Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

24.12.2016

Доставка породы. Перемещение породы от забоя, в котором она была отбита, до рельсовых путей или конвейера основной транспортной выработки называется доставкой. Доставка породы осуществляется в очистных и проходческих забоях. Операция доставки при проведении выработок необходима во многих случаях, потому что прокладка откаточных путей непосредственно к забою нерациональна, а также в связи с тем, что не все выработки, проводимые из основной транспортной выработки, оборудуются откаточными путями (например, восстающие или рассечки небольшой длины, проводимые из штольни или штрека).
Различают ручную, самотечную, взрывную и механическую доставку. Ручная доставка сводится к перелопачиванию, перекидке и редко — перевозке в тачках отбитой горной породы. При горноразведочных работах ручная доставка применяется в основном при проведении рассечек небольшой длины. Самотечная доставка, заключающаяся в перемещении горных пород под действием силы тяжести вниз в вертикальном направлении или по наклону, очень широко применяется при разработке рудных, угольных и нерудных месторождений. Самотечная доставка применяется и в процессе разведки месторождений при проведении восстающих с достаточно большим углом наклона; при этом отбитая в забое порода под действием силы тяжести перемещается к устью выработки, оборудованному люком для погрузки ее. в вагонетки.
Область взрывной доставки ограничивается очистными выработками; в основу метода положен эффект отбрасывания руды под действием расширяющихся газообразных продуктов взрыва.
Механическая доставка широко применяется в очистных выработках; в проходческих забоях может осуществляться рассмотренными выше скреперными установками, погрузочно-доставочными машинами и в известной степени конвейерами-перегружателями.
Откатка породы. Перемещение горных пород по горизонтальным выработкам осуществляется на горных предприятиях главным образом с использованием колесного транспорта и называется откаткой; иногда она производится ленточными конвейерами; реже применяют гидравлический транспорт. Откатка горных пород на горных предприятиях осуществляется с помощью рельсовых и безрельсовых транспортных машин; на горноразведочных работах находит применение практически только колесно-рельсовый транспорт.
Устройство рельсовых путей. В рельсовом пути различают нижнее и верхнее строения. Нижнее строение пути представляет собой земляное полотно, с помощью которого нивелируют рельеф поверхности; у путей, проложенных в подземных выработках, нижним строением является почва выработок, которой придается соответствующий уклон. К верхнему строению пути относят балластный слой, шпалы, рельсы и скрепления (рис. 61). Балластный слой предназначен для равномерного распределения нагрузок на нижнее строение пути, нивелировки поверхности почвы выработки, предотвращения продольного и поперечного перемещения шпал и отвода воды. К материалу балластного слоя предъявляются следующие основные требования: он не должен крошиться от воспринимаемых нагрузок, пылить и задерживать воду. Обычно для балластного слоя выбирают некрупный щебень крепких пород или гравий.
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

При производстве горных работ рельсовые пути сооружаются из стандартных рельсов. Тип рельса определяется его массой. В подземных горных выработках (особенно в геологоразведочных) используют обычно легкие рельсы 8,42; 9,35; 11,2; 14,78; 18,06 кг/м и редко большей массы. Стандартная длина рельсов составляет 8 м. В подземных выработках укладывают иногда укороченные рельсы, особенно на криволинейных участках пути.
Толщина балластного слоя под шпалами не должна быть менее 10 см.
В горных выработках применяют деревянные шпалы, изготовляемые из хвойных пород — сосны, ели, лиственницы, пихты, кедра. Шпалы укладывают на балластный слой на расстоянии 0,5—0,8 м одна от другой. Для соединения рельсов со шпалами и между собой служат скрепления, подкладки и костыли, накладки и болты (рис. 62).
Стык между рельсами располагают не на шпалах, а между ними. Для уменьшения излишних деформаций консольных частей рельсов шпалы на концевых участках рельсов укладывают на небольшом расстоянии одна от другой. Расстояние S между внутренними гранями головок рельсов (см. рис. 61) называют шириной колеи. В подземных горных выработках ширину колеи принимают равной 600—750 и 900 мм. На криволинейных участках ширину колеи увеличивают на 10—15 мм (уширение колеи достигается смещением внутренней рельсовой нитки к центру закругления).
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

