Одноканатной подъемной установки

 

Задачей маркшейдерского контроля является установление фактического соотношения между геометрическими элементами шахтной подъемной установки. Сопоставление фактического соотношения между элементами подъема с проектным позволяет оценить имеющиеся отклонения и сравнить их с допустимыми, при которых возможна нормальная и безопасная работа шахтного подъема [1, 2].

В комплекс основных сооружений одноканатной подъемной установки входят: подъемная машина с органами навивки канатов – барабанами, копер с направляющими шкивами и проводники, закрепленные на расстрелах. Связь между барабанами подъемной машины, шкивами и подъемными сосудами обеспечивается стальными проволочными канатами (рис.8).

Для одноканатных подъемных установок применяют однобарабанные (Ц) и двухбарабанные (2Ц) подъемные машины, а также машины с бицилиндроконическими барабанами (БЦК) диаметром от 1,2 до 9 м. Копровые шкивы изготовляют диаметром от 2 до 6 м.

Основными геометрическими параметрами одноканатной подъемной установки являются: высота подъема Н_п и высота шкива Н_ш, высота оси главного вала Н_б относительно нулевой площадки, диаметры барабанов D_б и шкивов D_ш, расстояние от центра подъема (ствола) до оси главного вала подъемной машины х_шг,наклонная длина струны канатов l, углы наклона струны канатов j, минимальная длина подъемного сосуда l _min,строительная ширина барабана Б ₀,расстояние между барабанами b, углы девиации a₁, a₂, a₃, a₄ на барабанах и углы девиации b₁, b₂, b₃, b₄ на шкивах (рис.9).

Угол девиации подъемного каната на барабане a – это угол между осью струны каната и плоскостью, перпендикулярной оси главного вала, проходящей через точку схода каната с барабана. Угол девиации каната на шкиве b – угол, образованный осью струны каната и осевой плоскостью шкива. Углы девиации зависят от длины струны каната и ширины зоны навивки каната на барабан машины.

На барабане машины различают следующие зоны размещения подъемного каната: зону витков трения b _Т, зону запасных витков b_з,зону рабочих витков b_р;зону свободных витков b_с. При расчете углов девиации используют суммарную зону витков рабочих и запасных (b_р + b_з). Точки схода канатов с барабанов Б ₁, Б ₂ и Б ₃, Б ₄определяют вычислением зоны трения витков b _Т (Б ₁, Б ₄) и зоны свободных витков b_с (Б ₂, Б ₃) или непосредственным измерением расстояний b ₁, b ₂и b ₃, b ₄.

Подъемные канаты связывают в единой целое отдельные элементы подъемного комплекса, поэтому отклонения геометрических элементов подъема наиболее полно проявляются при изменении положений канатов. В связи с этим главными критериями оценки соотношения геометрических элементов системы подъемная машина – копер являются углы девиации канатов на барабанах и шкивах, а системы копровый шкив – армировка являются углы отклонения w _х, w _у от вертикали головных канатов. Кроме того, положение геометрических элементов характеризуется углами наклона осей главного вала e и вала копрового шкива d.

Проверку геометрической связи оборудования одноканатной подъемной установки производят после окончания ее монтажа и периодически, не реже одного раза в год, в период эксплуатации. По результатам проверки маркшейдер определяет горизонтальность осей вала подъемной машины и копровых шкивов, устанавливает соответствие проекту значений углов девиации на барабанах и шкивах, а также углов отклонения от вертикали подъемных канатов правилам технической эксплуатации.

При маркшейдерской проверке подъемной установки определяют: углы девиации канатов на барабанах машины a₁, a₂, a₃, a₄ и копровых шкивов b₁, b₂, b₃, b₄; углы отклонения от вертикали головных канатов в двух координатных плоскостях w _х и w _у; углы наклона осей главного вала e и валов копровых шкивов d₁и d₂; превышение D h оси вала шкива относительно оси главного вала подъемной машины, горизонтальное L ₀ и наклонное l расстояния между осью вала шкива и осью главного вала; угол наклона j линии, соединяющей оси вала шкива и главного вала; минимальную длину l _minголовного каната (см.рис.8).

