Общие сведения о внутришахтном транспорте
Транспортные установки рудников служат для перемещения горной массы от забоев до поверхности, а в обратном направлении - породы для закладки выработанного пространства, крепи, оборудования и материалов. Все эти грузы перемещаются различными способами и средствами: под действием собственного веса, самоходными машинами, скреперными установками, конвейерами, в вагонах электровозами или лебедками. Кроме грузовых операций, на транспортных установках перевозят людей от ствола до забоя и обратно. Транспортирование осуществляется по горизонтальным, наклонным и вертикальным выработкам. Большая разветвленность транспортной сети связана с одновременной работой значительного числа забоев на разных горизонтах.
Подземные транспортные установки находятся в тяжелых и сложных условиях, что объясняется изменением рабочего места и длины транспортирования в связи с непрерывным перемещением забоев; стесненностью, обусловленной небольшим поперечным сечением подземных выработок; влажностью, запыленностью, а в ряде случаев взрывоопасностью среды; переменным характером нагрузок, действующих на установки. Поэтому транспортные машины должны быть приспособлены к быстрому изменению длины транспортирования, иметь высокую маневренность, стойкость к коррозии, а в некоторых условиях быть во взрывобезопасном исполнении, обладать высоким запасом прочности.
Для бесперебойной работы добычных машин необходимо, чтобы транспорт работал четко, полностью обеспечивал своевременную перевозку руды, вскрышных пород, закладочных материалов и оборудования. Кроме того, к транспорту предъявляются требования высокой степени безопасности и возможно меньшей себестоимости при эксплуатации.
Дальнейшее совершенствование внутришахтного транспорта идет по пути:
Применения самоходного высокопроизводительного забойного оборудования;
Переход на поточную технологию транспорта руды в блоках;
расширение области применения машин непрерывного действия для погрузки и транспортирования крепкой абразивной горной массы;
увеличение мощности и грузоподъемности подземных транспортных машин;
увеличение энерговооруженности труда рабочих забоя;
применение дистанционного и автоматического управления транспортной техникой.
Горнорудный транспорт имеет многовековую историю, относящуюся еще к ранним временам возникновения горного дела. Значительная роль в развитии промышленного транспорта принадлежит русским инженерам и ученым.
В 1764 г. изобретателем К.Д. Фроловым был осуществлен механизированный транспорт на поверхности Карабашского рудника (Алтай) с помощью водоналивного колеса. В 30-х годах XIX столетия машиностроители Е.А. и М.Е. Черепановы изготовили первый в мире паровоз, который использовался на одном из заводов Урала.
В 1861 г. изобретателем И.А. Лопатиным был создан ленточный конвейер и успешно применен на Ленских золотых приисках. В 1854 г. при разработке железных руд на горе Высокой (Урал) неизвестным русским механиком был построен и применен экскаватор с паровым приводом.
В 1876 г. инж. Ф.А. Пироцкий провел первые опыты по разработке и применению электровоза для движения поездов.
Важным событием в горной науке и науке о рудничном транспорте следует считать издание в 1843 г. «Курса горного искусства» А.И. Узатисом, преподавателем Петербургского горного института. В этой книге рассматриваются вопросы транспорта на горных предприятиях. Среди современных отечественных авторов, работы которых сыграли большую роль в развитии науки о подземном транспорте, необходимо выделить труды академиков А.М. Терпигорева и Л.Д. Шевякова, чл.-кор. АН СССР А.О. Спиваковского, акад. АН УССР Н.С. Полякова, профессоров Я.Б. Кальницкого, И.Г. Штокмана, А.А. Ренгевича, С.А. Волотковского и других ученых.
В 1901 г. инж. А.М. Терпигорев издал труд «Доставка», в котором были рассмотрены вопросы теории, даны расчеты и описано оборудование подземного транспорта. В 1932 г. им издана книга «Рудничный транспорт», положившая начало курсу того же названия в учебных горных заведениях.
Работы акад. Л.Д. Шевякова, относящиеся к 1921 - 1950 гг., посвящены теории и технико-экономическим исследованиям в области рудничного транспорта.
Чл.-кор. АН СССР проф. А.О. Спиваковскнй является основоположником науки о рудничном транспорте и автором курсов того же названия.
2.Классификация транспортных установок
В зависимости от места функционирования транспортных машин различают подземный транспорт, транспорт на поверхности (строительной площадке и до отвалов) и внешний, предназначенный для доставки материалов и оборудования от заводов-изготовителей до строительной площадки.
Подземный транспорт разделяют на участковый, служащий для доставки грузов между забоями и основным горизонтом шахты, и магистральный - для доставки грузов от участковых транспортных средств до околоствольного двора. Транспорт грузов от околоствольного двора на поверхность по наклонным или вертикальным выработкам называют подъемом.
