CC BY
27
СЕМИНАР 6
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001”
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
^ © И.Д. Алборов, В.К. Царикаев, 2001
УДК 622. х =
И.Д. Алборов, В.К. Царикаев
КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ЭКОЛОГИЗАЦИИ УСЛОВИЙ ТРУДА В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ
Общеизвестно, что подача воздуха в рабочие места горняков не удовлетворяет нормативным требованиям. В частности, применяемые на подземных рудниках вентиляционные сооружения (двери, шлюзы) в большинстве своем не обеспечивают эффективного воздухораспреде-ления в горных выработках. Основные причины: отсутствует надежная система регулирования воздушных потоков при прохождении подземного транспорта, нарушение герметизации шлюзовых вентиляционных дверей, вследствие чего воздушная струя закорачивается и система воздухо-снабжения участков функционирует неудовлетворительно.
Ниже приведены конструкции регуляторов расхода воздуха, разработанные авторами.
Регулятор расхода воздуха в горных выработках (рис. 1) содержит рабочий орган, включающий две створки 1 и 2, установленные наклонно навстречу друг другу, при этом внешний конец каждой створки прикреплен шарнирно на горизонтальной поворотной оси к основанию горной выработки 3, узел управления и регулирования, содержащий трособлочную систему, включающую спаренный блок 4 и два одинарных блока 5 и 6, прикрепленных к кровле горной выработки 3, гибкие тросы 7 и 8 и общий для обеих створок противовес 9, установленный в направляющих 10, жестко закрепленных в почве выработки [1,
Рис. 1. Регулятор расхода воздуха в горных выработках:
а) - продольный разрез регулятора; б) - разрез по «А-А»; 1 и 2 - створки; 3 - горная выработка; 4 - спаренный блок; 5 и 6 - блоки; 7 и 8 - гибкие тросы; 9 - противовес; 10 - направляющие; 11 и 12 - изоляционные подушки; 13 и 14 - стопоры.
Для более устойчивой работы регулятор содержит не менее двух идентичных пар трособлочных систем и противовесов, установленных параллельно друг к другу. Каждый противовес связан с обеими створками через блоки 4-6 и гибкие тросы 7 и 8. Одними концами тросы 7 и 8 прикреплены к противовесам 9, а другими - к консольным концам створок 1 и 2.
В крайнем верхнем положении, т.е. при нулевом расходе воздуха, створки опираются на изоляционные подушки 11 и 12, изготовленные из эластичного материала.
Для лучшей герметизации по торцам створки имеют уплотнения из прорезиненной ленты (не показаны).
Для фиксации противовесов 9 в промежуточных положениях предусмотрены стопоры 13 и 14. По высоте направляющих 10 стопоров может быть несколько - в зависимости от диапазона регулирования расхода воздуха. При нулевом расходе воздуха, когда створки 1 и 2 полностью перекрывают вентиляционно-транспорт-ный проем, противовесы опираются на основание выработки
3. В остальных случаях стопоры 13 и 14 находят-
свободно опираться на них.
Масса противовесов выбирается индивидуально для каждого устройства в зависимости от массы створок с учетом наихудших условий, т.е. когда они находятся в опущенном (горизонтальном) положении. В этом положении суммарная масса противовесов должна быть не менее половины массы створок.
Угол наклона створок выбирается с таким расчетом, чтобы самоходный транспорт с наименьшим усилием мог наехать на них. Для наиболее распространенных горных выработок угол наклона створок может быть в пределах 28°. Возможна установка под разными углами друг к другу.
Регулятор расхода воздуха в горных выработках работает следующим образом.
При отсутствии транспортного средства створки 1 и 2 полностью перекрывают сечение горной выработки 3. Регулятор приводится в действие при воздействии транспортного средства со стороны забоя или выработки. При наезде транспортного средства на одну из створок она под действием его массы постепенно опускается в нижнее положение. Другая створка одновременно совершает точно такое же движение под действием собственной массы. При этом противовесы 9, связанные со створками через
трособлочные системы, поднимаются вверх. В этот момент обе створки 1 и 2 занимают горизонтальное положение и пропускают
траПрюрго!гоом>еда>твде транспортного средства обе створки 1 и 2 под действием противовесов возвращаются в исходное верхнее или промежуточное положение.
