Технологические перевозки горной массы с использованием аэростатных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерация

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра Открытых горных работ

Курсовой проект

на тему «Технологические перевозки горной массы с использованием аэростатных систем»

Новокузнецк 2014

Содержание

Введение

1. Быстровозводимые энергосберегающие аэростатно-канатные транспортные системы

2. Основная задача изобретения

3. Аэростатные крылья для интенсификации проветривания глубоких карьеров

Вывод

Список используемой литературы

Введение

Известный аэростатно-канатный подъемник предназначен для подъема горной массы со дна карьера и состоит из привода; бесконечного тягового каната, концы которого закреплены на лебедках привода; закрепленных к тяговому канату в одной точке грузового сосуда и аэростата; шкива на дне карьера и шкива в месте закрепления грузового сосуда и аэростата. Подъемник работает в маятниковом режиме. Аэростат в данном подъемнике неустойчив под воздействием ветра, в результате чего происходит раскачка всей системы, что вызывает нестабильность работы подъемника.

Транспортный комплекс предназначен для подъема горной массы с глубоких горизонтов карьера. Комплекс включает две канатные магистрали одинаковой длины. Обе магистрали закреплены на нижнем горизонте посредством опорного узла со шкив-блоком. Каждая магистраль имеет каретку с присоединенным к ней аэростатом, уравновешивающим вес транспортной емкости для груза, закрепленной на каретке. Каретки подвижно связаны проходящим через шкив-блок и закрепленным на нижнем горизонте тяговым канатом так, что верхнее крайнее положение емкости на одной магистрали соответствует нижнему крайнему положению емкости на другой магистрали. Отходящие от каждой каретки концы тяговых канатов после прохождения через отклоняющие шкивы присоединены к барабанам двух реверсивных лебедок, установленных на разных площадках верхнего горизонта. Применение комплекса позволяет снизить затраты на транспортирование горной массы и улучшить проветривание карьера.

горный карьер аэростатный транспортирование

1. Быстровозводимые энергосберегающие аэростатно-канатные транспортные системы

Разработан аэростатно-канатный спуск (АКС) на основе запатентованного способа транспортирования горной массы, отличающийся от известных грузовых канатных дорог принципом функционирования и возможностью работы в автономном режиме без подвода топливной или электрической энергии от внешних источников. АКС предназначен, в основном, для выполнения транспортных работ при нисходящих грузопотоках, большие масштабы которых характерны не только для нагорных, но и для равнинных карьеров. Огромные объемы по транспортированию вскрышных пород связаны с внешним и внутренним отвалообразованием, с перемещением горной массы на концентрационные горизонты, с засыпкой и рекультивацией выработанного пространства отработанных карьеров и т.д.

2. Основная задача

Основная задача изобретения заключается в повышении эффективности способа транспортирования горной массы, расширении технологических возможностей, снижении энерго-ресурсоемкости за счет использования взамен электроприводных сил - аэростатических и гравитационных сил, изменения координат их приложения и траектории движения рычага-стрелы, несущего транспортную емкость и противовес.

Поставленная задача решается тем, что в способе транспортирования горной массы, включающем засыпку горной массой емкости, соединение ее со свободным концом поворотной фермы-стрелы, опирающейся шарнирно на стационарную или передвижную опору, установленную на верхнем горизонте, перемещение емкости к месту разгрузки на нижнем горизонте поворотом фермы-стрелы на опоре, разгрузку и возврат ее обратным поворотом на горизонт погрузки, свободный конец поворотной фермы-стрелы, несущей емкость, соединяют с аэростатом, ось вращения стрелы наклоняют от вертикали в сторону выработанного пространства или склона, емкость на верхнем горизонте погрузки загружают с превышением веса груженой емкости над подъемной силой аэростата, перемещение груженой емкости производят действием вращающего момента силы тяжести груза (горной массы), а возврат емкости производят действием вращающего момента свободной подъемной силы аэростата. При этом собственный вес рабочего плеча стрелы и емкости (тары) уравновешивают подвижным противовесом.

