувається удосконалення конструкції конвеєра в напрямку підвищення потужності двигуна приводу. Створено конвеєри з двома ланцюгами. Розробка і впровадження переносних скребкових конвеєрів для лав успішно завершили другий етап конвеєризації шахтного транспорту. Ідея створення пересувного скребкового конвеєра вперше була реалізована в 1939-1940 роках. У післявоєнний період конвеєри пройшли широке промислове випробовування, показавши свої експлуатаційні i технічні переваги, перспективність. Створення i впровадження пересувних скребкових конвеєрів дозволило перейти на вузькозахопну технологію робіт в очисних вибоях. Впровадження пересувних скребкових конвеєрів було серйозним кроком вперед у справі механізації вуглевидобутку. За корінні удосконалення скребкових конвеєрів у 1947 році група науковців була визнана гідною Державної премії (Співаковський, Клорикьян, Савлуков і Самойлюк). По мірі інтенсифікації робіт в очисних вибоях i збільшення довжини стовпів, що відпрацьовуються, виникає необхідність заміни малопродуктивного i трудомісткого канатного транспорту по похилих виробках більш продуктивним транспортом стрічковими конвеєрами. Перші вітчизняні стрічкові конвеєри поставлялися на шахти Донбасу Харківським заводом "Світло шахтаря" i Донецьким машинобудівним заводом (1935-1939 р.). Особливо бурхливий розвиток одержав даний вид транспорту після Другої світової війни. 31

У 1945 році розробили i застосували на шахтах конвеєри із шириною стрічки 700 мм, а незабаром у зв'язку з ростом вантажопотоків – 800-900 мм. Великим успіхом в галузі конвеєрного транспорту на шахтах є створення й освоєння виробництва нового ряду потужних, з підвищеною швидкістю руху стрічкових конвеєрів, розрахованих на велику довжину транспортування. Застосування таких конвеєрів на шахтах дозволило різко скоротити число перевантажень вугілля на конвеєрних лініях похилих виробок, спростити їхнє обслуговування. Подальший розвиток підземних стрічкових конвеєрів реалізувався в розроблених у 1961-1962 роках, а також у 70-х роках типажних конвеєрах із шириною стрічки від 800 до 1600 мм. Впровадження сучасних стрічкових конвеєрів на шахтах Донбасу докорінно змінило транспортування вугілля похилими i горизонтальними виробками. Важливу роль у прискоренні конвеєризації транспорту зіграло впровадження автоматизованого керування після переможного 1945 р. У післявоєнні роки на шахтах різко збільшилося число високопродуктивних машин, впроваджена i всіляко розширена комплексна механізація й автоматизація, модернізоване шахтне устаткування, докорінно змінена організація праці. Особливо велика увага приділена створенню й удосконалюванню транспортних засобів для проведення підготовчих виробок, тому що останні не тільки забезпечують фронт очисних робіт, але i впливають на умови просування вибоїв i функціонування всього гірничого господарства підприємства. У вибоях підготовчих виробок породу і вугілля подають найчастіше безпосередньо у відкаточні посудини. 3 метою зменшення їхніх простоїв почали широко впроваджувати різні шляхові i допоміжні механізми. Широко впроваджуються також нові транспортні засоби на поверхні, в горизонтальних i похилих виробках i у вузлах їхнього сполучення. Розширюється парк важких локомотивів, потужних конвеєрних установок, великовантажних вагонеток й іншого устаткування. 32

Сьогодні відбувається подальше поліпшення схем i засобів транспорту. Ще на стадії проектування здійснюють глибокий аналіз i обґрунтування вибору раціональних засобів для переміщення вантажів. Приймають найбільш прості схеми транспорту, використовують сучасне устаткування, безупинно поліпшують конструкцію i технологію виготовлення.

1.4.2. Історія розвитку науки Вітчизняна наука про підземний транспорт розвивалась поступово. У 17 – на початку 18 ст. у Києво-Могилянській академії викладають елементи гірничої науки, мінералогії (Феофан Прокопович та ін.). Останній направив на навчання до Києва Михайла Ломоносова, в працях якого згодом зустрічаються згадки про підземний транспорт (1763 р). В 1843 р. викладач інституту корпусу гірничих інженерів Узатіс видав книгу «Курс гірничої майстерності», в якій шахтним машинам відведена окрема глава. Основоположником наукової дисципліни «Рудниковий транспорт» визнано вітчизняного вченого Олександра Терпигорєва, який закінчив С.-Петербурзький гірничий інститут, працював на шахтах Донбасу, з 1900 р викладав у Катеринославському вищому гірничому училищі (нині Національний гірничий університет України). Ще у 1901 р. він видав книгу «Доставка». У ній викладені теорія i розрахунок шахтного рейкового господарства, описані конструкції відповідних засобів. Перший підручник для студентів, що вивчають курс підземного транспорту, написали Поляков i Співаковський (1944 р.).

Олександр Онисимович Співаковський 33

Величезна заслуга у створенні науки про транспорт гірничих підприємств належить вітчизняним вченим Андрєєву, Волотковському, Геротьєву, Кальницькому, Кузнєцову, Ренгевичу, Тихонову, Шахмейстеру, Штокману та ін. Таким чином, завдяки зусиллям виробничників і вчених зараз створений і функціонує досконалий шахтний транспорт.

34

Контрольні запитання і завдання 1. 2. 3. 4.

Опишіть призначення рудникового транспорту. Який транспорт називається підземним? Визначте основні етапи розвитку підземного транспорту. Дайте класифікацію транспортних машин за конструктивними ознаками і принципом дії. 5. Назвіть основні специфічні умови експлуатації машин підземного транспорту. 6. Які роботи виконуються в підготовчий період, при монтажі й налагодженні транспортних засобів? 7. Які вимоги ставляться до транспортних установок згідно з правилами безпеки? 8. Як класифікують вантажі за їхніми властивостями? 9. Перерахуйте i коротко охарактеризуйте основні властивості насипних матеріалів 10. Що ви знаєте про прямий і зворотний вантажопотоки? 11. Напишіть рівняння для визначення середнього i максимального вантажопотоків. 12. Для чого потрібен коефіцієнт нерівномірності вантажопотоку? 13. Коротко опишіть історію розвитку підземного транспорту. 14. Опишіть історію розвитку науки з підземного транспорту. 15. Коротко опишіть сучасний стан підземного транспорту.

35

МОДУЛЬ ДРУГИЙ ОСНОВИ ТЕОРІЇ ТА РОЗРАХУНКУ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ

Знати: основні параметри транспортних засобів (продуктивність, опір руху, силу тяги, швидкість руху, потужність двигунів, витрати енергії). Уміти: визначати величину основних параметрів транспортних машин.

Короткі методичні вказівки Усвідомити класифікацію транспортних засобів, та фактори які обумовлюють величину основних параметрів машин періодичної і безперервної дії.

Зміст другого модуля 2. Основи теорії та розрахунку транспортних засобів 2.1. Продуктивність транспортних засобів 2.1.1. Машини періодичної дії 2.1.2. Машини безперервної дії 2.2. Фізичні процеси у вузлах та елементах транспортних засобів 2.2.1. Загальні відомості 2.2.2. Опір руху машин безперервної дії 2.2.3. Сила тяги машин періодичної дії 2.2.4. Сила тяги машин безперервної дії 2.2.5. Опір руху при переміщенні вантажу рідиною 2.3. Швидкість руху 2.4. Потужність двигуна і витрата електроенергії 2.5. Економічна та екологічна оцінка засобів переміщення Контрольні запитання і завдання

2

2. ОСНОВИ ТЕОРІЇ ТА РОЗРАХУНКУ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ 2.1. ПРОДУКТИВНІСТЬ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ 2.1.1. Машини періодичної дії Продуктивність транспортних машин визначають кількістю вантажу, який переміщують за одиницю часу, і виражають в масових (т/г) або об’ємних (м3/г) одиницях. При будівництві і експлуатації підземних споруд (шахт) застосовують транспортні машини періодичної і безперервної дії. Перші переміщують вантаж порціями через певний інтервал часу. Маса такої порції залежить від вантажопідйомності посудин m та їхньої кількості z. Якщо геометричну місткість посудини, м3, позначити через V, густину насипного матеріалу, т/м3, – через ρ і коефіцієнт заповнення (відношення об’єму вантажу до V) – через φ0, то вантажопідйомність, кг, m = 1 000 Vρφ0. (2.1) Час переміщення однієї порції Тц, с, залежить від довжини шляху транспортування, середньої швидкості руху і тривалості пауз за цикл (причіпка, відчіпка, маневри, а інколи і навантаження, розвантаження): (2.2) Тц = L/υc + tn, де L – довжина шляху транспортування, м; υc – середня швидкість руху м/с; tn – тривалість пауз за цикл, с. При визначенні показника Тц приймають υc = (0,8...0,9) υн, (2.3) де υн – номінальна швидкість руху, м/с (тому що в загальну тривалість циклу входить період розгону і уповільнення). Технічна продуктивність транспортних машин періодичної дії, т/год, Qт = 3 600 mz/(1 000 Тц) = 3,6 mz/Тц. (2.4) 3

Характерна особливість цих машин полягає в тому, що при постійній швидкості υc зі збільшенням довжини L підвищується значення Тц, у зв'язку з чим зменшується показник Qт. Крім того, продуктивність таких машин знижується при зростанні тривалості пауз за цикл (навантажувально-розвантажувальні роботи, маневрові та інші допоміжні операції).

2.1.2. Машини безперервної дії Основними параметрами, що визначають технічну продуктивність Qт установок безперервної дії, служать лінійна густина переміщуваного вантажу і швидкість руху: (2.5) Qт = 3 600 mвυ/1 000 = 3,6 mвυ, де mв – лінійна густина вантажу, кг/м; υ – швидкість руху, м/с. Лінійною щільністю називають масу вантажу, яка припадає на одиницю довжини транспортної установки. Вона залежить від площі поперечного перерізу sв, м2, і густини насипного матеріалу ρ, а також від коефіцієнта заповнення робочого органу або жолоба φ0. (2.6) mв = 1 000 sв ρφ0. За інших рівних умов, площу sв на конвеєрних стрічках установлюють за допомогою таких параметрів, як їхня ширина і ступінь можливого заповнення. На плоских вантажонесучих елементах без бортів існуюча форма поперечного перерізу насипного матеріалу часто невизначена, оскільки вона залежить від розмірів грудок матеріалу, кута внутрішнього тертя частинок та інших фізико-механічних властивостей вантажу, а також способу навантажування, швидкості руху, кута нахилу установки та інших факторів. Якщо прийняти найбільш просте припущення, згідно з яким на плоскій стрічці переріз насипного матеріалу має форму рівнобедреного трикутника (рис. 2.1), площа sв може бути виражена через ширину стрічки В. Оскільки остання разом з вантажем знаходиться в русі, кут при основі трикутника φ′ приймають рівним половині кута природного укосу φ (тобто φ′ = 0,5 φ), а довжину основи В1 = 0,85В. 4

Рис. 2.1. Поперечний переріз насипного вантажу на плоскій (а) жолобчатій (б) стрічках

Тоді sв = В1h/2 = (0,85B 0,85B tg(0,5φ))/4 = 0,18B2 tg(0,5φ), (2.7) де h – висота шару вантажу, м. При жолобчатій стрічці (див. рис. 2.1) площа перерізу насипного матеріалу sв = s1 + s2, причому значення s1, знаходять за рівнянням s1 = dh/2, а параметр s2 за рівнянням s2 = (a + d) h/2 = ((a + d)(B1 – a) sin α)/4,

(2.8)

де a – довжина середнього ролика, м, звичайно a = 0,5·B1; d – довжина основи трикутника або трапеції при розмірі похилих сторін b, м, d = a +2bcos α = a + (B1 – a) cos α; α – кут нахилу бокових роликів, ...°. Значення α залежить від поперечної жорсткості стрічки. Його приймають рівним 20° при В2,5 м/с приймають міри для зниження швидкості, що, в свою чергу, дозволяє зменшити пилоутворення і підвищити рівень безпеки.

3.12.3. Загальна оцінка Установки самотічного транспорту надійні в роботі, не потребують механічних двигунів, мають невеликі поперечні 100

розміри, відрізняються простотою конструкції, високою продуктивністю, малою трудомісткістю і незначною, вартістю експлуатації. Але вони відрізняються також порівняно швидким зносом устаткування, значною залежністю продуктивності від властивостей переміщуваного матеріалу, обмеженістю галузі використання, великим пилоутворенням. Самотічні установки застосовують для спорудження бункерів, гезенків, скатів і рудоспусків, закладки виробленого простору і передачі вантажів з одного горизонту на другий, а також для проходки похилих виробок знизу вверх, камер з великою площею перерізу і виробок із складною конфігурацією по висоті. Удосконалення цих установок в основному спрямоване на збільшення строків служби самотічних установок і гірничих виробок, створення і застосування пристроїв, що забезпечують допустиму (найбільш доцільну) швидкість переміщення вантажів.

Контрольні запитання і завдання 1. В чому полягає призначення самотічного транспорту? 2. Укажіть можливі режими руху вантажів під дією сили ваги. 3. Дайте коротку технічну характеристику самотічних установок. 4. Визначте технічну продуктивність вивчених засобів транспорту. 5. Які основні переваги і недоліки мають самотічні установки?

3.13. ГІДРАВЛІЧНІ І ПНЕВМАТИЧНІ ТРАНСПОРТНІ УСТАНОВКИ 3.13.1. Призначення і класифікація Переміщення насипного вантажу потоком води носить назву гідравлічного транспорту. У гірничій промисловості застосування 101

гідравлічного транспорту відоме з ХІІ-VІст. до н.е. (на території нинішньої Іспанії – при промиванні золотоносних пісків в долинах рік Тахо, Дуеро, Міньо і Гуадьяро). Відомості про те, що при добуванні олова на Алтаї застосовувався такий спосіб транспорту, відносяться теж до віддаленого часу. Щодо пізніших часів, то характерним прикладом гідромеханізації служать роботи, які проводились у 1884 р. Пеньєвським. Спочатку в гірничій справі обмежувались транспортуванням пульпи самопливом. У подальшому енергія водяного потоку використовувалась і для відділення корисної копалини від масиву. Новий етап у розвитку відкритих гідравлічних розробок започатковано із застосування гідроелеваторів (1886). У 1904-13 рр. гідравлічні розробки успішно велися на сибірських копальнях. У 1915 на шахті “Софія" в Макіївці (Донбас, Україна) проведені перші досліди з підземного гідравлічного виймання вугілля. Першим будівництвом в Україні, на якому було застосовано гідравлічний спосіб проведення робіт, був Дніпробуд (1929-1931 рр.), на якому цим способом було виконано біля 7% робіт. У другій половині ХХ сторіччя під час спорудження гідроелектростанцій Дніпровського каскаду на частку гідромеханізації вже припадало 60-70% від загального обсягу робіт. У 1936 р. за технологією проф. Мучника було здійснене експериментальне гідродобування вугілля в Кузбасі. З 1938 р. гідромеханізація застосована в Кузнецькому вугільному басейні (Росія), а з 1939 р. - в Донецькому (Україна). В 1938 р. гідромеханізація була застосована також для підземного видобутку марганцевих руд на шахтах тресту “НікопольМарганець" (Україна). При розробці рудних родовищ найбільш показове застосування гідротранспорту на розкривних роботах КМА. В кінці 60-х рр. ХХ ст. почалося активне освоєння процесів гідромеханізації включно з гідротранспортом при підводному видобутку корисних копалин на континентальному шельфі. Найбільші перспективи тут має застосування ерліфтів. Останнім часом гідромеханізацію широко застосовують також для очищення іригаційних каналів, видобутку добрив, наприклад, сапропелю із дна штучних та природних водоймищ, в теплоенергетиці (гідрошлаковидалення), в мостобудівництві (виймання ґрунтів з кесонів та котлованів) та ін. 102

Перша в світі дослідно-промислова гідрошахта побудована у 1939 в Україні, на Донбасі (трест "Орджонікідзевугілля"). В 1990-х рр. ХХ ст. в Україні діяли 5 гідрошахт. На Донбасі було споруджено кілька гідрокомплексів (гідродільниць), гідрорудники "Яновський" та "Піонер", гідрошахти "Червоноармійські" N 1 і 2. За кордоном в 1990-х роках гідрошахти діяли в Канаді (“Балмер"), ФРН (“Ганза"), Новій Зеландії (“Стронгмен"), Китаї (“Лінцятуо"), Японії (“Сунагава"), Росії (“Інська”, “Ювілейна” на Кузбасі та ін.). Середня продуктивність праці на робітника по видобутку на гідрошахтах Донбасу – 60,2 т/місяць. В Україні розробку наукових основ з гідравлічного транспорту і гідромеханізації загалом, гідровидобутку вугілля було зосереджено спочатку в Донецькому науково-дослідному вугільному інституті (ДонВУГІ), а надалі в спеціалізованому інституті підземного гідравлічного видобутку вугілля (УкрНДІГідровугілля, м. Луганськ). Великий внесок у розвиток науки та запровадження у гірничу промисловість України технології гідравлічного транспорту зробили науковці Донецького державного технічного університету на чолі з В.Г.Гейєром, В.І.Грубою, а також Н.Е.Офенгенден та інші вітчизняні вчені, в наш час цю роботу продовжує науково-виробнича фірма “Гаймек” (Ю.Г.Світлий, Ф.О.Папаяні, Ю.Ф.Власов та ін.). Гідротранспорті установки за призначенням розподіляють на підземні і поверхневі; за часом роботи на одному місці – на стаціонарні і пересувні; за принципом дії – безнапірні і напірні.

Рис. 3.45.Схеми гідротранспортних установок

103

У безнапірних установках (рис. 3.45, а) вантаж рухається самопливом по жолобу, розташованому з деяким схилом і, а в напірних - по трубах за допомогою механічних пристроїв. Значення і приймають залежно від кусковатості насипного матеріалу, консистенції пульпи і ступеня шорсткості внутрішньої поверхні жолобів. Для нефутерованих стінок і = 0,05...0,07, а для емальованих і = 0,03...0,05. Необхідні схили при самопливному гідротранспорті приведені у табл. 3.15, а рекомендовані швидкості руху пульпи – у табл. 3.16. Таблиця 3.15.

Мінімальні схили при гідротранспорті Транспортний матеріал Вугілля рядове Порода крупністю до 250 мм Пісок середній (крупний) Гравій

металеві 0,05 0,07 -

Жолоби емальовані складні 0,03 0,02 0,05 -

Лотки дерев’яні 0,07 0,035 (0,05) 0,100

Канавки земляні 0,05 (0,06) -

Таблиця 3.16.

Рекомендовані швидкості руху пульпи Транспортований матеріал Корінні гірничі породи густиною, т/м3: до 2,4 2,4...2,7 Вугілля густиною, т/м3 до 1,3 1,3...1,5

Крупність кусків, мм

Швидкість руху пульпи, м/с

До 70 60...70

2,5... 4,0 2,0...3,0

До 70 50...75

1,7...2,0 2,0...3,3

Пропускна здатність жолоба при і = 0,05 досягає 1200 м3/г. Якщо кут нахилу більший 20º, пульпа викидається через борт. У цьому випадку доцільно використовувати труби. Розміри грудок вантажу повинні бути в 1,5...2 рази меншими ширини жолоба (труби). Консистенція пульпи Т : Р = 1:5, тобто на одну частину твердого матеріалу приймають п’ять частин рідини. У напірних транспортних установках вантаж переміщується за допомогою природного (рис. 3.45, б) або штучного напору. В останньому випадку пульпа із спеціального 104

резервуару подається пульпонасосом в трубопровід (рис. 3.45, в). За схемою, зображеною на рис. 3.45, г, вантаж вводять у трубу за допомогою спеціального завантажувального пристрою, а чисту воду в неї подає насос, забезпечуючи тим самим необхідний напір. До названих пристроїв відносяться шлюзові і шнекові апарати відповідно періодичної і безперервної дії, з продуктивністю 45...100 т/г. Гідроелеватор ( рис. 3.45, д) створює напір також потоком води, причому в завантажувальній лійці, куди поступає пульпа, утворюється вакуум. Подання стисненого повітря в ліву частину труби (ерліфтна установка) приводить пульпу в рух (рис.3.51, е), оскільки маса стовпа пульпи з висотою Н менша маси стовпа з висотою h. При напірному транспортуванні розміри кусків вантажу повинні бути в 2...2,5 рази менше діаметра трубопроводу і відповідати розмірам потоковій частині пульпонасосів. Для цього матеріал попередньо дроблять. Потужні напірні установки при консистенції пульпи Т : Р = 1:5 забезпечують продуктивність до 500 т/г. Затрати води на 1 м3 вантажу не перевищують 7 м3. Гідравлічний транспорт застосовують головним чином на шахтах, де підготовчі виробки характеризуються великими схилами (0,05...0,07) і малими площами поперечного перерізу. Трудомісткість обслуговування гідравлічних установок в значній мірі обумовлюється стійкістю проти спрацювання і надійністю конструктивних елементів, а також рівнем механізації допоміжних робіт. Цим транспортним засобам властива підвищена (в 3...4 рази) енергоємність при зіставленні із сухими способами доставки матеріалів, що пояснюється порівняно високою витратою води і низьким ККД устаткування. Пневмотранспорті установки призначені для переміщення вантажу по трубах струменем повітря. Доставку закладних матеріалів у період будівництва підземних споруд здійснюють нагнітальними установками низького, середнього і високого тиску, продуктивність яких становить 500 т/г при L = 700 м. Використовуючи енергію повітря, по трубах переміщують також посудини і состави (капсульний пневмотранспорт, для чого на початку і в кінці поїзда встановлюють приводні вагонетки, 105

забезпечені ущільнювальними манжетами. Річна продуктивність состава, що включає, для прикладу, 8 посудин загальною вантажопідйомністю 15т, при υ=50 км/г і L=2,2 км досягає 640000 т.

3.13.2. Складові частини Жолоби прямокутного або трапецієподібного перерізу (із сталі) укладають внапусток із загальним схилом не менше 0,05. Щоб забезпечити переміщення вантажу при і = 0,03...0,05, жолоби футерують загартованим склом або емаллю, оскільки гладка поверхня дозволяє знизити опір руху. Як пульпопроводи застосовують також сталеві труби, футеровані кам’яним литвом або керамікою. Безшовні стальні труби діаметром від 100 до 500 мм стикують за допомогою спеціальних швидкорознімних з’єднин або, якщо це допустимо, зварюють. Пульпопроводи оснащають засувками, зворотними клапанами і гасниками гідравлічних ударів, призначеними відповідно для відключення окремих ділянок від мережі, запобігання зворотному руху пульпи і захисту магістралі від указаних ударів. Через кожні 50...100м у трубах влаштовують люки для ліквідації пробок із транспортованого матеріалу. На вугільних гідрошахтах руйнування гірничого масиву проводять гідромоніторними струменями, прохідницькими комбайнами, а також за допомогою буровибухових способів. Відбита гірнича маса спочатку транспортується самопливним гідротранспортом по жолобах, які укладають на ґрунт виробки внапусток в бік руху пульпи із уклоном 0,03...0,08. При застосуванні напірного гідротранспорту встановлюють пульпонасоси (вуглесоси), трубопровід, живильники і дробарки. Пульпонасоси продуктивністю 350...1400 м3/г забезпечують прохід кусків гірничої маси крупністю до 100 мм. Дроблення гірничої маси до указаної крупності здійснюють молоткові або зубчаті дробарки. Примусове введення гірничої маси в напірний трубопровід реалізується за допомогою живильників з безперервним або циклічним робочим процесом. Найбільше розповсюдження набули камерні живильники циклічної дії, які працюють за принципом 106

обміну об’єму води на рівний об’єм гірничої маси. Вже пройшло стадію промислової експлуатації нещодавно розроблене прогресивне устаткування – прохідницький гідротранспортний комплекс. Він складається із завантажувального пристрою з дробаркою, пульпопідготовлювача, пульпонасоса або гідроелеватора і трубопроводу. Гідротранспортні комплекси можуть бути використані при проведенні виробок з роздільним транспортуванням вугілля і породи, а також для закладних робіт. Для закладки виробленого простору при будівництві шахт застосовують також пневмотранспортні установки, що складаються із пневмозакладних машин, повітродувок і трубопроводів. Пневмозакладні машини барабанного типу з безперервним робочим процесом або камерного типу призначені для подачі закладних матеріалів в трубопровід. Продуктивність машин барабанного типу досягає 200 м3/г, а довжина транспортування по горизонталі – 500 м. Машини камерного типу дозволяють забезпечити дальність транспортування 500...2000 м при продуктивності відповідно 20...30 м3/г. Напірний трубопровід споруджується із чавунних або стальних труб діаметром 150...250 мм і довжиною 1,5...3м. На цей час широкого розповсюдження для закладки виробленого простору набула установка „Титан-1”, яка складається із дробарки, живильника, повітродувки і закладного трубопроводу. Підірвану гірничу масу навантажувальна машина подає у приймальний пристрій установки. Дробарка дрібнить породу, доводячи розміри окремих кусків до 60 мм, а живильник подає її порціями у завантажувальну секцію і далі в напірний закладний трубопровід. Продуктивність установки при довжині транспортування до 80 м становить 20...60 м3/г. При будівництві підземних споруд і шахт із застосуванням гідро - і пневмотранспортних установок трасу для прокладки трубопроводів слід приймати по можливості прямолінійною, із мінімальною кількістю поворотів. У процесі експлуатації виконують поворот труб, що забезпечує більш рівномірний знос їхньої внутрішньої поверхні, контролюють найбільш зношувані деталі установок і стан 107

прохідних каналів трубопроводів. Оптимальний режим роботи, при якому забезпечуються висока надійність і задана продуктивність при мінімальних витратах енергії на транспортування, досягається при автоматизації гідро - і пневмотранспортних установок. Мінімальну ширину жолоба або внутрішній діаметр труби приймають виходячи із максимальної крупності транспортованого матеріалу. Ширина повинна бути в 1,5...2 рази більшою, ніж амакс. Відносна швидкість руху частинок и, м/с, залежить від форми і розмірів переміщуваного вантажу. Так, для частинок, що мають форму кулі, u = 0,55 d ( ρ − 1) , (3.8) де d – діаметр частинки, см. Швидкість потоку рідини υ, м/с, повинна бути більшою: υ = uk0. (3.9) Тут k0 – коефіцієнт, обумовлений крупністю частинок, діаметром трубопроводу D і консистенцією пульпи x (відношення об’єму води до об’єму переміщуваного матеріалу), k0 = 3...4. Технічна продуктивність Qт, т/г, гідравлічного транспорту Qт = 900 πD2υρ/(1 + x). (3.10) Для безнапірної установки при значній площі перерізу жолоба (труби) і достатньому куті нахилу значення Qт може бути дуже великим.

