Способ транспортирования горной массы на нижние горизонты

 

Изобретение относится к открытым горным и земляным работам. Цель изобретения - снижение энергоресурсоемкости процесса перемещения горной массы и расширение технологических возможностей способа транспортирования за счет эффективного использования аэростатических и гравитационных сил. Сущность способа состоит в том, что горную массу с верхнего горизонта на нижний перемещают в емкости, присоединенной вместе с аэростатом к свободному концу уравновешенной стрелы путем поворота ее в наклонной плоскости над бортом карьера или склоном действием вращающего момента силы тяжести горной массы, а возврат емкости на горизонт погрузки производят действием вращающего момента свободной подъемной силы аэростата, при подъеме горной массы загрузку емкости производят порцией горной массы, вес которой равен свободной грузоподъемности аэростата, а перемещение емкости вверх осуществляется за счет вращающего момента от противовеса и привода вращения стрелы, вниз - за счет вращающего момента от собственного веса стрелы и привода ее вращения. Способ движения аэростата и стрелы регулируют изменением четырех элементов: аэродинамического профиля аэростата, перпендикулярного радиусу вращения стрелы, длины стрелы, угла наклона плоскости вращения стрелы и координат противовеса. Рекуперацию энергии производят при весе горной массы в емкости, превышающем вдвое свободную грузоподъемность аэростата. В определенных условиях способ обладает энергетической автономностью. Может быть осуществлен различными техническими системами, образующими новый класс горных машин, работа которых происходит за счет действия аэростатических и гравитационных сил. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к открытым горным и земляным работам, наиболее эффективно может применяться при выполнении работ с нисходящим грузопотоком горной массы: - засыпка отработанных карьеров, оврагов, котлованов, зараженных озер и хранилищ с крутых берегов или возвышенностей без контакта человека с опасной средой; - отвалообразование в отработанные пространства карьеров и на косогорах; - транспортирование горной массы от нагорных карьеров на равнину (к подножью гор), а также на нижние горизонты карьеров, перемещение горной массы на нижние отметки при дорожном строительстве, особенно в гористой местности.

Известен способ транспортирования горной массы, включающий соединение горизонтов канатом, крепление к нему емкости с аэростатом с возможностью скольжения по канату, емкость загружают с превышением веса груженой емкости над подъемной силой аэростата, перемещение груженой емкости производят под действием веса груза, а возврат - действием подъемной силы аэростата (Патент РФ N1776795 "Способ транспортирования горной массы", МПК E 21 C 41/26, БИ N 43 от 21.11.92).

Недостатками данного способа являются ограниченные технологические возможности применения из-за большого провеса каната, составляющего 0,04-0,06 от длины пролета, невозможности работы при углах наклона канатной магистрали менее 6,5^o, необходимости второй опоры, а также значительные потери энергии на трение скольжения по магистралям при существенном износе канатов. Например, при необходимости засыпки отработанного карьера с размером по верхнему контуру 1200-1500 м стрела провеса составляет в среднем 60-75 м и таким образом верхняя часть карьера не может быть засыпана.

Наиболее близким по совокупности факторов является способ (прототип) транспортирования горной массы на нижние горизонты, включающий загрузку горной массой емкости, ее соединение со свободным концом поворотной фермы-стрелы, шарнирно опирающейся на стационарную или передвижную опору, установленную на верхнем горизонте, перемещение к месту разгрузки путем поворота стрелы (специальным приводом) на опоре, разгрузку и возврат емкости обратным поворотом стрелы на горизонт погрузки. Способ реализуется с помощью таких устройств, как экскаваторы (драглайны) (Подерни Р.Ю. "Горные машины и комплексы для открытых работ". М.: "Недра", 1985, с 158-166).

Однако известный способ недостаточно эффективен, особенно при транспортировании горной массы с верхних горизонтов карьеров на нижние из-за больших энергозатрат на повороты с разгонами и торможениями и ограниченных технологических возможностей, обусловленных небольшими длинами стрел (даже у драглайнов не более 100-150 м) и критической массой технических средств.