При проверках в период эксплуатации подъемной установки геометрические параметры D h, L ₀, l,j, l _minможно не определять, а выписывать их значения из материалов ранее выполненной проверки.

Маркшейдерские работы при проверке подъемной установки включают: примыкание теодолитного хода к оси главного вала; проложение теодолитного хода из машинного зала на подшкивную площадку; высотную съемку главного вала и валов шкивов; линейные измерения на барабанах машины и на подшкивной площадке; измерения для определения углов отклонения от вертикали головных канатов; обработку измерений и графическое оформление материалов проверки подъемной установки.

Методика измерений зависит от состояния разбивочной сети. Перед определением углов девиации маркшейдер должен проверить неизменность положения пунктов, закрепляющих разбивочные оси в здании подъемной машины, на подшкивной площадке копра и осевых пунктов шахтного ствола. Если неизменность положения пунктов окажется установленной, то для определения углов девиации измеряют необходимые расстояния от разбивочных осей до подъемных канатов на барабанах и шкивах. В противном случае определяют взаимное положение канатов на барабанах и шкивах непосредственной съемкой элементов подъемной установки независимо от осей шахтного ствола. При этом за исходное направление принимают разбивочную или вспомогательную ось главного вала подъемной машины или перпендикулярное направление, определяемое методом вращающейся точки, закрепленной на реборде барабана или на торце тормозного обода машины [2, 3].

Примыкание теодолитного хода к оси главного вала может быть выполнено тремя способами: 1) к реборде барабана; 2) к торцу тормозного обода машины; 3) к разбивочной оси главного вала. Рассмотрим содержание и последовательность выполнения работ при каждом способе примыкания.

При первом способе (примыкание к реборде барабана) за исходное направление принимают направление ГГ ₁, параллельное оси 0Х и лежащее в плоскости вращения точки, отмеченной на реборде барабана подъемной машины (рис.10). Для этого к реборде барабана прикрепляют специальный кронштейн Г. Точку С выбирают в здании подъемной машины, вблизи и примерно в створе одной из реборд барабана. При повороте барабана на 180° точка Г займет положение Г ₁, а линия ГГ ₁ образует прямую, параллельную фактической оси подъема. В точке С устанавливают теодолит и измеряют углы ВСГ, ВСГ ₁и расстояния СГ, СГ ₁. Затем прокладывают теодолитный ход Г-С-В-А, закрепляя последнюю точку А примерно на оси подъема с учетом возможности визирования на подшкивную площадку.

Для вынесения на подшкивную площадку направления АП ₁,параллельного оси подъема, вычисляют элементы треугольника СГГ ₁и угол ВАП ₁. Это направление фиксируют на подшкивной площадке проволокой П ₁ П ₂и измеряют от нее расстояния до реборд шкивов D Y_{ПШ 1}, D Y_{ПШ 2} и D Y_{ПШ 3}, D Y_{ПШ 4} (см.рис.9). При помощи отвесов или уровня проверяют вертикальность осевых плоскостей шкивов и горизонтальность валов шкивов.

В здании подъемной машины измеряют расстояние между барабанами b, строительную ширину барабана Б ₀,ширину реборды r, длину кронштейна (гвоздя) f,а также фиксируют точки схода каната Б ₁, Б ₂,первого барабана измерением расстояний b ₁, b ₂и точки схода Б ₃, Б ₄второго барабана измерением расстояний b ₃, b ₄.

Способ «вращающейся точки» (примыкание к торцу тормозного обода машины) основан на положении, что точка барабана машины описывает окружность в плоскости, перпендикулярной оси вращения главного вала. Работы выполняют в следующем порядке [2]. На торце тормозного обода барабана подъемной машины фиксируют точку Т,измеряют расстояния В ₀, r и S ₀ (рис.11) и вычисляют ординату этой точки. В полу машинного зала закрепляют точку С,а в стене здания точку Р с таким расчетом, чтобы линия РС была приблизительно параллельна торцу тормозного обода и удалена от него не более чем на 300 мм. Теодолитом, установленным на точке С,визируют на точку Р. Поворачивают барабан машины до тех пор, пока точка Т не займет ближнее положение. По линейке, горизонтально приставленной нулем шкалы к точке Т,против вертикальной нити теодолита берут отсчет D у ₁с точностью 0,1 мм и измеряют расстояние l ₁ от теодолита до линейки, а также вертикальный угол d₁. Аналогичные измерения выполняют при верхнем (D у ₂, l ₂,d₂) и дальнем (D у ₃, l ₃,d₃) положениях точки Т. Примыкание завершается измерением угла РСВ и горизонтального расстояния S ₂от верхней образующей главного вала до точки С,равного абсциссе х_С точки С (S ₂ = x_C).