При регулярном подъеме горной массы на верхний горизонт загрузку емкости производят порцией горной массы, вес которой равен свободной грузоподъемности аэростата, при этом перемещение емкости вверх осуществляют за счет вращающего момента от противовеса и привода поворота стрелы, а вниз - за счет вращающего момента от собственного веса стрелы и привода ее поворота.

Сущность изобретения заключается в том, что горную массу с верхнего горизонта на нижний перемещают в емкости, соединенной вместе с аэростатом со свободным концом шарнирно связанной с опорой стрелы, путем поворота уравновешенной стрелы в плоскости, наклоненной в сторону транспортирования над бортом карьера, котлована или склона за счет превышения величины момента силы тяжести груженой емкости над величиной вращающего момента подъемной силы аэростата, а с нижнего горизонта на верхний порожнюю или частично загруженную емкость перемещают также путем поворота стрелы в наклонной плоскости за счет превышения величины вращающего момента подъемной силы аэростата, причем скорость движения аэростата и стрелы регулируют изменением аэродинамического профиля аэростата, перпендикулярного радиусу вращения стрелы, угла наклона плоскости (оси) вращения стрелы и ее длины; при интенсивном нисходящем грузопотоке рекуперацию энергии осуществляют путем загрузки емкости горной массой до веса, превышающего свободную грузоподъемность аэростата в два раза.

Опоры могут быть стационарными (например, для регулярного транспорта горной массы от нагорного карьера к подножью горы), передвижными или самоходными на гусеничном либо шагающем ходу. Стрела имеет передвижной противовес для дополнительного регулирования действующих крутящих моментов и устойчивости.

При определенных условиях способ обладает энергетической автономностью. Энергия на начальный импульс к движению аккумулируется на оси поворотного устройства, где также возможна рекуперация энергии, которую целесообразно осуществлять при загрузке емкости горной массой до веса, превышающего свободную грузоподъемность в два раза. Торможение всегда может быть рекуперативным.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ позволяет многократно снизить энергоемкости и получить при определенных условиях энергетическую автономность, увеличить радиус действия в 2-3 раза за счет аэростатической поддержки транспортируемого груза, значительно снизить металлоемкость и установленную мощность, получить плавные характеристики разгона и торможения за счет парусности аэростата и обеспечить упрощение конструкции, уменьшение массы, а значит, увеличение проходимости, условий устойчивости на уступах и возможность последовательной отсыпки выработанных пространств одним высоким уступом.

По сравнению с аэростатно-канатными спусками устраняется проблема большого провеса канатов, обеспечиваются полнота засыпки отработанных пространств карьеров (возможна работа при углах наклона тракта менее 6,5o), большая ветроустойчивость, надежность и ремонтопригодность.

Исключаются одна из опор, износ канатов и потери энергии на трение скольжения, необходимость сложной каретки, обеспечиваются более широкие возможности регулирования производительности комплексов (не только профилем АСА и двигателем лебедки, но и изменением угла наклона плоскости вращения, длины стрелы, применением противовеса).

Таким образом, реализация способа позволяет повысить эффективность процессов транспортирования горной массы на открытых горных работах, основанных на активном использовании гравитационных и аэростатических сил взамен электроприводных, и тем самым получить дополнительный технико- экономический эффект за счет снижения энерго-ресурсоемкости и расширения технологических возможностей. Кроме того, обеспечивается экологическая чистота транспортного процесса.

Способ позволяет создать новый вид транспортной техники для различных горно-технологических условий и систем разработки как транспортных, так и выемочно-транспортных комплексов (при замене транспортной емкости на грейфер или ковш).

Схема Аэростатного-канатного спуска

Существующие технологии добычи минерального сырья характеризуются высокой энерго?мкостью и значительными нарушениями природной среды. Для устранения этих недостатков ключевое значение имеет создание нетрадиционных транспортных систем. К их числу относятся аэростатно-канатные транспортные системы (АКТС), разрабатываемые в России для открытых горных работ (ОГР). Среди них выделяется разработанный сотрудниками СФУ аэростатно-канатный спуск (АКС) на основе запатентованного (патент №2052115) способа транспортирования горной массы, отличающегося от известных грузовых канатных дорог принципом функционирования и возможностью работы в автономном режиме без подвода топливной и электрической энергии от внешних источников. АКС предназначен, в основном, для выполнениятранспортных работ при нисходящих грузопотоках, большие масштабы которых характерны не только для нагорных, но и для равнинных карьеров. Огромные объ?мы по транспортированию вскрышных пород связаны с внешним и внутренним отвалообразованием, с перемещением горной массы на концентрационные горизонты, с засыпкой и рекультивацией выработанного пространства отработанных карьеров и т.д. спуск груж?ной ?мкости осуществляется под действием силы E?F0, а возврат ?мкости под действием силы F0, т.е. в обоих случаях используется гравитационная энергия.