3.13.3. Загальна оцінка Гідротранспортні установки відрізняються високою продуктивністю, дозволяють переміщувати вантажі по складній трасі на значну довжину, компактні, прості за будовою і у керуванні, мають невеликі площі поперечних перерізів пульпопроводів, зручні при монтажі і обслуговуванні, не перешкоджають повній автоматизації робіт. До недоліків треба віднести малий строк служби устаткування із-за підвищеного гідроабразивного зносу, зволоження виробок, необхідність попереднього дроблення вантажів, неможливість транспортування при мінусовій 108

температурі, низький ККД (0,5...0,6) і високу енергоємність. Удосконалення цих установок іде шляхом підвищення надійності і довговічності устаткування, створення нових технологічних схем з внутрішньою рециркуляцією оборотної води, збільшення консистенції гідросуміші і зниження енергоємності.

Контрольні запитання і завдання 1. Яке призначення мають гідравлічні і пневматичні транспортні установки? 2. Наведіть класифікацію гідротранспорту. 3. Перерахуйте і коротко охарактеризуйте складові частини гідравлічних установок. 4. Як визначити мінімальну ширину жолоба або внутрішній діаметр труби? 5. Напишіть залежності для відносної швидкості потоку рідини. 6. Розрахуйте технічну продуктивність гідравлічних установок. 7. Назвіть основні переваги, недоліки і галузь застосування гідравлічного транспорту.

УСТАНОВКИ КОНВЕЄРНОГО ТРАНСПОРТУ 3.14. СТРІЧКОВІ КОНВЕЄРИ І ПЕРЕВАНТАЖУВАЧІ 3.14.1. Призначення і класифікація Конвеєри відрізняються значною продуктивністю, великою довжиною транспортування, здатністю безперервно пересувати вантажі, придатністю до автоматизації і дистанційного керування при високому рівні безпеки робіт. Тому вони вважаються найбільш ефективним засобом переміщення насипних матеріалів при будівництві і експлуатації шахт. 109

Стрічкові конвеєри були створені за проектом Лопатіна і вперше (1861 р.) використані при добуванні золота на Алтаї. З 1937р. вони, маючи довжину всього 30 м і продуктивність 36...60 т/г, встановлювались у підготовчих забоях при проведенні горизонтальних виробок. Надалі більш потужні й досконалі конвеєри (200 т/г при L = 300 м) почали застосовуватися також для транспортування вантажів по магістральних похилих трасах. Таблиця 3.17.

Основні типи і параметри стрічкових конвеєрів Приймальна Продуктив- Швидкість Розривне зусилля Потужність здатність, м3/г ність, т/Г руху стрічки. стрічки, кН двигунів. к Вт 1Л80У; 1ЛТ80У 8,2; 10,2 420; 520 2,0; 2,5 320 40; 45 1ЛТП80У 8,2; 10,2 420; 520 2,0; 2,5 320 40; 45 2Л80У; 2ЛТ80У 8,2: 10,2 420; 520 2,0; 2,5 600; 800 110; 165 2ЛТП80У; ЗЛБ80 8,2; 10,2 420; 520 2,0; 2,5 600 110; 165 1Л100У; 1ЛБ100 13,3 680 2,0 400; 750 75; 150 2Л100У; 2ЛТ100У 16,8 850 2,5 1000; 1200 220; 330 ЗЛ100У; 2ЛУ100 13,3; 16,8 680; 850 2,0; 2,5 2500 500 ЗЛТ100У 16,8 850 2,5 2500 500 2Л100 11,0 550 1,6 2500 500 1ЛУ120 25,0 1200 2,5 2500 500 2ЛБ120 31,0 1500 3,15 3000 500 2ЛУ120 31 0 1500 3,15 3000 1000 Тип

Особливо бурхливий розвиток одержав даний вид транспорту після Великої Вітчизняної війни. Зараз максимальна довжина на один привод конвеєрів з стрічкою із бавовняної тканини становить 600 м, із синтетичної – 900 м, ґумотросової – 2500 м. Їхня технічна продуктивність досягає 1 500 т/г (табл. 3.17). Однак у більшості випадків скривленість ділянок не дозволяє реалізувати довжину вище 2000 м. Тому у виробках, що примикають до вибоїв, звичайно вона дорівнює 300...500 м. Об’єм вантажу, який може прийняти за одиницю часу рухомий робочий орган конвеєра при максимально допустимому його заповненні, тобто приймальна здатність, для кожного типорозміру установки являє собою постійну величину. Вона визначається швидкістю переміщення і геометричними розмірами стрічки. Конвеєри типу Л, приводи яких (звичайно двобарабанні) 110

мають підвищену тягову здатність, призначені для транспортування насипних матеріалів по магістральних горизонтальних і слабопохилих виробках. Для цих установок характерна відсутність уловлювачів стрічок і часто – гальм. Інші відомі типи конвеєрів розміщують на бремсбергах (ЛБ), уклонах (ЛУ), в похилих виробках з кутом до 25° (ЛН) і в крутопохилих при β=25...35° (ЛКН). Приводи більшості похилих конвеєрів більш прості і в основному однобарабанні. Установки обладнані уловлювачами стрічок, гальмами і в ряді випадків – зупинниками. Конвеєри типу ЛТ забезпечені високоміцними стрічками, двобарабанними приводами і телескопічними пристроями, що дозволяють міняти довжину транспортування. Конструктивні особливості установок типу ЛЛ визначаються необхідністю перевозити людей як вгору, так і вниз при умові додержання високого рівня безпеки. Якщо стрічкові конвеєри розміщені у виробках з перемінною величиною β, нахил ставні не повинен перевищувати 18° при русі вантажу уверх і 16° – униз. Залежно від ширини стрічки радіус перегину траси з ввігнутим профілем беруть в межах 90...130 м, а з випуклим – 9...15 м. Тип конвеєра, наприклад 1ЛТ80, позначається буквами і цифрами: 1 – типорозмір приводної станції; Л –стрічковий; Т – телескопічний; 80 – ширина стрічки, см. Стрічкові конвеєри за призначенням розподіляються на підземні та загального призначення, за формою перерізу несучої вітки – на плоскі та жолобчаті, за особливостями конструкції – на нормальні та спеціальні. Конвеєри загального призначення використовують на поверхні як засіб внутрішнього і зовнішнього транспорту. Маючи досить високу продуктивність, вони здатні доставляти грубозернисті (великогрудкові) вантажі на значні відстані. До спеціального типу відносять конвеєри для крутих підйомів і для перевезення людей, а також стрічково-ланцюгові і стрічково-канатні конвеєри. Останні два види призначені для переміщення грудкуватого неабразивного матеріалу середньої густини. Стрічка тут служить тільки несучим органом, а тягове зусилля передає ланцюг або канати. Такі установки застосовують в 111

підземних умовах при великих довжинах транспортування, їхня продуктивність досягає 1 000 т/год по вугіллю і 2 000 т/год по руді. Конвеєри для крутих підйомів, оснащені спеціальними стрічками ( з рельєфним малюнком робочої обкладки, поперечними ребрами або з гофрованою поверхнею), розміщують у виробках з кутом нахилу до 60°. Однак швидке забруднення стрічки, складність її стиковки, очистки і підтримання холостої вітки, неможливість використання двобарабанних приводів обмежують галузь застосування цих конвеєрів. Установки, що експлуатують при великих значеннях β, мають глибокі жолоби або притискні стрічки. Конвеєри для перевезення людей діють в прямолінійних гірничих виробках з кутом β = 18° (головним чином на капітальних уклонах). Транспортування проводиться обома вітками стрічки, які, на відміну від звичайних, мають лоткову форму і піддержуються трироликовими опорами під кутом α = 30°. Людей перевозять в стані „лежачи на ліктях” одночасно на верхній стрічці (вверх) і нижній (вниз). Установки спеціальних типів, що характеризуються, як правило, великими розмірами і високою вартістю експлуатації, не набули широкого розповсюдження. Стрічкові перевантажувачі (табл.3.18), які випускають на базі звичайних конвеєрів, забезпечують безперервність навантаження гірничої маси в забоях підготовчих виробок. Ці засоби являють собою короткі стрічкові установки, змонтовані на рамі. Під рамою можна розмістити декілька вагонеток або перекрити до 50 м магістрального конвеєра. За принципом підтримання порталу перевантажувачі ділять на три групи: що спираються на ґрунт або рейки; підвішені до покрівлі; комбіновані. Таблиця 3.18.

Основні типи і параметри стрічкових перевантажувачів ПродукШирина Швидкість руху Довжина, Потужність Маса, м двигуна, кВт т тивність, т/г стрічки, мм робочого органу, м/с УПЛ-2 160 650 1,43 23,3 15 6,7 ППЛ-1 140 650 1,25 25,0 15 10,0 ППЛ-1К 140 650 1,60 35,2 15 7,8 «Ізгіб-1К» 160 650 1,60 37,5 35 16,8 Тип

112

Перевантажувачі, виготовлені з електричним (ППЛ1Е) і пневматичним (ППЛ1П) приводами, розподіляються на прямолінійні і гнучкі («Ізгіб-1К»). Останні дозволяють обслуговувати нерозчіплені состави при проведенні криволінійних виробок з радіусом заокруглення не менше 10 м. В результаті спрощуються маневрові операції, з’являється можливість рівномірної подачі гірничої маси у вагонетки і полегшується праця прохідників. Початкову довжину конвеєра або перевантажувача вибирають такою, щоб забезпечити заповнення нерозчіпленої групи посудин. Підвісні і укладені на ґрунт установки нарощують до 100 або 500 м, після чого навантажувальний пункт переносять ближче до забою. При проведенні нешироких виробок перевантажувач розміщують на рейкових коліях або підвішують до верхняків кріплення. Состав вагонеток подають електровозом під ферму горизонтальної частини перевантажувача і в процесі заповнення пересувають маневровим візком.

Рис. 3.46. Устаткування привибійного транспорту при проведенні двоколійної виробки і застосуванням самохідного комплексу.

Швидкісну проходку здійснюються за допомогою самохідних гнучких конвеєрів - як в прямолінійних, так і в криволінійних виробках (Рис. 3.46). Секції перевантажувача 3 встановлюють на спеціальні візки, і він рухається слідом за навантажувальною машиною 4. На схемі показані також вагонетка 1 і бурова установка 2.

3.14.2. Складові частини Стрічковий конвеєр (рис. 3.47) складається із приводної (1) 113

натяжної 2 і кінцевої 5 станцій, робочого органу (стрічки) 3 і ставні 4 з роликоопорами.

Рис 3.47. Стрічковий конвеєр

Приводна станція 1, яка повинна бути конструктивно простою, міцною, зручною, надійною і довговічною в експлуатації, призначена для передачі зусилля від двигуна до стрічки. Вона включає металічну раму, електродвигуни, редуктори, з’єднувальні муфти, а також приводні, відхиляючі і розвантажувальний барабани. Для збільшення сили зчеплення з стрічкою поверхню приводних барабанів футерують (покривають) ґумою або іншими фрикційними матеріалами. Привод деяких конвеєрів має, крім того, стопорний (гальмовий) пристрій, що попереджує самовільний рух робочого органу з вантажем униз при зупинці двигунів. Натяжна станція 2 забезпечує необхідну силу притискання стрічки до приводних барабанів і допустиме її провисання між роликами. Вона також повинна бути простою, міцною, зручною і надійною в роботі. Натяжне устаткування розподіляють на три групи. Податливі (вантажні) пристрої створюють постійний натяг стрічки, але вони мають значні розміри і масу. Жорсткі (гвинтові, рейкові, черв’ячні) пристрої не забезпечують постійного натягу, але вони достатньо легкі і компактні. Лебідкові станції, автоматично регулюючі натяг стрічки, мають невеликі розміри і зручні при сполученні конвеєрів. Звичайно їх розташовують біля приводу з метою одержання ряду переваг (хвостовий барабан, наприклад, не потребує переміщення). Кінцева станція 5 включає барабан і пристосування для центрування ходу стрічки. Завантаження конвеєра здійснюється через спеціальний пристрій, встановлений над верхньою віткою робочого органу. 114

Стрічка 3 – один із основних елементів. Тому, крім міцності і гнучкості (в поздовжньому і поперечному напрямках), вона повинна відрізнятись малою масою і невеликою товщиною, стійкістю проти спрацювання та агресивної дії середовища і ударів кусків транспортованого матеріалу в місцях навантаження. Широке розповсюдження одержали бавовняні і синтетичні стрічки (останні міцніші), які складаються із декількох прокладок (шарів) 1, просякнутих і сполучених між собою вулканізованою ґумою (рис. 3.48, а). Кількість шарів береться від трьох до восьми (залежно від ширини стрічки і властивостей матеріалів, використовуваних для її виготовлення). Для захисту від вологи і механічних впливів верхні, нижні і бічні шари укривають гумовими обкладками 3. які при необхідності зміцнюють розрідженими (брекерними) тканинами 2. Щоб придати робочому органу велику гнучкість, між прокладками розташовують сквіджі (шари ґуми).

Рис. 3.48. Стрічки для конвеєрів

Найбільш високу міцність має ґумотросова стрічка її каркас виготовляють із одного шару стальних тросів 1. Відносно них зверху і знизу розміщують тканинні прокладки 2, захищаючі робочий орган від пошкоджень. Ці та інші елементи знаходяться в ґумовому шарі 3. Стрічки без прокладок характеризуються підвищеною гнучкістю, що дозволяє використовувати барабани з меншими діаметрами і установлювати бічні ролики під кутом α = 30°. Рухомий робочий орган важковантажних конвеєрів нерідко ковзає по приводних барабанах, що приводить до його нагрівання. Тому для запобігання пожежам застосовують спеціальні вогнестійкі стрічки або автоматичні пристрої, що забезпечують постійний натяг. Ставня 4 (див. рис. 3.47), яка служить для кріплення роликорпор, по можливості повинна бути легкою, конструктивно 115

простою, міцною і жорсткою. Вона складається із металічних поздовжніх прогонів (або канатів) і стояків. При наявності піддуваючого ґрунту і стійкої покрівлі секції конвеєра для запобігання перекосам підвішують до верхняків кріплення за допомогою ланцюгів, забезпечених стяжними ґвинтовими пристосуваннями. Канатний постав добре амортизує удари кусків вантажу об стрічку і полегшує монтажні роботи. Роликоопори на вантажній і порожняковій вітках підтримують, стрічку і придають їй певну форму в поперечному перерізі. Як і попередні частини, вони повинні характеризуватися достатньою міцністю, довговічністю і малою масою. Жолобчату форму вантажна вітка набуває завдяки трироликовим опорам. Продуктивність конвеєра з такою стрічкою майже в два рази вища, ніж з плоскою. Щоб усунути збігання робочого органу, бічні ролики встановлюють з невеликим (2...4°) відхиленням вперед по ходу руху. Для цього ж застосовують і центрувальні роликоопори. Однороликові опори підтримують холосту (порожнякову) вітку. Обґумовані ролики пом’якшують удари в місцях завантаження конвеєра, а ролики із спіральною поверхнею чистять стрічку від бруду і частинок переміщуваного матеріалу при підході до приводних барабанів.

Рис. 3.49. Стрічково-ланцюговий конвеєр

116

Стрічково-ланцюговий конвеєр (рис.3.49.) складається із натяжного 1 і головного 5 барабанів, натяжного 2 і приводного 4 пристроїв, двох тягових ланцюгів 3, стрічки 6, стаціонарних однороликових опор 8 і траверс 9. До ланцюга прикріплені рухомі роликоопори 7, які переміщуються по напрямних 11 рами 10. Траверси придають вільно лежачій стрічці жолобчату форму, а опори 8 підтримують вітку робочого органу. Стрічково-канатний конвеєр включає приводну і натяжну станції, канати, лінійні опори і стрічку, що має одну або дві тканинні прокладки і поперечні стальні ресори. Вона вільно лежить на двох тягових канатах і втягується в рух силами тертя. Конвеєр з глибоким жолобом, вузол якого показаний на рис. 3.50, призначений для транспортування вантажів по бремсбергу з кутом нахилу до 25°. Стрічка 2 підтримується тут підвішеними на канатах 3 роликоопорами 1. Останні фіксовані канатом 4 для запобігання кутовому зміщенню. На стальних кронштейнах 6 закріплені еластичні фартухи 5, утримуючі куски гірничої маси від сповзання.

Рис.3.50. Поперечний переріз конвеєра з глибоким жолобом

Конвеєр з притискною стрічкою (рис. 3.51), використовуваний в виробках з кутом нахилу до 60°, складається із двох

117

конвеєрів – основного з вантажонесучим органом 1 і допоміжного з стрічкою 2, що притискується до насипного матеріалу роликами 3.

Рис 3.51. Крутонахилений стрічковий конвеєр з притискною стрічкою

Конвеєр для перевезення людей відрізняється кріпленням елементів, підтримуючих стрічку. Постав верхньої її вітки (канатний, підвісний) перекритий металічними листами, а постав нижньої вітки не має суцільної металоконструкції. Він включає окремі кронштейни для роликоопор, розташованих на шпалах. Кінцеві станції обладнані: площадками для посадки і сходу людей із стрічки; запобіжними фартухами і скидачами, що запобігають попаданню людини під кінцеві барабани, а також уловлювачами для удержування вантажонесучого органу при обриві та ін. Підвісний стрічковий перевантажувач (рис. 3.52.) складається із бункера 1, стрічки 2, монорейкового пристрою 3, натяжних 4, змінних 5, проміжної 6, приводної 7 і завантажувальної 8 секцій. Перевантажувачі ППЛ1П і ППЛ1Е відрізняються один від одного типами приводних двигунів і систем керування. Решта вузлів уніфікована і взаємозамінна.

118

Рис. 3.52. Підвісний стрічковий перевантажувач

Самохідний гнучкий перевантажувач „Ізгіб-1К” (рис. 3.53) - це три аґреґати: основний і стрічковий перевантажувачі, та ходовий візок. Перший із них включає натяжну 1, завантажувальну 2, змінні 3, перехідні 5 і приводну 6 секції, які розташовані на опорах 4 і з’єднані між собою шарнірами. Останні допускають відхилення в горизонтальній і вертикальній площинах на кут 6о30', що забезпечує роботу на криволінійних ділянках виробок з мінімальним радіусом заокруглення (10 м).

Рис. 3.53. Самохідний перевантажувач

Переміщення ґумової гофрованої стрічки 7, підтримуваної каретками з ходовими напрямними роликами, проводиться круглоланковим ланцюгом. Стрічковий перевантажувач складається із шарнірно, зв’язаних передньої і задньої ферм (секцій) 8, на яких установлено роликоопори для робочої і холостої віток. До передньої ферми (вона розміщена на плиті ходового візка 11) прикріплений холостий барабан, а до задньої – привід 10. Несучим полотном служить стрічка 9 з поперечними ребрами, що дозволяють транспортувати гірничу масу вверх під кутом до 25°. Перевантажувач забезпечений 119

двигунами, включення і виключення яких здійснюється дистанційно з виносного пульту на передній секції. Оскільки існуючі типи стрічкових конвеєрів не мають проміжних приводів, усяке збільшення довжини транспортування одним аґреґатом потребує підвищення міцності вантажонесучого органу. При цьому зростає вартість стрічки і зменшується строк її служби. Завдяки теоретичним розробкам кафедри гірничозаводського транспорту Донецького політехнічного інституту створений оригінальний конвеєр з магнітним (індукційним) проміжним приводом. Функції несучого полотна виконує спеціальна стрічка, до складу якої входить залізний наповнювач. Тягова здатність робочого органу збільшується за рахунок виникаючих магнітних сил зчеплення. Постійні магніти розташовують під вантажонесучою віткою, що значно підвищує максимально допустимий кут нахилу транспортної установки. При визначенні основних параметрів стрічкового конвеєра з індукційним приводом враховуються не тільки сили тертя, а й додаткове притискання робочого органу за рахунок взаємного магнітного притягання. Такі приводи цілком придатні, і для інших транспортних машин (конвеєрних поїздів та ін.).

3.14.3. Монтаж і експлуатація стрічкових конвеєрів Перед тим як приступити до монтажу конвеєра, перевіряють стан усіх виробок, камер, фундаментів вантажопідйомних пристроїв, рейкових колій і засобів допоміжного транспорту. Установка конвеєра здійснюється по заздалегідь складеному графіку, який передбачає певну черговість спуску і монтажу. Складання ведуть згідно з маркшейдерським напрямком і спеціальними кресленнями. Починають роботи з приводної станції, яку розташовують так, щоб забезпечити задовільне розвантаження матеріалу. При цьому осі барабанів і конвеєрного постава повинні бути взаємно перпендикулярними. Для запобігання збіганню стрічки з роликоопор став розміщують суворо прямолінійно в горизонтальній площині і без 120

різких перегинів – у вертикальній. У виробках з стійкою покрівлею, але з піддувним ґрунтом секції конвеєра підвішують до верхняків кріплення. Одночасно установлюють роликоопори, засоби автоматизації, захисні засоби, перехідні містки і перевантажувальні пристрої. Останнім приділяється особлива увага, оскільки 90% пошкоджень стрічки відбувається саме у пунктах перевантаження гірничої маси. Одна із найбільш відповідальних операцій – навішування вантажонесучого органу. До місця установки стрічку подають кусками (50...90 м). У нескінченну її з’єднують таким чином: якщо вона ґумотросова – тільки методом гарячої вулканізації, а якщо ґумотканинна – склеюванням або за допомогою спеціальних скоб. Регулюють стрічку так, щоб вона не збігала вбік ні у середній частині конвеєра, ні на кінцевих барабанах. Одночасно ведуть випробування автоматичних засобів контролю. Експлуатація конвеєра передбачає насамперед регулювання ходу вантажонесучого органу і перевірку стану очисних пристроїв, стиків, роликоопор, гальм, уловлювачів стрічки, перевантажувальних жолобів, підшипників і засобів автоматизації. Не допускається робота конвеєра при наявності на полотні важких предметів і великих глиб гірничої маси. Причинами основних неполадок (пробуксовка, надмірне провисання і децентрування несучого органу) можуть бути: перенаповнення стрічки вантажем і малий початковий її натяг, налипання матеріалу на барабан, заклинювання біля натяжної станції при попаданні на нижню вітку сторонніх предметів, а також збільшений опір рухові. Пробуксовка, яка викликає інтенсивний знос футеровки барабана і обкладок стрічки, здатна привести до спалахування останньої. Тому поблизу повинні знаходитись вогнегасники і ящики з піском. На новобудовах підприємств у виробках встановлюється вогнетривке кріплення, а типажні конвеєри оснащують вогнетривкими стрічками і засобами автоматичного контролю. Найбільш ефективна, надійна і безпечна робота стрічкових конвеєрів досягається при автоматизації конвеєрних ліній, яка здійснюється в основному по двох схемах – шляхом реалізації 121

дистанційного керування або автоматичного контролю за роботою конвеєрів та їхніх елементів. При цьому звичайно виконуються: подача звукового сигналу перед пуском; включення і відключення конвеєрів в певній послідовності; аварійне відключення при обриві тягового органу, завалі перевантажувального пристрою, затягнутому пуску, відсутності захисту електродвигуна, при зниженні швидкості стрічки або бічному сходженні її тощо. Автоматизоване керування конвеєрами реалізується комплексом апаратури типу АУК-10 ТМ. До економічних показників стрічкових конвеєрів належать капітальні затрати і експлуатаційні витрати. Капітальні затрати складаються із вартості конвеєрів, стрічки, пускорегулюючої апаратури, камер для приводних, натяжних і проміжних станцій. А експлуатаційні витрати включають зарплату, витрати на стрічку і електроенергію, ремонт електромеханічного устаткування і камер.

