В настоящее время в горной промышленности в условиях интенсивной эксплуатации находятся надшахтные копры – горнотехнические сооружения над шахтным стволом, входящее в состав шахтной подъемной установки. Копер предназначается для установки направляющих (копровых) шкивов, направляющих проводников, разгрузочных кривых для скипов и опрокидных клетей, а также крепления посадочных устройств, клетей и другого оборудования [1].
Опыт эксплуатации копров показывает, что для указанных сооружений характерны следующие особенности – динамические воздействия нагрузок, подверженность коррозии стальных элементов, нарушения правил эксплуатации и повреждения отдельных элементов и конструкций. Особо следует отметить требование обеспечения безопасности сооружения при воздействии расчетной (проектной) аварийной ситуации, возникающей при обрыве канатов. Кроме того, нередко в условиях наращивания производства возникает необходимость увеличения скорости скипов.
В этих условиях безаварийная эксплуатация копров возможна только при своевременной экспертизе промышленной безопасности состояния указанных сооружений.
Такая задача была проведена ТОО «КарагандаТехноСервис» при обследовании технического состояния металлоконструкций скипового копра шахты Молодежная, Донского ГОКа филиала АО «ТНК «Казхром».
Необходимость экспертного обследования вызвана длительным сроком эксплуатации (30 лет), а также увеличением нагрузок от подъема на скиповой копер в 2008 г., с 2млн.т до 2,5 млн.т добычи руды в год [3]. Скиповой шахтный копер смонтирован и введен в эксплуатацию в 1981 г. по проекту института «КРИВБАССПРОЕКТ» (рис. 1).
В конструктивном отношении обследуемый копер является укосным с пространственно-стержневой системой станка и головки копра (рис. 3,4). Общая высота составляет 66,8 м (рис. 2). Станок копра сечением 6,0х6,0 м разделен на два отделения: рудное, два скипа грузоподъемностью по 20 т каждый и породное, два скипа грузоподъемностью по 8 т каждый.
Рис. 1. Фасад по ряду «Б» в осях «3-4»
Рис. 2. Фасад рядах «В-Б» по оси «3»
Рис. 3. Фасад по ряду «В» в осях «4-3»
Рис. 4. Фасад в рядах «Б-В» по оси «4»
Рама станка копра находится ниже отм.+0,000 и полностью замоноличена бетоном. Станок копра состоит из колонн переменного сечения, с отм.+0,000 до отм.+22,060 сварной двутавр (стенка лист 520х20мм, полка лист 360х40 мм), с отм.+22,060 по отм.+60,270 сварной двутавр (стенка 560х10, полка лист 320х20), с отм.+60,270 по отм.+64,630 (прокатный двутавр №45), выше отм.+64,63 (прокатный двутавр №20). Колонны связаны между собой наклонными связями и распорками. Подшкивная рудного отделения находится на отм.+53,500, породного отделения на отм.+60,500. На подшкивных площадках смонтированы два копровых шкива: рудного отделения – диаметром 5 м, вес 11700 кг и породного отделения – диаметром 4 м, вес 4980 кг, а также на каждой подшкивной установлены лебедки ШВА-1800х0,25 жестко закрепленные к промежуточным горизонтальным балкам. Данные вспомогательные лебедки необходимы при замене копровых шкивов. Над каждым шкивом выполнены монтажные устройства для замены шкивов по мере износа во время эксплуатации.
С отм.+0,000 по отм.+20,770 станок копра находится в надшахтном скиповом здании, где расположено технологическое оборудование по разгрузке скипов рудного и породного отделения с последующей транспортировкой, а также оборудование по замене и обслуживанию скипов.
С отм.+20,770 по отм.+32,800 выполнено ограждение металлоконструкций копра с наружной стороны стеновыми панелями размером 6000х1200х200 мм.
С отм.+32,800 по отм.+66,820 металлоконструкции копра обшиты стальным профилированным листом δ=0,7 мм.
Покрытие головки копра на отм.+66,820 выполнено стальным профилированным листом δ=0,7 мм, по периметру предусмотрено защитное ограждение.
Головка копра подпирается двумя укосинами на отм.+49,930. Укосины симметричны оси ствола копра и представлены решетчатой четырехгранной конструкцией из несущего уголка 200х16, решетка выполнена уголком 125х9 мм. и уголком 100х8 мм. Основание каждой укосины опирается в фундамент. Оси основания фундаментов укосин находятся на удалении 21,5 м. от оси ствола. Выше отм. +49,930 до отм+57,85 продолжением укосин являются сварные двутавровые стойки из прокатного листа – стенки 710х10 мм, полка 560х25мм, которые подпирают головку копра рудного отделения.
В надшахтном здании скипового копра с наружной стороны станка копра установлены лестничные марши до отм.+20,770 выше лестничные марши переходят на внутренний периметр станка копра.