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.

Способ может быть осуществлен разными комплексами различных устройств.

На чертежах, в разрезе (фиг. 1) и плане (фиг.2), изображена одна из возможных схем, поясняющая описываемый способ при перемещении горной породы в отработанное пространство карьера.

Технологическая схема, реализующая предлагаемый способ, включает транспортную емкость 1 и аэростат 2, который присоединяют к свободному концу уравновешенной противовесом 10 стрелы 3. Ось вращения 4 стрелы на передвижной опоре 5, установленной на верхнем горизонте 6, наклоняют под углом α от вертикали над бортом карьера или склона.

Процесс транспортирования по предлагаемому способу осуществляется следующим образом. Емкость 1 загружают на верхнем горизонте 6 загрузочным устройством, например, транспортером 7, с превышением веса P_г груженой емкости над свободной грузоподъемностью F₀ аэростата 2. Под действием вращающего момента силы тяжести груза осуществляется поворот стрелы с груженой емкостью в наклонной под углом α плоскости над бортом карьера или склона к месту разгрузки на нижнем горизонте 8, где емкость разгружают (например, через открывающееся дно) в отвал 9.

После разгрузки порожнюю емкость возвращают на верхний горизонт действием подъемной силы аэростата. Возможна также транспортировка снизу вверх груженой емкости при условии повышения подъемной силы аэростата над весом поднимаемого груза при уравновешенной стреле.

Для регулярного транспортирования горной массы с нижнего горизонта на верхний с минимальной энергоемкостью и наименьшим объемом аэростата вес загружаемой горной массы должен быть равен свободной подъемной силе аэростата (полная подъемная сила минус вес оболочки, силовых элементов, нижней подвески, транспортной емкости и пр.). Энергия при таком подъеме затрачивается лишь на преодоление сил сопротивления воздушной среды и трения в механизме поворота. После разгрузки на верхнем горизонте емкость с аэростатом возвращают на погрузку действием поворотного привода, а при определенном соотношении масс - за счет крутящего момента силы тяжести рабочего плеча стрелы, возникающего после соответствующего перемещения противовеса 10.

Скорость перемещения регулируют изменением аэродинамического профиля аэростата, перпендикулярного радиусу вращения стрелы, а также изменением угла наклона α, изменением длины стрелы (путем крепления емкости с аэростатом на телескопических балках, размещенных на концах консоли). Возможна также корректировка подъемной силы, например, изменением температуры подъемного газа с помощью газовой горелки. 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 6,5^o), 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).

Формула изобретения

1. Способ транспортирования горной массы, включающий загрузку горной массой емкости, ее соединения со свободным концом стрелы (рычага-стрелы), опирающейся шарнирно на стационарную или передвижную опору, установленную на верхнем горизонте, перемещение емкости к месту разгрузки путем поворота стрелы на опоре, разгрузку емкости и возврат ее к месту погрузки обратным поворотом стрелы, отличающийся тем, что свободный конец стрелы, несущий емкость, соединяют с аэростатом, ось вращения стрелы на опоре 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 к нижнему горизонту производят поворотом стрелы в наклонной плоскости над бортом карьера или склоном действием вращающего момента сил тяжести горной массы (груза), а возврат емкости на горизонт погрузки производят действием вращающего момента свободной подъемной силы аэростата, при этом вращающий момент от собственного веса рабочего плеча стрелы и емкости уравновешивают вращающим моментом от подвижного противовеса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что 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 стрелы и вниз за счет вращающего момента от собственного веса стрелы и привода ее поворота.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость движения аэростата и стрелы регулируют изменением аэродинамического профиля аэростата, перпендикулярного радиусу вращения стрелы, длины стрелы, угла наклона плоскости вращения стрелы, а так же координат противовеса.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае интенсивного транспортирования горной массы рекуперацию энергии осуществляют, загружая емкость горной массой до веса, превышающего свободную грузоподъемность аэростата в два раза.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2