3.14.4. ЗАГАЛЬНА ОЦІНКА ПЕРЕВАГИ. Стрічкові конвеєри характеризуються високою продуктивністю, низьким, рівнем енергомісткості і трудомісткості обслуговування. Вони надійні, безпечні і безшумні в експлуатації, пристосовані до роботи в автоматизованому режимі. НЕДОЛІКИ. Значна вартість і малий строк служби стрічок, чутливість до викривлення осі в плані, обмеженість використання від похилих виробках, невелика довжина транспортування одним аґреґатом. ГАЛУЗЬ ЗАСТОСУВАННЯ. Переміщення насипних вантажів у межах прохідницької дільниці, а також по магістральних, прямолінійних, горизонтальних, слабопохилих і похилих виробках. УДОСКОНАЛЕННЯ. Іде по шляху поліпшення існуючих конструкцій, стандартизації основних параметрів і найбільш масових елементів (стрічок, роликів, барабанів, редукторів, турбомуфт та ін.). Необхідно підвищити міцність і довговічність стрічок, створити спеціальні їх типи для експлуатації у виробках з великим кутом нахилу, добитися зниження маси конвеєрів,

122

застосувавши безрамні конструкції постава і легкі підвісні роликоопори, налагодити випуск установок з автоматичним управлінням і передачею зусиль стрічці за допомогою електромагнітних пристроїв, збільшити продуктивність конвеєрів за рахунок прискорення руху робочого органу, подовжити несуче полотно одного аґреґату шляхом використовування високоміцної стрічки, підвищити надійність роботи усіх вузлів конвеєру.

Контрольні запитання і завдання 1. Що ви знаєте про призначення, розвиток і сучасний стан стрічкових конвеєрів? 2. За якими основними ознаками класифікують стрічкові установки? 3. Опишіть призначення стрічкових перевантажувачів і таких конвеєрів: з телескопічним пристроєм, для крутих підйомів, стрічково-ланцюгових і стрічково-канатних. 4. Перерахуйте і коротко охарактеризуйте складові частини конвеєрів. 5. Назвіть складові частини перевантажувачів. 6. Перерахуйте основні вимоги до монтажу і експлуатації стрічкових установок. 7. Назвіть основні переваги, недоліки і галузь застосування конвеєрів. 8. Які напрямки удосконалення стрічкових установок ви знаєте?

3.15. СКРЕБКОВІ КОНВЕЄРИ І ПЕРЕВАНТАЖУВАЧІ 3.15.1. Призначення і класифікація Скребкові конвеєри за своїми конструктивними властивостями найбільше відповідають складним умовам роботи у очисних і підготовчих вибоях. Висока продуктивність, невелика 123

висота середньої частини, міцність і надійність конструкції, просте обслуговування дозволили їм одержати широке розповсюдження при переміщенні вантажу із лави. Конвеєри, як і скребкові перевантажувачі, використовують при проведенні одно - або двоколійних горизонтальних і похилих виробок. За своїми конструктивними і експлуатаційними властивостями вони найповніше відповідають складним умовам праці у підготовчих забоях. Перші такі установки, введені в дію в 1937 р., відрізнялись невеликою довжиною (30 м) і малою продуктивністю (36 т/год), але уже до 1940 р. ці параметри виросли до 70 м і 60 т/год, а після Великої Вітчизняної війни на Анжерському і Харківському заводах вугільного машинобудування був налагоджений випуск конвеєрів з показниками відповідно 120 м і 100 т/г. При будівництві і експлуатації підземних споруд (шахт) застосовують різні типи скребкових конвеєрів (табл. 3.19). За призначенням вони розподіляються на доставочні і аґреґатні; за способом переміщення – на розбірні і пересувні; за розташуванням вантажної і порожнякової віток – замкнуті в горизонтальній або вертикальній площинах; за кількістю приводів – одно -, дво -, три - і чотириприводні; за кількістю ланцюгів – одно -, дво - і триланцюгові. Таблиця 3.19.

Основні типи і параметри скребкових конвеєрів Продуктивні Швидкість руху Лінійна густина Довжина, Потужність м двигуна. кВт сть, т/г робочого органу. робочого органу. м/с кг/м СК38 125 0,62 12,75 150 44 С50 225 1,06 10,6 120 45 С53МУ 180 0.80 12,0 120 32 1СР70М 360 1,02 18,8 150 110 СП202 600 1.01 18,6 300 220 СП87ПМ 300 1,40 18,6 300 220 СП301 390 1,40 18,6 180 330 СПМ46 120 0,95 18.6 170 66 СП48М 290 1,11 18.6 200 165 Тип

При проходці підземних виробок найбільшого розповсю124

дження набули доставочні розбірні одноланцюгові конвеєри типу С-53МУ. Вони компактні і прості за будовою, мають порівняно малу масу і, що особливо важливо, їх легко подовжувати або укорочувати. Для виробок значної довжини і з підвищеним вантажопотоком призначені одноприводні дволанцюгові установки. Зокрема, гірничу масу із підготовчих забоїв горизонтальних і похилих виробок транспортують за допомогою конвеєрів СР70М. Найбільшу групу, в теперішній час, складають пересувні конвеєри типу СП, які широко застосовують у механізованих очисних вибоях. У цих випадках вузькозахватний комбайн комплексу рухається по поставу конвеєру. Важливо, щоб вантаж не пересипався через скребки і не скочувався донизу. Тому конвеєри, для доставки насипного матеріал вверх застосовуються у виробках з кутом нахилу до 30°, а якщо матеріал транспортується вниз, то цей кут не повинен перевищувати 20°. Коли ж β = 20...60°, гірничу масу під спуск переміщують установками, працюючими в гальмімному режимі. Позначення конвеєрів (див. табл. 6.3) розшифровують таким чином: С – скребковий; К – з консольними скребками; Р – розбірний; П – пересувний; дві цифри – ширина жолоба, см; М – модернізований; У – з уніфікованими основними вузлами. На рудниках використовують конвеєри безриштакового постава з нижньою або верхньою несучою віткою для транспортування відповідно міцних і м’яких неабразивних вантажів по деформованих або нестійких виробках. Технічна продуктивність таких установок дорівнює 500 т/год, довжина – 50 м, потужність двигуна – 100 кВт. На поверхні для переміщення неабразивних дрібно- і середньокускових матеріалів малої і середньої твердості застосовують дволанцюгові конвеєри загального призначення продуктивністю 750 т/г і довжиною 80 м. Вантаж у даному випадку транспортують верхньою, нижньою або одночасно двома вітками у зустрічних напрямках. Скребкові перевантажувачі (короткі допоміжні агрегати, які часто бувають вузлами інших транспортних машин) випускають на базі дволанцюгових конвеєрів. Разом з магістральними 125

установками вони утворюють телескопічну систему з довжиною перекриття 46...53 м, що забезпечує проходку підготовчого забою на ту ж відстань без зміни довжини основного конвеєра. Швидкість руху ланцюга перевантажувачів змінюється від 0,93 до 1,17 м/с, а технічна продуктивність складає 270...500 т/г (табл. 3.20). Основна конструктивна ознака перевантажувачів полягає в тому, що вони монтуються на полозках або на колісному ходу і переміщуються по ґрунту або спеціально укладеній колії. Шарнірне з’єднання риштаків дозволяє здійснювати повороти в 0 0 горизонтальній площині на 2...3 , а у вертикальній – на 3...4 . Таблиця 3.20.

Основні типи і параметри скребкових перевантажувачів Тип ПКТУ ПТК1 1КСП2Н

Швидкість руху Продуктивність, Потужність робочого органу, Довжина, м Маса, т т/г двигуна, кВт м/с 400 270/340 400/500

0,94 0,93/1,17 1,25/1,40

18,5 55 20/50

32 55 45/45х2

8 12 12/27

Особливо успішно експлуатують скребкові конвеєри і перевантажувачі при сумісному проведенні паралельних похилих виробок, а також при проходці їх широким забоєм. У останньому випадку (рис. 3.54) вугілля конвеєрами 3 і 4 через жолоб 5 завантажують у вагонетки 6, які потім переміщують по ходу канатною відкаткою. Відбиту породу подають у розкосину перевантажувачем 1 і конвеєром 2. При проведенні виробок перевантажувачі типу БП2.

застосовують

також

бункери-

3.15.2. Складові частини Скребковий конвеєр складається із приводної (1) і кінцевої 4 станцій, риштакового постава 3 і робочого органу 2 (рис. 3.55).

126

Рис. 3.54. Розміщення транспортних засобів при проведенні похилих, виробок широким-забоєм

Рис. 3.55. Скребковий конвеєр

Приводна станція, яка передає зусилля від двигуна до робочого органу, - це металоконструкція з приводним валом, електродвигун, редуктор і турбомуфта. Остання передає обертовий момент редуктору, захищає елементи приводу від перевантаження, сприяє плавному пуску конвеєра і вирівнюванню навантаження при сталому режимі роботи. Кінцева станція, оснащена пристроєм, створює натяг ланцюга, запобігає його самовільному розмиканню, і забезпечує надійність передачі тягового зусилля. На кінцевих станціях деяких типів підземних конвеєрів розташовуються приводи. У такому випадку допускається установка чотирьох двигунів.

127

Риштаковий постав (жолоб) складається із окремих секцій прямокутного або трапецієподібного перерізу, з’єднаних безболтовими замками. У конвеєрів типу СК риштаки розміщені у горизонтальній площині (рядом). Секції розбірних установок мають роз’ємну конструкцію. Для запобігання швидкому зносу жолоба і в окремих його місцях приварюють так звані смуги тертя. Робочий орган (ланцюг із скребками) визначає продуктивність, довжину транспортування і надійність роботи конвеєра. Він зазнає значних перевантажень, що виникають внаслідок заклинювань при попаданні кусків породи між ланцюгами і зірочкам, деформації скребків і перегинів риштакового постава. Крім того, він зазнає постійного впливу динамічного навантаження через зміни швидкості руху. З’являється втома металу в небезпечних перерізах ланок ланцюга. Тому ланцюги повинні мати, високу статичну і циклічну міцність, стійкість проти спрацювання, бути простими у збиранні й розбиранні, мати по можливості меншу масу. Переносні конвеєри оснащені розбірними ланцюгами, а пересувні – круглоланковими. Перевага останніх полягає у підвищеній гнучкості і міцності, порівняно низькому рівні металомісткості і вартості. Скребки виготовляються різної форми і висоти; вони повинні відрізнятися значною жорсткістю і невеликою масою. Бункер-перевантажувач включає донний скребковий конвеєр, ходову частину і раму. Високі борти установки дозволяють створити накопичувальну посудину місткістю до 11,5 м3. Продуктивність конвеєра при υ = 0,28 м/с становить 75 т/г. Об’єм гірничої маси Vб, м3, нагромадженої в бункеріперевантажувачі за час обміну состава tоб, с, визначається співвідношенням Vб = Q3 tоб kн / (36000 ρ) (3.11) де Q3– продуктивність навантажувальних засобів, т/г; kн–коефіцієнт нерівномірності надходження вагонеток під бункер, kн = 1,1...1,2.

128

3.15.3. Монтаж і експлуатація скребкових конвеєрів До монтажу скребкового конвеєра приступають після того, коли придбані до нього вся необхідна апаратура і устаткування. Капітальні затрати на конвеєр включають вартість його самого, запасних частин до нього, транспортно-складські витрати, вартість пускорегулюючої апаратури і допоміжного устаткування. Основні затрати припадають на придбання самого конвеєра. Монтаж починають з приводної станції. Особливу увагу приділяють її кріпленню, а також співвісності складальних одиниць. Середню частину конвеєра монтують без щілин і порогів у стиках риштаків, щоб не допустити заштибовування нижньої вітки. Під перші дві-три секції приводу для забезпечення плавного переходу до риштаків укладують опори (дерев’яні бруси) з поступовим зменшенням висоти установки. Для запобігання похилому положенню постава такі ж бруси, повинні бути під секціями (з одного їх. боку) і при розміщенні аґреґату в просіці або бермі. Завершивши монтаж, в редуктор і турбомуфту заливають мастило, перевіряють наявність мастила в інших частинах конвеєра і випробовують його протягом 20...30 хв. (спочатку вхолосту, а потім під навантаженням). Експлуатація конвеєра потребує пильного контролю за станом ланцюгів, кріпленням риштаків, приводної і кінцевої станції. Тяговий орган періодично очищають, а деформовані скребки замінюють, оскільки вони викликають заклинювання нижньої вітки в напрямних. Якщо такі напрямні відсутні, ланцюг інколи піднімається над днище секцій і іде поверх вантажу (коли постав має ділянки з ввігнутим профілем). Цю несправність усувають шляхом підкладання під риштаки дерев’яних брусів. При зносі зірочок тяговий орган рухається ривками, внаслідок чого виникають додаткові динамічні навантаження. У конвеєра з круглоланковим ланцюгом причина зісковзування полягає у неправильному його збиранні. Послаблення натягу тягового органу приводить до погіршення зачеплення, а то й до повного просковзування зірочок. Редуктор і турбомуфта повинні 129

діяти без стуку, течі, підвищених люфті в і зазорів, а також мати достатню кількість мастила і не перегріватися. Витрати на експлуатацію скребкових конвеєрів складаються із зарплати обслуговуючого персоналу, амортизаційних відрахувань, із вартості матеріалів і електроенергії. Основна частка витрат припадає на заробітну плату.

3.15.4. Загальна оцінка ПЕРЕВАГИ. Скребкові конвеєри призначені для роботи у тяжких умовах, вони міцні, прості у обслуговуванні, та допускають швидко змінювати довжину. НЕДОЛІКИ. Значна енергоємність, малий строк служби ланцюгів і риштаків, невелика довжина конвеєрів. ГАЛУЗЬ ЗАСТОСУВАННЯ. В основному - це машини привибійного транспорту, їх застосовують для транспортування вугілля вздовж лави, а також при проведенні горизонтальних та похилих виробок. УДОСКОНАЛЕННЯ іде шляхом зміни розмірів та параметрів машин, збільшення продуктивності і довжини. У найближчий час необхідно створити конвеєри, продуктивність яких у півтора рази перевищать існуючу - головним чином за рахунок зростання швидкості руху тягового органу.

Контрольні запитання і завдання 1. Що ви знаєте про призначення, історію розвитку і сучасний стан скребкових конвеєрів? 2. По яких признаках класифікують скребкові конвеєри? 3. Опишіть призначення перевантажувачів і їхні функціональні особливості. 4. Охарактеризуйте складові частини скребкових конвеєрів. 5. Чим відрізняються конвеєри для рудних шахт? 6. Що ви знаєте про особливості конструкції перевантажувачів? 130

7. Які основні вимоги пред’являють до монтажу .і експлуатації конвеєрів? 8. Назвіть переваги, недоліки і галузь застосування скребкових конвеєрів. 9. По яких найголовніших напрямках буде здійснюватись удосконалення скребкових конвеєрів?

3.16. ПЛАСТИНЧАСТІ І ВІБРАЦІЙНІ КОНВЕЄРИ, КОНВЕЄРНІ ПОЇЗДИ 3.16.1. Призначення і класифікація. Пластинчасті конвеєри призначені для переміщення гірничої маси на поверхні, в криволінійних горизонтальних виробках і при великих кутах нахилу, а також для транспортування грубозернистих і абразивних вантажів. Конвеєри підрозділяють: за застосуванням – на підземні і загального призначення, за особливостями конструкції – на гнучкі і прямолінійні, за кількістю приводів – на одно - і багатоприводні, за кількістю ланцюгів – на одно - і дволанцюгові. Конвеєри з одним ланцюгом діють у криволінійних горизонтальних виробках, а з двома – при кутах нахилу до 35°. Продуктивність установок досягає 750 т/год, ширина робочого органу – 800 мм, швидкість руху – 1,46 м/с (табл. 3.21). Таблиця 3.21.

Основні типи і параметри пластинчастих конвеєрів Тип ПУ50 ПНС5 П65М П80

Приймальна здатність, м3/г 8,3 4,5/6,3 8,3/7,5 8,3/12,6

Швидкість руху Лінійна густина ПродуктивПотужність робочого органу, робочого органу, ність, т/г двигуна, кВт м /с кг/м 500 1,46 44 40 250*/350* 0,72/1,06 154 83 310/570 0,77/1,17 67 185 500/750 1,08/1,20 106 192

* При β = 35°. 131

Існуючі типи конвеєрів – П, ПУ, і ПН застосовують для переміщення вантажів відповідно по таких виробках: магістральних, криволінійних, горизонтальних, ділянкових і крутопохилих. Цифри у позначенні конвеєра, для прикладу ПН-65, відображують тип і ширину його несучого полотна: П – пластинчастий, Н – похилий, ширина – 65 см. Установки типу П дозволяють транспортувати устаткування масою 0,5...0,6 т, що розташовують на спеціальних ділянках робочого органу. При необхідності конвеєр забезпечують додатковими приводами, кількість яких залежить від продуктивності, характеристики траси і довжини транспортування. Пластинчастим конвеєрам властива висока металомісткість. Лінійна густина їхнього несучого полотна змінюється у широких межах і досягає 154 кг/м. Гнучкі пластинчасті перевантажувачі ПП-1, використовувані у комплексі з прохідницькими комбайнами під час проведення горизонтальних криволінійних виробок, при υ = 1,32 м/с і лінійній густини робочого органу mл = 41кг/м мають продуктивність 200 т/г. Їхня довжина становить 40...70 м, а допустимий радіус вигину в горизонтальній і вертикальній площинах дорівнює відповідно 20 і 50 м. Перевантажувач ПП-1 дає можливість розміщувати під стрілкою партію із 18–20 великовантажних вагонеток. Вібраційні конвеєри найчастіше застосовують для переміщення руди. Вони постійно знаходяться і працюють під шаром підірваної руди, тому їхня конструкція повинна бути простою, міцною і надійною. Продуктивність таких конвеєрів становить 450 т/год, довжина вантажонесучого органу – 9,5 м, а потужність двигуна – 20кВг. Конвеєрні поїзди призначені для транспортування грубозернистих (великогрудкових), абразивних вантажів по розгалуженій трасі з невеликими радіусами заокруглення (20...25м). Продуктивність цих поїздів залежить від швидкості руху і досягає 1000 т/г.

132

3.16.2. Складові частини Пластинчастий конвеєр (рис. 3.56) складається із рами 5, приводної 1, проміжної 3 і кінцевої 6 станцій, робочого органу 4 і перехідного містка 2.

Рис. 3.56. Пластинчастий конвеєр

Рама являє собою розбірну металоконструкцію, що включає прямолінійні, поворотні і перехідні секції, які служать опорою для роликових пластин несучого полотна. Вузли з’єднань забезпечують поворот однієї прямолінійної секції відносно іншої у вертикальній і горизонтальній площинах. Як напрямні використовуються кутки, швелери, рейки і двотаврові профілі. Широкого розповсюдження набули куткові елементи, оскільки вони мають найменшу масу. Приводна і кінцева станції конструктивно аналогічні станціям скребкової установки. Конвеєри великої довжини (вище 1200 м) для переміщення робочої і холостої віток мають проміжні станції, найчастіше гусеничного типу (з вертикальним входом кулаків у зачіплювання з горизонтальними ланками ланцюга). Робочий орган конвеєра являє собою один або два ланцюга з прикріпленими до них пластинами, частина яких забезпечена ходовими роликами. Ланцюги – круглоланкові або пластинчасті. Несуче полотно із штампованих металевих лінійних і роликових пластин має борти і ребра жорсткості. За формою поперечного перерізу пластини розподіляються на прямокутні, заокруглені, трапецієподібні. Останні знайшли найбільшого застосування, оскільки вони прості у виготовленні і зручні для кріплення ходових опор. Перехідний місток конвеєра монтується над ставнею. Він служить для переходу людей з одного його боку на інший. Вібраційний конвеєр (рис. 3.57) складається із жолоба 1, 133

противаги 2, неврівноваженого вала 3, електродвигуна 4 і ремінної передачі 5.

Рис. 3.57. Вібраційний конвеєр

Конвеєрний поїзд включає окремі секції (довжиною 100... 400 м), які переміщуються проміжними приводами по стаціонарних напрямних. Секції, виконані із відрізків звичайної стрічки, пластинчастого полотна або вантажонесучого жолоба, закріплені на окремих візках. Напрямні замикаються в горизонтальній або вертикальній площині. Траса може бути складною. У місцях розгалуження є переводи, керовані дистанційно. Як проміжні приводи служать лінійні електродвигуни і двигуни із штовхаючими кулаками або відстань між ними менша, ніж довжина окремої секції, перемінне вмикання їх дозволяє передавати кожну таку секцію від одного привода до іншого. Пластинчасті конвеєри використовують на горизонтальних і криволінійних трасах, а також у виробках з кутом нахилу, більшим 18°, вібраційні – при транспортуванні насипного матеріалу до рудоспуску; а пластинчасті поїзди - для переміщення грубозернистого (великогрудкового) і абразивних вантажів на криволінійних і розгалужених горизонтальних магістралях.

3.16.3. Загальна оцінка ПЕРЕВАГИ. Пластинчасті конвеєри міцні за конструкцією, можуть діяти у виробках з криволінійною трасою, допускають 134

установку проміжних приводів і дозволяють транспортувати на своєму несучому органі устаткування, грубозернисті (великогрудкові) і абразивні вантажі. Вібраційні конвеєри здатні працювати під великим шаром насипного матеріалу (руди), перемішувати грубозернисту (великогрудкову) і абразивну гірничу масу. Конвеєрні поїзди придатні для переміщування вантажів по розгалуженій трасі з викривленням в горизонтальній і вертикальній площинах при незначних радіусах заокруглень. НЕДОЛІКИ. Пластинчасті установки характеризуються великою металомісткістю і складною конструкцією, мають малий строк служби несучого полотна. ГАЛУЗЬ ЗАСТОСУВАННЯ. Пластинчасті конвеєри використовуються на горизонтальних і криволінійних трасах, а також у виробках з кутом нахилу більшим 18°, вібраційні - при транспортуванні насипного матеріалу до рудоспуску, а пластинчасті поїзди - для переміщення грубозернистих (великогрудкових) і абразивних вантажів на криволінійних і розгалужених горизонтальних магістралей. УДОСКОНАЛЕННЯ направлено на зменшення металомісткості конструкцій і створення машин, більш надійних в роботі.

Контрольні запитання і завдання 1. Яке призначення мають пластинчасті конвеєри, вібраційні установки і конвеєрні поїзди? 2. Перерахуйте і коротко охарактеризуйте складові частини пластинчастих конвеєрів. 3. Які основні особливості мають монтаж і експлуатація пластинчастих конвеєрів? 4. Назвіть переваги, недоліки, галузь застосування і шляхи удосконалення транспортних засобів.

135

МОДУЛЬ ЧЕТВЕРТИЙ ТРАНСПОРТНІ СХЕМИ І ПРОЦЕСИ

Знати: загальні відомості, історію розвитку, класифікацію, галузь застосування, переваги, недоліки та шляхи удосконалення схем поверхневого та підземного транспорту. Уміти: читати, вибирати та обґрунтовувати для конкретних гірничих умов схему шахтного транспорту.