При проложении теодолитного хода из здания подъемной машины на подшкивную площадку следует стремиться к минимальному числу точек и наименьшей длине хода. Если имеется возможность, то направление АП ₁выносят на подшкивную площадку через проем в здании подъемной машины для пропуска канатов или располагают последнюю точку теодолитного хода на крыше здания. Угловые и линейные измерения выполняют с такой же точностью, как и в случае подземной полигонометрии. Переднюю точку П ₁вспомогательной оси подъема выносят на подшкивную площадку при двух положениях трубы теодолита. Измеренный угол ВАП ₁не должен отличаться от вычисленного более чем на ±30". Заднюю точку П ₂на подшкивной площадке закрепляют в створе с точкой П ₁по направлению АП ₁,параллельному оси подъема. Положение шкивов определяют измерением расстояний D Y_{ПШ 1},D Y_{ПШ 2}иD Y_{ПШ 3},D Y_{ПШ 4}(см. рис.9).

Ординаты точек схода канатов с барабана Б ₁, Б ₂,и Б ₃, Б ₄определяют по линейным измерениям от реборд, симметрично расположенных относительно центра подъемной машины. Расстояние b ₂измеряют при верхнем положении первого подъемного сосуда от реборды до схода каната Б ₂,а расстояние b ₁ – до середины четвертого витка Б ₁(футеровка барабана деревянная) или середины шестого витка (металлическая обечайка барабана). Аналогичные измерения расстояний b ₃, b ₄выполняют для второго каната, а затем вычисляют ординаты точек схода канатов с барабанов Y_{Б 1}, Y_{Б 2}и Y_{Б 3}, Y_{Б 4}.

Третий способ (примыкание к разбивочной оси главного вала) применяют в том случае, если сохранились скобы разбивочной оси главного вала подъемной машины. Предварительно проверяют параллельность оси вала и натянутой проволоки, фиксирующей разбивочную ось. Угол между ними не должен превышать ±2¢. Далее, принимая разбивочную ось за исходное направление (рис.12), закрепляют точки Т ₁и Т ₂с помощью отвесов, опущенных с проволоки. Устанавливают теодолит в точке Т ₂и измеряют угол Т ₁ Т ₂ С,расстояние Т ₂ С, а также расстояния Б ₀, b, r, t ₂, t ₁. Определив координаты точки С,прокладывают теодолитный ход Т ₂ -С-В-А и выносят на подшкивную площадку вспомогательную ось П ₁ П ₂, параллельную оси подъема. От этой оси измеряют расстояние D Y_{ПШ 1},D Y_{ПШ 2}до реборд первого шкива и расстояния D Y_{ПШ 3},D Y_{ПШ 4}до второго шкива.

В здании подъемной машины измеряют расстояния b ₁, b ₂на первом барабане и b ₃, b ₄на втором барабане, а затем определяют ординаты точек схода канатов с барабанов Y_{Б 1}, Y_{Б 2}и Y_{Б 3}, Y_{Б 4}. Далее приступают к математической обработке измерений.

Углы отклонения от вертикали головных канатов определяют по результатам ординатной съемки канатов при нижнем и верхнем положении подъемного сосуда. Ординатную съемку канатов выполняют на горизонте измерений, расположенном ниже подшкивной площадки. Проекции углов отклонений на координатные плоскости вычисляют по формулам

;

,

где l и l ¢ – расстояние от оси рейки координатометра до оси каната соответственно при нижнем и верхнем положении сосуда; f и f ¢ – расстояние от нуля координатометра до проекции оси каната на ось рейки при том же положении сосуда; h ₁ – превышение между осью вала шкива и горизонтом измерений.