При необходимости регулирования расхода воздуха створки с помощью транспортного средства устанавливаются в одно из
промежуточных положений и противовесы
фиксируются соответствующими стопорами 13 и 14.Рабочие чертежи регуляторов (типа рис. 1) переданы руднику «Молибден» Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината. В рудоремонтных мастерских изготовлены опытные образцы и установлены на эксплуатационном участке гор 4 рудника «Молибден», которые показали высокую надежность в работе в течение 2х леГзгулятор (рис. 2) содержит наездные платформы 1 и 2, створки 3 и 4, узел управления и регулирования, состоящий из трособлочной системы, включающей спаренный блок 5 и одинарные блоки
6—9, гибкие тросы 10 и 11. Узел управления и регулирования включает также противовес 12, который имеет фиксацию по высоте выработки [2].
Обе наездные платформы внешними концами шарнирно закреплены под углом к основанию горной выработки 13 и перекрывают нижнюю часть сечения вентиляционно-транспортного проема 14. Наездные платформы через гибкие тросы 15 и 16 и блоки 8 и 9 связаны со створками 3 и 4, которые размещены симметрично относительно наездных платформ в верхней части вентиляционно-транспортного проема 14 и шарнирно закреплены к кровле выработки. Наиболее целесообразным представляется вариант, в котором в исходном состоянии наездные платформы занимают нижнюю половину вентиляционнотранспортного проема, а в другой (верхней) его половине размещены створки. Регулятор может быть исполнен в других вариантах, когда большую или меньшую половину указанного проема занимают наездные платформы или створки.
Во всех вариантах необходимо учитывать, чтобы в исходном положении наездные платформы и створки обеспечивали полное закрытие вентиляционно-транспортного проема 14. В этом положении, т. е. при нулевом расходе воздуха, свободные концы створок 3 и 4 должны опираться на внутренние торцы наездных платформ 1 и 2. Для лучшей герметизации платформы и створки по торцам имеются уплотнения из прорезиненной ленты (не показаны).
Наездные платформы 1 и 2 через гиб-
кие тросы 10 и 11 и блоки 5-7 связаны с противовесом 12, установленным в направляющих 17, жестко закрепленных в почве выработки 13. При этом гибкие тросы прикреплены к наездным платформам у края их внутренних торцов. Для более надежной и устойчивой работы регулятор целесообразно снабжать двумя идентичными парами трособлочной системы и противовесов размещенных параллельно друг другу.
В регуляторе предусмотрены стопоры 18 и 19, размещенные в направляющих 17 и служащие для фиксации противовесов 12 в промежуточных положениях. Количество пар стопоров зависит от диапазона регулирования воздушного потока. При нулевом расходе воздуха, т.е. когда платформы 1 и 2 и створки 3 и 4 полностью перекрывают сечение вентиляционно-транспортного проема, стопоры не требуются. В этом случае противовесы опираются на основание выработки. В остальных случаях противовесы располагаются выше соответствующей пары стопоров и свободно опираются на них, удерживая через трособ-
Рис. 2. Регулятор расхода воздуха в горных выработках:
а) - продольный разрез регулятора; б) - разрез по «А-А»; 1 и 2 - наездные платформы; 3 и 4 - створки; 5 - спаренный блок; 6-9 - одинарные блоки; 10 и 11 - гибкие тросы; 12 - противовес; 13 - почва выработки; 14 - вентиляционно-транспортный проем; 15 и 16 - гибкие тросы; 17 - направляющие; 18 и 19 - стопоры
лочные системы наездные платформы и створки в промежуточных положениях.
Угол наклона наездных платформ к основанию горной выработки можно выбирать в широких пределах. Он подбирается с таким расчетом, чтобы транспортное средство могло с наименьшим усилием нажать и наехать на них, наклоняя к основанию горной выработки. В одном регуляторе возможна установка наездных платформ под разными углами. Для оптимального варианта, когда наездные платформы перекрывают половину сечения вентиляционнотранспортного проема, угол наклона их к основанию выработки равняется 28°.
