А.П. Политов Расчет параметров вертикальных стволов

20

моменты инерции упоров принимают равными моментам инерции несущей балки.

Обеспечение вертикальности движения подъемных сосудов производят специальными устройствами, которые устанавливают на клетях, скипах и противовесах. При наличии рельсовых проводников используют лапы скольжения полузакрытого типа [2, с. 19]. При проводниках коробчатой формы подъемные сосуды имеют упругие роликовые направляющие [2, с. 20].

Противовесы для шахтных подъемов проектируют индивидуально. При этом для одноконцевых подъемов минимальная ширина противовесов должна быть 300 мм, для многоканатных – 600 мм.

Диаметр сечения ствола в свету определяют графическим построением с учетом размещения подъемных сосудов, расстрелов и проводников армировки, противовесов, лестничного отделения, труб, кабелей. При этом допускаемые минимальные зазоры между максимально выступающими частями подъемных сосудов, крепью и расстрелами ствола определяют правилами безопасности [2, с. 28-31; 5,

с. 138-140].

2.3.3. Определение элементов гибкой армировки

Основными конструктивными элементами гибкой apмировки вертикального ствола (рис. 4) являются: канатные проводники 1, отбойные канаты 2, устройства для закрепления канатных проводников и отбойных канатов 3, натяжные устройства для канатов 4, направляющие устройства для подъемных сосудов на промежуточных горизонтах , приемных площадках и разгрузочных кривых 5.

Применение гибкой армировки по сравнению с жесткой обеспечивает: более высокие скорости движения подъемных сосудов, экономию металла и снижение капитальных затрат на армирование, высокую степень механизации работ и сокращение сроков сооружения стволов, снижение затрат на эксплуатацию армировки в 3-4 раза, большую надежность и безопасность работы подъемной установки в целом, снижение (в 2-6 раз) аэродинамического сопротивления ствола,

21

сплошность крепи ствола.

Недостатки канатной армировки: необходимость увеличения диаметра ствола на 0,5-1,5 м для обеспечения нормативных зазоров между подъемными сосудами и крепью ствола, необходимость увеличения глубины зумпфа для размещения натяжных грузов и усиления конструкции копра и, как следствие, на 10-30 % большие первоначальные капитальные вложения, необходимость замены всего проводникового каната при обнаружении его местных повреждений.

Область рационального применения канатной армировки: вертикальные стволы, диаметр которых принят по условию размещения подъемных сосудов в независимости от расхода воздуха на проветривание, глубиной более 400 м; в стволах, диаметр которых определяется по условию пропуска необходимого количества воздуха, глубиной более 300 м; в стволах, где затруднено применение жесткой армировки по условию возможной ее деформации, нарушения сплошности крепи, применения крепи из набрызгбетона.

В качестве проводников используют канаты закрытой конструк-

ции ГОСТ 3090-73, ГОСТ 7576-73, ГОСТ 7675-73 [4, с. 41-44]. Диаметр проводниковых канатов должен быть при концевых нагрузках до 250 кН и глубинах ствола до 300 м не менее 32 мм и не менее 38 мм во всех остальных случаях.

Необходимые размеры сечения каната выбирают путем вычисления массы единицы длины проводника, кг/м, по формуле

q = QГК /(Lo - L) ,	(24)
где L - длина канатного проводника, м,
L = Н + hпп ,	(25)

здесь hпп - высота подшкивной площадки копра, 30-70 м; Lо- предельная длина проводника, при которой напряжения в верхнем сечении от собственного веса становятся равными допускаемый при принятом пределе прочности материала проволок,

Lo = σв /nγк g;

(26)

здесь σв - расчетное временное сопротивление разрыву проволок,

22

кгс/м2; n - запас прочности каната, n = 6; γк - плотность каната, кг/м3; g -ускорение свободного падения, g ≈10 м/с2;

γк = q/Sк ;	(27)
Sк - площадь поперечного сечения всех проволок каната, м2;	QГК - мас-
са натяжного груза, кг;
QГК = 12,5 (Lо-L) ln[Lо/(Lо-L)].	(28)

Для каждого подъемного сосуда предусматривается применение четырех канатных проводников. Канатные проводники располагаются симметрично - по два с каждой боковой стороны подъемного сосуда или вдоль длинной наружной стороны на возможно большем расстоянии от подъемного каната. Такое расположение проводниковых канатов создает наибольшее противодействие вращению подъемного сосуда, вызываемого раскручиванием подъемного каната.