Кроме того, при работе АКС можно генерировать электроэнергию с промышленными параметрами. Процесс рекуперации оптимален при соотношении F0/E=0.5. Длина без-опорной канатной магистрали может достигать 2.5 км, а угол наклона хорды прол?та -до 60°.

3. Аэростатные крылья для интенсификации проветривания глубоких карьеров

Актуальность создания безопасных атмосферных условий на рабочих местах в карьерах по мере их углубления и увеличения угла откоса бортов постоянно возрастает. Существует большое количество технических предложений по общеобменной вентиляции глубоких и сверхглубоких карьеров. В качестве целесообразного метода вентиляции признан трубопроводный способ, наиболее эффективно реализуемый с помощью мобильных систем с гибкими аэростатическими трубопроводами.

При этом вопрос о целесообразности искусственной вентиляции глубоких карьеров до настоящего времени остается дискуссионным, что в основном связано с отсутствием аргументированного обоснования необходимости соблюдения санитарно-гигиенических норм во всем объеме карьерного пространства при известных экономических и энергетических ограничениях. Вместе с тем, существуют менее затратные способы нормализации атмосферы глубоких карьеров, основанные на интенсификации естественных возду-хообменных процессов. Активизация естественного воздухообмена может быть инициирована выполнением особых технологических мероприятий или с помощью специальных сооружений и устройств, включая теплообменные системы, воздухопроводные каналы с естественной тягой, механические и электромагнитные комплексы и другого.

Одним из наиболее действенных методов улучшения естественного проветривания карьеров является возведение заграждений, деформирующих ветровой поток с повышением его скорости во внутрикарьерном пространстве или увеличением (на 20-40%) угла раскрытия воздушной струи. Заграждения могут выполняться в виде отвалов горных пород, воздушных, водяных и водовоздушных завес, а также крупных пластин (щитов) или эластичных крыльев. Экспериментально доказано, что наличие ветрона-правляющего заграждения над карьером ведет к полной ликвидации зоны рециркуляции в его глубокой части, где в обычных условиях нарушения состава воздуха имеют тяжелый, хронический характер.

Данное устройство позволяет управлять не только ветровыми, но и тепловыми схемами естественного проветривания карьеров. Например, с целью создания или интенсификации конвективных воздушных потоков аэростатное крыло 1 может быть размещено над рабочим бортом, при этом внутрь его оболочки с помощью воздуходувки 2 через трубопровод 3 подают горячий воздух. Избыточные объемы стравливаются из оболочки через предохранительный клапан. В результате, в зоне дислокации теплового аэростата создается положительный температурный градиент, образующий мощные восходящие потоки воздуха.

Вывод

Недостатками известного транспортного комплекса являются ограниченные технологические возможности ввиду невозможности одновременного осуществления комплексом нисходящих и восходящих грузопотоков в раздельные погрузочно-разгрузочные пункты и, как следствие, большие затраты энергии, связанные с подъемом горной массы.

Список используемой литературы

1. Морин А.С. Изыскание эффективных аэростатно-канатных систем для технологических комплексов открытых горных работ / В сб.: Вопросы теории открытых горных работ. - М.: МГГУ, 1994. - С. 193-208.

2. Морин А.С. Технология проветривания глубоких и сверхглубоких карьеров. - М.: МАКС Пресс, 2006. -160 с.

3. Патент №2052115 Е21С 41/26 (РФ). Способ транспортирования горной массы / Морин А.С., Буткин ВД. - №93029517/03; заявл. 27.05.1993; опубл. 10.01.1996. - Бюл. №1.

Размещено на Allbest.ru