В зависимости от вида транспортируемых грузов различают транспорт основной, предназначенный для перемещения породы из забоя и добываемого полезного ископаемого, и вспомогательный, обеспечивающий перемещение в подготовительный забой различных материалов, оборудования и людей.
Транспортные машины рудников можно классифицировать по принципу действия, способу перемещения груза и грузонесущего органа, конструкции тягового органа и способу передачи тягового усилия, длительности работы на одном месте, конструктивному выполнению.
В зависимости от конструктивного исполнения и способа транспортирования различают следующие виды транспорта:
● локомотивный по рельсовым путям,
● конвейерный (включая конвейерные перегружатели),
● самоходный,
● канатный (с канатной тягой по наземным рельсам или подвесным канатным путям),
● скреперный,
● гравитационный,
● трубопроводный (гидравлический или пневматический),
● монорельсовый подвесной.
По принципу действия и характеру работы во времени транспортные машины разделяют:
● установки непрерывного действия - перемещающие грузы непрерывным потоком с загрузкой и разгрузкой при движении рабочего органа;
● установки периодического действия - работа которых характеризуется периодами во времени (циклами). Загрузка и разгрузка транспортных машин периодического действия обеспечивается при полной их остановке или на малой скорости.
По типу привода и роду потребляемой энергии различают транспортные машины с электрическим приводом, питаемым через контактный провод, гибкий кабель или от аккумуляторных батарей, с дизельным, дизель-электрическим, гидравлическим или пневматическим приводом.
По длительности работы на одном месте различают транспортные машины:
● передвижные, которые перемещают постоянно вслед за продвиганием подготовительного забоя или периодически через небольшие промежутки времени (до 15 сут),
● полустационарные, перемещаемые через относительно большие промежутки времени, чем передвижные,
● стационарные, находящиеся в эксплуатации на одном рабочем месте не менее 1,5-2 лет.
По способу перемещения грузов различают транспортные установки:
● на которых груз транспортируется скольжением по наклонной плоскости под действием собственного веса или принудительным волочением по желобам или почве;
● на грузонесущих элементах, например на ленте конвейера, в кузове вагонетки, ковше погрузочно-транспортной машины;
● в рабочей среде (водной или воздушной).
В зависимости от конструкции тягового органа тяговое усилие в транспортных машинах может передаваться различными способами:
● в установках с тяговыми приводными колесами или гусеницами тяговое усилие передается сцеплением;
● в транспортных машинах непрерывного действия с тяговыми цепями и приводными звездочками - зацеплением;
● в установках непрерывного действия с тяговыми лентами или канатами и гладкими приводными барабанами и шкивами - трением;
● в установках периодического действия с концевыми канатами и барабанными лебедками - навивкой;
● в пневмо- и гидротранспортных установках - рабочей средой;
● в установках гравитационного транспорта - силой гравитации (силой веса).
● тяговое усилие может передаваться силой инерции (вибрационные конвейеры), электромагнитным способом (промежуточные магнитные приводы).
Область применения различных видов транспорта зависит от физико-механических свойств транспортируемых грузов, производительности, длины транспортирования и других факторов.
Кроме этого к подземным транспортным установкам относятся погрузочные и закладочные машины. Широко применяется вспомогательное транспортное оборудование: опрокидыватели, толкатели, лебедки, питатели, затворы, путевые стопоры, компенсаторы высоты и др. В приведенной выше классификации виды транспортных машин и вспомогательного оборудования имеют большое количество конструктивных разновидностей и типоразмеров, что обеспечивает их использование в различных условиях эксплуатации. В пределах каждого конструктивного вида имеется параметрический ряд машин, различающихся по производительности, мощности и размерам. Параметрическим рядом машин называется последовательность числовых значений основного параметра того или иного оборудования. Основным параметром для вагонов принят объем их кузовов, для локомотивов-сцепной вес, для конвейеров - ширина транспортирующего полотна и т. д. Параметрический ряд, дополненный конкретными размерами и характеристиками машин, называется размерным рядом или типажом машин. Типажи разработаны на все основные виды транспортных установок. На основании их составлены и утверждены ГОСТы, которые регламентируют параметры транспортных машин.
3.Характеристика основных грузов
На рудниках транспортируют: насыпные грузы (породу и полезное ископаемое), штучные грузы (материалы, доставляемые раздельно, в пакетах или контейнерах, оборудование), растворы (цементно-песчаные, бетонная смесь), наливные грузы (горюче-смазочные материалы, вода, эмульсии). Для балластировки рельсовых путей доставляют также насыпные грузы (щебень, гравий, песок). Для выбора конструкции транспортной машины и правильной ее эксплуатации необходимо учитывать вид грузов и их основные свойства и характеристики.