При движении подвижного состава по криволинейным участкам рельсового пути возникающая центробежная сила снижает устойчивость подвижного состава и вызывает повышенный изной рельсов и колесных реборд. Для снижения вредного влияния центробежной силы рельсовый путь на криволинейном участке настилается с превышением наружного рельса над внутренним на 5—25 мм. Сопротивление движению состава по криволинейным участкам пути увеличивается с увеличением жесткой базы вагонеток (локомотива) и уменьшением радиуса закругления. Минимальные радиусы - кривых подземных путей выбирают в увязке со скоростью движения и величиной жесткой базы. При скорости движения до 1,5 м/с радиус закругления пути должен быть не менее семикратной наибольшей жесткой базы подвижного состава, при большей скорости движения — не менее десятикратной жесткой базы.
В местах разветвления рельсовых путей сооружают стрелочные переводы (рис. 63,а). Они характеризуются тангенсом угла их крестовины. Эта характеристика называется маркой крестовины и выражается дробью L/H (рис. 63, б) — отношением основания сердечника крестовины к его высоте. Чем больше марка крестовины, тем меньше радиус закругления и длина перевода. В практике геологоразведочных работ нередко проводят выработки, сопрягаемые под прямым углом без устройства закруглений (например рассечки, проводимые из штольни). При этом на пересечении рельсовых путей устанавливают поворотные плиты или поворотные круги (рис. 64).
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

При ручной откатке эти устройства позволяют перекатывать вагонетку с одного из пересекаемых путей на другой.
Для снижения затрат энергии на перемещение груженых вагонеток по рельсовому пути целесообразно последнему придавать уклон в сторону откатки груза. Под уклоном равного сопротивления понимают такой, при котором усилие, затрачиваемое для перемещения (под уклон) груженых вагонеток, равняется усилию для перемещения (на подъем) порожних вагонеток. Величина уклона пути измеряется тангенсом угла α=h/l, где h — превышение начала и конца пути (или его участка), l — длина участка. Уклон выражается десятичной дробью или числом тысячных долей процента, называемых промилями. Обычно в горных выработках принимают уклон равным 0,003—0,004 (или 30—40%).
Рельсовые пути в горных выработках должны обеспечивать безопасную и надежную откатку с максимальной установленной для данного участка скоростью. При настилке путей необходимо точно выдерживать запроектированную ширину колеи, параметры закруглений, надежное крепление рельсов. Регулярное наблюдение за рельсовыми путями и систематическая очистка их от грязи являются необходимыми условиями безаварийной я производительной откатки.
Вагонетки, опрокидыватели, толкатели. Разделяют грузовые, людские и специальные вагонетки. Грузовые вагонетки предназначены для перевозки горных пород и различных материалов и оборудования (для леса — «козы», для жидких веществ — цистерны, для оборудования — платформы). Людские вагонетки применяются для доставки рабочих на более или менее значительные расстояния; вагонетки специального назначения предназначены для обслуживания ремонтных работ, оборудования пылеподавления, противопожарного оборудования и т. д.
При производстве горноразведочных работ используются в основном грузовые вагонетки.
К грузовым вагонеткам предъявляется целый ряд требований— они должны иметь возможно малые габариты при заданной емкости, высокую прочность при относительно небольшой массе, устойчивость при движении, загрузке и разгрузке, возможно малое сопротивление движению, сравнительно небольшую жесткую базу. Грузовые вагонетки выпускаются различных размеров и конструкций; емкость вагонеток меняется в пределах от 0,35 до 10 м3.
Основными частями рудничной вагонетки (рис. 65) являются: кузов 3, рама 2, на которой крепится кузов, скаты 1, состоящие из осей и колес, буферы 5, сцепки 4, служащие для соединения вагонеток в составы.
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

Как уже отмечалось, загрузка вагонеток породой в горных выработках осуществляется в основном погрузочными машинами, скреперами или через люк. Процесс эффективной разгрузки вагонеток имеет не меньшее значение, чем загрузка, поэтому во многих типах вагонеток конструируют их кузов таким, чтобы он обеспечивал саморазгрузку вагонетки с помощью тех или иных специальных устройств. Разгрузка вагонеток при этом может осуществляться при опрокидывании глухого кузова, откидывании его борта или днища. Однако в некоторых моделях вагонеток не предусматривается их саморазгрузка — вагонетки устраиваются с глухим неопрокидным кузовом, обеспечивающим большую надежность всей конструкции, снижение ее массы и стоимости. Разгрузка таких вагонеток требует специального разгрузочного оборудования — «опрокидывателя». При горноразведочных работах применяют вагонетки небольшой емкости с глухим опрокидным и глухим неопрокидным кузовом.
Характеристика вагонеток небольшой емкости, применяемых в настоящее время на рудниках и в геологоразведочных партиях, приведена в табл. 26.
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