Короткі методичні вказівки Усвідомити призначення, класифікацію, технологію переміщення вантажів в різних гірничих умовах на поверхні та у підземних виробках. Особливо увагу приділити технології переміщення вантажу в вузлах сполучення виробок (підземних станціях); перевагам та недолікам при застосуванні на підземних станціях різних транспортних засобів.

Зміст четвертого модуля 4. Технологічні схеми і процеси рудникового транспорту 4.1. Переміщення вантажу на поверхні шахти 4.1.1. Технологічні схеми транспорту 4.1.2. Процеси переміщення вантажу 4.2. Технологічні схеми і процеси підземного транспорту 4.2.1. Схеми підземного транспорту 4.2.2. Процеси переміщення вантажу по підземним виробкам 4.2.3. Напрямки подальшого удосконалення техніки і вантажів Контрольні запитання і завдання

2

4. ТЕХНОЛОГІЧНІ СХЕМИ І ПРОЦЕСИ РУДНИКОВОГО ТРАНСПОРТУ 4.1. ПЕРЕМІЩЕННЯ ВАНТАЖУ НА ПОВЕРХНІ ШАХТИ 4.1.1. Технологічні схеми транспорту Технологічний комплекс поверхні шахти включає два основних комплекси - головний, призначений для прийому із шахти корисної копалини, первинної обробки і передачі його на збагачувальну фабрику чи безпосередньо споживачу, і допоміжний, призначений для прийому, збереженню і передачі в шахту матеріалів і устаткування, а також прийому видаваної на поверхню породи і передачі її у відвал. Структура головного комплексу визначається фізикохімічними властивостями корисної копалини і вимогами з боку споживача, структура допоміжного - характером потрібних шахті матеріалів і устаткування. Основними видами транспорту на головному комплексі є самопливний і конвеєрний. Їх компонування ведуть по висотній, горизонтальній і змішаній схемах. Велика розмаїтість властивостей корисних копалин і технічних вимог споживачів викликає різноманіття схем технологічних комплексів. Основою для створення технологічного комплексу поверхні шахти є застосування конвеєрного транспорту на головному комплексі і вагонеткового - на допоміжному. Схеми і засоби транспорту на поверхні шахти значною мірою визначаються розподілом функцій між скіповими і клітьовими піднімальними установками. Найбільший ефект (мінімальне число транспортних засобів і компактність комплексу) досягається при обмеженні функцій клітьового підйому. При видачі породи клітьовим підйомом (рис.4.1) вагонетка 3

2 по шляхах 3 самокатом надходить на штовхач 11, який по горизонтальній галереї подає її для розвантаження в перекидач 10. З бункера 13 живильник 14 подає породу у вагонетку 15 і канатною установкою 16 доставляє на відвал 17. Порожні вагонетки канатним штовхачем 12 переміщаються по поверхневій галереї. Потім вони самокатом по рейкових шляхах надходять на компенсатор висоти 5 і заштовхувачами 6 подаються в кліті стволу 1. У тому випадку, коли клітьовим підйомом у вагонетках видало корисну копалину, вони розвантажуються в перекидачі 4 і через вугільний бункер 7 живильником 8 і конвеєром 9 передається в залізничний бункер.

Рис.4.1. Схема транспорту на поверхні шахти при клітьовому підйомі: 1 – клітьовий ствол; 2 - вагонетка; 3 – рейковий шлях; 4,10 - перекидачі; 5 - компенсатор висоти; 6 – заштовхувачі; 7-бункер; 8, 14 - живильники; 9 - стрічковий конвеєр; 11,12 — штовхачі; 13 - породний бункер; 15- вагонетка; 16 – канатна установка; 17 - породний відвал.

При скіповому підйомі (рис. 4.2) корисна копалина скіпом 1 видається по стволу і надходить у бункер 2. Живильник 3 подає вантаж на конвеєри 4, 5. Завантаження осередків залізничного бункера 7 відбуваються човниковим конвеєром 6. Живильниками 8 гірська маса подається в залізничні вагони 9, що перемішаються під час завантаження канатною установкою 10. У тому випадку, коли залізничні бункери повністю заповнені, а вагони відсутні, конвеєром 11 вугілля подається на скреперний склад 14. Скреперна установка 12 розподіляє корисну копалину по всій площі складу. 4

Розвантаження складу ведеться через яму. Живильником 13 вугілля подається на конвеєр 15 і через бункер 16 живильником 17 в автосамоскид 18. Видана скіпом 1 порода через бункер 19 живильником 20 подається в автосамоскид.

Рис. 4.2. Схема транспорту на поверхні шахта при скіповому підйомі: 1- скіп; 2- вугільний бункер; 3,8,13,17,20 - живильники; 4,5,6,11,15- конвеєри; 7 -залізничний бункер; 9 - вагон; 10- лебідка; 12 - скреперна установка; 14 - скреперний склад; 16- бункер; 18, 21 - автосамоскиди; 19 - породний бункер.

4.1.2. Процеси переміщення вантажу При будівництві шахт (підземних споруд) розрізняють два періоди: перший - спорудження стволів, другий — проведення горизонтальних і похилих виробок. У ці періоди основними вантажами є насипні матеріали (порода), які переміщують до місця їхнього складування (у відвал) відповідно до генерального плану поверхні шахти. Транспорт на поверхні здійснює: перевезення породи у відвал; доставку на склад і із складу до ствола шахти допоміжних матеріалів і устаткування; прийняття із шахти порожніх посудин, демонтованого устаткування, металобрухту та ін. Транспортні засоби на поверхні повинні забезпечити безперебійну роботу підйомів, особливо у другий період, коли видається значний об'єм породи і у шахту доставляється велика кількість різних матеріалів та устаткування. Вантажі (матеріали та устаткування) із заводіввиготовлювачів на шахтний склад вантажі доставляються 5

залізничним і автомобільним транспортом, тракторами. Перевезення вантажів виконується в контейнерах і пакетах. При відносно невеликих відстанях транспортування для перевезення допоміжних вантажів широко застосовуються автомобільний транспорт і трактори з причепами на пневмоколесах. Доставлені вантажі розвантажують і складають за допомогою кранів різної конструкції. Перевантаження і передача до ствола здійснюються електроталями, козловими кранами та іншим підйомно-транспортним устаткуванням. Доцільним способом транспортування породи вважається той, який в конкретних умовах відповідає високому рівню продуктивності й надійності, забезпечує мінімальні витрати, дозволяє використовувати один і той же вид транспорту на всіх стадіях будівництва і експлуатації шахт. Досвід роботи показав, що в перший період перевагу слід віддавати автосамоскидам, які мають порівняно з іншими засобами необмежену продуктивність. Найпростішим за будовою і організацією робіт є транспорт при спорудженні ствола із застосуванням прохідницького копра, коли прийом і передача гірничої маси здійснюється на розвантажувальних площадках за допомогою породного жолоба та іншого устаткування. Вантажі коліях подають у ствол з нижньої приймальної площадки, яку утрамбовують або покривають залізобетонними плитами. На верхній площадці, що служить для розвантажування бадді, встановлюють один або два металевих жолоби. При безкопровому способі спорудження ствола (рис.4.3) вантажі по вертикальній виробці переміщують підйомною машиною 5. Породу із бадді 3 розвантажують на площадці 2, звідти вона надходить в скіп 1, а потім за допомогою двокінцевої відкатки 7 по ходку 4 — в бункер 6 і автосамоскид 8. При будівництві метрополітенів біля копра (рис. 4.4) влаштовують бункер 3 для піднімання породи баддями 2, склад тюбінгів та інших матеріалів 6, оснащений двоконсольним козловим краном 1. Породу і бетонну суміш переміщують автосамоскидами 4, а названі вище матеріали — клітями 5. Вантажі, які піднімають на поверхню скіпами чи конвеєрами, надходять в приймальні бункери малої чи великої 6

місткості. Останні, розраховані на 20...30 хв. роботи підйомних засобів, дозволяють згладити нерівномірність подачі вантажів.

Рис.4.3. Розміщення транспортних засобів при спорудженні ствола

Рис.4.4. Розміщення транспортних засобів при спорудженні метрополітену

7

На рис.4.5 показана схема розташування транспортних засобів у надшахтній будові вертикального скіпового підйому 1. Із породного 2 або вугільного 11 бункерів вантаж за допомогою коливних живильників 3 по лотках 10 надходить на стрічкові конвеєри 4 або 9. Сторонні предмети подають у лійки 8, а потім у автосамоскиди 6. Залізничні вагони 7 навантажують з використанням конвеєра 5.

Рис.4.5. Розміщення транспортних засобів у надшахтній будові скіпового підйому

Якщо вантаж піднімають клітями, на поверхні влаштовують горизонтальні приймальні площадки. З цією метою в межах шахтної площадки настилають рейкові колії для прийому і обміну навантажених вагонеток на порожні, встановлюють устаткування для їхнього розвантажування, монтують засоби для переміщення матеріалів. Як приклад на рис.4.6 показана схема верхньої приймально-відправної площадки з переставними платформами, коли клітьовий підйом виконує всі допоміжні функції, включаючи видачу навантажених вагонеток.

8

Рис. 4.6. Розміщення транспортних засобів у надшахтній будові клітьового підйому з переставними платформами

Роботи здійснюють таким чином. На початку циклу обміну на стопорі 4 знаходиться порожня вагонетка. В кліть 5 її подають за допомогою штовхачів 2 і 3. Навантажену вагонетку, що вийшла із кліті, переміщують штовхачем 6 до стопора 7 на платформі 8, яку разом з цією вагонеткою установлюють проти колії перекидача 13. Після цього навантажену вагонетку просувають до стопора 12 штовхачем 11 і, якщо перекидач вільний, направляють у нього. Порожню вагонетку штовхачем 14 подають на платформу 1, яку при розвантажуванні чергової вагонетки просувають до кліті, і цикл повторюється. Вагонетки з матеріалом і устаткуванням, що вийшли із кліті, проходять через платформу 8 на дільницю нагромадження, оснащену стропом 9 і штовхачем 10. Аналогічно навантажені вагонетки, призначені для подачі в кліть, нагромаджують з лівого боку і при необхідності подають на дільницю, яку обслуговує штовхач 10. Розчеплення составів здійснюють авторозчеплювачем 15. При подачі на поверхню тільки насипних вантажів застосовують схеми з перекидачами (рис.4.7). Останні розміщують праворуч і ліворуч від кліті. У початковому положенні в перекидачі 3 знаходиться порожня вагонетка, яку висовують звідси штовхачем 4 і направляють у кліть 1 штовхачем 2. Одночасно навантажена вагонетка, що знаходиться в кліті, переходить на лівий перекидач, який потім переміщують у бік для розвантажування гірничої маси над приймальним бункером. Перекидання і повернення котючого перекидача відбуваються автоматично. Цикл може бути повторений, 9

Рис.4.7. Розміщення транспортних засобів у надшахтній будові клітьового підйому з котючими перекидувачами

але вагонетки з вантажем будуть виштовхуватись лівим штовхачем на правий перекидач. Для розвантаження породи на поверхні, як правило, застосовують бічні перекидачі і кільцеві схеми відкатки з самокатним або примусовим рухом вагонеток. Очищення вагонеток здійснюється електричними вібраторами. Накопичення порожніх і навантажених вагонеток при самокатному русі проводиться на тупикових коліях, що прилягають до колій кільцевої відкатки. При проведенні тунелів метрополітену і колектора на поверхні будують естакади з комбінованою схемою транспортування вантажів—самокатною чи примусовою (рис. 4.8). У першому випадку рейкові колії мають профіль з уклоном, що дозволяє навантаженим вагонеткам рухатись самостійно, у другому — такі колії прокладають без уклону, і порожні вагонетки переміщують по них штовхачем верхньої дії. Навантажена вагонетка, яка самокатом надійшла із кліті 3 на перекидач 2, за допомогою поперечного візка 1 подається на компенсатор висоти 7, а потім візком 6 і штовхачем 5—у кліть. Сюди ж вона може бути подана і пристроєм 4. Вантажі (породу та ін.) до місця складування найчастіше перевозять автосамоскидами і канатними дорогами. Застосовують також конвеєри, канатні і гідравлічні установки. На поверхні 10

Рис. 4.8. Розміщення транспортних засобів на поверхні при спорудженні тунелів метрополітену і колектора

шахти, що будується, основними видами внутрішнього транспорту є автомобілі і підвісні канатні дороги, а зовнішнього — автомобільний і залізничний транспорт. Автосамоскиди доцільно використовувати при невеликих вантажопотоках і малих відстанях транспортування. Під час спорудження колекторів і метрополітенів або протягом першого періоду будівництва шахт і рудників, число працюючих одночасно транспортних одиниць залежить від кількості породи, що видається, довжини шляху до місця складування і вантажопідйомності машин. Звичайно працюють два-три автосамоскиди, які завантажуються за допомогою похилих жолобів, встановлених на копрі. Застосування підвісної канатної дороги, (рис. 4.9) дозволяє обійтися без рейкових колій, критих галерей і проміжних бункерів.

Рис.4.9. Переміщення породи у відвал підвісною канатною дорогою

Вагонетки 7 завантажують через жолоб 2, що знаходиться на приймальній площадці 3 копра 1, і пересовують тяговим канатом 6 11

по розташованих на опорах 5 несучих канатах 4. Щоб відвал 9 мав секторну форму, установлюють поворотну 8 і кінцеву 10 пересувну станції. Останню при необхідності переміщують по рейковій колії 11. При використанні локомотивів (рис. 4.10) на території будівельної площадки укладають вузькоколійні дороги 5 з роз'їздом біля ствола 1 (пункт навантаження 2). Вагонетки 3 з породою завдяки локомотиву 4 рухаються до бункера 8, звідки породу скіпом 7 транспортують у відвал 6 за допомогою відкатки кінцевим канатом 9. Породу, до місця складування подають й іншими, засобами, зокрема конвеєрами, рейковим, залізничним і гідравлічним транспортом.

Рис. 4.10.Переміщення породи у відвал по рейкових коліях

Розрізняють відвали індивідуальні, призначені тільки для однієї шахти, і центральні — для групи шахт. Залежно від форми відсипки розрізняють плоскі, хребтові й конічні відвали. Найбільше поширення одержали відвали (терикони), на які порода транспортується у вагонетках або скіпах по рейкових коліях за допомогою лебідок і канатів. Але такі відвали мають ряд істотних 12

недоліків: низький рівень механізації і висока трудомісткість робіт по пересуванню розвантажувальних пристроїв і нарощуванню рейкових колій, недостатня місткість, схильність складованої породи до самозаймання, забруднення повітря і небезпека вибуху. Перспективними вважаються плоскі відвали, розташовані на відстані не менше 500 м від будов загального призначення, їх доцільно утворювати там, де є природні складки місцевості (яри, балки), відпрацьовані кар'єри та інші земельні ділянки, непридатні для сільськогосподарських робіт. Породу переміщують у відвал за допомогою автомобільного транспорту, рідше — залізничного і конвеєрного транспорту і підвісних канатних доріг. Формування плоских відвалів здійснюють бульдозерами і екскаваторами. Основним видом транспорту при утворенні плоских відвалів можна вважати автомобільний. Він характеризується маневреністю, надійністю (оскільки в транспортуванні бере участь велика кількість автосамоскидів), може перевозити великогрудкову породу. Автомобільний транспорт найбільш ефективний при відстані перевозу до 4 км. Відвал з конвеєрними пристроями хоча й відрізняється високою продуктивністю, але має складне механічне устаткування. Породу переміщують конвеєрами прямої подачі з пристроями, причому останні в міру збільшення відвалу нарощуються. Відвал з рейковим транспортом простий за будовою, однак відзначається низькою продуктивністю і малою надійністю, особливо в зимовий період. Гірничу масу із бункера подають до розвантажувальної ферми скіпом за допомогою лебідки і канату. Для обладнання місця складування залізничним транспортом використовують пристрої (відвалоутворювачі, колієпересувачі), якими вирівнюють поверхню відвалу і пересувають рейкові колії. Такий варіант доцільний при будівництві кількох великих підземних споруд. Відвал з гідравлічним транспортом влаштовують у штучному заглибленні, для чого зводять дамбу і греблю. Найбільше поширення одержали відвали (терикони), на які порода транспортується у вагонетках або скіпах по рейкових коліях за допомогою лебідок і канатів. Але такі відвали мають ряд істотних недоліків: низький рівень механізації і висока 13

трудомісткість робіт по пересуванню розвантажувальних пристроїв і нарощуванню рейкових колій, недостатня місткість, схильність складованої породи до самозаймання, забруднення повітря і небезпека вибуху. На поверхні будують також склади для корисних копалин, наприклад скреперні (рис.4.11) і грейферні (рис.4.12). Вугілля (руду) в першому випадку транспортують на склад конвеєром прямої подачі 1, а згодом через тічку 3 — у штабель 4. Звідти вугілля скрепером 5 скреперної установки 6 розподіляють по складу. При розвантажуванні склади вугілля заштовхують у яму 7, а звідти стрічковим конвеєром 2 подають у залізничні вагони 8. На грейферний склад 2 хребтової форми (див. рис. 4.12) грейфером 1 гірничу масу транспортують із первинного штабеля 3, куди вугілля (руду) переміщують за допомогою конвеєра 7 з розвантажувальним візком 6, самохідного штабелера 5 і поворотного мостового конвеєра 4.

Рис.4.11. Розміщення транспортних засобів на скреперному складі

Рис. 4.12. Розміщення транспортних засобів на грейферному складі

14

Устаткування приймальних пристроїв підйомів, засобів для переміщення породи у відвал, навантаження корисних копалин на зовнішній транспорт та інші механізми розташовують за висотою, змішаною або горизонтальною схемами. Перша доцільна при відносно нескладних транспортних засобах, які не потребують збільшення висоти будівлі понад певну норму (не більше 50 м). Устаткування розташовують послідовно у спадному порядку в межах одного об'єкту, що дозволяє знизити не тільки капітальні, а й експлуатаційні витрати. При горизонтальній схемі вантаж транспортують конвеєрними установками, при змішаній — механізми розташовують у двох блоках, сполучених між собою естакадою. Вантажі в середині цих блоків переміщуються під дією сили ваги, а з одного в другий — конвеєрами. Якщо для реалізації горизонтальної схеми необхідна велика кількість конвеєрів, то при змішаній їхня кількість значно скорочується, але висоту будівель і споруд треба збільшувати. Об'єкти, що будують на поверхні, розташовують зонами: фасадна, виробнича і тилова. Така компоновка забезпечує раціональне використання транспорту, виключає злиття і перетин вантажопотоків, поліпшує систему укладки комунікацій. Відвали, склади і відстійники, групують у тиловій .зоні, яка знаходиться з підвітряного боку стосовно решти території. Це має особливе значення для жилого масиву. Відстань між будівлями приймають у межах норм протипожежної безпеки. Транспортний зв'язок між виробничими цехами здійснюється по автомобільних шляхах і вузькоколійці.

Контрольні запитання і завдання 1 Опишіть транспорт на поверхні шахти з скіповими підйомами. 2 Опишіть транспорт на поверхні шахти з клітьовими підйомами. 3 Опишіть транспорт у надшахтній будові: - при скіповому підйому; - при клітьовому підйому; 15

- при спорудженні тунелів. 4 Опишіть транспорт на складі: - скреперному; - грейферному.

4.2. ТЕХНОЛОГІЧНІ СХЕМИ І ПРОЦЕСИ ПІДЗЕМНОГО ТРАНСПОРТУ 4.2.1. Схеми підземного транспорту Підземний транспорт - найбільш складна складова частина внутрішнього транспорту. В період експлуатації гірничих підприємств транспорт є одним з основних технологічних процесів, від чіткої організації якого залежить діяльність очисних і підготовчих вибоїв. При експлуатації шахт продовжуються роботи по спорудженню підземних виробок, але ж основні вантажі надходять із очисних виробок і їх переміщення відбувається за складною системою взаємопов'язаних транспортних ланок, розташованих у підземних виробках гірничого підприємства. Багатоланковий транспорт працює в умовах значної газонебезпеки, вологості, запиленості, а також підвищеній температурі особливо при розбиранні глибоких обріїв. Усі ці гірничотехнічні і виробничі умови визначають основні вимоги до транспортних схем і засобів підземного транспорту в цілому: - технічні - забезпечення безперебійної роботи очисних і підготовчих вибоїв при високій концентрації гірничих робіт і росту вантажопотоків; надійна робота транспортних засобів при переміщенні основних і допоміжних вантажів; максимальна однотипність застосовуваних прогресивних видів і типів транспортного устаткування; широке впровадження гірничих і механізованих бункерів; - організаційні - взаємозв'язок усіх процесів (навантаження, транспортування, розвантаження) при переміщенні основних і допоміжних вантажів; 16

- економічні - забезпечення високої продуктивності праці на підземному транспорті; мінімальні капітальні й експлуатаційні витрати; - гірничотехнічні - узгодження технологічних транспортних схем з гірничо-геологічними умовами, схемами і параметрами розкриття, підготовки, системами розробки і провітрювання; - ергономічні - забезпечення простоти керування транспортними машинами й устаткуванням, комфортні умови експлуатації. Підземний транспорт містить три транспортні комплекси: дільничний, магістральний і комплекс приствольного двору. Дільничний - поєднує транспортні засоби і спеціальне устаткування, призначене для переміщення вантажів від очисних і підготовчих вибоїв до основних магістральних виробок, а також у зворотному напрямку — різних допоміжних матеріалів, устаткування й в обох напрямках - людей. Магістральний транспорт обслуговує усі вантажопотоки по магістральних виробках і зв'язує дільничний комплекс із комплексом приствольного двору. Транспортний комплекс приствольного двору призначений для прийому і відправлення усіх вантажів, що надходять у шахту і із неї. Підземному транспорту властиві ряд характерних рис, що відрізняють його від інших систем промислового транспорту. До їхнього числа відноситься скрутність робочого простору, де необхідно розміщати і забезпечувати надійне функціонування засобів транспорту. Найбільш характерним прикладом є очисний вибій малопотужних пластів (0,5 - 0,6 м), де, крім очисного комбайна і секцій механізованої кріпи, розміщається скребковий конвеєр, що забезпечує доставку зруйнованої комбайном корисних копалин. Скрутність робочого простору визначає вимогу до зниження габаритів гірничих транспортних машин, зокрема, висоти постава вибійних скребкових конвеєрів. Характерною рисою підземного транспорту є також розгалуженість транспортних магістралей, що змінюють згодом свої параметри: довжину, топологію і т. п. Розміри шахтного поля, в основному, визначають довжину 17

транспортних магістралей, хоча на це часто впливає схема розкриття, місце закладення, спосіб підготовки, ступінь концентрації гірничих робіт і інше. Спосіб підготовки шахтного поля визначає топологію гірничих транспортних виробок. Цей фактор звичайно є основним визначальним розходження схем підземного транспорту. Система розробки (суцільна, стовпова, комбінована) впливає на вибір видів і параметрів застосовуваних транспортних засобів. Великий вплив на схеми транспорту, особливо допоміжного, роблять довжина лави і перетин виробок, а також їхнє добове посування і вид механізації. Схеми підземного транспорту підрозділяються на безступінчасті і східчасті. Під безступінчастою розуміють таку схему, яка забезпечує безперервність транспортування основного вантажопотоку від навантажувального пункту очисного вибою до приствольного двору без зміни основного виду засобів транспорту (конвеєрна доставка, локомотивна відкатка). Для безступінчастої схеми основними різновидами є: - схеми з транспортуванням корисної копалини від очисного вибою до приствольного двору, а при похилому стволі - до поверхні, конвеєрним транспортом (суцільна конвеєризація); - схеми з транспортуванням корисної копалини від очисного вибою до приствольного двору локомотивним транспортом. До східчастих схем підземного транспорту відносять: - схеми з транспортуванням основного вантажопотоку від очисного вибою по ярусних і магістральних відкаточних виробках локомотивним транспортом, а по похилих виробках (уклони, бремсберґи) - конвеєрним транспортом; - схеми з транспортуванням від очисного вибою по ярусним горизонтальним і похилим транспортним виробкам конвеєрами, а по магістральним - локомотивною відкаткою; - схеми з транспортуванням корисної копалини по ярусних виробках - конвеєрами з перепуском на магістральні виробки, які обладнані локомотивним транспортом. 18

На практиці часто прибігають до спрощеного зображення схем транспорту. На таких технологічних схемах, виконуваних звичайно без дотримання масштабу, інформація приводиться тільки у відношенні транспортних засобів. Причому прийнято, щоб інформація була найбільш повної і містила в будь-якому випадку тип транспортної машини, розрахункову продуктивність і довжину транспортування. Для епюр рейкових шляхів, що містять разминовки, указують місткість разминовок. При наявності на схемі транспорту гірничих чи механізованих бункерів обмовляють їхню місткість у м3. На шахтах найчастіше складають неповні схеми транспорту, що відбивають не весь технологічний комплекс транспортних робіт на шахті, а лише транспортний процес на окремій ділянці. На шахтах України розробляють пласти з горизонтальним, похилим і крутим заляганням. При розробці горизонтальних вугільних пластів шахтне поле звичайно розкривають вертикальними стволами. На шахтах найчастіше застосовують панельну підготовку і систему розробки довгими стовпами. Панелі при цьому звичайно мають два крила. Вантажі з одиночних чи спарених лав надходять в один приствольний двір. На шахтах з горизонтальним заляганням пластів, як правило, знаходить застосування комбінована конвеєрно-локомотивна схема транспорту (рис. 4. 13). У дільничному транспортному комплексі для доставки вантажів використовується конвеєрний транспорт: скребкові конвеєри в очисних вибоях і стрічкові конвеєри зі скребковими перевантажувачами на дільничних штреках. При веденні очисних робіт спареними лавами вугілля з обох лав (лави 1 і 2) доставляється забійними скребковими конвеєрами 1 на один дільничний збірний штрек, обладнаний одним чи декількома послідовно встановленими стрічковими конвеєрами для транспортування корисних копалин до панельного штреку. При застосуванні в очисних вибоях високопродуктивних комплексів відпрацювання виїмкового стовпа ведеться одиночною лавою (лава 3). Переміщення вагонеток, які знаходяться під наван 19

Рис. 4.13. Технологічна схема транспорту виймальної панелі при розробці горизонтального пласту : 1 - забійний скребковий конвеєр; 2 - скребковий перевантажувач; 3 - дільничний стрічковий конвеєр; 4 - механізований бункер; 5 - штовхач; 6 - монорельсова дорога; 7 - локомотив.