Обработку измерений выполняют в условной системе координат, центр которой совпадает с центром подъемной машины (х ₀ = 0; у ₀ = 0), ось Х – направление фактической оси подъема в сторону ствола, ось Y – направление оси главного вала.

Математическую обработку контрольных измерений, в зависимости от способа и схемы примыкания к оси главного вала, выполняют в следующей последовательности.

Первый способ (см. рис.10).

1. Вычисляют координаты точек Г и Г ₁на реборде барабана

;    ;                                      (7)

 

где В ₀ = 2(Б ₀ + r) + b.

2. Решением треугольника СГГ ₁находят углы a и b при точках Г и Г ₁. Поскольку точку С намечают примерно в створе точек Г и Г ₁,треугольники имеют весьма вытянутую форму. В треугольнике измеряют стороны СГ ₁ = а и СГ = в, третью сторону ГГ ₁ = с и угол g вычисляют из выражений с = а – в,g = ВСГ ₁ – ВСГ. Углы вычисляют по формуле синусов

; .                                               (8)

Сумма углов в треугольнике должна быть равна 180°. Дирекционный угол линии (ГГ ₁ = 0°) является дирекционным углом фактической оси подъема.

3. Вычисляют координаты точки С:

;                                           (9)

,

где (ГС) = (ГГ ₁) + a; (Г ₁ С) = (ГГ ₁) – b ± 180°.

Второй способ (см. рис.11).

1. Вычисляют ординату точки Т на торце тормозного обода барабана и координаты точек 1, 2,3 на линии СР, используя отсчеты D у ₁,D у ₂,D у ₃по линейке при трех положениях точки Т:

у_Т = –(0,5 В ₀ + r + S ₀),                                                    (10)

где В ₀ = 2(Б ₀ + r) + b;

х ₁ = х_С + l ₁cosd₁ = х_С + S ₁;  у ₁ = у_Т + D у ₁;

х ₂ = х_С + l ₂cosd₂ = х_С + S ₂;      у ₂ = у_Т + D у ₂;                                    (11)

х ₃ = х_С + l ₃cosd₃ = х_С + S ₃;  у ₃ = у_Т + Dу ₃,

где х_С = S ₂– измеренное горизонтальное расстояние от верхней образующей главного вала до точки С, равное абсциссе точки С.

2. Определяют дирекционный угол стороны (РС) по координатам точек 1 и 3:

.                                                      (12)

3. Вычисляют ординату точки С:

y_C = y ₂ + x_C tg(PC).                                                   (13)

Третий способ (рис.12).

1. Вычисляют координаты точки Т ₁на разбивочной оси главного вала:

х_{Т 1} = 0;  у_{Т 1} = 0,5 В ₀ + r + t ₁,                                             (14)

где В ₀ = 2(Б ₀ + r) + b.

2. Вычисляют координаты точки Т ₂:

= 0; = (0,5 В ₀ + r + t ₂).                                          (15)

3. Определяют координаты точки С

                                                  (16)

 

Дальнейшие вычисления являются общими для всех способов примыкания к оси главного вала подъемной машины.

4. Определяют координаты точек В (В ₁), А теодолитного хода в ведомости вычисления координат:

.

5. Вычисляют угол СВА = b _А для переноса в натуру разбивочной оси П ₁ П ₂на подшкивную площадку:

b _А = (АП ₁) – (АВ) = 360° – (АВ) .                                            (17)

6. Находят угол наклона струны канатов j и длину l:

;                                                        (18)

или ,                                            (19)

где .

7. Определяют ординаты точек схода Б ₁, Б ₂и Б ₃, Б ₄канатов с барабанов (см. рис.9):

; ;                                          (20)

; .

8. Определяют ординаты точек схода Ш ₁, Ш ₂и Ш ₃, Ш ₄канатов со шкивов:

; ;                                                          (21)

Y_{Ш 3} = Y_{П 1} + D Y_{ПШ 3}; Y_{Ш 4} = Y_{П 2} + D Y_{ПШ 4}.

9. Вычисляют углы девиации канатов на первом (a₁a₂) и втором (a₃a₄) барабанах:

; ;                                     (22)

; .

