2.2 Эксплуатационная функция

Обеспечение эксплуатационной функции вертикального ствола осуществляется выбором рациональной формы поперечного сечения ствола, материала и конструкции крепи, соответствующих конкретным горно-геологическим условиям.

Строительные нормы и правила предписывают проектировать вертикальные стволы горнодобывающих предприятий, как правило, круглого сечения [5, п. 3.3].

Выбор другой формы сечения ствола допускается только при наличии соответствующего обоснования (небольшой срок службы, малая глубина, устойчивые породы и т. д.).

Выбор материала и конструкции крепи вертикальных стволов производится согласно [5, с. 11–16]. В породах средней устойчивости стволы, сооружаемые обычным способом, имеют крепь из монолитного бетона. Толщина монолитной бетонной крепи определяется в соответствии со СНиП II-94–80 [5, с. 7–15; 7].

2.3 Подъёмная функция

Подъёмная функция вертикальных стволов горнодобывающего предприятия состоит из обеспечения:

– подъёма на земную поверхность полезного ископаемого и пород, спуска в шахту рельсов, шпал, крепежных, взрывчатых и прочих материалов; спуска и подъёма людей, оборудования, механизмов, инструментов;

– подъёма и спуска людей по лестницам в случае аварии или для выполнения ремонтных работ.

Для подъёма на земную поверхность полезного ископаемого, породы и обеспечения других спускоподъемных операций в качестве подъёмных сосудов используются клети и скипы.

Шахтные подъёмы подразделяются на одноканатные и многоканатные. В задании на проектирование при рассмотрении подъёмной функции указано, к какому типу относится подъём.

Размеры сечения вертикального ствола определяется в основном типом и размерами подъёмных сосудов.

2.3.1 Определение типа подъёмных сосудов

Скиповой подъём

Грузоподъёмность скипа для выдачи полезного ископаемого определяют производительностью подъёма за один час А_ч, высотой подъёма и его продолжительностью.

Часовая производительность, т/ч, скипового подъёма [1]:

(1)

где к – коэффициент неравномерности подъёма: для угольного и по-родного подъёма к = 1,5, для рудной промышленности к = 1,15; А_Г – годовая производственная мощность горнодобывающего предприятия, т; N – число рабочих дней в году, N = 300 – при работе шахты с одним выходным днем в неделю, N = 260 – при двух выходных днях в неделю; n – число часов работы подъёма в сутки, n = 15–18 ч.

Продолжительность, с, одного подъёма:

, (2)

где Н – высота подъёма, м (рис. 1, а – для скипового подъёма, рис. 1, б – для клетевого подъёма);

(3)

здесь Н_ш – глубина шахты, м; h_п – высота приемной площадки над устьем ствола, для скипов h_п = 15–30 м, для клетей h_п = 0–12 м; h_о – глубина опускания скипов ниже уровня околоствольного двора при загрузке, h_о = 20–50 м.

Оптимальную грузоподъёмность подъёмных сосудов для угля Q_гр, т, при которой суммарные годовые расходы на амортизацию и эксплуатацию являются минимальными, определяют по формуле проф. Г. М. Еланчика [17]:

для двухсосудного подъёма

(4)

для однососудного подъёма,

(5)

где t₂ – продолжительность паузы подъёма (табл. 2).

Таблица 2

Продолжительность паузы подъёма

Посадка людей		Подъем полезного ископаемого (породы)
количество людей	t1, с	скиповой подъём		клетeвой подъём
		вместимость скипа, м3	t2, с	количество этажей в клети	t2, с
5	15	до 5	7	один	12
10	20	9,5	10	два	30
15	25	11	11
20	30	15	15
		20	20
		25	25
		35	35

Оптимальную грузоподъёмность рудных скипов определяют по формуле проф. В. И. Киселева [18] для двухсосудного подъёма:

(6)

После определения грузоподъёмности сосудов уточняют время движения их в стволе Т₁.

Продолжительность цикла подъёма Т₁, с, определяют по формуле

(7)

Рис. 1. Схемы подъёмных установок

Продолжительность движения сосудов:

при двухсосудном подъёме

(8)

при однососудном подъёме

(9)

Средняя скорость подъёма

(10)

Ориентировочная максимальная скорость подъёма, м/c:

, (11)

где  – множитель скорости; для неопрокидных клетей  = 1,1–1,25, для скипов  = 1,2–1,3.

Полезная вместимость, м³, скипа

(12)

где  – насыпная плотность полезного ископаемого, т/м³.

Для угля _уг = 0,86 т/м³, для породы _п = 1,6 т/м³, для железной руды _руд = 2,5 т/м³.

Полученную расчётную величину V_ск округляют до ближайшего большего значения параметрического ряда скипов и подбирают соответствующий тип скипа [19, с. 354–361]. Параметрический ряд угольных скипов вместимостью 11–35 м³; 11; 15; 20; 25; и 35 м³. Параметрический ряд скипов для выдачи породы и руды вместимостью 5–21,5 м³; 5; 7; 9,5; 11; 15 и 21,5 м³.

Клетевой подъём

Вспомогательные стволы обычно оборудуются клетевым подъёмом. Тип клети определяется по основным размерам приня-тых вагонеток, указанных в задании [2, с. 35–39; 19, с. 370–373].

Размеры принятой клети проверяются по спуску (подъёму) подземных рабочих смены в шахту менее чем за 0,66 ч.

Число рабочих, занятых на подземных работах в шахте в смену:

(13)

где а – число рабочих смен в сутки; Р – производительность одного подземного рабочего, т/см. Для угольных предприятий Р = 6–10 т/см., для горнорудных Р = 15–20 т/см.

Число рабочих, одновременно находящихся в клети, определяют из условия [4, п. 312], что на 1 м² полезной площади пола клети размещаются пять рабочих:

(14)

где S_кл – полезная площадь пола клети, м²; n_э – число этажей в клети, n_э = 1–2.

Продолжительность, с, одного подъёма (спуска) клети с людьми

t_л = t₁+ t₂ , (15)

где t₁ – время чистого подъёма людей в клети, с ,

t₁ = (2400 – M t_В)m /M , (16)

здесь t₂ – продолжительность посадки рабочих в клеть (см. табл. 2); t_В – время выхода из клети одного человека, в среднем t_В = 1 с.

При спуске (подъёме) людей необходимо, чтобы было соблюдено неравенство

M t_л / n_кл m  2400 , (17)

где n_кл – число клетей в подъёме.

Если неравенство не соблюдается, необходимо принять двухэтажную клеть и вновь провести проверку. При этом наибольшая скорость движения клети не должна превышать 12 м/с [4, п. 360]. Максимальную скорость движения клети определяют по формуле (11).

Средняя скорость подъёма, м/с:

V_cp = H/t₁ . (18)