А.П. Политов Расчет параметров вертикальных стволов

10

Таблица 2

Продолжительность паузы подъема

Посадка людей		Подъем полезного ископаемого (породы)
коли-	t1, с	скиповой подъем		клетeвой подъем
чество		вместимость	t2, с	количество этажей	t2, с
людей		скипа, м3		в клети
5	15	до 5	7	один	12
10	20	9,5	10	два
15	25	11	11		30
20	30	15	15
		20	20
		25	25
		35	35

После определения грузоподъемности сосудов уточняют время движения их в стволе Т1.

Продолжительность цикла подъема Т1, с, определяют по формуле

	Т1 =	3600Qгр	.	(7)
		Ач

Продолжительность движения сосудов:
при двухсосудном подъеме
Тд = Т1 - t2;			(8)
при однососудном подъеме
Тд = 0,5Т1 - t2 .			(9)
Средняя скорость подъема
	Н
ϑср =		.	(10)
	Тд

11
Ориентировочная максимальная скорость подъема, м/c:
ϑmax =ϑсрα ,	(11)

где α - множитель скорости; для неопрокидных клетей α = 1,1-1,25, для скипов α = 1,2-1,3.

Полезная вместимость, м3, скипа

	V	=	Qгр	,	(12)
			γ
	ск

где γ - насыпная плотность полезного ископаемого, т/м3.

Для угля γуг = 0,86 т/м3, для породы γп = 1,6 т/м3, для железной ру-

ды γруд = 2,5 т/м3.

Полученную расчетную величину Vск округляют до ближайшего большего значения параметрического ряда скипов и подбирают соответствующий тип скипа [11, с. 354-36I]. Параметрический ряд угольных скипов вместимостью 11-35 м3; 11; 15; 20; 25; и 35 м3. Параметрический ряд скипов для выдачи породы и руды вместимостью 5-21,5 м3; 5; 7; 9,5; 11; 15 и 21,5 м3.

Вспомогательные стволы обычно оборудуются клетевым подъемом. Тип клети определяется по основным размерам принятых вагоне-

ток, указанных взадании [3, с. 35-39; 11, с. 370-373].

Размеры		принятой клети проверяются		по спуску (подъему)
подземных рабочих смены в шахту менее чем за 0,66 ч.
Число рабочих, занятых на подземных работах в шахте в смену:
М =	АГ		,	(13)
	N а	Р

где а – число рабочих смен в сутки; Р – производительность одного подземного рабочего, т/смену. Для угольных предприятий Р = 2 - 6 т/смену, для горнорудных Р = 5 - 20 т/смену.

Число рабочих, одновременно находящихся в клети, определяют из условия [5, § 312], что на 1 м2 полезной площади пола клети

	12
размещаются пять рабочих:
m = 5Sклnэ,	(14)

где Sкл – полезная площадь пола клети, м2; nэ - число этажей в клети, nэ

= 1-2.

Продолжительность, с, одного подъема (спуска) клети с людьми

tл= t1+ t2 ,	(15)
где t1 - время чистого подъема людей в клети, с ,
t1= (2400 - MtВ)m/M ;	(16)

t2 - продолжительность посадки рабочих в клеть (см. табл. 2); tВ - время выхода из клети одного человека, в среднем tВ = 1с.

При спуске (подъеме) людей необходимо, чтобы было соблюдено неравенство

Mtл/nkm ≤ 2400,

(17)

где nk - число клетей в подъеме.

Если неравенство не соблюдается, необходимо принять двухэтажную клеть и вновь провести проверку. При этом наибольшая скорость движения клети не должна превышать 12 м/с [5, § 360]. Максимальную скорость движения клети определяют по формуле (11).

Средняя скорость подъема, м/с:

Vcp=H/t1 .

(18)

2.3.2. Определение элементов жесткой армировки

Основными конструктивными элементами жесткой армировки вертикального ствола (рис. 2) являются: главные расстрелы 1, вспомогательные расстрелы 2, проводники 3, направляющие устройства 4.

13

Рис. 2. Общий вид жесткой армировки вертикального ствола

Элементы армировки определяютcя принятой схемой расположения проводников. Для вертикальных стволов угольных шахт определение схемы расположения проводников производят в зависимости от горно-геологических условий и характеристики подъема, согласно ти-

повым схемам армирования [2, с. 36-38; 12, с. 4; 13, с. 89-95].

Для клетевых подъемов с большегрузными вагонетками целесообразно проектировать лобовое и боковое одностороннее расположение проводников, которое гарантирует лучшую фиксацию клетей, наименьшие их угловые смещения. Лобовое расположение проводников рекомендуется применять при одногоризонтной работе подъема. При многогоризонтной схеме вскрытия лобовое расположение проводников не рекомендуется принимать, так как в сопряжениях ствола с околоствольными дворами необходимо разрывать лобовые проводники и переходить на боковые.

Для скиповых подъемов угольных и рудных шахт наибольшее распространение получила схема с боковым двухсторонним расположением проводников [3, с. 340].