Створки по длине должны быть меньше, чем наездные платформы. Их можно закреплять также под большим углом к кровле выработки. В одном регуляторе возможна установка створок под разными углами. Наездные платформы и створки изготовляются из листовой стали. В горизонтальном положении своими внутренними (свободными) торцами наездные платформы должны плотно стыковаться одна с другой. В таком же положении створки должны стыковаться или накладываться внахлестку друг на друга.
Масса противовесов выбирается индивидуально для каждого регулятора в зависимости от массы наездных платформ и должна быть примерно на 5 % больше их суммарной массы с вычетом массы обеих створок (масса створок участвует также в возвращении наездных платформ в исходное положение). Указанные 5 % массы позволяют компенсировать потери в узлах трения и
массу посторонних наслоений на наездных платформах.
Противовесы 12 по форме могут быть круглого, квадратного или прямоугольного сечения. Направляющие 17 изготавливают из труб или швеллера. Высота их должна обеспечивать подъем противовесов в самое верхнее положение, при котором наездные платформы открывают проход для самоходного транспортного средства.
Работа регулятора происходит следующим образом. При наезде самоходного транспортного средства, например, на наездную платформу 1 под действием его массы она постепенно опускается в горизонтальное положение. При этом противовесы 12, связанные с данной платформой через тросы 10 и блоки 5 и 6,
поднимаются вверх, расслабляются тросы 11 и другая платформа под действием собственной массы принимает также горизонтальное положение. Одновременно обе створки 3 и 4 под воздействием гибких тросов 15 и 16 через блоки 8 и 9 открывают верхнюю часть вентиляционнотранспортного проема 14. Они также принимают горизонтальное положение. В этом случае сечение вентиляционно-транс-портного проема 14 полностью открыто для прохода транспортного средства. Аналогично рабо-
душного потока.
Устройство (рис. 3) содержит створку 1, состоящую из верхней 2 и нижней 3 частей и жестко закрепленную на горизонтально расположенной оси 4 вращения створки 1, ограничители 5 и 6 поворота створки 1, привод 7, включающий электродвигатель 8, самотормозящий редуктор 9 (например, червячного типа) и электромагнитную дисковую фрикционную муфту 10 [3].
Створка 1 устанавливается вертикально или под углом к вертикальной плоскости в горной выработке 11. Ось 4 вращения створки 1 крепится на створке 1 эксцентрично относительно центра тяжести последней.
В исходном (закрытом) положении створка 1 полностью перекрывает сечение горной выработки 11. Ось 4 вращения размещается в подшипниках 12 качения или скольжения. Каркас створки
1 изготавливается из труб, уголков или швеллеров и обивается листовой сталью или другим воздухонепропускающим и несгорающим материалом.
Верхняя часть 2 створки 1 по площади может быть меньше, больше или равна нижней части 3 створки. Во всех случаях ее масса должна быть больше массы нижней части 3 створки 1.
тает регулятор и при наезде транспортного средства на платформу 2.
При съезде транспортного средства т.е. при снятии нагрузки, наездные платформы 1 и 2 под действием противовесов 12 и створок 3 и 4, а сами створки под действием собственной массы возвращаются в исходное положение, полностью или частично перекрывая сечение вентиляционно-транспортного проема 14.
Платформы служат не только для управления створками и пропуска самоходного транспортного средства со стороны забоя или выработки, но и для регулирования совместно со створками воз-
Рис. 3. Вентиляционная дверь:
а) - вентиляционная дверь в исходном и открытом положении (продольный разрез); б) - вид двери сверху: 1 - створка; 2 и 3 - верхняя и нижняя части створки 1; 4
- ось вращения; 5 и 6 - ограничители поворота створки; 7 - привод; 8 - электродвигатель; 9 - самотормозящий редуктор;
10 - фрикционная муфта; 11 - горная выработка; 12 - подшипник
Величина массы верхней части 2 створки 1 зависит от многих факторов: она тем больше, чем больше масса нижней части 3 створки 1. Нижняя часть 3 створки 1 выполняется максимально облегченной.