Выпуск приведенных в таблице вагонеток в ближайшие годы будет постепенно сокращаться. При проектировании новых горных и горноразведочных работ следует выбор вагонеток производить по ГОСТ 15174—70, согласно которому предусмотрен выпуск вагонеток с глухими кузовами типа ВГ, с откидными бортами типа ВБ и с откидными днищами типа ВД.
Схема кругового опрокидывателя, применяющегося для разгрузки вагонеток с глухим неопрокидным кузовом, показана на рис. 66.
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

Вагонетка для разгрузки вкатывается в опрокидыватель. Корпус опрокидывателя состоит из двух колец и опирается на две пары роликов, из которых одна 1 является приводной, а другая 3 опорной. При вращении приводных роликов корпус опрокидывателя за счет трения поворачивается вместе с вагонеткой вокруг оси на 360°. Тормозные колодки 2 служат для фиксации корпуса опрокидывателя в положении, при котором в него вкатывается вагонетка, подлежащая разгрузке, и выкатывается порожняя вагонетка. Для разгрузки небольших вагонеток в некоторых случаях используют лобовые опрокидыватели, в которых вагонетка поворачивается вокруг поперечной оси и разгружается через переднюю торцовую стенку.
Толкателями называют механизмы, предназначенные для проталкивания вагонеток или составов на небольшое расстояние, например в опрокидыватель, в клеть, под конвейер или под люк. Различают верхние и нижние толкатели. Первые монтируют на путях между рельсов, они захватывают вагонетку за упор под кузовом или за ось; вторые, располагаемые над вагонеткой, захватывают ее за верхнюю кромку кузова. По конструкции толкатели подразделяют на цепные и поршневые.
Для подъема вагонеток по коротким участкам наклонных рельсовых путей используют так называемые компенсаторы высоты. Рабочим органом компенсаторов высоты является бесконечная цепь, движущаяся между рельсами и несущая кулаки, захватывающие вагонетки за упоры или их оси.
Способы откатки. Перемещение вагонеток по рельсовым путям может осуществляться вручную, с помощью лебедок или локомотивами; соответственно с этим различают ручную, канатную и локомотивную откатку.
Область применения ручной откатки в горной промышленности с каждым годом все более ограничивается, однако при горноразведочных работах ручная откатка все еще применяется сравнительно часто.
Недостаточные энергетические ресурсы ГРП, сложность или дороговизна транспортировки тяжелого оборудования, небольшой объем горнопроходческих работ, сравнительно короткие расстояния откатки и, наконец, непрямолинейность разведочных выработок — вот основные причины, предопределяющие во многих случаях применение ручной откатки вагонеток.
Полезный груз вагонеток, применяемых для ручной откатки, не должен превышать 0,75 т, скорость движения вагонеток 0,6—1 м/с. При этих условиях усилие откатчика составляет около 10 кгс. Сменная производительность ручной откатки 1,2—2 т/км.
В редких случаях в открытых и подземных горных выработках применяют конную откатку. При конной откатке вагонетки обычно соединяют в состав по 2—6 штук, при этом нагрузка на лошадь не должна превышать 5 т полезной массы груженого состава. Скорость конной откатки составляет в среднем 1,5 м/с. Высота подземных выработок в свету должна быть не менее 1,8 м. Сменная производительность такой откатки при длине откатки до 1 км достигает 40—50 т/км.
Канатная откатка. При канатной откатке вагонетки по рельсовым путям передвигаются стальными канатами, приводимыми в движение лебедками. Откатка может осуществляться концевым канатом одной лебедкой, головным и хвостовым канатами одной двухбарабанной или двумя однобарабанными лебедками и бесконечным канатом лебедкой с приводным шкивом.
Откатка концевыми канатами (одним или двумя при двухбарабанной лебедке) производится по наклонным выработкам — бремсбергам и уклонам.
Схемы откатки головным и хвостовым канатами и бесконечным канатом применимы для горизонтальных выработок, однако на горных предприятиях они в связи с невысокой производительностью утратили свое значение и используются только на маневровых операциях.
При геологоразведочных работах одноконцевая и реже двухконцевая откатка может применяться для подъема, а в отдельных случаях и для спуска породы в вагонетках по наклонным выработкам.
Максимальное тяговое усилие (в кгс) при этих операциях рассчитывается по следующим формулам:
- при одноконцевой откатке и подъеме груженой вагонетки
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

- при одноконцевой откатке и спуске груженой вагонетки
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

- при двухконцевой откатке, подъеме груженой и спуске порожней вагонеток
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