Для повышения жесткости армировки, снижения металлоемкости

14

и уменьшения аэродинамического сопротивления применяют консоль- но-распорную армировку [3, с. 342, 343]. Ее применение взамен традиционной жесткой армировки позволяет: уменьшить диаметр ствола на 0,5 м; сократить расход металла на 35 %; уменьшить аэродинамическое сопротивление ствола в 3,6-4,5 раза; снизить капитальные затраты.

Главные расстрелы заделывают двумя концами в крепь. Вспомогательные расстрелы одним концом заделывают в крепь ствола, а другим присоединяют к главному или другому вспомогательному расстрелу. Глубину заделок концов расстрелов принимают: не менее 0,35 м - для расстрелов с двумя закрепленными концами; 0,45 м - для консольных одинарных расстрелов; 0,4 м – для консольных П-образных расстрелов; 0,25 м - для вспомогательных расстрелов [l4].

При наличии прочных вмещающих пород или монолитной бетонной крепи толщиной более 400 мм возможно крепление расстрелов при помощи металлических распорных штанг [2, с. 12-14; I3, c. 344348].

Главный расстрел, проходящий через центр ствола или вблизи его, носит название центрального. Он проектируется составным из двух неравных по длине элементов. Такое решение продиктовано требованием удобства заводки расстрелов в лунки. Стык расстрелов размещается на расстоянии 0,7-0,9 м от стенки ствола [2, с. 15; 12, с. 14].

В качестве главных расстрелов рекомендуется использовать балки двутаврового профиля I 27С, I 24M, I 3ОМ, I 36M, I 40 и прямоугольного сварного сечения из уголков 160х100х10 мм, 170×I60×I0 мм, 212×130×12 мм. Для вспомогательных расстрелов применяют балки из двутаврового и швеллерного профилей [2, c. 8].

В качестве проводников используют железнодорожные рельсы РЗЗ, РЗ8, Р43 и сварные элементы коробчатого профиля из уголков

125×110×12 мм, 150х100х10 мм, 180х80х10 мм [2, с. 105; 3, с. 337].

Выбор главных расстрелов, проводников и шага армировки производится в зависимости от скорости подъема и концевой нагрузки, определяемых в п. 2.3.1 данной методической разработки. При этом

	15
концевую нагрузку определяют:
для клетевого подъема
Qk=Qkл+Qпр+Qс+Qв ,	(19)

где Qkл - масса клети, кг; Qпр - масса прицепного устройства, кг; Qс - масса стационарного зонта, кг; Qв - масса груженой вагонетки, кг;

для скипового подъема

Qk=Qск+Qпр+Qс+Vскγ ,

(20)

Qск - масса скипа, кг; Vск - вместимость скипа, м3; γ - насыпная плотность материала, кг/м3.

Вначале предварительно выбирают тип расстрелов и проводников. Виды профилей для проводников и расстрельных балок принимают по соображениям конструктивного и технико-экономического характера.

Долговечность расстрелов в значительной мере определяется коррозийным износом и усталостным разрушением. Замкнутые профили имеют прочностные показатели в несколько раз выше, чем двутавровые при такой же массе.

Коррозийный износ армировки в стволах с большим водопритоком по данным КузНИИшахтостроя на шахтах Кузбасса колеблется от 0,03 до 0,16 мм в год и в среднем составляет 0,085 мм в год. Замкнутые профили при отсутствии попадания влаги внутрь сечения коррозируют в среднем в 2 раза медленнее открытых двутавровых профилей. По данным ВНИИОМШС средний срок службы рельсовых проводников в 1,5-2 раза ниже, чем расстрелов, и находится в пределах 7-8 лет.

Аэродинамическое сопротивление расстрелов в воздушной струе является важным фактором, определяющим выбор профиля. Замена двутавровых профилей замкнутыми снижает аэродинамическое сопротивление стволов в 2-2,5 раза.

Предварительный выбор типа расстрелов, проводников и шага армировки можно производить согласно табл. 3, 4, 5.

16

Принятые типы расстрелов и проводников проверяют на эксплуатационные нагрузки [14]. Для чего определяется расчетная интенсивность, кгм2/с2, подъемной установки:

(Qk V2)расч = Красч(Qk V2мах) ,

(21)

где Красч - коэффициент принимается равным при двухстороннем расположении проводников относительно подъемного сосуда: Красч = 4 – для рельсовых и деревянных проводников, Красч = 2 - для коробчатых проводников; при одностороннем расположении проводников: Красч = 12 - для рельсовых проводников, Красч = 6 - для коробчатых проводников; Qk - масса груженого подъемного сосуда, кг.