Наименьшая разница в массах двух частей створки 1 постигается при открывании вентиляционной двери в сторону движения потока воздуха.
Наибольшая же разница в их массах будет
при противоположном открывании двери. Выбор массы створки 1 осуществляется по последнему варианту, т.е. с учетом наихудших условий работы. Разница в массах двух частей створки 1 может быть в пределах 30-40 %.
Масса верхней части 2 створки 1 может быть распределена равномерно по ее поверхности или в большей мере сконцентрирована у свободного конца в виде контргруза. Последний вариант более предпочтителен.
Для лучшей герметизации створка 1 устанавливается в раме и по периметру обивается прорезиненной лентой (не показано).
В качестве ограничителей 5 и 6 поворота можно использовать соответственно канаты и металлическую балку, закрепленные в горной выработке 11 по горизонтали. В крайних положениях створки 1 устанавливаются концевые выключатели.
Ось 4 вращения и ограничители 5 поворота размещаются на высоте, достаточной для пропуска транспортных средств. Для пропуска машин типа МоАЗ 74051-9586 эта высота должна быть не менее 3115 мм.
Для управления дверью можно использовать также приводы (не показаны), включающие, например, пневмоцилиндр или лебедку, которые позволяют открывать двери при их отключении соответственно от сети сжатого воздуха и электросети (не показаны). В первом случае шток пневмоцилиндра связан с одним концом рычага и посредством другого конца рычага соединен с осью вращения створки. Во втором - трос лебедки соединен непосредственно с одним из свободных концов створки или через рычаг, один конец которого связан со свободным концом троса, а другой конец - с осью 4 вращения.
Рассмотрим работу устройства.
В исходном (закрытом) положении двери горная выработка полностью перекрыта створкой 1. В этом случае электромагнитная дисковая фрикционная муфта 10 включена, а электродвигатель 8 отключен. Для открытия вентиляционной двери муфту 10 отключают и створка 1 принимает горизонтальное (нерабочее) положение. Это происходит благодаря тому, что верхняя часть 2 створки тяжелее, чем нижняя 3 часть створки 1, и ось 4 вращения закреплена эксцентрично. В этом положении створка поддерживается за счет ограничителей 5 поворота.
Закрывание двери производится с помощью
привода 7. Для этого включают электродвигатель 8 и вращение через редуктор 9 и электромагнитную муфту 10 передается на ось 4 вращения. В этом случае горная выработка 11 полностью перекрывается.
Разработаны рабочие чертежи вентиляционной двери с приводом в трех модификациях: лебедкой, пневмоцилиндрами и самотормозящим редуктором с электромагнитной фрикционной муфтой. Используется местное и (или) дистанционное управление дверью.
Дверь имеет сравнительно небольшую металлоемкость. Она обеспечивает надежное перекрытие и регулирование вентиляционных потоков в горных выработках при использовании рельсового транспорта и самоходных по-грузочно-доставочных машин.
Дверь проста и надежна в эксплуатации, не требует особого ухода. Ее можно изготовить в любой мастерской. Для этого не требуются остродефецитные материалы и комплектующие изделия. Конструкция двери в полной мере отвечает требованиям «Единых правил безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом» (ПБ-06-111-95).
Разработанное устройство внедрено на руднике «Молибден» Тырныаузского вольфрамомолибденового комбината (семь дверей) и на подземном руднике Гайского ГОК. Эксплуатация внедренных разработок показала их высокую надежность в работе и простоту обслуживания.
На рис. 4 представлена конструкция вентиляционной двери [4]. Она включает полотно 1 из двух поворотных створок 2 и 3, шарнирно установленных на вертикальных осях 4 и 5, и узлы 6 управления положением створок, включающие блоки 7, 8, тросы 9, 10, противовесы 11, 12 и шаровые подвески 13, 14.