10. Определяют углы разворота оси симметрии шкивов относительно оси подъема:

; .                                   (23)

11. Вычисляют углы девиации канатов на первом (b₁b₂) и втором (b₃b₄) шкивах:

b₁ = a₁ – g₁cosj; b₂ = a₂ – g₁cosj;                                          (24)

b₃ = a₃ – g₂cosj; b₄ = a₄ – g₂cosj.

Значения углов девиации a и b не должны превышать 1°30¢ для подъемных машин типа Ц, 2 Ц и 2° для машин типа БЦК.

Если на шкиве углы девиации b₁ и b₂ (b₃ и b₄) значительно отличаются и превышают установленный допуск, то следует предусмотреть разворот шкива в сторону большого угла. Разворот шкива

.                                (25)

12. Вычисляют углы отклонения первого и второго канатов от вертикали:

; ;                            (26)

; .

Значения углов отклонения w от вертикали не должны превышать 1° при жесткой армировке и 30¢ при канатной армировке. При больших углах отклонения для производства рихтовочных работ вычисляют смещения точки закрепления каната к подъемному сосуду d_х и d_у относительно схода каната со шкива

; .

Пример 2. Требуется определить углы девиации на барабанах и шкивах, а также углы отклонения канатов от вертикали.

В результате контрольных измерений при маркшейдерской проверке одноканатной подъемной установки типа 2 Ц определены: высота подшкивной площадки Н_ш = 26,8 м;высота главного вала подъемной машины Н_б = 0,8 м;диаметр барабана D_б = 5,0 м;диаметр шкива D_ш = 4,0 м;строительная ширина барабана Б ₀ = 1,5 м;расстояние от оси главного вала до точки схода каната со шкива Х_шг = 40,0 м; минимальное расстояние от точки подвеса сосуда до подшкивной площадки l _min = 11,5 м;расстояние от подшкивной площадки до горизонта измерений положения канатов h ₁ = 8,2 м; расстояние между барабанами b = 450 мм; ширина реборды барабана r = 10 мм;длина кронштейна f = 15 мм;на первом барабане зафиксированы точки схода каната b ₁ = 170 мм; b ₂ = 1370 мм;на втором барабане – b ₃ = 1290 мм; b ₄ = 130 мм;на подшкивной площадке измерены расстояния: D Y_{ПШ 1} = 830 мм; D Y_{ПШ 2} = 815 мм; D Y_{ПШ 3} = 530 мм; D Y_{ПШ 4} = 505 мм; на горизонте измерений координатометром определены смещения канатов D l ₁ = –80 мм; D f ₁ = –58 мм; D l ₂ = 62 мм; D f ₂ = –44мм. Примыкание теодолитного хода выполнено к реборде барабана подъемной машины (см. рис.10): ВСГ = 262°11¢40²; ВСГ ₁ = 262°26¢40²; СВА = 313°36¢38²; СГ = 3,245 м; СГ ₁ = 8,227 м; СВ = 23,265 м; ВА = 31,782 м.

Решение. 1. Вычисляем координаты точек Г и Г ₁на реборде барабана по формуле (7):

; х_{Г 1} = 2,491 м;

В ₀ = 2(1,500 + 0,010) + 0,450 = 3,470 м;

у_Г = у_{Г 1} = 1,735 + 0,010 + 0,015 = 1,760 м.

2. Вычисляем углы a и b при точках Г и Г ₁из треугольника СГГ ₁. Имеем СГ ₁ = а = 8,227 м; СГ = в = 3,245 м; ГГ ₁ = с = а – в = 4,982 м;g = ВСГ ₁ – ВСГ = 0°15¢00².По формуле (8) находим a¢ = 0°24¢48², следовательно, a = 179°35¢12²; b = 0°09¢47²; контроль a + b + g = 179°59¢59².

3. Определяем координаты точки С по формуле (9):

х_С = –2,491 + 3,245cos179°35¢12² = –5,736 м;

у_С = 1,760 + 3,245sin179°35¢12² = 1,783 м.

4. Определяем координаты точек В и А в специальной ведомости (табл.4).

 

Таблица 4