- при двухконцевой откатке, подъеме порожней и спуске груженой вагонеток
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

где g и go — соответственно грузоподъемная сила и вес вагонетки, тс;
β — угол наклона выработки, градус;
ω' — коэффициент сопротивления движению вагонетки, принимаемый равным 0,007—0,009 и увеличиваемый на 50% при неровно уложенных и засоренных путях;
qк — вес 1 м каната, кгс;
Lк — длина каната, м;
ω'к — коэффициент сопротивления движению каната, принимаемый равным 0,4—0,6.
Для канатной откатки применяют сравнительно небольшие маневровые лебедки (табл. 27).
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

Взамен маневровых лебедок могут быть использованы и другие (в частности, скреперные) дебедки, имеющие достаточную мощность приводов и канатоемкость барабанов.
Необходимая мощность электродвигателя, лебедки (в кВт) определяется по формулам:
- при подъеме груженых вагонеток
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

- при спуске груженых вагонеток
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

где v — скорость движения каната (определяется по каталогу), м/с;
η — к. п. д. передачи лебедки, принимаемый равным 0,74—0,8.
Удержание вагонетки на наклонном пути при обрыве каната или из-за неисправности прицепного устройства осуществляется с помощью простых предохранительных устройств, захватывающих крюков или распорных вилок.
В горизонтальных геологоразведочных выработках канатная откатка применяется в редких случаях. К последним, в частности, можно отнести проведение достаточно длинной прямолинейной штольни, скреперование породы из которой или ручная откатка уже становятся малоэффективными, а использование локомотивной откатки (вследствие умеренного объема горных работ, трудности транспортировки к месту работ тяжелого оборудования или по другим причинам) нецелесообразно.
Локомотивная откатка является основным видом рудничного транспорта в горизонтальных или имеющих небольшой (до 3°) угол наклона подземных и открытых горных выработках. Грузы при этом виде транспорта перевозятся в вагонетках (вагонах), формируемых в составы и образующих вместе с локомотивами поезда.
В качестве локомотивов используются электровозы, мотовозы и гировозы.
Электровозы, являющиеся наиболее распространенным видом локомотивов, нашли широкое применение на шахтах и карьерах, сравнительно часто ими пользуются и в подземных геологоразведочных выработках.
Одним из основных технических показателей электровозов является их масса, приходящаяся на ведущие оси и называемая сцепной массой. По сцепной массе электровозы, используемые при горных работах, разделяют на промышленные (сцепная масса более 20 т) и рудничные электровозы (сцепная масса менее 20 т). Рудничные электровозы, кроме того, имеют сравнительно небольшие размеры и мощность; рудничные электровозы со сцепной массой 5 т и менее относят к малогабаритным.
Рудничные электровозы работают на постоянном токе; по способу питания электроэнергией их разделяют на контактные и аккумуляторные (рис. 67).
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

Питание электроэнергией контактных электровозов осуществляется постоянным током через контактный (троллейный) провод и рельсовый путь; принятая полярность сети — плюс на проводе, минус на рельсах. Для контактного провода применяется медь или бронза специального профиля; рельсы в стыках соединяют перемычками или сваркой для снижения электрического сопротивления. Нитки рельсов через каждые 50 м соединяют между собой токопроводящими перемычками.
Аккумуляторные электровозы получают энергию от аккумуляторных батарей, периодически заряжаемых и устанавливаемых на электровозах или на прицепляемых к ним тендерах.
Подстанции, питающие контактную сеть электровозов, называются тяговыми подстанциями; при использовании аккумуляторных электровозов в шахте (руднике) оборудуют зарядные подстанции и зарядные камеры, в которых заряжаются аккумуляторы.
Контактные электровозы более надежны в эксплуатации, чем аккумуляторные, отличаются простотой конструкции и более экономичны. К основным недостаткам этих электровозов относятся: необходимость навески в выработке контактного провода и электрического соединения стыков рельсов; искрение при перемещении токоприемника электровоза по контактному проводу, исключающее его применение в выработках, опасных по газу или пыли.
С учетом изложенного область применения аккумуляторных электровозов ограничивается использованием их в выработках, опасных по газу или пыли, а также в проходческих забоях, где операции навески троллейного провода и электрических соединений стыков рельсов усложняют процесс проведения выработки.
При проведении разведочных выработок, как правило (за исключением случаев проведения выработок в процессе детальной и эксплуатационной разведки), применяют малогабаритные аккумуляторные электровозы.
Техническая характеристика контактных и аккумуляторных электровозов приведена в табл. 28.
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