Противовесы 11 и 12 через тросы 9 и 10 связаны соответственно с торцами створок 2 и 3, расположенных на периферии полотна 1. Для размещения створок 2 и 3 и противовесов 11 и
12 в горной выработке 15 выполнены ниши 16
и 17. Перемычки 18 и 19 предназначены для обеспечения герметизации транспортно-
вентиляционного проема. Шаровые подвески
13 и 14 обеспечивают поворот блоков 7 и 8 при открытии и закрытии створок 2 и 3. Смежные торцы створок 2 и 3 вплотную примыкают друг к другу, а периферийные торцы - к перемычкам 18 и 19. Противовесы 11 и 12 могут быть свободно подвешены в направляющих из уголков. Они размещены вдоль створок 2 и 3 (в исходном, закрытом состоянии). Створки имеют возможность поворачиваться вокруг своих осей в пределах 180°С.
Створки 2 и 3, блоки 7 и 8, подвески 13 и 14, противовесы 11 и 12 изготавливаются из стали. Створки 2 и 3 могут быть закреплены внутри металлической рамы, смонтированной в горной выработке. Для лучшей герметизации створки 2 и 3 по периметру уплотняются из прорезиненной ленты (не показано). Масса противовесов выбирается в зависимости от размеров дверей, скорости движения воздуха, трения в деталях и узлах. Она должна быть примерно на 5 % больше массы створок.
Для регулирования потоков воздуха дверь
Рис. 4. Шахтная вентиляционная дверь:
а) - дверь в плане (разрез); б) - вид А: 1 - полотно двери; 2 и 3 - поворотные створки; 4 и 5 - вертикальные оси; 6
- узел управления; 7 и 8 - блоки; 9 и 10 - тросы; 11 и 12 -противовесы; 13 и 14 - шаровые подвески; 15 - горная выработка; 16 и 17 - ниши; 18 и 19 - перемычки
оборудуется механизмами фиксации противовесов, например электродомкратами (не показаны), которые устанавливаются под противовесами 11 и 12. Для фиксации противовесов на определенной высоте можно использовать также электролебедку или стопоры, закрепляемые в направляющих противовесов.
Шахтная вентиляционная дверь эксплуатируется следующим образом.
В исходном состоянии створки 2 и 3 расположены поперек горной выработки 15. Противовесы 11 и 12 находятся в нижнем положении. Створки 2 и 3 открываются нажатием корпуса электровоза или самоходного транспортного средства. В этом случае створки 2 и 3 поворачиваются в осях 4, 5 и устанавливаются вдоль горной выработки 15, откры-
вая вентиляционно-транспортный проем. После отъезда транспортного средства под воздействием противовесов 11 и 12 створки возвращаются в исходное (закрытое) положение.
Регулирование потоков воздуха осуществляется следующим образом. При подъеме противовесов при помощи электролебедки или электродомкратов за счет разницы в динамическом напоре в середине выработки и у бортов створки повернутся на некоторый угол для того, чтобы обеспечить необходимую величину регулирования потока воздуха. На такой же угол их можно повернуть при установке под поднятыми противовесами стопоров.
Вентиляционная дверь (рис. 5) включает раму 1, установленную в ней створку 2 с вертикальной осью 3 вращения, совмещенной с осью симметрии и створки, и предохранительными направляющими элементами 4, 5, прикрепленными к свободным концам створки 2 и с двух противоположных ее сторон [5]. Узел 6 управления выполнен в виде канатов 7, каждый из которых жестко прикреплен одним концом к створке 2, другим концом - к раме 1 и установлен симметрично относительно последней.
Створка 2 перекрывает поперечное сечение горной выработки 8 с двумя железнодорожными путями 9, а ось вращения установлена между путями.
Для лучшей герметизации створка 2 по периметру уплотняется прорезиненной лентой (не показано) и имеет возможность поворачиваться вокруг оси 3 вращения на 180°.