таженням відбувається за допомогою штовхача 5. Переміщення допоміжних вантажів ведеться монорельсовою дорогою 6. При розробці положистих і похилих пластів, що характерно майже для усіх вугільних басейнів країни, виникає необхідність спорудження похилих виробок найчастіше великої довжини. Складність роботи підземного транспорту, приводить до безупинного росту кількості і довжини виробок збільшенню розгалуженості транспортних систем і обсягу перевезень основних і допоміжних вантажів. Конвеєризація горизонтальних і похилих дільничних і магістральних транспортних виробок дозволила успішно вирішити проблему доставки вугілля (гірської маси), але одночасно з цим ускладнилися системи допоміжного транспорту і перевезення людей. Трудові витрати на доставку допоміжних вантажів на конвеєризованих шахтах складають 30-35% трудомісткості робіт на підземному транспорті в цілому. 20

Рис. 4.14. Технологічна схема дільничного транспорту при обробці пласта довгими стовпами по простяганню: 1 - скребковий конвеєр; 2 - скребковий перевантажувач; 3 - дільничний стрічковий конвеєр; 4 - піднімальні машини; 5 - підвісна монорельсова дорога; 6 - бремсберґовий стрічковий конвеєр; 7 – гірничий бункер; 8 – штовхач; 9 – локомотив.

Конвеєризація горизонтальних і похилих дільничних і магістральних транспортних виробок дозволила успішно вирішити проблему доставки вугілля (гірської маси), але одночасно з цим ускладнилися системи допоміжного транспорту і перевезення людей. Трудові витрати на доставку допоміжних вантажів на конвеєризованих шахтах складають 30-35% трудомісткості робіт на підземному транспорті в цілому. На рис.4.14 приведена технологічна схема підземного транспорту при відпрацьовуванні по простяганню шарів потужністю 0,5...2,5 з кутом падіння до 18°. Спосіб підготовки прийнятий панельний, система розробки довгими стовпами по простяганню. Транспорт корисної копалини уздовж лави здійснюється скребковими конвеєрами 1. З урахуванням раціональних розмірів 21

панелі по простяганню на дільничних штреках, довжина яких не перевищує 1500 м, доцільне використання стрічкових конвеєрів 3. Слід зазначити, що з метою полегшення процесу транспортування матеріалу уздовж лави ярусні конвеєрні штреки розташовані завжди нижче відповідних ярусних вентиляційних штреків. Стрічкові конвеєри 3, встановлені на ярусних штреках, доставляють корисну копалину до капітальної похилої виробки, чи бремсберґа (похила), які при розробці пологих (до 18°) пластів обладнують стаціонарними стрічковими конвеєрами 6. У штреках використовують легкі і середні локомотиви 9, а по похилих виробках – канатну відкатку 4. У розглянутих умовах при панельному способі підготовки пологого пласта допоміжний транспорт по головному відкаточному штреку забезпечується локомотивною відкаткою 10. Для даного вантажопотоку по панельних похилих виробках використовують канатну відкатку 4. При цьому матеріали, устаткування і т. п. доставляють на відповідні штреки по допоміжному бремсберґу чи похилу, що сполучається зі штреками за допомогою заїздів. Люди транспортуються до місця роботи по людському бремсберґу. Заїзди на штреки в цьому випадку відсутні, а люди, виходячи з вагонеток безпосередньо на похилій виробці, переходять на штрек обхідною виробкою. Для транспорту матеріалів і устаткування на ділянці використовують ярусний вентиляційний штрек, обладнаний локомотивним транспортом. Для допоміжного транспорту по ярусному конвеєрному штреку раціональним є використання підвісних монорельсових доріг 5. Технологічна схема підземного транспорту при відпрацюванні по повстанню пластів потужністю 0,7...1,4м і кутом падіння до 10° приведена на рис. 4. 15. Схема підготовки прийнята погоризонтна, система розробки – довгими стовпами за підняттям (падінням). Розробка крутопохилих (36°...55°) і крутих (понад 55°) пластів здійснюється в районі Центрального Донбасу. За кордоном такі пласти характерні для Прокопьєвсько-Киселівського району 22

Рис. 4.15. Технологічна схема транспорту при обробці пластів по повстанню (погоризонтальний спосіб підготовки): 1 - скребковий конвеєр; 2 - скребковий перевантажувач; 3 - стрічковий конвеєр; 4 - монорельсова дорога; 5 - механізований бункер; 6 - локомотив; 7 - штовхач.

Кузбасу, Кізеловського і Печорського вугільних басейнів Росії, великий обсяг видобутку на крутих пластах здійснюється у Німеччині. При веденні гірничих робіт практично повсюдно використовують поверховий спосіб підготовки шахтного полю. Характерною рисою гірничотехнічних умов при цьому є одночасне розкриття і розробка великого числа шарів-до 10, а в деяких випадках і більше. Розкриття шахтного полю, як правило, здійснюється вертикальними стволами і поверховими квершлагами. При цьому поверхи відпрацьовуються в спадному порядку. Як приклад на рис. 4.16 приведена схема транспорту на відкаточному горизонті при розробці 4-х вугільних пластів. По кожному з цих пластів пройдені пластові штреки, у яких прокладений одноколійний рейковий шлях. На пласті № 1 розробляються дві лави і по одній лаві розташовано на інших трьох пластах. Уздовж очисних вибоїв зруйноване вугілля рухається самопливом. 23

Рис. 4.16. Технологічна схема транспорту при розробці крутоспадних шарів: 1 - маневрова лебідка; 2 - локомотив; 3 - скіповий ствол; 4 - клітьовий ствол.

Під лавою обладнаються переносні навантажувальні пункти, з терміном служби 4...5 доби, на яких відбувається завантаження вагонеток, що доставляються звичайно 8...10-тонними електровозами 2 в приствольний двір. На лежачих вище вентиляційних горизонтах, на яких створюється більш складний пило-газовий режим, найбільш часто використовуються легкі акумуляторні електровози у виконанні РВ чи інерційні локомотиви-гіровози.

4.2.2. Процеси переміщення вантажу по підземним виробкам Процеси підземного транспорту. В період будівництва і експлуатації шахти, враховуючи гірничо-геологічні і гірничотехнічні фактори, установлюють транспортні засоби при проведені виробок. Підземний транспорт поділяють на призабійний, магістральний і транспорт у вузлах сполучення виробок. У ролі 24

першого із них широке розповсюдження одержав рейковий транспорт. Для виконання маневрових робіт, зв’язаних з обміном вагонеток і составів, служать симетричні роз'їзди 3 і двосторонні накладні з'їзди 6 і 9 (рис. 4. 17). В усіх цих схемах гірничу масу подають в одиночні вагонетки 2 за допомогою навантажувальних машин 1, 5 і 8, а переміщення составів до забою проводять локомотивами 4. Найбільші простої навантажувальних машин, зумовлені витратами часу на обмін вагонеток, й пов'язані з цим найнижчі темпи проходки при застосуванні симетричних роз'їздів (рис. 4.17,а). Збільшення швидкості проведення виробок досягають завдяки застосуванню буферних пристроїв 10 і самохідних візків 7 (рис. 4.17, б, в). Буферні пристрої дозволяють поряд з навантажувальною машиною одночасно розміщувати дві вагонетки. Як тільки одна з них заповнюється породою, жолоб переставляють до іншої, а навантажену замінюють порожньою. Щоб скоротити витрати часу, використовують самохідні візки.

Рис.4.17. Схема привибійного транспорту при проходженні одноколійних виробок із застосуванням симетричної розминовки (а) та двосторонніх накладних з'їздів (б, в).

25

Зменшення простоїв на обмінно-маневрових операціях при навантаженні гірничої маси в привибійній частині виробки досягається також за рахунок підвищення рівня механізації цих процесів, та застосування скребкових конвеєрів і перевантажувачів. Останні успішно діють у прямо- і криволінійних (з радіусом заокруглення більше 10 м), одно- і двоколійних виробках. Якщо проводяться неширокі виробки за допомогою навантажувальних машин, перевантажувачі встановлюються на рейкову колію або підвішуються над нею. Партію вагонеток подають електровозом під ферму горизонтальної частини перевантажувача і в міру навантаження пересувають їх маневровим візком. В ролі привибійного транспорту використовують також навантажувально-транспортні машини, самохідні вагонетки, скреперні і гідравлічні установки, а при проведенні виробок з великою площею перерізу—автосамоскиди і прохідницькі комплекси (щити). При будівництві сучасних великих шахт (рудників) вантажі транспортують: по магістральних горизонтальних виробках — локомотивами (як правило), по похилих — конвеєрами, канатними і гідравлічними установками, а по виробках великої продуктивності й малої довжини — конвеєрами. Відповідно до основних техніко-економічних напрямків розвитку шахтного транспорту і залежно від гірничо-геологічних умов застосовують різні його види. Для розробки пологих і похилих, пластів використовують: в ділянкових горизонтальних і пологих виробках з кутом нахилу 16...18° — конвеєри, в виробках з кутом нахилу більш 18°—конвеєри або скіпові підйоми, у головних горизонтальних виробках — конвеєри або локомотиви. Для розробки крутих пластів застосовують: в ділянкових горизонтальних виробках — конвеєри, в печах і гезенках — самотечійні установки, у вертикальних міжгоризонтних виробках — спіральні спуски, у штреках і квершлаґах на горизонті приствольного двору — конвеєри і локомотиви. Як транспортні машини широкого розповсюдження набули електровози і стрічкові конвеєри, а для механізації допоміжних робіт, зокрема для доставки людей, матеріалів і устаткування, часто використовують підвісні монорейкові дороги. 26

Все більше застосування знаходять спеціальні транспортні засоби (бункерні поїзди, самохідні вагонетки, думпери та ін.), завдяки яким можна полегшити і прискорити навантаження і розвантаження гірничої маси, зменшити довжину і масу рухомого складу. Часто потрібно передавати вантаж з одного виду транспорту на інший, що веде до необхідності організації підземних станцій (приствольних дворів, приймально-відправних площадок, навантажувальних і перевантажувальних пунктів). У вузлі сполучення вертикальних і горизонтальних виробок (рис. 4.18) вагонетку 1 розвантажують через перекидач 2, а її вміст конвеєром 3 подають у бункер 4 малої місткості. Скіп 6, опускаючись, натискує на педалі і тягами 7 повертає (відкриває) секторний затвор 5. Розсипаний при цьому дріб'язок із спеціального бункера 8 транспортують вагонеткою 9 на рівень приствольного двору.

Рис.4.18. Розміщення транспортних засобів у вузлі сполучення вертикальної і горизонтальної виробок вугільних шахт з бункером малої місткості

27

Якщо біля ствола розміщений бункер великої місткості (рис. 4.19), роботи проводяться таким чином. Гірнича маса із перекидача 1 надходить у бункер 3 і дозатор 6, які перекриваються затворами 5, 7. Вантаж із дозатора переміщується у скіп 9 після того, як останній натиснув на затвор 8 і висунувся лоток 7. Рівень насипного матеріалу в бункері контролюється датчиками 2, 4.

Рис. 4.19. Розміщення транспортних засобів у вузлі сполучення вертикальної і горизонтальної виробок вугільних шахт з бункером великої місткості

На рис.4.20. показана схема вузла сполучення горизонтальної і похилої виробок, де передача вантажу здійснюється в такій послідовності. Вагонетку 2 з глухим кузовом розвантажують за допомогою перекидача 1. Гірнича маса надходить в приймальний бункер 3, а з нього коливним живильником 4 передається на бремсберґовий стрічковий конвеєр 5. Вагонетки 4 з відкидними днищами (рис.4.21) розвантажують над приймальним бункером 3, для чого використовують спеціальні розвантажувальні криві 5. Потім гірничу масу коливним живильником 2 подають на стрічковий конвеєр 1. 28

Рис. 4.20. Розміщення транспортних засобів у вузлі сполучення горизонтальної і похилої виробок при перевантаженні гірничої маси із вагонеток з глухими кузовами на конвеєр

Рис.4.21. Розміщення транспортних засобів у вузлі сполучення горизонтальної і похилої виробок при перевантаженні гірничої маси із вагонеток з відкидними днищами на конвеєр

29

Підземні станції служать також для формування составів різного призначення, приймання людей, устаткування і матеріалів. У найбільш повній мірі ці функції виконують приствольні двори (рис. 4.22). Електровоз з спеціалізованим составом прибуває на основну вітку двору скіпового підйому 2. Розвантажують вугілля і породу відповідно над ямами 1 і 3. Вагонетки з матеріалами переміщують локомотивом по обгінному шляху на вхідний бік вітки клітьового підйому 5. після чого канатним штовхачем 8 їх підтягують до дозувальних стопорів 7. Потім вони поступають до аґреґата 6 для обміну в клітях 5. Порожні вагонетки через перехресний з'їзд 4 доставляють для формування в состави. На ділянку їх подають по обгінному шляху клітьового стволу.

Рис. 4.22. Розміщення транспортних засобів у приствольному дворі

При спорудженні тунелів і метрополітенів також влаштовують підземні станції. Звичайно вони мають дві колії: по одній перевозять породу, по другій — людей, матеріали і устаткування. Таким чином, у межах підприємства, утворюється система підземного транспорту. Вона включає схему колійного розвитку і різне устаткування на шляху слідування всіх видів вантажу в прямому напрямі (від підготовчих вибоїв до місця видачі на поверхню) і в зворотному. На шахтах (рудниках) системи підземного транспорту розподіляють: • на порівняно прості (для крутих пластів); • системи, що займають проміжне положення (для горизонтальних пластів); • найбільш складні (для пологих і похилих пластів). 30

Особливість складних систем — ступінчастість і значна розгалуженість виробок, по яких перевозяться вантажі. Вибір транспортних машин при будівництві, проводиться таким чином, щоб можна було використовувати прогресивну технологію основних робіт в період експлуатації шахти (рудника). Береться також до уваги, що транспортні засоби системи працюють разом.

Рис.4.23. Система підземного транспорту

Наприклад, розглянемо транспортну систему, яка функціонує при підготовці пологих пластів (рис. 4.23). Гірничу масу із прохідницьких вибоїв перемішують у вагонетках локомотивом 1 по горизонтальних виробках. Розвантажують состав над ямою 2 стаціонарної підземної станції. Насипний матеріал надходить у бункер, а далі по конвеєру 10 похилої виробки і конвеєру 4 виробки горизонту приствольного двору — до скіпового стволу. Для допоміжних вантажів використовують канатний транспорт 9. Вагонетки на приймально-відправних площадках пересувають за допомогою штовханів 8, 11. Людей перевозять локомотивами 1 і 7 (відповідно по відкаточному горизонту і виробці горизонту приствольного двору), а також лебідками 3 (по 31

похилій виробці). Насипні вантажі розвантажують над ямою 5. Вагонетки в кліті подають заштовхувачами 6. Із викладеного випливає, що сучасний шахтний транспорт— складна технологічна система, яка потребує багатьох машин і механізмів. Останні, розрізняються будовою і принципом дії. У доставці гірничої маси і матеріалів від вибоїв підготовчих виробок до стволів бере участь різноманітне устаткування, причому на шляху руху вантажу відбувається, як правило, передача його з одного виду транспорту на інший.

4.2.3. Напрямки подальшого удосконалення техніки і вантажів Транспортування вугілля від очисних вибоїв по горизонтальних і похилих виробках виймальної дільниці повинно здійснюватися, як правило, стрічковими конвеєрами. Тільки з непрямолінійних виробках, де було б потрібно встановлення більше трьох стрічкових конвеєрів, можуть застосовуватися пластинчасті конвеєри, що вигинаються. Застосування одноланцюгових, а також дволанцюгових скребкових конвеєрів, що вигинаються, для транспортування вугілля від лави по горизонтальних і похилих виробках не допускається. Застосування дволанцюгових розбірних і спеціальних кутових скребкових конвеєрів допускається тільки в просіках, печах і збійках загальною довжиною до 120-150 м. Для забезпечення навантаження вугілля на несучий орган конвеєра без розсипання його на ґрунт необхідно щоб приймальна здатність конвеєра була не меншою максимального хвилинного вантажопотоку, який надходить на цей конвеєр. Транспортне устаткування, що розміщується під лавою, повинно забезпечувати швидке і не трудомістке скорочення (подовження) конвеєрної лінії услід за посуванням очисного вибою. Ці вимоги задовольняється обладнанням вузлів сполучення лави з конвеєрною виробкою: а) телескопічними комплексами; 32

б) насувними перевантажувачами. Застосування спеціальних кутових і дволанцюгових скребкових конвеєрів для перевантаження вугілля з лави на транспортну конвеєрну лінію допускається в наступних випадках: а) при наявності ціликів, що залишаються між лавою і транспортною виробкою; б) на дільницях з непрямолінійними конвеєрними виробками, обладнаними конвеєрами, що згинаються (пластинчатими або спеціальними); в) на дільницях з важкими гірничотехнічними умовами, де експлуатація телескопічних комплексів або насувних перевантажувачів ускладнена. Найбільш характерними для схем конвеєрного транспорту є пункти перевантаження вугілля з конвеєрних ліній, що транспортують вугілля від лави на збірну (звичайно похилу) конвеєрну лінію. Основними технологічними вимогами, що висуваються до таких перевантажувальних пунктів, є : а) забезпечення прийому без розсипання на ґрунт максимальних хвилинних вантажопотоків вугілля, що надходять на збірну конвеєрну лінію; б) забезпечення безперебійної роботи очисних вибоїв у періоди відносно короткочасних зупинок збірних конвеєрів; в) забезпечення роботи системи в періоди (інколи – тривалі в часі), коли з лави або конвеєрного штреку надходять невеликі обсяги вугілля (гірничої маси), але робота збірного конвеєра недоцільна (бо вона буде близькою до роботи вхолосту). Навантажувальні пункти в місцях сполучення конвеєрних ліній від лав зі збірними конвеєрними лініями, з точки зору забезпечення прийому максимальних хвилинних вантажопотоків, що надходять на збірний конвеєр з двох або більше лав, можуть бути двох видів: з прямим перевантаженням (безбункерні) і з вирівнюючими (осереднювальними, або, радше, накопичувальними) бункерами. Пункти з прямим навантажуванням повинні бути прийняті в тих випадках, коли сумарне значення максимальних хвилинних 33

вантажопотоків, що надходять з двох або більше лав, не буде перевищувати приймальної здатності збірного конвеєра. Якщо сумарний максимальний хвилинний вантажопотік з двох або більше лав перевищує приймальну здатність збірного конвеєра, необхідно пункти перевантаження вугілля на збірну конвеєрну лінію обладнати вирівнюючими (осереднюючими, накопичувальними) ємностями у вигляді гірничих бункерів або бункер-конвеєрів. У схемах конвеєризації транспорту вугілля, що рекомендуються для тих шахт, де гірничотехнічні умови дозволяють обладнати ґезенк між горизонтальними і похилими конвеєризованими виробками, його доцільно використати для створення акумулюючого гірничого бункера. На діючих шахтах, де конвеєрні (панельні або капітальні) похилі виробки примикають безпосередньо до головних горизонтальних виробок, транспорт вугілля від виймальних дільниць до пристволового двору здійснюється в більшості випадків за допомогою електровозної відкатки. Однак на ряді вітчизняних і зарубіжних шахт як магістральний транспорт знаходить застосування більш прогресивний конвеєрний транспорт. Особливо ефективне його використання при високих навантаженнях на магістральні виробки і порівняно невеликому віддаленні виймальних дільниць від пристволового двору. Вид магістрального транспорту повинен установлюватися на основі техніко-економічного порівняння варіантів конвеєрного та електровозного транспорту з урахуванням конкретних гірничотехнічних умов кожної шахти. При роботі на крилі шахти двох і більше виймальних дільниць із високопродуктивними лавами (понад 1000-1500 т/добу) потрібно віддавати перевагу застосуванню конвеєрного магістрального транспорту. З метою ліквідації ступневості на транспорті на всіх передавальних міжгоризонтних похилих виробках, що є на шахтах, необхідно застосовувати конвеєрну доставку вугілля. У схемах транспорту передбачається два варіанти вузла сполучення похилої виробки виймальної дільниці з головним штреком: навантажувальний пункт при магістральному 34

електровозному транспорті і перевантажувальний пункт при магістральному конвеєрному транспорті. Для забезпечення безперебійної роботи очисних вибоїв у періоди відсутності порожняка на навантажувальному пункті при електровозній відкатці по головному штреку або нетривалих зупинках магістральної конвеєрної лінії на головному штреку ці пункти повинні мати акумулюючі ємності, як правило, у вигляді гірничих (камер) або механізованих (бункер-конвеєрів) бункерів. Механізовані бункери рекомендується застосовувати при розробці горизонтальних і слабопохилих (з кутом нахилу до 6°) пластів вугілля, а також пластів антрациту (із кутами падіння до 18°). При відсутності механізованих бункерів, тимчасово, як акумулюючі ємності допускається застосувати порожні вагонетки. Величину ємності акумулюючого бункера в пункті сполучення конвеєрної лінії виймальної дільниці з магістральною конвеєрною лінією, на основному горизонті шахти потрібно приймати з розрахунку розміщення не менше середнього півгодинного видобутку всіх лав дільниці (при магістральній лінії, що складається з одного і двох конвеєрних поставів) або не менше середнього 45-хвилинного видобутку всіх лав дільниці (при магістральній лінії, що складається з трьох і більше конвеєрних поставів). Розмір порожнякової і вантажної гілок навантажувального пункту, обладнаного гірничим або механізованим бункером, що має місткість, рівну і більшу нормативної місткості, повинен забезпечити розміщення не менше 1,2 порожнього і навантаженого составів вагонеток. При бункері, що має місткість менше нормативної, розміри кожної гілки навантажувального пункту повинні бути збільшені з урахуванням розміщення і переміщення додаткового запасу порожніх вагонеток. Місткість додаткових порожніх вагонеток повинна бути не меншою, ніж різниця між нормативною місткістю бункера, що вимагається і фактичною. Розміри порожнякової гілки навантажувального пункту, для якого акумулююча ємність прийнята у вигляді запасу порожніх вагонеток, повинні забезпечувати одночасне розміщення 35