Таблица 3

Таблица предварительного выбора типа главных расстрелов

Максималь-

Тип расстрелов при концевой нагрузке

ная скорость

до 150 кН

150-350 кН

350-500 кН

свыше 500 кН

подъема, м/с

до 8

I 27В

I 30М

I 36М

160х160х12

185х185х12

8-12

I 30М

I 36М

185х185х12

160х160х12

170х104х10

180х80х10

свыше 12

I 36М

185х185х12

212х180х10

160х160х12

170х104х10

185х80х10

250х100х10

Таблица 4

Таблица предварительного выбора типа проводников

Макси-

Тип проводников при концевой нагрузке

мальная

скорость

150 кН

150-350кН

350-500 кН

свыше

подъема,

500кН

м/с

до 8

Р38

Р43

Р50

180х80х10

160х16х12

190х200х16

17

Продолжение табл. 4

Макси-

Тип проводников при концевой нагрузке

мальная

скорость

150 кН

150-350кН

350-500 кН

свыше

подъема,

500кН

м/с

8-12

Р43

Р50

180х80х10

200х200х16

160х160х12

190х200х16

200х200х75

х10

свыше 12

Р50

180х80х10

200х200х16

220х220х16

160х160х12

190х200х16

200х200х16

220х200х75

х75х10

х10

Таблица 5

Таблица предварительного выбора шага армирования

Максималь-

Шаг армирования, мм, при концевой нагрузке

ная скорость

подъема, м/с

до 150 кН

150-350 кН

350-500 кН

свыше 500 кН

до 8

4168

3126

3000

4000

3126

8-12

3126

3000

4000

3000

3126

свыше 12

3000

4000

3000

3000

3126

Шаг армировки предварительно принимают в диапазонах: от 2 до 4 м - для деревянных проводников; 3,125 м или 4,168 м - для рельсовых; от 4 до 6 м - для коробчатых проводников. Если в cтволe размещены подъемные сосуды с односторонними и двухсторонними проводниками подъемных установок различных интенсивностей, то шаг армировки определяется меньшим его значением одной из установок. Для разных

18

подъемных установок одного ствола, если армировки отсеков конструктивно не объединяются, их шаги могут быть разными.

По удвоенному значению расчетной интенсивности подъема (Qk V2)расч , значению логарифма лобового момента инерция lgJл принятому типоразмеру проводника и шагу армировки h по номограмме (рис. 3) определяют необходимую лобовую жесткость расстрелов в месте крепления проводника Снл. Для случая с односторонними проводниками значение (Qk V2)расч не удваивается.

Для пользования номограммой необходимо на прозрачном материале вычертить транспарант, помещенный в левом верхнем углу рис. 3.

На номограмме находят линию уровня ближайшего большего значения (Qk V2)н по сравнению с 2(Qk V2)расч для двухстороннего или (Qk V2)расч для одностороннего расположения проводников. На транспаранте по коэффициенту номограммы Кн, значения которого отложены по оси ОКн, находят точку, соответствующую принятому шагу армировки h и коэффициенту Кн (точка А).

Коэффициент номограммы равен:

для двухстороннего расположения проводников
Кн=(Qk V2)н / 2(Qk V2)расч ;	(22)
для одностороннего расположения проводников
Кн=(Qk V2)н/(Qk V2)расч .	(23)

На номограмме проводят горизонтальную линию, соответствующую lgJл, после чего точка 0 транспаранта совмещается с этой линией так, чтобы линия 00' была параллельной оси ординат.

Затем транспарант передвигается по горизонтали (линия lgJл) до тех пор, пока точка А транспаранта не совместится с соответствующей линией (Qk V2)н.

В этом положении транспаранта определяют значение логарифма лобовой жесткости как проекции точки 0 транспаранта на шкалу значений lgC (ось абсцисс) номограммы.

19

Необходимую боковую жесткость расстрела СБн (номограммную) ориентировочно определяют аналогично лобовой с помощью номограммы по принятому значению шага h, значениям бокового момента инерции проводника lgJБ и (Qk V2)расч .

Для деревянных проводников при пользовании номограммой необходимо величины JЛ и JБ для принятых типоразмеров проводников делить на 21.

При пользовании номограммой для предварительного выбора элементов конструкции армировки следует иметь в виду, если транспарант выходит за пределы номограммы, то это означает, что принятый типоразмер проводников не может обеспечить требуемой интенсивности подъемной установки. В этом случае следует принимать проводник со сравнительно большими значениями моментов инерции.

По найденным значениям Слн и СБн в зависимости от схемы яруса армировки по формулам табл.6 определяют необходимые значения моментов инерции сечений расстрелов (относительно центральной вертикальной оси). Из двух расчетных значений моментов инерции Jлн и JБн при выборе профиля расстрела необходимо руководствоваться большим значением.

По сортаменту проката принимают профиль с ближайшим большим значением момента инерции [2, с. 8-10; 11, с. 411-412].

В случае конструкции яруса по схеме 1 (табл.6) момент инерции сечения коренного расстрела принимают не менее максимального момента инерции сечения расстрелов, несущих проводники, при этом высота сечения коренного расстрела должна быть не менее высоты присоединенных расстрелов.

Если схема яруса армировки представляет собой рамную конструкцию, показанную на схеме 3 (табл. 6), то по значению лобовой жесткости Слн определяют моменты инерции сечений расстрелов, несущих проводники, а по значению боковой жесткости СБн определяют моменты инерции сечений коренных расстрелов. Если расстрел представляет собой консольную П-образную балку (схема 4, табл. 6), то