Допустимую массу состава поезда, состоящую из массы вагонеток и массы полезного груза (в т), с достаточной для практических целей точностью можно рассчитать из условий трогания, нагревания тяговых двигателей и торможения состава.
Максимально допустимая масса груженого состава при трогании на преобладающем (среднем) подъеме путей определяется по условиям сцепления колес электровоза с рельсами по формуле
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

Максимально допустимая масса груженого состава по условиям нагревания тяговых двигателей
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

и, наконец, максимально допустимая масса груженого состава по условиям торможения поезда
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

где P — сцепная масса электровоза, т;
ψ — коэффициент сцепления колес электровоза с рельсами (при трогании с подсыпкой песка ψ = 0,24, при движении с подсыпкой песка ψ = 0,17, при движении без подсыпки песка ψ =0,12);
ωгp — удельное ходовое сопротивление движению груженой вагонетки, кгс/т (для однотонных вагонеток ωгр = 9, для двухтонных ωгр = 8, для трехтонных ωгр = 7;
ω'гр — удельное пусковое сопротивление движению груженой вагонетки, кгс/т (принимаемое ω'гр = 1,5ωгр);
ω1 — удельное сопротивление от подъема пути, кгс/т (равно величине- уклона пути, выраженной в тысячных долях, например при уклоне 0,003ω1 = 3);
j0 — пусковое ускорение, м/с2 (принимаемое в пределах 0,03—0,05);
Fдл — сила тяги электровоза, кгс;
а — коэффициент, учитывающий работу электровоза во время маневров (при длине откатки до 1 км а=1,4, от 1 до 2 км а = 1,25, более 2 км а = 1,15);
т — относительная продолжительность движения (т = Тдв/Тр);
Тдв — продолжительность движения в грузовом и порожняковом направлении, мин (Тдв=2L/60vcp);
L — расстояние транспортировки, м;
vcp — среднеходовая скорость движения электровоза, м/с (принимаемая равной 0,75v — скорости, выбираемой по характеристике электровоза в табл. 28);
Tp — время рейса, мин (состоящее из времени движения, времени маневров и разгрузки вагонеток; время маневров и разгрузки принимается равным 5—10 мин);
ω2 — сопротивление от уклона равного сопротивления, кгс/т (принимаемое в пределах 2—3);
j1 — тормозное сопротивление, м/с2 (j1=v2I/2l);
v1 — скорость в начале торможения, м/с;
l — путь торможения, м (принимаемый в соответствии с ПБ равным 40 м).
Величина Q принимается равной наименьшему из трех значений; зная массу полезного груза и массу вагонетки, определяют их число в составе
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

где qп — масса породы в вагонетке, т;
qв — масса порожней вагонетки, т.
Число возможных рейсов одного электровоза
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

где Tсм — время работы электровозной откатки в смену, ч.
Необходимое число рейсов, определяемое сменной производительностью разведочного участка (горизонта),
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

где Kн — коэффициент неравномерности откатки, равный 1,3—1,5;
Vсм — объем разрыхленной породы, подлежащей транспортировке в течение смены, м3;
γн — насыпная масса породы, т/м3.
Число электровозов в смену
Транспортировка породы в горизонтальных и наклонных подземных выработках

На горных предприятиях в выработках, сверхкатегорных по газу или опасных по пыли, аккумуляторные электровозы даже во взрывобезопасном исполнении могут являться причиной взрыва и поэтому их заменяют так называемыми гировозами. Гировозы, или инерционные локомотивы, приводятся в движение кинетической энергией вращающегося маховика, который раскручивается пневмодвигателем. В выработке, в которой работает гировоз, прокладываются трубы сжатого воздуха, снабженные через 300—400 м вентилями со штуцерами для «зарядки» гировоза.
Транспортировка породы в карьерах по горизонтальным и наклонным горным выработкам осуществляется в основном с помощью колесного транспорта и ленточных конвейеров.
По рельсовым путям порода транспортируется в саморазгружающихся или глухих полувагонах, грузоподъемность которых достигает 50—100 т и более. В качестве локомотивов используют мощные электровозы, мотовозы и в редких случаях небольшие паровозы. За последние десятилетия получает все более широкое распространение автомобильная транспортировка горных пород; на карьерах применяют большегрузные автосамосвалы и прицепы. Отметим, в частности, что в последнее время автосамосвалы специальной конструкции начали применять и для транспортировки пород в подземных горных выработках.
Конвейерный транспорт в карьерах применяется в качестве самостоятельного средства или в сочетаниях с автомобильным транспортом.