нормативного запасу вагонеток і одного обмінного составу вагонеток, що перевозиться електровозом при кожному рейсі. Довжина вантажної гілки повинна бути не меншою за довжину порожнякової гілки. На навантажувальних пунктах для виконання операцій, пов'язаних з навантаженням вагонеток, рекомендується застосовувати або автоматизовані навантажувальні комплекси, або дистанційно керовані електричні, або електрогідравлічні штовхачі і пристрої для запобігання розсипання вугілля між вагонетками. При завантаженні вугілля у вагонетки безпосередньо з конвеєра продуктивність устаткування навантажувального пункту повинна забезпечувати приймання максимального хвилинного вантажопотоку, що надходить з конвеєра. Штовхачі повинні забезпечувати пересування найбільшої кількості навантажених і порожніх вагонеток, які можуть одночасно знаходитися на навантажувальному пункті. При недостатньому тяговому зусиллі одного штовхача допускається послідовне встановлення двох штовхачів. Для випуску вугілля з гірничих бункерів потрібно передбачати встановлення живильників, продуктивність яких повинна бути не меншою експлуатаційної продуктивності конвеєра, що подає вугілля в бункер. Обмін составів вагонеток на вантажному пункті, як правило, повинен здійснюватися магістральними електровозами. Розвантаження вугілля з бункера на похилий конвеєр повинне здійснюватися за допомогою живильника. Це дає можливість при наявності вугілля в бункері створити рівномірне навантаження конвеєра по всій його довжині. У зв'язку з цим за величину експлуатаційної продуктивності конвеєра потрібно приймати продуктивність, на яку настроюється підбункерний живильник. Однак установлена продуктивність живильника не повинна бути вище приймальної здатності похилого конвеєра. Допустима довжина похилого конвеєра визначається безпосередньо за його заводськими характеристиками в залежності від годинної (технічної) продуктивності конвеєра (рівної прийнятій продуктивності завантажуючого живильника) і кута нахилу конвеєра. 36

Відкатка вугілля від лав по поверхових або ярусних штреках повинна, як правило, здійснюватися важкими електровозами зі зчіпною вагою не менше 140 кН. Застосування електровозів меншої зчіпної ваги можна допускати лише у випадку, коли по гірничотехнічних умовах неможливо використання важких електровозів або коли по виробках транспортується вугілля з однієї лави з продуктивністю менше за 800-1000 т на добу. Для перевезення вугілля рекомендується застосовувати секційні вагонетки з донним розвантаженням або вагонетки з відкидними днищами. Поверхові і ярусні штреки, по яких здійснюється електровозний транспорт вугілля з очисних вибоїв до похилої конвеєризованої виробки, як правило, повинні мати двоколійний рейковий шлях із застосуванням рейок масою не менше за 33 кг/п. м (Р33 або Р38) на дерев'яних, що просічені антисептиками, або залізобетонних шпалах. Рейкові шляхи повинні бути забаластовані. Для обслуговування напівстаціонарних конвеєрних ліній (монтаж і демонтаж конвеєрів, а також профілактичний ремонт конвеєрів і виробок) як допоміжний транспорт на конвеєризованих виробках рекомендується застосовувати: а) монорейкові дороги з канатною тягою (6ДМК, МГЛ і ін. або з підвісними дизелевозом ДМВ-5) – на ярусних конвеєрних штреках і на похилих конвеєрних просіках або печах довжиною 1000-1500 м; б) локомотивну відкатку за допомогою вибухобезпечних акумуляторних електровозів (5АРВ, АРВ7) і дизелевозів (Д-5, Д-8) або монорейкові дороги з підвісними дизелевозом (ДМВ-5) – на поверхових конвеєрних штреках довжиною понад 1000-1500 м. Доставку матеріалів і обладнання, необхідних для обслуговування конвеєрних ліній у похилих виробках, рекомендується здійснювати за допомогою монорейкової дороги в конвеєрній виробці або за допомогою допоміжних засобів транспорту, що обладнуються в паралельних допоміжних похилих виробках. У горизонтальних виробках дільниці, по яких здійснюється перевезення основної кількості матеріалів і обладнання, для 37

обслуговування очисних вибоїв (вентиляційні і відкаточні штреки) надалі до створення нових більш ефективних засобів допоміжного транспорту (наприклад, самохідних вагонеток, безрейкових тягачів з вантажними платформами) рекомендується з метою скорочення витрат на переобладнання транспорту після закінчення прохідницьких робіт конвеєрні лінії для транспорту вугілля з підготовчих вибоїв встановлювати на конвеєрних штреках і застосовувати такі типи конвеєрів, які необхідні при експлуатації очисних вибоїв. При проведенні спарених ярусних штреків одна конвеєрна лінія повинна транспортувати вугілля з двох підготовчих вибоїв (конвеєрного і вентиляційного штреків). Доставка вугілля з підготовчих вибоїв і навантажування його на стрічковий конвеєр може здійснюватися скребковими конвеєрами або прохідницькими перевантажувачами. Як привибійні конвеєри рекомендується застосовувати одноланцюгові скребкові конвеєри типу С-53 і СПП-1 (кутовий) або дволанцюговий типу СР-70А. Кутовий конвеєр СПП-1 потрібно застосовувати при необхідності доставки вугілля від підготовчого вибою по двох розташованих під кутом виробках (штреку або просіку до печі або збійки). При відсутності кутового конвеєра на цих виробках можуть бути встановлені два конвеєри С-53 або СР-70А. Електровозний транспорт вугілля і гірничої маси з підготовчих вибоїв доцільно застосовувати в наступних випадках: 1. Коли за умовами експлуатації очисних вибоїв у виробці, яку проходять по вугіллю, передбачається укладання рейкового шляху і здійснення передачі вугілля з підготовчого вибою на паралельну конвеєризовану виробку викликає великі труднощі. 2. Коли проходка виробок здійснюється змішаним вибоєм і подача гірничої маси в потік вугілля з очисних вибоїв не допускається. У цьому випадку при проведенні спарених ярусних штреків електровозну відкатку гірничої маси потрібно передбачати по вентиляційній виробці, в якій при експлуатації очисного вибою застосовують вантажолюдські монорейкові дороги або локомотивну відкатку за допомогою вибухобезпечних 38

акумуляторних електровозів і дизелевозів. Для транспорту матеріалів і обладнання по похилих виробках виймальної дільниці надалі до створення нових більш ефективних засобів допоміжного транспорту рекомендується застосовувати при кутах нахилу: а) до 5° - надґрунтову канатну дорогу (ДКН), монорейкові дороги з канатною тягою (6ДМК, МГЛ та ін.) або з підвісними дизелевозом (ДМВ-5); б) від 6 до 12° - однокінцеву канатну відкатку вагонеток, монорейкові дороги з канатною тягою (6ДМК, МГЛ і ін.) або з підвісними дизелевозом (ДМВ-5); в) понад 12° - однокінцеву канатну відкатку вагонеток або монорейкову дорогу (6ДМК). У вузлах сполучення допоміжних похилих виробок з горизонтальними виробками обладнуються приймально-відправні майданчики, а при необхідності і перевантажувальні пункти. Перевезення людей по похилих виробках виймальних дільниць можна здійснювати моноканатними пасажирськими дорогами з підвісними сидіннями, монорейковими вантажолюдськими дорогами, вантажолюдськими конвеєрами, однокінцевими канатними відкатками з составами людських вагонеток. Доцільний вид транспорту людей установлюється в залежності від конкретних гірничотехнічних умов і економічної ефективності. Для перевезення людей по горизонтальних виробках доцільно використати електровозну відкатку або монорейкові вантажолюдські дороги, призначені для транспорту допоміжних вантажів. Надалі при освоєнні самохідного безрейкового транспорту перевезення людей по горизонтальних і похилих виробках виймальних дільниць може здійснюватися за допомогою вантажолюдських самохідних вагонеток.

Контрольні запитання і завдання 1.

Назвіть основні способи транспортування при будівництві і експлуатації шахт з пологим і похилим заляганням пластів, з 39

2. 3. 4.

5. 6.

крутими пластами. Транспортні процеси при проходженні виробок. Транспортні процеси у вузлах сполучення виробок. Прогресивна техніка і технологія переміщення вантажу: - від очисних вибоїв; - на перевантажувальних пунктах; - від підготовчих вибоїв. Засоби механізації допоміжного транспорту. Перерахуйте основні напрямки удосконалення транспортних схем і засобів механізації підземного транспорту.

40

МОДУЛЬ П`ЯТИЙ ВИБІР І ОБГРУНТУВАННЯ ЗАСОБІВ ПЕРЕМІЩЕННЯ ВАНТАЖУ

Знати: методи вибору транспортних машин; зміст та послідовність розрахунків основних параметрів транспортних засобів. Уміти: оцінювати фізичні процеси, які виникають у вузлах і елементах машин; та визначати параметри засобів переміщення вантажів.

Короткі методичні вказівки Усвідомити гірничо-геологічні та виробничі умови, у яких будуть застосовуватися відповідні засоби переміщення вантажу. Коротко дати їх оцінку і на базі цих висновків проводять розрахунки параметрів машин (продуктивність, сила тяги, потужність двигуна). Розрахунки проводять аналітичним, графічним методами та на ЕОМ.

Зміст п'ятого модуля 5. Вибір і обґрунтування засобів переміщення вантажу 5.1. Загальні відомості 5.1.1. Критерії вибору 5.1.2. Методи вибору 5.2. Засоби перервної дії 5.2.1. Локомотиви 5.2.2. Канатні установки 5.2.3. Самохідні установки 5.2.4. Скреперні установки 5.3. Засоби безперервної дії 5.3.1. Стрічкові конвеєри 5.3.2. Скребкові конвеєри 5.3.3. Пластинчасті і вібраційні конвеєри, конвеєрні поїзди 5.3.4. Підвісні канатні і монорейкові дороги 5.3.5. Вибір і забезпечення високої продуктивності прохідницьких комплексів і щитів Контрольні запитання і завдання

2

5. ВИБІР І ОБҐРУНТУВАННЯ ЗАСОБІВ ПЕРЕМІЩЕННЯ ВАНТАЖУ 5.1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ 5.1.1. Критерії вибору Механічне устаткування підземного транспорту характеризується великою різноманітністю використовуваних видів транспорту і типів машин. Це пов'язано з різними гірничогеологічними умовами розроблюваних родовищ, різнотипністю застосовуваних систем розробки і підготовки, різними масштабами видобувних робіт, а також неоднаковими властивостями переміщуваних вантажів. Велика різноманітність транспортних машин, що експлуатують на одній і тій же шахті, приводить до різного їх поєднання. Тому один із основних напрямків подальшого удосконалення транспорту полягає у застосуванні способів виявлення систем розробки і підготовки, при яких забезпечуються найбільш економічні схеми підземного транспорту. Технологічна схема підземного транспорту визначається головним чином засобами транспорту, що використовуються на окремих ланках і їхніх стиках. При цьому вибір виду транспорту для кожної ланки залежить не тільки від гірничотехнічних умов, але й від економічності застосування транспортних засобів у певних умовах. Необхідно відзначити, що часто який-небудь вид транспорту, найбільш вигідний на одній ділянці, може виявитись менш економічним на аналогічній ділянці тієї ж шахти при поєднанні з іншими видами транспорту. Тому для встановлення оптимальної технологічної системи підземного транспорту всієї шахти з врахуванням її особливостей не можна обмежуватись вибором найбільш вигідного виду транспорту для кожної ланки окремо. Необхідно розглядати транспортні засоби в їхніх взаємодіях і стосовно до конкретних гірничотехнічних умов. Для 3

розв'язування такого роду складних задач існують ефективні методи, які дозволяють вибирати із великої кількості порівнюваних варіантів економічно найвигіднішу технологічну схему підземного транспорту . Для складання аналізу варіантів використовуються такі вихідні дані: схема транспортних виробок шахти, перелік доцільних видів транспорту для цих виробок і економічні показники, що характеризують всі порівнювані види транспорту в розглядуваних конкретних умовах. При встановленні найбільш вигідної технологічної схеми підземного транспорту для заданих гірничотехнічних умов шахти за основний економічний критерій оптимальності можуть бути прийняті експлуатаційні витрати на транспортування. Експлуатаційні витрати для кожної окремої ланки визначаються чотирма елементами—витратами на заробітну плату, амортизацію транспортного устаткування, матеріали і електроенергію. При цьому оптимальною вважається така технологічна схема підземного транспорту, при якій сумарні експлуатаційні витрати по всім транспортним ланкам шахти найменші.

5.1.2. Методи вибору При виборі транспортних машин спочатку збирають первинну інформацію (дані про виробки, по яких буде переміщуватись вантаж, їхнє призначення, довжину і кут нахилу, а також інші відомості, в тому числі й техніко-економічні показники). Після цього за єдиною методикою розраховують пропускну здатність основних технологічних ланок і встановлюють для них можливі варіанти схем, способів і засобів перевезень. Особливу увагу звертають на правильність вибору основних параметрів устаткування, тому що вони в значній мірі зумовлюють ефективність роботи транспортної системи в цілому. Вибір машин за продуктивністю і вартістю нерідко здійснюється за допомогою найпростіших обчислювальних засобів. Застосовуються також метод графів, графічний метод і математичне програмування. 4

Найпростіші обчислювальні засоби і метод графів використовуються при виборі нескладних систем, коли відстань переміщення матеріалів і вантажопотоки не змінюються по кожній з розглядуваних ланок технологічного процесу. Основна відмінність метода графів полягає в тому, що підсумовування транспортних витрат виконується на графі, чим досягаються зручність і наочність. Порядок виконання розрахунків такий: для кожної ланки визначають види транспорту і вартість перевезення вантажів, а потім сумарні витрати для всіх ділянок. Беруть оптимальні транспортні засоби, які забезпечують доставку вантажів з мінімальними витратами. Графічний метод доцільний тільки при виборі машин для ізольованих ланок. У літературі наводяться графіки ділянок, де раціонально застосовувати ті чи інші види транспортних установок. Однак навіть для порівняно простої схеми виробок вибір оптимального рішення являє собою багатоваріантну задачу, оскільки в одних і тих же умовах можна використовувати різні транспорті засоби. Математичне програмування ефективне при великій кількості варіантів і необхідності розглядати питання вибору в динаміці (зміна вартості транспортування залежно від довжини). При такому виборі використовується обчислювальна техніка. Треба відзначити, що в 70-і рр. сформувались два напрямки в розвитку обчислювальної техніки. Один привів до створення максимально доступних широкому колу споживачів відокремлених засобів індивідуального користування, часто сконструйованих з врахуванням специфіки конкретних предметних галузей,— персональних і професійних комп'ютерів. Персональні комп'ютери відрізняються малими розмірами, низькою вартістю, високою надійністю і простотою експлуатації. Другий напрямок дозволив створити великі обчислювальні ЕОМ. Навколо них концентруються значні групи користувачів, забезпечених індивідуальними засобами взаємодії з машиною - терміналами. В ЕОМ вводяться: схема транспортних виробок із зазначенням їхньої початкової і максимальної довжини; розміри вантажопотоку і темпи просування очисних та підготовчих виробок; види, типи і вартісні параметри транспортних засобів. 5

Крім того, вводяться такі обмежуючі умови: продуктивність окремих машин; технологічна доцільність поєднання різних установок; кут нахилу виробок; категорія шахти по газу та ін. Шляхом перебирання всіх можливих видів і типів устаткування для кожної ланки визначають мінімальні зведені витрати на переміщення вантажів. При цьому в пам'яті ЕОМ фіксуються ті машини, які відповідають найменшим витратам. Аналогічним шляхом виконуються операції й для шахти в цілому. Критерієм при остаточному виборі варіанту служать мінімальні зведені витрати на весь період роботи транспортної системи. Використання ЕОМ для вибору і визначення основних параметрів транспортних машин дозволяє автоматизувати складні розрахунки, підвищити точність і скоротити час на їхнє виконання. Для того щоб здійснити вибір за допомогою ЕОМ, необхідно розробити алгоритм і програми розрахунку транспортних засобів, які набули широкого розповсюдження при будівництві шахт (підземних споруд).

5.2. ЗАСОБИ ПЕРЕРВНОЇ ДІЇ 5.2.1. Локомотиви Щоб визначити типи і кількість машин та устаткування локомотивного транспорту, потрібних для шахти, необхідно скласти гірничотехнічне обґрунтування. Для цього збираються такі основні дані: категорія шахти (рудника) по пилу і газу, довжина транспортування, характеристика вагонеток, стан відкаточних виробок, план і профіль рейкових колій, змінна продуктивність пунктів завантаження. Вибір типу рейкових колій, розміщення яких зумовлюється площею перерізу гірничих виробок, проводиться згідно з правилами безпеки у вугільних і сланцевих шахтах — залежно від маси рухомого складу і вантажопотоку. Відповідно до норм технологічного проектування підземних споруд для магістральних виробок використовують рейки з лінійною густиною 33...38 кг/м, 6

для головних відкаточних виробок—24...33 кг/м, вентиляційних та інших допоміжних — 18...24 кг/м. Так, в основних відкаточних виробках, похилих стволах, бремсбергах і уклонах при використанні вагонеток місткістю до 2 м3 укладають рейки типу Р24, а при великих розмірах посудин — РЗЗ і Р38. Рейки Р18 настилають тільки в проміжних вентиляційних виробках. Вагонетки для перевезення насипних матеріалів вибирають з врахуванням вантажопотоку, довжини відкатки в тих чи інших виробках і площі їхнього перерізу, виду використовуваного транспорту, в тому числі й у стволі. На ново-проектованих і реконструйованих шахтах доставку гірничої маси доцільно проводити: у магістральних виробках— секційними поїздами з донним розвантажуванням, а із підготовчих забоїв — вагонетками типу ВДК. При підготовці нового горизонту допускається застосування посудин з глухим кузовом. Для конкретних умов оптимальні тип і вантажопідйомність вагонеток визначають за техніко-економічними розрахунками. Критерієм в даному випадку є мінімум зведених витрат на локомотивну відкатку, включаючи витрати на посудини і тягові засоби, устаткування навантажувальних і обмінних пунктів, спорудження і підтримку гірничих виробок (якщо площа їхньою перерізу обумовлюється видом транспорту) та ін. Тип локомотива вибирають із ряду машин, що випускає промисловість (див. табл. 3.3), керуючись нормами проектування, основними технічними напрямами розвитку галузі і діючими правилами безпеки на гірничо-видобувних підприємствах. Для негазових шахт приймають контактні електровози, а для решти— акумуляторні. У магістральних виробках з великим вантажопотоком використовують, як правило, важкі локомотиви, а на вентиляційних горизонтах (при виконанні допоміжних транспортних операцій) — машини середньої маси. Кількість локомотивів визначають із відношення потрібної змінної продуктивності до продуктивності одного із них або шляхом детального розрахунку, для чого попередньо знаходять масу поїзда, можливе число рейсів однієї машини за зміну та ін. 7

Розрахунок в основному зводиться до вибору типу локомотива, визначення маси состава і необхідної кількості машин. Якщо сила тяги F0 обмежується потужністю двигунів локомотива, максимальна маса состава, т, mc=F0 /[(ω0 ±ωi)g]-mл, (5.1) де ω0, ωi – питомі опори руху і від уклону, Н/кН; mл – маса локомотива, т. Коли ж сила тяги обумовлюється зчепленням коліс з рейками (F0 = 1 000 mлgΨ), то (5.2) mc=1000m'лΨ/(ω0±ωi)-mл. Тут m'л – зчіпна маса локомотива (маса, яка припадає на приводні скати), т. У зв'язку з тим що у підземних електровозів усі скати приводні, mл' = mл. Масу состава під час запуску з допустимим прискоренням ап = 0,03... 0,05 м/с2 при F0=l 000 mлgΨ знаходимо за формулою mc=(1000mлΨ/(ω0±ωi+108aп))-mл. (5.3) Коефіцієнт зчеплення Ψ залежно від стану рейкових колій береться рівним 0,07...0,24. Питомий опір ω0 = 6...12Н/кН. Він зменшується при збільшенні вантажопідйомності вагонетки. Слід мати на увазі, що підготовлений для переміщення поїзд повинен бути таким, щоб при гальмуванні він міг зупинитись, пройшовши віддаль не більшу нормативного гальмового шляху. Довжина останнього згідно з правилами безпеки для навантаженого состава не перевершує 40 м, а при перевезенні людей – 20 м. Гальмовий шлях обчислюється за формулою (5.4) lг=lп+lq, де lп; lq – відстані, пройдені поїздом під час підготовки гальм до дії і в період безпосереднього гальмування, м. При швидкості руху υ, м/с, гальмовий шлях lп= υ tг. (5.5) Тут tг – час підготовки гальм до дії, с. За даними Дніпропетровського гірничого університету, (5.6) tг=1,4+tх, де tх – час холостого ходу гальмової системи локомотива, с.

8

Значення tх вибирають залежно від типу гальм: наприклад, для колодкових гальм з пневматичним приводом tх=2с, а з ручним– tх = 3,5с. При постійній гальмовій силі Вг, Н, процес гальмування протікає рівноуповільнено і шлях lq можна знайти із рівняння (5.7) lq=υ2/(2aг). 2 Тут аг – гальмове уповільнення, м/с . Значення аг для поїзда, що рухається із швидкістю υ, визначається таким чином. Оскільки при гальмовому режимі сила тяги F0 = 0 i прикладена сила Вг, формула (2.48) прийме вигляд Вг =(mл+mс)g(ω0-ωi-108aг) . (5.8) Пробуксовка коліс (рух юзом) не спостерігається, якщо сила Вг не перевищує сили зчеплення коліс з рейками. При гальмуванні локомотива механічними гальмами сила (5.9) Вг =1000mгg Ψ, де mг – гальмова маса локомотива, яка припадає на колеса, оснащені гальмами, т. Оскільки на електровозі всі колеса забезпечені гальмами, mг=mл. Взявши Вг=1000mгgΨ і перетворивши рівняння (5.8) одержимо: (5.10) аг=(ω0-ωi+1000mлgΨ/(mл+mс))/108. Якщо гальмова сила перевищує силу зчеплення коліс з рейками, виникає рух юзом, тобто транспортна установка переміщується із застопореними колесами, що спричиняє посилений знос коліс і втрату керування електровозом. Якщо поїзд неможливо зупинити на гальмовому шляху tг, необхідно зменшити масу состава або обмежити швидкість руху шляхом переводу двигунів з паралельного на послідовне з'єднання або за допомогою періодичного відключення. Кількість вагонеток в составі z= mс/(m+m0), (5.11) де m, m0 – маси вантажу і порожньої вагонетки, т. Сила тяги Fн, для рухомого навантаженого состава Fн=(mл+z(m+m0))g(ω0-ωi), (5.12) а для порожнього – (5.13) Fп=(mл+zm0)g(ω0+ωi). 9

Визначивши силу тяги на один двигун за характеристикою, наведеною на рис. 5.1, знаходять швидкість руху поїздів з вантажем υн і без нього υп, а також силу струму при переміщенні составів Ін і Іп. Послідовність розв'язання задачі, що відповідає визначенню υн, υп, Ін, Іп на графіку (див. рис. 5.1), показана стрілками. Ці ж значення можна встановити і аналітичним шляхом: υн = a—bFн+сF2н—dF3н; υп = a—bFп+сF2п—dF3п; Ін = a1—b1υн+с1υ2п—d1υ3п; Іп = a1—b1 υп+с1υ2п—d1υ3п.

(5.14) (5.15) (5.16) (5.17)

Рис. 5.1. Характеристика тягового двигуна електровоза

10

У формулах (5.14..5.17) розрахункові коефіцієнти а, b, с, d, a1, b1, c1, d1 приймають залежно від типу локомотива і способу з'єднання двигунів. Оскільки із зміною профілю і траси колій швидкість підвищується або знижується (тобто не постійна), в подальших розрахунках беремо υсн=0,75υн; υсп=0,75υп. При довжині транспортування L, км, тривалість руху, хв, для навантаженого состава tн = 60L/ υсн, (5.18) а для порожнього — (5.19) tп = 60L/ υсп. Повний час рейсу, хв, Тр = tн + tп + tм, (5.20) де tм – тривалість маневрів на кінцевих пунктах, tм = 10...20 хв. Ефективна сила струму двигуна, А, за рейс становить Іеф = kд

(I

t + I Π2t Π

2 Η Η

)

Tp

.