В качестве предохранительных направляющих элементов 4, 5 можно использовать пластинчатые пружины с закругленными концами. Возможно также использование роликов или жестких скоб, покрытых эластичным материалом. Предохранительные направляющие элементы 4 имеют длину больше расстояния между вагонами и обеспечивают смягчение ударов свободных концов створки 2 о борта электровоза и вагонеток при их прохождении через вентиляционную дверь.
Рама 1, створка 2, ось 3 вращения и предохранительные направляющие элементы 4, 5 изготав-
Рис. 5. Вентиляционная дверь для двухпутевой горной выработки:
а) - вид двери в плане; б) - схема установки двери в поперечном сечении горной выработки; 1 - рама; 2 - створка; 3 - ось вращения; 4 и 5 - направляющие элементы; 6 - узел управления; 7 - канат; 8 - горная выработка; 9 - железнодорожные пути
ливаются из стали.
Предохранительные направляющие элементы прикрепляются к створке 2 с помощью болтов или сварки, а канаты 7 - с помощью хомутов.
Количество и сечение канатов 7 выбираются с таким расчетом, чтобы после прохода поезда створка 2 могла занять исходное состояние, т.е. закрыть вентиляционно-транспортный проем. Они размещаются сверху или снизу створки 2 или одновременно сверху и снизу.
В конкретном примере выполнения используются два предохранительных направляющих элемента (при наличии самостоятельных грузового и порожнего путей). Если по каждому пути движение осуществляется в обоих направлениях, то предохранительными направляющими элементами должны быть снабжены обе стороны свободных концов створок 2. В этом случае их должно быть четыре. При использовании обоих путей для двухстороннего движения должна быть обеспечена очередность прохождения поездов через вентиляционную дверь с помощью соответствующих блокировок.
В исходном состоянии створка 2 расположена в поперечном сечении горной выработки 8, полностью закрывая вентиляционно-транспортный проем.
Створка 2 открывается нажатием корпуса электровоза или вагона на одну из ее половин через соответствующий предохранительный направляющий элемент 4, 5. Створка 2 поворачивается вокруг оси 3 вращения и занимает положение вдоль горной выработки 8, располагаясь между железнодорожными путями.
При этом вентиляционно-транспортный проем полностью открывается. Если в этот момент по второму железнодорожному пути навстречу подойдет другой поезд, то для него этот проем уже открыт и поезд без препятствий пройдет через вентиляционную дверь.
После прохода поезда под воздействием усилий скрученных канатов 7 створка 2 автоматически возвращается в исходное положение.
Эксплуатация опытного устройства показала исключительно надежную работу во всех режимах и возможность корректировки воздухопотоков с целью повышения экологической безопасности рабочего участка.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алборов И.Д., Царикаев В.К., Галаневич И.Д., Милохин Ю.П. Регулятор расхода воздуха в горных выработках. А.с. 1624185, СССР. БИ 1991, №4.
2. Царикаев В.К., Галаневич И.Д., Милохин Ю.П. Регулятор расхода воздуха в горных выработках. А.с. 1442671, СССР. БИ 1988, №45.
3. Алборов И.Д., Царикаев В.К., Корошвили И.М., Галаневич И.Д., Отаров К.М., Галаневич Д.И. Вентиляционная дверь. А.с. 1610043, СССР, БИ 1990, №44.
4. Алборов И.Д., Царикаев В.К., Галаневич И.Д., Отаров К.М., Корошвили И.М., Галаневич Д.И. Шахтная вентиляционная дверь. А.с. 1587214, СССР. БИ
1990, №31.
5. Царикаев В.К. Вентиляционная дверь для двухпутевой горной выработки. А.с. 1691531, СССР, БИ 1991, №42.
6. Царикаев В.К. Регулятор расхода воздуха в горных выработках. Инф. листок №65-93. ЦНТИ, Владикавказ, 1993.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ =-
У-----------------------------------------------------------------------7
Алборов Иван Давыдович - профессор, доктор технических наук, Северо-Кавказский государственный технологический университет.
Царикаев Владимир Каурбекович - кандидат технических наук, Северо-Кавказский государственный технологический университет.
^____________________________:______________________________________