Для одноканатных подъемных установок с глубиной подъема до 150 м и концевой нагрузкой до 50 кН допускается применение двухтрех канатных проводников. При применении двух канатных проводников их размещают в противоположных по диагонали углах подъемного сосуда, при трех - два размещают вдоль боковой стороны подъемного сосуда, обращенной к крепи ствола, а один на оси симметрии в промежутке между подъемными сосудами.

На каждой подъемной установке, оборудованной канатными проводниками, навешивается не менее двух отбойных канатов между подъемными сосудами на одинаковом от них расстоянии. Отбойные канаты служат для предупреждения столкновения сосудов медку собой при встрече.

Отбойные канаты могут отсутствовать на людских, грузолюдских

игрузовых многоканатных подъемных установках при концевой нагрузке до 400 кН, если расстояние между выступающими частями подъемных сосудов одного или двух смежных подъемов более 600 мм

и800 мм - при концевой нагрузке свыше 400 кН.

23

Рис. 3. Номограмма для предварительного выбора параметров армировки

Таблица 6

Момент инерции поперечных сечений расстрелов

	Моменты инерции поперечных сечений расстрелов, определяемых по жесткости
Схема ярусов	лобовые	боковые

а3

4L3

−а

(3L

−а

)2

(Н + 0,06)2

[L2i −3ai (Li − ai )]Cнб

J1

=

1

[ 1

1

1 1

]Сл

J1,2

=

9ЕLi

3

н(л)

н

н(б)

12ЕL1

J 3

= J 4

а

4

(L

−a

4

)3

Cнб

а3(L

−a )3

=

4

Jн2(л) =

2

2

2

Cнл

н(б)

н(л)

6EL34

3EL3i

3

3

2

3

2

ω1 sin

ω2

б

L01L02 sin

J

3,5

=

аi2 (Li −ai

)2

C л

J

н(б)

=

(

3

2

3

2

ω2

)Cн

н(л)

3ELi

н

2,1E L01 sin

ω1 + L02 sin

L30

6

L30

л

J

6( )

=

Cнб

J

н(л) =

Cн

н б

3E

3E

Примечание:

i = 1,2,3,4,5,6 – номера расстрелов; Снл,Снб - лобовая и боковая жест-

кости расстрелов, определенные по номограмме; Lo= Lн - r/2+HП - при рельсовых (коробчатых) проводниках; Lo= Lн+2/3НП – при коробчатых проводниках; НП – высота профиля проводника; r – высота головки рельса.

24

25

3
		1

2

1

5

4

Pис. 4. Cxeмa канатной армировки вертикального ствола: 1-проводниковые канаты; 2-отбойные канаты; 3-устройства

для закрепления канатов; 4-натяжные устройства для канатов; 5- направляющие и фиксирующие устройства подъемных сосудов

А также в случае, когда один из подъемных сосудов движется по канатным проводникам, а другой - по жестким проводникам. В качестве отбойных канатов применяют круглопрядные канаты диаметром не менее 40 мм.

Обеспечение вертикальности движения подъемных сосудов производят специальными направляющими устройствами, которые устанавливают на клетях, скипах и противовесах [4, с. 59-61].

Диаметр сечения ствола в свету определяют путем графического

26

построения с учетом размещения подъемных сосудов, противовесов армировки, лестничного отделения, труб, кабелей. При этом допускаемые минимальные зазоры между максимально выступающими частями подъемных сосудов, крепью и расстрелами ствола определяются правилами безопасности.

Между движущимися сосудами одного подъема: при одноканатном подъеме

∆ = 250	+ 1,2 Qкн Vmax ;	(29)
при многоканатном подъеме
∆ = 200	+ Qкн Vmax ,	(30)

где Qкн - максимальная концевая нагрузка, кН; Vmax - максимальная скорость подъема, м/с.

Между движущимися сосудами двух смежных подъемов:
при одноканатном подъеме
∆ = 250 + 0,6 (Qкн1 Vmax1+ Qкн2 Vmax2) ;	(31)
при многоканатном подъеме
∆ = 250 + 0,5 (Qкн1 Vmax1+ Qкн2 Vmax2) ,	(32)

где Qкн1 , Qкн2 - максимальные концевые нагрузки, кН; Vmax1,Vmax2 - максимальные скорости подъема, м/с.

Между крепью и подъемным сосудом, между сосудом и расстрелом, между сосудом и отшивкой лестничного отделения при одноканатном и многоканатном подъемах:

σ = 0,8 ∆ .

(33)

Если вычисленные по формулам (29) - (32) значения превышают для одноканатных подъемных установок 700 мм, а значит σ превышают 500 мм, то допускается применять зазор между подъемными сосудами ∆ = 700 мм, а между подъемными сосудами и крепью σ = 500 мм. В любом случае зазор ∆ должен быть не менее 300 мм, а зазор σ - не

27

менее 240 мм. Для многоканатных подъемов, если вычисленные значения зазоров ∆ и σ превышают величины, приведенные в табл. 7, то в зависимости от назначения подъема и концевой нагрузки допускается принимать зазоры, равные максимальным. Также необходимо иметь в сечении ствола зазор между силовым кабелем и подъемным сосудом не менее 500 мм.