(5.21)

Тут kд — коефіцієнт, що враховує допоміжний нагрів двигунів, під час маневрів, kд = 1,1...1,25. За умовами нагрівання тягових двигунів маса поїзда вважається допустимою у випадку Іеф ≤ Ітр, (5.22) де Ітр – сила струму при тривалому режимі роботи двигуна, А. Якщо відома сила струму при годинному режимі становить Іг, то Ітр = (0,4...0,45) Іг. (5.23) Кількість можливих рейсів одного локомотива за зміну (5.24) р = 60Т/Тр. Тут Τ — час його роботи, Τ = 5... 5,5 г. Необхідна кількість рейсів для вивозу вантажу з дільниць рн = Aзмkн/(zm), (5.25) де Азм – змінний вантажопотік; kн– коефіцієнт нерівномірності, kн=1,5...2. Якщо довжина відкатки перевищує 1 км, передбачається деяка кількість рейсів рл для перевезення людей. Тоді (5.26) рз = рн + рл. Тут рз – сумарна (загальна) кількість рейсів за зміну. 11

Потрібна кількість робочих локомотивів Лр, їхня розрахункова Пр і технічна Пт продуктивності (т·км) визначаються через такі залежності: Лр=рз/р, (5.27) Пр= AзмLkн/Лр, (5.28) Пт=pzmL. (5.29) Інвентарна кількість машин, яку потрібно придбати, Л0= Лрkін, (5.30) де kін – коефіцієнт інвентарності, що враховує машини, які знаходяться в резерві і на ремонті, kін = 1,15. Коефіцієнт використання локомотивів (5.31) К= Пр/Пт, Їхнє застосування (за продуктивністю) вважається задовільним, якщо Κ ≥ 0,75. Витрата енергії на один рейс контактного електровоза, кВт·год, Wpl = Uc (Ін tн + Іп tп)nдвkм/(60 · 1 000). (5.32) Тут Uс – напруга на шинах тягової підстанції, В; nдв – кількість двигунів локомотива; kм – коефіцієнт, що враховує витрати енергії під час маневрових операцій, kм=1,1...1,25. Витрата енергії на шинах підстанції за зміну, кВт·год, Wзм = Wpl рз / (ηпηм). (5.33) де ηп, ηм – ККД перетворювального пристрою і мережі. Питома витрата електроенергії, кВт·год/т, (5.34) Wп.в. = Wзм/Азм. Потужність тягової підстанції, кВт, (5.35) Nс = Uс(Ін + Іп)Л0nдвkод/1000. Тут kод – коефіцієнт одночасної роботи локомотивів, kод = 0,6...1. Середнє падіння напруги в тяговій мережі, В, ∆Uс= Ic (R0+r0Lд)Лд, (5.36) де Ic – середня сила струму електровоза в період сталого руху, А; R0 – сумарний опір живильного і відвідного кабелів, Ом; r0 – опір 1км мережі (контактного дроту і рейки), Ом/км; Lд – довжина тягової ділянки по один бік від підстанції, км; Лд – зведена кількість електровозів на ділянці. 12

Енергоємність акумуляторної батареї, A·г, необхідна для роботи протягом зміни, Cб=(Ін tн + Іп tп) рnдвkм/(60·ηб). (5.37) Тут ηб – ККД батареї, ηб = 0,8...0,9. Витрата енергії, кВт·год, на один рейс акумуляторного електровоза Wpl = Uб (Ін tн + Іп tп)nдвkм/(60·1000ηб), (5.38) а на локомотив (5.39) Wл = Wpl р, де Uб – середня розрядна напруга батареї, В. Для одного електровоза потрібна кількість робочих батарей (5.40) nб= Wл/Wб, загальна — nзl= nб + nз. (5.41) Тут Wб – паспортна енергоємність кожної із батарей, кВт·год; nз – кількість їх під зарядкою, шт. При наявності робочих локомотивів Лр кількість батарей: сумарна nзаг= nз1Лр+nр, (5.42) а одночасно заряджуваних — (5.43) nзар= nз1 Лр - Лр, де nр — число резервних батарей, шт. Кількість столів у зарядній камері: при Л0≤10 (5.44) nст= Л0 + 2, а при Л0 ≥ 10 nст= Л0 + 4. (5.45) У наш час у підземних умовах працюють найрізноманітніші локомотиви і відкаточні посудини. Отже, вибір оптимальних типів транспортних засобів являє собою варіаційну задачу, розв'язувати яку можна при значно менших витратах праці і часу, якщо замість ручного рахунку звернутись до зручної номограми (рис.5.2), побудованої в прямокутній системі координат з рівномірною шкалою. Порядок розв'язування завдання показаний стрілками. Якщо шукана точка виходить за межі поля номограми, це означає, що дана умова не є лімітуючою. 13

Рис. 5.2. Номограма для розрахунку електровозного транспорту: а–14КР; б– 14АРП; в–10КР; г–2АМ8; д–АМ8; е–7КР; ж–5АРВ

Завдяки наведеній номограмі розв'язують не тільки пряму задачу вибору локомотива і маси состава, але й ряд обернених задач. Наприклад, визначають, на якому уклоні, з якими вагонетками і при якому стані рейкових колій поїзд певної маси зможе переміщуватись. Можна, крім того, знайти масу порожнього і навантаженого составів, сформованих із різних вагонеток. При розрахунках (див. рис. 5.2) прийняті посудини таких місткостей: 0,8...1.6 м3 (порожні 1 і навантажені 3); 2,5 м3 (2 і 4); 3,3 і 5,6 м3 (5 і 6). На сучасному етапі потрібні параметри локомотивного транспорту встановлюють за допомогою ЕОМ при наявності попередньо розробленої програми. Алгоритм розрахунку показаний на рис. 5.3.

14

Рис. 5.3 Схема алгоритму розрахунку параметрів локомотивного транспорту Приклад. Виберемо засоби локомотивного транспорту при проведенні штреку на горизонті приствольного двору. Довжина транспортування L=4 км, змінна продуктивність Азм=400 т, категорія шахти по газу — І, маса вантажу у

15

вагонетці m = 3 000 кг, власна її маса m0 = 1 710 кг, максимальний уклон колій iмакс = 5 ‰, а середній ic = 4 ‰. Виходячи із категорії шахти по газу, змінної продуктивності і довжини транспортування, вибираємо для переміщення вантажів контактний електровоз типу К14М. Відповідно до рекомендацій, викладених вище, маса состава mc=1000mлΨ/(ω0+ωi+108aп)-mл=(1000·14·0,015/(8+5+108·0,05))-14=100т. Число вагонеток у поїзді z= mc / (m+m0)=100/(3+1.71)=21.2 Приймаємо z =21. Сила тяги при переміщенні навантаженого состава Fн=[ mл +z(m+m0)]g(ω0-ωi)=[14+21(3+1.71)]9.81(8-4)=4430H. а порожнього — Fп= (mл +zm0)g(ω0+ωi)=(14+21 · 1.71)9.81(8+4)=5876H. Для одного двигуна F`н= Fн/2=4430/2=2215Н; F`п= Fп/2=5876/2=2938Н; За електромеханічною характеристикою двигуна (див. рис. 5.1) знаходимо: Iн =60А, υн =21 км/г—при робочому режимі; Iп = 65 Α; υп = 18 км/г — при холостому ході. Середня швидкість переміщення навантаженого поїзда υсн =0,75υн = 0,75·21=15,6 км/год, а порожнього — υсп =0,75υп = 0,75·18=13,5 км/год. Тривалість руху навантаженого состава tн= 60L/ υсн =60·4/15,6=15,2 хв, а порожнього — tп= 60L/ υснп=60·4/13,5=18 хв. При tм = 20 хв повний час рейсу Тр = tн + tп + tм=15,2+18+20=53,2 хв. Ефективна сила струму за рейс Іеф = kд

(I

t + I Π2t Π

2 Η Η

)

Tp

(

)

= 1,1 602 ⋅ 15,2 + 652 ⋅ 18 / 53,2 =66 А.

Оскільки при тривалому режимі роботи контактного електровоза типу К14М Iтр=80А; Iеф=66А, маса поїзда за умовами нагрівання таких двигунів вважається допустимою. Якщо, наприклад, Т = 5 г, кількість можливих рейсів одного локомотива за зміну р = 60Т/Тр = 60·5/53,2=5,6 Беремо р= 5. Для вивезення вантажу з дільниці при kн = 2 необхідна кількість рейсів за зміну рн = Aзмkн/(zm)=400·2/(21·3)=12,7. Беремо рн = 13.

16

У зв'язку з тим що довжина відкатки більша 1 км, потрібний один рейс для перевезення людей. Тоді рз = рн + рл=13+1=14 Значення Лр, Пр, Пт становлять: Лр = рз/р = 14/5 = 2,8 (беремо Лр = 3); Пр= AзмLkн/Лр = 400·4·2/3 = 1066 т·км; Пт=pzmL = 5·21·3·4 = 1 260 т·км. Через те, що кількість робочих електровозів більша трьох, необхідна одна резервна машина. Коефіцієнт використання локомотива Κ=Πр/Πт=1066/1260 ≈ 0,8; його можна вважати задовільним.

5.2.2. Канатні установки При розрахунку транспорту канатними установками визначають кількість вагонеток у составі, діаметр і тип канату, тип лебідки, потужність і тип двигуна, витрати енергії на переміщення вантажу. Кількість вагонеток в составі із умови міцності зчіпки для вантажного підйому становить: z ≤ Fзч/[(m + m0) g (sin βmax + ω' cos βmax )], (5.46) а для пасажирського — z ≤ Fзч/[(90nп + m0) g (sin βmax + ω' cos βmax )], (5.47) де Fзч —допустиме зусилля на зчіпці вагонетки, Н; m, m0 — маси вантажу і порожньої посудини (скіпа), кг; βmax — максимальний кут нахилу виробки, ...°; ω' — коефіцієнт основного опору рухові вагонеток, ω' = 0,007... 0,01; 90— середня маса одного пасажира, кг; nп — число посадочних місць у вагонетці. Одержане значення z округлюють до ближчого меншого цілого числа. За умовами експлуатації приймають: z≤12...15 для вагонеток малої місткості, z≤8...10 для великовантажних. Вибір каната транспортної установки обумовлюється максимальним статичним натягом Fmax, Н, який виникає при підйомі состава навантажених вагонеток. Fmax=z(m+m0)g(sinβc + ω'cosβc) + mkgLp(sinβc + ω'kcos βc). (5.48) Тут βc —середній кут нахилу рейкових колій, ...°; mk— лінійна густина каната, кг/м; Lр—розрахункова довжина каната, м; ω'k—коефіцієнт опору рухові каната: при переміщенні по роликах ω'k=0,15...0,35, а при волочінні по ґрунту або шпалах ω'k=0,4...0,6. 17

Середній кут нахилу рейкових колій n

β c = ( β 1 L1 + β 2 L2 + ... + β n Ln ) / ∑ Li ,

(5.49)

i =1

де β1,β2,…,βn — кути нахилу ділянок траси, ...°; L1,L2,…,Ln — довжини відрізків колій з постійним кутом, м. Розрахункова довжина каната (5.50) Lp=L+ l″д+lк.х. Тут L,l″д,lк.х — довжини похилої виробки, заїзду нижньої приймально-відправної площадки і канатного ходка відповідно, l″д = = 15...25м, lк.х = 25...40 м. Максимальний статичний натяг визначається також за допомогою формули (5.51) Fmax=skσ/n, 2 де sk —площа поперечного перерізу всіх дротів каната м ; σ— межа міцності матеріалу цих дротів, Па; n — запас міцності каната. Значення n для перевезення людей беруть рівним 9, для вантажолюдських відкаток — 7,5, а для вантажних — 6,5. Із рівняння (5.51) можна виключити параметр sk, виразивши його через значення mк таким чином: mк=skρmkзб. (5.52) Тут ρm — густина металу дротів, кг/м3; kзб — коефіцієнт, що враховує збільшення довжини дроту за рахунок сплетення і наявності сердечника, kзб=1,3. Позначивши величину ρmkзб через густину каната ρk, отримуємо mк=skρk, (5.53) 4 3 де ρk = 10 кг/м . Розв'язуючи сумісно рівняння (3.51) і (3.53), знаходимо: mк=z(m+m0)(sinβc+ω'cosβc)/[σ/(nρ к g)-Lp(sinβc+ω'к cosβc)]. (5.52) Користуючись спеціальними таблицями, наведеними в ГОСТ, проводять вибір каната, причому його лінійна густина m′к повинна перевищувати значення mк. Для спуску по похилій виробці з кутом βmin необхідно, щоб зусилля на задній зчіпці состава було більше опору рухові каната: 18

zm0g(sinβmin - ω'cosβmin) ≥ m′kgLp(ω'kcosβmin - sinβmin). (5.55) Визначення параметрів лебідки (малої підйомної машини) зводиться до розрахунку геометричних розмірів її барабана. Цей розрахунок обумовлюється тим, що для машини, яка встановлюється у підземних виробках з метою зниження напруги від вигину каната, відношення між діаметрами барабана Dб і каната dк повинно бути таким: (5.56) Dб ≥ 60dк. Ширина навивної поверхні однобарабанної лебідки Bб = (( L p + l − l kx ) /(πDб nш ) + nm + nq )(d k + ε ) . (5.57) Тут l — резервна довжина каната для компенсації його кусків, відрубаних з метою випробування (через кожні 3 міс. служби), l=30...40 м; nш—число шарів навивки каната на барабан; пm— кількість витків тертя, nm ≥ 3 для футерованого барабана і nm ≥ 5 у всіх інших випадках; nд —кількість додаткових витків (при одно-дво- і тришаровій навивці дорівнює 0,5, 1,5 і 2,5); ε— зазор між витками, ε=2...3 мм залежно від dк. Одношарову навивку каната на барабан приймають для вертикальних і похилих ( β f 60 0 ) вантажно-людських і людських підйомів, двошарову— при β = 30...600 , а тришарову—для решти експлуатаційних підйомів (частіше всього при β p 30 0 ) Максимальний статичний натяг при транспортуванні породи (вугілля та ін.) по уклону знаходять із виразу (5.48). Найбільша потужність двигуна Nмax, кВт, при переміщенні вантажу із швидкістю υ p одним кінцевим канатом по уклону становить

N max = Fmaxυ p k п /(1000η ) ,

(5.58)

де υ p —регламентована швидкість згідно з правилами безпеки, м/с;

kп—коефіцієнт запасу потужності, kп = 1,1...1,2; η—ККД передачі, η = 0,8...0,85. Максимальні натяги каната при русі по бремсбергу навантаженого і порожнього составів (стрілкою показано напрямок руху) : 19

↓ FΗ = z(m + m0 ) g(sin β c − ω ′ cos β c ) + m′k gLp (sin β c − ωk′ cos β c ) ;(5.59) ↑ FΠ = zm0 g(sin β c + ω ′ cos β c ) + m′k gLp (sin β c + ω k′ cos β c ) .

Якщо

↑ FΠ f ↓ FΗ

то,

вважаючи,

що

(5.60)

↑ FΠ f Fmax ,

потужність двигуна встановлюють за рівнянням (5.58). У тому випадку, коли ↑ FΠ p ↓ FΗ

N max = ↓ Fн υ ′ηk п / 1000 .

(5.61)

Тут υ' — швидкість руху, м/с, состава під час роботи двигуна в гальмовому (ґенераторному) режимі, υ' =(1,05... 1,07). При транспортуванні вантажу двома кінцевими канатами тягове зусилля на барабані лебідки F =↑ F − ↓ F . (5.62) Максимальну потужність приводу при руховому режимі знаходять за формулою N max = Fυ p k п / 1000η , (5.63) а при гальмовому ( ↑ FΠ p ↓ FΗ ) — за виразом

N max = F υ ′ηk п / 1000 .

(5.64)

Розрахункові значення Dб, Вб, Fmax, Nmax дозволяють вибрати лебідку (малу підйомну машину) і уточнити її основні параметри (див. табл. 3.4). Тривалість циклу підйому (спуску) Тц=Тр+tм , (5.65) де Тр—час руху, с; tм—тривалість паузи на кінцевих пунктах (маневрування, перечеплення, а інколи і навантаження посуди), с.

20

Рис. 5.4. Схеми колійного розвитку на похилих виробках

Значення Tр залежить від довжини транспортування, виду і схеми транспорту. Так, при переміщенні вантажу одним кінцевим канатом у виробках з похилими заїздами (рис. 5.4, а) Tp=2L/υc+t′д+t″д+tх=2L/υc+2l′дkз/υc+2l″дkз/υc+4zl0kз/υc, (5.66) Тут υc —середня швидкість, м/с, руху. υc = (0,8...0,9) υ; t′д,t″д,tх — час руху состава по заїздах верхньої і нижньої приймальновідправних площадок та по ходку, с; l′д,l″д —довжина верхньої і нижньої колій заїздів (звичайно 15...20 м); kз – коефіцієнт зменшення швидкості на стрілках і заокругленнях, kз=1,5...2; zl0 – довжина ділянки перепідйому, що дорівнює довжині состава, м. У виробках з горизонтальними заїздами (рис. 5.4,б) t′д=0, t″д=0, tх=0, тому тривалість руху Tp=2L/υc, (5.67) а при перевезенні двома кінцевими канатами із врахуванням того, що навантажений і порожній состави переміщують одночасно, Tp=L/υc , (5.68) Тривалість паузи на посадочних площадках для пасажирського підйому, с, t п = 2( k1 ( t п1 + t в + t д ) z + t c ) , (5.69) де k1—коефіцієнт, що враховує тип площадки (при двобічній k1=1, однобічній k1=1,25); tп1, tв — час на посадку і вихід, tп1 = 15...25с. 21

tв= 10...20с; tд—додатковий час, залежний від кількості вагонеток в составі, tд = 3с; tс—час на подання сигналу, tс=5с. Технічна продуктивність канатного транспорту, т/г, QT=3,6zm/Tц, (5.70) Двигуни доцільно вибирати за нагрівом з наступною перевіркою на перевантаження. Дійсні навантажувальні діаграми транспортування кінцевими канатами складні — в зв'язку з тим, що змінюються довжина останніх і кут нахилу виробок. Тому для спрощення розрахунку беруть середні їхні значення при постійному натягу каната на підйомі і спуску, час яких (відповідно t1 і t2) вважається однаковим: t1 = t2 (Tц — tм)/2. (5.71) Натяг при переміщенні одним кінцевим канатом навантаженого состава вверх по уклону ( ↑ FΗ ) і порожнього вниз

( ↓ FΠ ) знаходять із рівнянь: ↑ FΗ = z(m + m0 ) g(sin β c + ω′ cos β c ) + m′k gLp (sin β c + ω′ cos β c ); (5.72) ↓ FП = zm0 g (sin β c − ω ′ cos β c ) + m′k gL p (sin β c − ω ′ cos β c ) . (5.73)

Еквівалентне зусилля Fе, Н, розраховують за допомогою формули (5.74). Так, при відкатці вантажу по уклону одним кінцевим канатом, коли F1 =↑ Fн / η ; F2 =↓ Fпη ; t1 = t 2 = (Tц − t м ) / 2; c1 = 1 / 3

ця

формула приймає такий вигляд: Fe = (↑ Fн2 / η 2 + ↓ Fн2 / η 2 ) /(( 2 + 2t м ) /( 3(Т ц − t м ))) .

(5.74)

Тут η — ККД передачі лебідки, η = 0,75. ..0,8. Необхідна за нагрівом потужність для номінальної швидкості руху Nmаx= Fеυ/1000, (5.75) Потужність вибраного по каталогу двигуна, прийнятого для оснащення лебідки (малої підйомної машини), називається установленою або номінальною (Nу). Відношення їхніх значень Nmаx/Nу являє собою коефіцієнт перевантаження двигунів λ (для асинхронних двигунів він не повинен перевищувати 2,2). Якщо за 22

розрахунком значення λ, більше вказаного, потужність двигуна визначається із умови допустимого його перевантаження. Розрахунок транспортування канатними установками можна провести також за графіком і за допомогою ЕОМ. Для визначення технічної продуктивності транспортних засобів при переміщенні вантажу одним кінцевим канатом за графіком (рис. 5.5) необхідно знати довжину транспортування і кут нахилу виробки. Прийнята лебідка (мала підйомна машина) задовольняє вимогам, якщо її технічна продуктивність (Qт) більша розрахункової (Qр).

Рис. 5.5. Довжина відкатки канатної установки залежно від кута нахилу виробки і її продуктивності.

Для вибору засобів транспорту на ЕОМ попередньо складають схему алгоритму (рис. 5.6) і програму обчислень. Розрахунок в цьому випадку починають з аналізу вихідних даних. Алгоритм дозволяє відшукати кількість вагонеток і визначити тип лебідки (машини), яка б відповідала заданій продуктивності вантажного або пасажирського підйому. Для контролю виводяться вхідні дані і кінцеві результати розрахунку. На підставі аналізу цих даних приймається остаточне рішення. 23

Рис. 5.6. Схема алгоритму розрахунку параметрів однокінцевого підйому вантажу по уклону

24

Приклад. Треба розрахувати установку при проведенні уклону. Довжина транспортування L=800 м, добова продуктивність А=200 т, кут β=10°, маса вантажу у вагонетці m=3000 кг, власна її маса m0==1 153 кг. На верхній площадці є похилі заїзди, а біля забою їх немає (рис.5.7). Відповідно до рекомендацій, число вагонеток у составі z = FЗч/[(т + т0) g (sin β + ω' cos β)] = = 60 000/[(3 000 + 1 153) 9,81 (sin 10 + 0,008 cos 10)] = 8.1. Беремо z = 8, що допустимо і за умовою експлуатації (z < 10).

Рис. 5.7. Схема транспорту при проходженні уклону Розрахункова довжина каната Lp = L + lк. х = 800 + 30 = 830 м. При n = 6,5, σ=160·10 7 Па, ρ к = 10 4 кг/м 3 , ω' = 0,008 і ω' к = 0,4 лінійна густина каната тк = z (т + т0) (sin β + ω' cos β)/[σ/(nρ к g) — Lp (sin β + ω' к cos β)] = = 8 (3 000 + 1 153) (sin 10 + 0,008 cos 10)/[160·107/(6,5 · 104 · 9,81) — — 830 (sin 10 + 0,4 cos 10)] = 2,95 кг/м. За спеціальними таблицями (ГОСТ 7665 — 80) вибираємо канат з лінійною густиною т'к = 2,97 кг/м і dк = 27,5 мм. Тоді параметри лебідки : Fмакс = z (т + т0) g (sin β + ω' cos β) + m'кgLp (sin β + ω' к cos β) = = 8(3000 + 1 153)9,81 (sin 10 + 0,008 cos 10) +2,97 · 9,81 · 830 X X (sin 10 + 0,4 cos 10) = 72 920 H; D6 = 60dк = 60 · 27,5 = 1 650 мм; B6 = [(Lp + l — lк. х)/(π D6nш)] + nт + nд) (dк + ε) = = ((830 + 20 — 30)/(π·2·3) + 4 + 2,5) (27,5 + 2) = 1,475 мм. Вибираємо лебідку Ц-2,5х2АР (див. табл. 3.4) з номінальною швидкістю υ — 4,5 м/с. Максимальна потужність двигуна при переміщенні вагонеток

25

Nмакс = Fмаксυkп/(1 000η) = 72920 · 4,5 · 1,1/(1 000 · 0,85) = 424,5 кВт. Оскільки за Т = 5 г необхідно видати А = 200 т вантажу, розрахункова продуктивність при коефіцієнті нерівномірності kн = 1,8 складає Qp = Ak н /T = 200 · 1,8/5 = 72 т/ч. Лебідка відповідає умовам проходки, якщо технічна продуктивність Qт ≥ Qp. Продуктивність Qт, як бачимо із формули, крім величин z і т визначається тривалістю циклу Т ц . Згідно з підрозділом і схемою транспорту (див·рис. 5.7), коли в нижній частині виробки відсутні заїзди, 2l'дk3 / υc = 0. Тоді із рівняннь (5.65) і (5.66) Тц = 2L/υc + 2l'дk3 / υc + 4zl0k3 /υc + tм = = 2 · 800/(0,8 · 4,5) + 2 · 20 · 2/(0,8 · 4,5) + + 4 · 8 · 4 · 2/(0,8 · 4,5) + 120 = 657 с, а за виразом Qт = 3,6zm/Тц = 3,6 · 8 · 3000/657 = 131,5 т/ч. Отже, лебідка Ц-2,5х2АР забезпечує нормальне функціонування прохідницької дільниці.