Основными характеристиками насыпных грузов являются:
● кусковатость (гранулометрический состав) - количественное соотношение кусков различных размеров в отделенной от массива горной массе. Крупность определяется линейным размером куска груза в наибольшем измерении. Насыпные грузы называют рядовыми, если отношение максимального размера куска к минимальному равно или больше 2,5, и сортированными, если это соотношение меньше 2,5.
Для породы, угля и других насыпных грузов, исключая руду, принята следующая градация по крупности кусков:
крупнокусковые (размер куска более 160 мм);
среднекусковые (60- 160 мм);
мелкокусковые (10-60 мм);
зернистые (0,5-10 мм);
порошкообразные (0,05-0,5 мм);
пылевидные (менее 0,05 мм).
Градация кусковатости для руды:
очень крупная (более 600 мм);
среднекусковая (100-300 мм);
рудная мелочь (менее 100 мм).
Наибольший размер куска руды, который выдается из забоя и может перемещаться транспортными средствами, называют кондиционным. Кусок руды, превышающий по размерам кондиционный, называется негабаритом, не подлежащим транспортированию и разрушаемым в забое вторичным дроблением. Долю негабаритных кусков в отбитой горной массе называют выходом негабарита.
● плотность - отношение массы груза к занимаемому объему (т/м3). Различают плотность монолитной породы в целике γм и плотность разрыхленной горной массы γ - насыпную плотность. Плотность горной массы зависит от крупности кусков и влажности. Отношение плотности в целике к насыпной плотности называют коэффициентом разрыхления горной массы kp=γм/γ >1, который характеризует увеличение объема разрыхленной горной массы по сравнению с объемом в целике. Для некрепких пород и угля kp=l,l …l,4, для крепких пород kp=1,4…1,8.
● угол естественного откоса - угол между образующей конуса из свободно насыпанной горной массы и горизонтальной плоскостью, величина которого характеризует степень подвижности отдельных частиц горной массы. Для одной и той же горной массы в зависимости от влажности, кусковатости и других параметров угол естественного откоса принимает различные значения.
Различают угол естественного откоса в покое ρп и в движении ρд. При перемещении насыпного груза происходит его встряхивание или ворошение, а потому угол естественного откоса в движении для одного и того же груза меньше, чем угол естественного откоса в покое: ρд = (0,35…0,7) ρп.
● крепость горных пород характеризуют коэффициентом крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова f = δсж/10,
где δсж - временное сопротивление разрушению образца породы, МПа.
Для всех горных пород f = 0,5…20. Различают породы некрепкие (f = 3…4), средней крепости (f = 4…9), крепкие (f = 10…14) и весьма крепкие (f = 15…20). При проведении выработок по некрепким породам возможно применение проходческих комбайнов, по средним и крепким используют обычно взрывную отбойку;
● абразивность - свойство горной массы истирать (изнашивать) взаимодействующие с нею рабочие поверхности машин в процессе загрузки, транспортирования и разгрузки. Степень абразивности зависит от крепости, размеров и формы частиц горной массы.
По степени абразивности транспортируемые насыпные грузы разделяют на четыре группы:
А - неабразивные;
В- малоабразивные;
С - средней;
D - высокой абразивности.
При выборе и эксплуатации транспортных машин, используемых для перевозки абразивных грузов, необходимо принимать меры по уменьшению износа грузонесущих элементов машин путем соответствующего выбора вида и типа машины, использования защитных футеровок, надежных уплотнений.
На выбор транспортных средств и их эксплуатацию оказывают влияние такие характеристики насыпных грузов, как влажность, липкость, склонность к слеживаемости и самовозгоранию и др.
В забои доставляют следующие основные штучные грузы: крепь и изделия из железобетона (стойки, затяжки, лотки, шпалы), металлическую крепь (верхняки и стойки), металлопрокат (рельсы, трубы, двутавры, швеллеры), лесные материалы (стойки, брусья, затяжки, шпалы), машины и оборудование (погрузочные и погрузочно-транспортные машины, проходческие комбайны, буровые установки, канаты, электрооборудование и др.).
Штучные грузы, транспортируемые раздельно или в укрупненных грузовых (затаренных) единицах (пакетах, контейнерах, кассетах), характеризуются тремя основными параметрами: массой, формой и габаритами. В зависимости от характеристики штучных грузов выбирают вид и параметры транспортных установок для их перемещения.
Для перевозки людей к месту работы и обратно применяют специализированные транспортные машины, обеспечивающие комфорт и безопасность движения.