Для обслуживания копра и надшахтного здания по ряду «Б», ось «4», в 1995г с наружной стороны, смонтирован пассажирский лифт грузоподъемностью 320кг. Остановки на отм.0,000, +13,200, +15,000, +53,030, +60,170.
На отм.+4,800 находится питатель пластинчатый 2-15-60, кран мостовой однобалочный КМО-12,5-10,8-6, таль электрическая ТЭ-1013, грузоподъемностью 10 т.
На отм.+13,200, +15,000 расположены приемные бункера руды (вместимость-8 скиповых 160 т) и породы (вместимость-16скиповых120 т), система вентиляции, а также навешены четыре электрических тали, грузоподъемностью 10т и 12,5 т для замены и ремонта скипов.
На отм.+15,000 расположена операторная. В металлоконструкции копра на данной отметке имеются кривые разгрузки скипов.
На отм.+53,030 расположена подшкивная площадка рудного подъема.
На отм.+60,170 расположена подшкивная площадка породного подъема.
Подъемная установка ПУ№4 рудного отделения ствола – 2Ц-6х2,8У в 1995 г. заменена на усиленную, ось барабана машины находится на расстоянии 38,5м от оси ствола, головные канаты Ø60,5 мм, навешены через прицепные устройства 5ККБ-003 скипа рудного отделения. Вес скипа-12,199кг, грузоподъемность – 200 кН.
Подъемная установка ПУ№5 породного отделения ствола – 2Ц-5х2,4 ось барабана машины находится на расстоянии 54,5м от оси ствола, головные канаты Ø39,5 мм, навешены через прицепные устройства 3ККБ-002 скипа породного отделения. Вес скипа 7,900 кг, грузоподъемность – 150 кН.
Расчетная схема скипового укосного копра принята в виде пространственной стержневой конструкции, в которой исключены фактически отсутствующие элементы: по ряду «Б» – связи С-1÷С-7, С-9; по ряду «В» – С-1÷С-6, С-8, С-10, С-52 [2]. Основные отметки, геометрические характеристики элементов и сечений приняты на основе данных обследования и изучения проектных чертежей (рис. 5). Сбор нагрузок для расчета копра включает в себя: постоянные и временные нагрузки на отметках +4.800, +13.200, +20.770, +49.930, +53.030, +57.970, +60.610; нагрузку от действия ветра, постоянную нагрузку от ограждения копра (керамзитобетонные стеновые панели, профилированный лист), нагрузку от рудного и породного подъемов с производительностью рудного подъема 2500000т/г и трех вариантов режима работы:
• эксплуатационный режим работы;
• при наложении ТП (аварийный тормоз подъемной машины) при разгоне рудного скипа до скорости 10 м/с;
• при заклинивании рудного скипа в направляющих при подъеме (наихудший вариант).
Для расчета принимается следующий вариант нагрузки от скипов – заклинивание рудного скипа вначале подъема с рудой и разрывом каната, то есть с возникновением разрывного усилия в канате равного 301 т, возникновением двойного рабочего усилия в канате при порожнем, опускающемся скипе и эксплуатационной нагрузки от породных скипов.
Нагрузки на металлоконструкции копра принимались при эксплуатационном режиме работы рудного (v=8,5 м/с) и породного (v=4 м/с) отделений. При увеличении интенсивности работы скипов за счет увеличения их скорости движения (паспорта ШПМ позволяет увеличить скорость движения до v=10 м/с) , ускорение замедления при подъеме и спуске принималось предельно допустимым (аподъема=5 м/с2, аспуска=1,5 м/с2,) из-за отсутствия протоколов контрольных испытаний. При этом нагрузки при наложении ТП (тормоз предохранительный) увеличиваются по сравнению с эксплуатационными на данный момент на 20–25 %.
Рис. 5. Геометрическая схема скипового копра
Определение внутренних усилий производилось в программном комплексе «Лира 9.6» для трех вариантов режима работы с учетом отклонений в расчетной схеме от проектной (отсутствующие связи) с учетом различных сочетаний нагрузок.
Проверка элементов копра по I и II группе предельных состояний производилась в «Лира-СТК».
При этом следует отметить, что при расчете на аварийную нагрузку при обрыве каната, наблюдается выход из работы некоторых элементов раскосов решетки.
Для моделирования данной ситуации указанные элементы были удалены из расчетной схемы и произведен повторный расчет пространственной модели. Результаты нового расчета показали, что за счет перераспределения усилий в пространственной модели сооружения, несущая способность колонн, подшкивных ферм, элементов укосины обеспечивается даже при выходе из работы отдельных элементов решетки.
Таким образом, расчет стержневых конструкций к которым отнесены также и копры, с учетом пространственной модели сооружения позволяет выявить скрытые резервы несущей способности конструкций без снижения уровня их эксплуатационной надежности.
Cписок литературы