5.2.3. Самохідні установки Технічну продуктивність, м3/г, самохідних машин визначають за формулою Vт=60VкК0/tоб, (5.76) де К0 — емпіричний коефіцієнт, К0 = 0,8 ... 0,95; tоб — час обертання машини, хв. Остання величина tоб = tн + tрух + tр + tм, (5.77) Тут tн=0,5...1 хв; tр=0,5...2,5 хв, для автосамоскидів tр=0,5...1 хв, для самохідних вагонеток tр=1...2.5 хв; tм — час маневрів при навантаженні і розвантаженні, хв. Значення tм залежить від конкретних умов експлуатації машин (визначається хронометром), а tрух — від довжини транспортування і швидкості переміщення: tpyx=L/(60υнс) + L/(60υпс), (5.78) де L — довжина транспортування, м. Швидкість руху автосамоскидів на поверхні, обумовлена станом дороги, змінюється від 2,2 до 11 м/с, у підземних умовах — від 1,8 до 6,6 м/с; при довжині до 1 км вона зменшується на 60...65%, а при відстанях понад 4 км збільшується на 20...30%. Час маневрів

26

tм = tрух kм, (5.79) де kм — коефіцієнт, що враховує тривалість маневрів при навантаженні і розвантаженні, kм = 0,1...0,2. Швидкість руху автосамоскидів з вантажем і без нього в межах будівельної площадки υнс = υпс = 4 м/с (близько 15 км/г). На перегонах при L ≤ 1 км υнс = 5,5 м/с (20 км/г), при L>1 км υнс = 7...8,3 м/с (25...30 км/г), а при рухові без вантажу υпс = 1,2 υнс. Технічна продуктивність може бути виражена і в масових одиницях, т/г: Qт = Vт ρ. (5.80) Сила тяги самохідних машин залежить від маси m', що припадає на приводні скати, і коефіцієнта зчеплення Ψ. Величина m', в свою чергу, обумовлюється конструктивними параметрами, а значення Ψ — типом і станом поверхні доріг: при сухому покритті Ψ = 0,4...0,6, а при мокрому — Ψ = 0,2...0,5. На постійних відкаточних дорогах з сухою поверхнею коефіцієнт зчеплення становить 0,65...0,75, з мокрою — 0,4...0,5 і з забрудненою — 0,25...0,4. Якщо траси покриті снігом, це значення знижується до 0,2, а при ожеледиці — до 0,17. Під час руху самохідних машин, окрім сил опору (основних W0, від уклону Wу, повітряного середовища Wпов і на криволінійних ділянках Wкр) виникають також сили інерції Wа. Значення W0, Wy, H, розраховують таким чином: W0 + Wy = mмg(ω' + i). (5.81) Тут mм — маса машини з вантажем, кг; ω' — коефіцієнт основного опору рухові; і — уклон шляху. Значення ω' для доріг, покритих бетоном, асфальтом або бруківкою, дорівнює 0,015...0,025, гравієм — 0,025...0,04, щебінкою — 0.03...0,055. Для ґрунтових укочених трас ω' = 0,05...0,1, а для відвалів ω' = 0,2. Сила опору на криволінійній ділянці шляху Wкр=mмgω'кр , (5.82) де ω'кр — коефіцієнт опору у цій ділянці, ω'кр=0,05...0,8. Значення Wпов залежить від швидкості руху, площі лобового опору і форми самохідної машини (самоскида). Так, при швидкості

27

до 15 км/г значення Wпов відносно невелике, тому в розрахунках його не беруть до уваги. Сила інерції Wa = ± mмаki . (5.83) Тут a — прискорення (уповільнення) машини, а = 0,4...0,5 м/с2; ki — коефіцієнт інерції обертання мас, ki = 1,5...2,5. У формулу (5.83) «плюс» і «мінус» виставляють при прискореному і уповільненому рухові відповідно. Максимальна сила тяги (5.84) Fмакс = W0 + Wy + Wкр + Wа + Wпов . Вона не повинна бути більшою від сили зчеплення коліс із грунтом: Fмакс < 1 000 ΡзчΨ, (5.85) де Рзч — зчеплювальна сила ваги самохідної установки, кН; Ψ — коефіцієнт зчеплення, Ψ =0,3...0,8. Для автосамоскидів (тільки із заднім ведучим мостом) Рзч = 0,7 mмg/1000. (5.86) Автосамоскиди долають різноманітні підйоми, значення яких можна одержати за допомогою графіку (рис. 5.8). Ці значення залежать від якості доріг (криві 1—4). Хід розв'язання задачі на графіку показаний стрілками.

Рис. 5.8. Залежність переборного підйому від сили тяги, сумарної робочої маси і швидкості руху автосамоскида

28

Число самохідних установок вибирають із умови безперебійної роботи прохідницького устаткування і підйому. Якщо останній оснащений баддями, необхідно, щоб технічні продуктивності самоскидів (Qт). і підйому (Qp) були рівні або щоб Qт>Qр. Кількість машин, які обслуговують один прохідницький підйом (вантажну установку), Лp= Qр/ Qт . (5.87) Приклад. Треба визначити необхідну кількість самохідних машин при переміщенні породи у відвал. Добова продуктивність А = 500 т, довжина транспортування L=2000 м. Прийнявши час роботи по перевезенню вантажу Т=10г на добу і коефіцієнт нерівномірності kн=1,5, маємо Qp = АКн/Т = 500 ⋅ 1,5/10 = 75 т/г. Для переміщення породи беремо автосамоскид типу КрАЗ-256Б вантажопідйомністю m=12т (див. табл. 3.10). Виходячи з формул (5.77) — (5.79), обчислюємо час обороту машини: tоб= tн +L/(60υнс) + L/(60υпс) + (L/(60υнс) + L/(60υпс)) kм + tp = = 0,5 + (2000/(60 · 7) +2000/60 · 7 · 1,2)) (1 +0,2) +0,5 = 11,5 хв. Технічну продуктивність самохідних установок визначаємо за допомогою виразів (5.76) і (4.80): Qt = 60 Vк ρψ/tоб = 60 · 12/11,5 = 62,6 т/г. Число самоскидів для перевезення вантажів Лp= Qр/ Qт = 75/62,6 = 1.19· Беремо Лр = 2.

5.2.4. Скреперні установки Для розрахунку скреперних установок необхідні такі вихідні дані: вантажопотік, довжина переміщення, властивості вантажу і умови експлуатації. Ці відомості дозволяють вибрати скреперну лебідку (див. табл. 3.11). Тривалість циклу скреперування Тц = L/υн + L/υп + tп , (5.88) де υн, υп — швидкість руху навантаженого і порожнього скреперів, м/с; L — довжина транспортування, м; tп — тривалість пауз, tп = =5...15с. 29

Із умови забезпечення розрахункової продуктивності маса вантажу в скрепері, кг, т = QpТц/3,6. (5.89) Величина т і геометричні параметри скрепера зв'язані залежністю m=1000Vρψ0. (5.90) 3 Тут V — місткість скрепера, м ; ψ0 — коефіцієнт його заповненню, для великокускової породи ψ0=0,5...0,7, для дрібнокускової ψ0 = 0,6...0,9. Вирахувавши значення V і вибравши згідно з табл. 3.12 або 3.13 відповідний скрепер, визначають технічну продуктивність установки, т/г: Qт = 3,6m/Tц. (5.91) Прийнявши запас міцності n = 4,5...6, вибір вантажних і порожнякових канатів здійснюють за методикою, викладеною на стор. 18 мод5.

Рис. 5.9. Схеми скреперних установок, які використовуються на прямій (а, б), ламаній (в), змінній (г) і вигнутій (д) трасах

30

Скреперними установками можна переміщувати вантаж по різних трасах (рис.5.9). При всіх схемах скрепер 4 пересувають лебідкою 1 за допомогою вантажних 3 і порожнякових 5 канатів, які направляються кінцевими 7, підвісними 6 і відхиляючими 8 блоками. Скрепер самозавантажується, заглиблюючись в насипну масу, і звільняється від неї під час переміщення над отворами в грохоті 2 або полиці 9. При переміщенні скрепера (навантаженого або порожнього) виникають сили опору рухові (внаслідок тертя та ін.), загальна величина яких (тягове зусилля) складається із таких сил опору: переміщенню вантажу W1 скрепера W2 і канатів W3, а також пригальмовуванню вітки збігаючого з холостого барабана каната W4 і зачерпуванню W5. Величина W1 визначається як W1 = mg (ƒ cosβ ± sinβ), (5.92) де ƒ — коефіцієнт основного опору рухові при транспортуванні вантажу по ґрунту, ƒ=0,6...1; β — кут нахилу площини скреперування, ...°. Сила опору скрепера W2 = mп.c g (ƒc cos β ± sin β). (5.93) Тут mп.c — маса порожнього скрепера, кг; ƒc — коефіцієнт основного опору при переміщенні скрепера по ґрунту, ƒc = 0,4...0,8. Значення W3, можна знайти із рівняння W3 = (m'кg (ω'к cos β ± sin β) ± mк''g (ω'К cos β ± sin β)) L, (5.94) де m'к, m''к·—лінійні густини канатів, вантажної і порожнякової віток, кг/м; ω'к — коефіцієнт опору рухові канатів, ω'к = 0,4...0,8. Сили опору пригальмовуванню збігаючої вітки канатів W4 = 1000... 5000Н, (5.95) а зачерпуванню — W5 = (W1 + W2)k3. (5.96). Тут k3— коефіцієнт, що враховує додатковий опір при зачерпуванні (залежить від розмірів і фізико-хімічних властивостей транспортованого вантажу). Для дрібної, сипучої і неміцної породи значення k3 дорівнює 1,3...1,4, для породи середньої міцності — 1,5...1,6, а для важкої, кускової і погано спушеної (скальної) — 2...2,2. 31

Натяг каната, Н, знаходять методом обходу контуру по точках. Отже, загальний натяг при переміщенні навантаженого скрепера становить F1 = (W1 + W2 + W3 + W4 + W5) k0, (5.97) а порожнього — F2 = (W1 + W3 + W4 )k0 , (5.98) де k0 — коефіцієнт, що враховує місцеві опори і опори, зв'язані із умовами експлуатації, k0= 1,4...1,5. Потужність двигуна, кВт, при русі навантаженого скрепера визначається співвідношенням: N н =F 1 υ н kп / (1000 η), (5.99) а порожнього — N п =F 2 υ п kп / (1000 η). (5.100) Тут kп — коефіцієнт запасу потужності, kп = 1,1...1,2; η—ККД скреперної лебідки, η = 0,8...0,85. Оскільки двигун працює в циклічному режимі, його потужність визначається не нагрівом, а миттєвим перевантаженням в момент зачерпування. Максимальна потужність Nмакс = NСп/λ, (5.101) де N — більша із потужностей, кВт; Сп — коефіцієнт пропорційності, Сп=1,8...3; λ — коефіцієнт перевантаження асинхронного двигуна, λ= 1,8...2,2. Приклад. Треба розрахувати скреперну установку при проведенні уклону. Добова продуктивність А = 60 т, довжина переміщення вантажу L = 12 м, кут нахилу β = 20°. Прийнявши час роботи установки Τ=5г за добу і коефіцієнт нерівномірності kн = 2, знаходимо розрахункову продуктивність Qp = A kн /T = 60·2/5 = 24 т/г. Відповідно до рекомендацій, вибираємо скреперну лебідку 55ЛС-2С (див. табл. 3.11). Тривалість циклу Тц = L/υн + L/υп + tп = 12/1,32 + 12/1,8 + 15 = 30,8 c. При Qp = Qт, коли розрахункова продуктивність дорівнює технічній, необхідна маса вантажу в скрепері mц = Qp Тц/3,6 = 24 · 30,8/3,6 = 205 кг. Місткість скрепера V = m/(1 000ρΨ0) = 205/(1 000 · 2 · 0,5) =0,205 м3.

32

За табл. 3.12 визначаємо тип скрепера: СГ-0,25. При ρ = 2 т/м3 і ψ0 = 0,5 значення m = 250 кг, а mо.с = 300 кг. При ƒ = ƒc = ƒ0 = 0,8 лінійна густина каната mк=(m + mо.c) (sin β + ƒ0 cos β)/(σ/(nρκ g) — L (sin β + ω′к cos β)) = = (250 + 300) (sin 20 + 0,8 cos 20)/160 · 107/(4 · 104 · 9,81) — — 12 (sin 20 + 0,6 cos 20)) = 0,27 кг/м. Відповідно до ГОСТ 3071—88 m’к=0,27 кг/м. Тоді сили опору: Wl = mg (ƒ cos β + sin β) = 250 · 9,81 (0,8 cos 20 + sin 20) = 2 682 Η; W2 = mо.с g (ƒc cos β + sin β) = 300 · 9,81 (0,8 cos 20 + sin 20) = 3219 H. Через те що параметри каната для переміщення навантаженого і порожнього скреперів однакові, W3 = (m′к g(ω′к cos β + sin β) + m′′к g(ω′к cos β — sin β)) L = = 2L m′к g ω′к cos β = 2 · 12 · 0,27 · 9,81 cos 20 = 55,7 H. Значення W4 = 1 000 H; W5 = (W1 + W2) k3 = (2 682 + 3 219) 1,5 = 8 851 H. Сила загального опору рухові навантаженого скрепера становить Wн = (W1 + W2+W3 + W4 + W5) k0 = = (2682 + 3219 + 55,7 + 1000 + 8851)1,4 = 22131 H, а порожнього — Wп = (W2 + W3 + W4) k0 = (3 219 + 55,7 + 1 000) 1,4 = 5 984 H. Оскільки Wн= F1, a Wп =F2, потужність двигуна при переміщенні навантаженого скрепера Nн = F1υн kп/(1 000 η) = 22 131 · 1,32 · 1,1/(1 000 · 0,85) = 37,8 кВт, а порожнього — Nп = F2υп kп/(1 000 η) = 5984 · 1,8 · 1,1/(1 000 · 0,85) = 13,9 кВт. Через те що Nн > Nп потужність двигуна беремо за значенням Nн.

5.3. ЗАСОБИ БЕЗПЕРЕРВНОЇ ДІЇ 5.3.1. Стрічкові конвеєри Щоб вибрати конвеєр, необхідно мати схему гірничих виробок із зазначенням їхніх довжин і кутів нахилу, точок надходження гірничої маси з характеристиками вантажопотоків в кожній зоні; треба знати місця розташування накопичувальних бункерів. Для зручності розв'язання задачі схему транспорту розбивають на окремі розрахункові ділянки. Так, накопичувальний бункер, що встановлений в місці надходження гірничої маси, 33

включають у склад наступної за ним розрахункової ділянки, оскільки характер і вантажопотік тут залежать від продуктивності бункерного устаткування. Вибір типу машин починають з тієї ділянки, куди подаються матеріали, найбільш віддалені від розвантажувального кінця лінії. Основні технічні вимоги, які пред'являють до конвеєрів у даному випадку, полягають у забезпеченні приймання на несучий орган найбільшого об'єму гірничої маси і створенні при цьому нормального режиму роботи привода і стрічки. Необхідно, щоб приймальна здатність установки була не нижче, ніж максимальний хвилинний вантажопотік. Якщо ж така умова не витримується, в місці надходження матеріалів обладнують усереднювальний бункер з продуктивністю розвантаження, рівною або меншою приймальної здатності конвеєра. Пошук потрібних машин зводиться до таких дій. Визначають максимальний хвилинний вантажопотік (або експлуатаційну продуктивність) і по табл. 3.16 встановлюють типорозмір конвеєра, у якого приймальна здатність не менша указаного потоку. Для складних транспортних ліній розрахунок виконують по ділянках, де об'єм переміщуваних матеріалів не змінюється. У зв'язку з тим що довжини конвеєрів кожного типу по продуктивності і куту нахилу виробки являють собою змінні величини, після вибору потрібної установки визначають її допустиму довжину L (виходячи з потужності привода, міцності стрічки та інших конструкційних показників) для конкретних гірничотехнічних умов і максимального навантаження. Технічну продуктивність стрічкових конвеєрів визначають із рівняння (2.12), згідно з яким вона залежить від ширини стрічки В, швидкості руху υ, насипної густини матеріалу ρ, коефіцієнтів Kп і ψ0. Величина Kп, обумовлена конструктивними особливостями конвеєра і фізико-механічними властивостями вантажу. Ширина робочого органу В змінюється в межах 0,8...1,2 м. Значення υ (виходячи із досвіду експлуатації вітчизняних конвеєрних установок) береться у діапазоні 1,6...3,15 м/с. Максимальна швидкість руху обмежується із-за вібрацій, зносу стрічки і роликів, подрібнення матеріалів при завантаженні і розвантаженні. 34

Коефіцієнт заповнення робочого органу залежить від кута нахилу конвеєра: ψ0 = 1, при β = 10°; ψ0 = 0,95...0,9 при β = 10...15° і ψ0 = 0,9...0,85 при β = 15...18°. Сила опору на прямолінійних ділянках конвеєра визначається їхньою довжиною L, кутом нахилу β, коефіцієнтом основного опору рухові ω', а також лінійними густинами вантажу mв, стрічки mс, роликових опор навантаженої m'р і порожньої m″р віток. Силу опору Wн на прямолінійних ділянках знаходимо таким чином: для навантаженої вітки Wн=W HO +W HY =((mв+mс)gω'cosβ+m'рgω'±(mв+mс)gsinβ)L, (5.102) а для порожньої Wп = W ΠO + W ΠY = (mcgω' cos β + m″р ω'g ± mcgsin β) L. (5.103) Тут mв=Qp/(3,6υ); m'р=m'/l1; m″р=m″/l2, де Qp — розрахункова продуктивність конвеєра, т/г; l1, l2 – відстань між роликоопорами (звичайно, l1 = 1,2 м, l2 = 2,4 м). Лінійна густина тканинної стрічки mс = Вhρс , (5.104) де h — товщина вантажонесучого полотна, мм; ρс — густина стрічки (для бавовняних тканин ρс=1,1 кг/дм3, а для синтетичних ρс = 1 кг/дм3). Величина h = nns+s' + s″. (5.105) Тут nп — число прокладок; s, s', s″— товщина цих прокладок, а також верхньої і нижньої обкладок, мм. Для ґумотканинних робочих органів більшості сучасних конвеєрів nп=4; s=1,15...1,9 мм; s'=3...6; s″=1...2 мм. Поверхнева густина ґумотросових стрічок залежно від ширини і діаметра троса змінюється від 28 до 43 кг/м2. Отже, для такої стрічки mс = m'В. (5.106) Масу, кг, частин роликоопор, які обертаються, звичайно визначають емпіричним шляхом : для верхніх частин m'= 13+ 23 B, (5.107) 35

а для нижніх m″ = 8+14B. (5.108) Тоді лінійна густина цих частин на навантаженій вітці m'р = m'/l1, (5.109) а на порожній m″р = m″/l2. (5.110) Коефіцієнт основного опору рухові залежить від внутрішнього тертя вантажу, перегинання робочого органу на опорах, а також від тертя качання стрічки по роликах і в їхніх підшипниках. Для стаціонарних установок ω'=0,02...0,03, напівстаціонарних і переносних ω' = 0,03...0,04, а для конвеєрів і перевантажувачів, що працюють в особливо важких умовах, ω'=0,08...0,12. Тягове зусилля F, яке розвивається приводом, дорівнює сумі всіх сил опору рухові: F = W = (Wн + Wп)ξ, (5.111) де Wн, Wп — сили опору на навантаженій і порожній вітках, Η; ξ — коефіцієнт, що враховує місцеві опори, ξ = 1,1...1,5. Максимальне значення Fмaкc може бути виражене через натяги в точках набігання Sнб і збігання Sзб стрічки з приводного барабана: Fмaкc= Wмaкc = Sнб — Sзб . (5.112) mt Слід зауважити, Sнб / Sзб = l , тоді Fмaкc= Wмaкc = Sзб (еµα - 1). (5.113) µα Значення е змінюється в межах від 1,44 до 28,6 і залежить від кута охоплення барабана несучим полотном, властивостей матеріалу стрічки і барабана, а також від стану поверхонь, що стикаються. Увівши для надійності роботи коефіцієнт запасу сил тертя k т = 1,3... 1,4, одержимо: Fмaкc= Wмaкc = Wkт . (5.114) Мінімальні натяги, коли стрічка не прослизає на барабанах, установлюють після перетворення рівнянь (5.112) і (5.113): При руховому режимі

36

Sзб = Wkт/( еµα - 1),

(5.115)

а при гальмовому Sнб =|W|kт/( еµα - 1) . (5.116) Ці натяги повинні бути достатніми, щоб на навантаженій вітці стрічка надмірно не провисала. Згідно з дослідними даними ширина її між роликами зберігає потрібну форму у поперечному перерізі, якщо натяг Sн, Η в будь-якій точці контуру Sн ≥ (3 000...4000) В . (5.117) Мінімальне, допустиме по провисанню, значення натягу навантаженої вітки стрічки також може бути одержане із умови, що в інтервалі між роликоопорами під дією розподіленого навантаження q+qc і натягів S і S стрічка провисає по кривій, яка має форму, близьку до параболи (рис. 5.10): y = (q + qс) x2/2S. (5.118)

Рис. 5.10. Провисання стрічки між роликами

Найбільша стріла провисання в інтервалі між роликоопорами на навантаженій вітці в точці з мінімальним натягом Sн може бути визначена для умов x = l1/2; у = ƒ с ; S = S H ; (5.119) 2 ƒ с = (q + qc)/(2SH) (l1/2) . (5.120) З метою зменшення пересипання матеріалу біля роликів відношення fc/l1 не повинне перевищувати 2,5 %, тоді після підстановки у рівняння одержимо SH = 5(q + qc) l1 . (5.121) Допустимий натяг по міцності вантажонесучого органу 37

Sq = Sp/n. (5.122) Тут Sp — розривне його зусилля, Н; n — запас міцності стрічки. Величина Sp для багатопрокладних стрічок Sp=nпS′pB, (5.123) де пп — кількість прокладок; S′p— розривне зусилля однієї із них (шириною 1 см), Н/см; В — ширина стрічки, см. Для прокладок із бавовняної тканини S′p = 600... 1 200 Н/см, а із синтетичної — S′P = =1000...3000 Н/см. Розривне зусилля вантажонесучих органів сучасних типів конвеєрів (див. табл. 3.16) змінюється в межах 320...3000 кН. Запас міцності ґумотканинних і ґумотросових стрічок під час транспортування вугілля і породи складає: при кутах нахилу конвеєра β 10° — 9 і 8,5. Потужність двигуна Ν, кВт, визначають таким чином: при тяговому режимі N = Fυkп,/(1000 η), (5.124) а при гальмовому N = |F|υ′kп η /1000). (5.125) Тут kп — коефіцієнт запасу потужності, kп=1,1...1,2; η — ККД приводу, для підземних конвеєрів η=0,8...0,85; υ'—швидкість руху, м/с, при ґенераторному (гальмовому) режимі, υ'=(1,05...1,07) υ. Для самодіючих установок, коли W≤0, силу сумарного опору рухові розраховують при холостому ході Wx, оскільки вона може бути більшою, ніж при навантаженій стрічці. На навантажених конвеєрах, використовуваних у виробках з великим кутом нахилу, при припиненні подачі електроенергії або несправностях у системі приводу робочий орган починає самовільно рухатись униз, що може привести до аварії через скупчення вантажу у нижній частині установки. Небажаних наслідків не буде, якщо її обладнати гальмовим пристроєм. Тягове зусилля на приводі конвеєра, працюючого на уклоні, без врахування опорів на барабанах становить F=W=Wн+Wп=[(mв+2mc+m'p+mp″)gω'cos β+mвgsinβ]L. (5.126) Гальмове зусилля при русі Fг у зворотному напрямі Fг=|Wг|=|Wн+Wп|=[mвgsinβ-(mв+2mc+m'p+mp″)gω'cos β]L. (5.127)

38

Момент сили Мг, Н⋅м, на приводному валу з врахуванням запасу сил гальмування на стопорі (kст = 1,2...1,3) і діаметра гальмового шківа D знаходять за формулою Mг = FгDkст/2. (5.128) Для бремсберґових конвеєрів значення Mт при самовільному русі встановлюють по тяговому зусиллю F. Якщо гальмові пристрої розташовані не на приводному валу, то при визначенні гальмового моменту до уваги приймають передаточне число редукторів i0 і ККД передачі η. Тоді момент сил опору М'г = Μгη/i0. (5.129) Кількість послідовно встановлених стрічкових конвеєрів для транспортування вантажів по виробці заданої довжини можна визначити графоаналітичним методом, побудувавши діаграму натягів (рис. 5.11). Для цього насамперед у певному масштабі на відстані L проводять три вертикальні осі: 1; 2, 3; 4. Потім аналітичним шляхом розраховують значення величин опору Wн і Wп, а також попередні натяги Sзб, Sн, Sq. Вибравши масштаб, наносять ці значення на відповідні осі.

Рис. 5.11. Діаграма натягів тягового органу

39

Далі розрахункові операції виконують таким чином. На осі 1 від довільної точки відкладають значення Wп·: униз, коли Wп0 . Із кінцевої точки, перенесеної на вісь 2, 3, відкладають значення Wн: уверх при Wп>0 і униз при WпLв установка придатна до експлуатації. Якщо ж L