Основными характеристиками бетонной смеси являются плотность, срок схватывания и подвижность - способность растекаться без расслоения и заполнять форму под влиянием силы веса или небольшого механического воздействия. Поэтому время транспортирования от бетоносмесителя до места укладки бетонной смеси должно быть меньше времени ее схватывания, и при транспортировании смесь не должна расслаиваться. Однородность смеси заметно нарушается в местах перегрузки, поэтому готовую бетонную смесь желательно транспортировать до места укладки без промежуточных перегрузок. Этим условиям наиболее полно удовлетворяет трубопроводный транспорт бетонной смеси.
Наливные грузы, основной объем которых составляют горюче-смазочные материалы для самоходного оборудования с дизельным двигателем, эмульсии для различных гидрофицированных установок перевозят в автоцистернах или специализированных вагонетках, а также подают с поверхности в шахту по трубам.
4.Грузооборот и грузопотоки
Количество перемещаемых насыпных грузов (м3 или т) из подготовительных забоев и материалов и оборудования в единицу времени (смену, сутки или год) называют грузооборотом по горной массе или по вспомогательным грузам. Грузооборот действующей шахты, определяемый перемещением количества полезного ископаемого в единицу времени, характеризует производственную мощность шахты (т/год).
Количество груза, транспортируемое по определенной трассе в единицу времени, называют грузопотоком.
Изменение грузопотока во времени характеризуется коэффициентом неравномерности
kН=(Qmax/Qcp)<l,
где Qmax - максимальное значение грузопотока в единицу времени, т/ч (т/мин);
Qcp - среднее значение грузопотока за время работы машины в течение смены, т/ч (т/мин).
Расчетный грузопоток Qp (т/ч), по которому выбирают производительность транспортной машины:
= Qcм kн / tм = Qcм kн / tсм kи
где Qcм - сменный грузопоток, т/см;
tм - машинное время, в течение которого работает машина за смену, ч (мин);
tсм - длительность смены, ч (мин);
kи = tм / tсм <1 - коэффициент использования машины во времени (коэффициент машинного времени),.
Коэффициент неравномерности грузопотока для транспортных установок работающих в забое kн = 1,75…2; в блоках, выемочных участках и панелях kн = 1,4…1,7; в магистральных выработках kн = 1,2…1,3; а коэффициент использования погрузочных и транспортных установок времени kи = 0,3…0,7.
Производительность выбранной транспортной машины должна быть больше расчетного грузопотока на 15-20%.
Для снижения (сглаживания) неравномерности грузопотоков используют промежуточную бункеризацию горной массы путем установки в транспортной линии аккумулирующей емкости.
В рудных шахтах в качестве аккумулирующей емкости применяют рудоспуски, накопление руды в составах вагонов.
При конвейерном транспорте регулирование грузопотоков во времени и по производительности можно осуществлять изменением скорости движения несущего полотна конвейера.
Литература
транспорт подземный груз
1. История грузовых железнодорожных перевозок в России. XIX-XX века: - Москва, Книга-Пента, 2008 г.- 200 с.
. Руководство: Артемий Лебедев - Санкт-Петербург, Издательство Студии Артемия Лебедева, 2009 г.- 508 с.
. Комментарий к Федеральному закону "Устав автомобильного транспорта и Москваского наземного электрического транспорта" (постатейный): А.Н. Борисов, С.М. Карачун - Москва, Юстицинформ, 2009 г.- 112 с.
. Подвижной состав автомобильного транспорта: В.К. Вахламов - Москва, Академия, 2003 г.- 480 с.
. Постатейный комментарий к Федеральному закону от 8 ноября 2007 г. № 259-ФЗ "Устав автомобильного транспорта и Москваского наземного электрического транспорта": С.Ю. Морозов - Москва, Ай Пи Эр Медиа, 2009 г.- 152 с.
. Правила автотранспортных перевозок. Сборник нормативных документов: - Санкт-Петербург, Феникс, 2010 г.- 384 с.
. Справочник по перевозке грузов, пассажиров и багажа автомобильным, Санкт-Петербургским наземным электрическим транспортом (+ CD-ROM): С.Ю. Морозов - Санкт-Петербург, СПС ГАРАНТ, 2009 г.- 152 с.
. Статистика автомобильного транспорта. Учебник: И.М. Алексеева, О.И. Ганченко, Е.В. Петрова - Санкт-Петербург, Экзамен, 2005 г.- 352 с.
. Устав автомобильного транспорта: - Москва, Книга сервис, 2005 г.- 48 с.
. Экспорт лесопродукции. Справочник: Э.О. Салминен, Ю.А. Бит, А.А. Борозна - Санкт-Петербург, ПрофиКС, 2008 г.- 712 с.