Таблица 7

Зазоры в сечении ствола при канатной армировке

			Величина зазора, мм
			концевая нагрузка при подъеме, кН
	Зазор		250-500	<250	250-	375-	500-	750-
					375	500	750	1000
			грузо-			грузовом
			людском
	Между	движу-
	щимися	сосу-
	дами:
	минимальный		300*	300*	-	-	-	-
	максимальный		600*	450*	500	550	600	650
	Между крепью
	и подъемными
	сосудами:
	минимальный		250*	250*	-	-	-	-
	максимальный		500*	360*	400	450	500	500

Примечание: * - зазор в грузолюдских стволах. Остальные – величины зазоров для грузовых стволов.

2.4.Коммуникационная функция

Ввертикальных стволах размещают лестничные отделения, трубопроводы сжатого воздуха, водоотлива, пожарно-бурового назначения, дегазационные, заиловочные и др. Предусматривают также про-

28

кладку кабелей различного назначения: силовые, осветительные, связи, сигнализации, телеуправления и др.

Лестничное отделение состоит из вспомогательных расстрелов, полков, лестниц и ограждений [2, с. 23-24; 12, с. 4-6; 13, с. 91]. Основные требования при проектировании лестничных отделений следующие:

-угол наклона лестниц должен быть не более 80°;

-над каждым полком лестница должна выступать на 1000 мм;

-расстояние между полками – не более 8 м;

-размеры лазов в полках по длине лестницы – не менее 700 мм, а по ширине – не менее 600 мм;

-лазы в стволах между соседними полками должны быть смещены на ширину лаза;

-ширина лестниц должна быть не менее 400 мм, а расстояние между ступенями не более 400 мм;

-расстояние между крепью и лестницей у ее основания должно быть не менее 600 мм;

-лестничное отделение по всей длине ствола изолируется от других отделений перегородкой (металлической, пластмассовой).

В соответствии с требованием СНиП II-94-80 [7, п. 38] прокладка трубопроводов предусматривается открытой, с учетом свободного и удобного доступа к ним для осмотра, ремонта, монтажа и демонтажа.

Масса вертикальных трубопроводов передается опорным стульям, которые монтируют на усиленных расстрелах через 100-200 м по глубине отвода. Для избежания продольного изгиба трубопроводы с помощью хомутов крепят к расстрелам армировки [2, с. 25].

В сечении ствола между соседними ставами трубопроводов следует предусматривать зазор не менее диаметра фланца трубопровода.

Кабели размещают в сечении вертикального ствола в местах, удобных для обслуживания и наиболее защищенных от механических повреждений. Обычно их размещают в сегменте ствола, включающем лестничное отделение.

29

Крепление кабелей в стволах с бетонной крепью осуществляется с помощью металлических кронштейнов, концы которых заделывают в бетон на 200-250 мм. Подвеска кабелей производится при помощи клиновых зажимов или с помощью скоб [2, с. 26; 3, c. 36l].

Кабели должны располагаться друг от друга на расстоянии не менее 50 мм, а от труб – не менее 100 мм. Размещение кабелей связи и сигнализации следует предусматривать в свободных от силовых кабелей частях сечения ствола.

2.5. Вентиляционная функция

Вертикальные стволы для выдачи полезного ископаемого, породы, а также для спуска и подъема людей используют также для целей вентиляции шахты.

Количество воздуха, направляемого через стволы рудников черной металлургии, приведено в задании на проектирование.

Общее количество воздуха, направляемого через ствол в угольную шахту, м3/с, определяют согласно [15, п. 6.22]:

Qш.общ. = 1,2 Qш . Кг ,

(34)

где Qш – количество воздуха, м3/с, принимается максимальным из значений, рассчитанных по выделению метана Qш.м и по наибольшему числу людей, одновременно находящихся в шахте Qш.л; Кг – коэффициент, учитывающий горно-технологические условия шахты:

Кг = 1,75 + Ку ,

(35)

здесь Ку – коэффициент, учитывающий утечки и распределение воздуха в зависимости от числа одновременно разрабатываемых горизонтов; при одном, двух и трех горизонтах принимается соответственно рав-

ным 0; 0,1; и 0,15.

Значения Qш.м и Qш.л определяют по формулам:

Qш.м= qш .Аг .3,85 10-6/С ;

(36)