Обоснование и обеспечение безопасной эксплуатации шахтных барабанных подъемных установок
|
Скачать 0.53 Mb.
|
|
На правах рукописи ЛАТЫПОВ ИНГИЛЬ НАФИКОВИЧ ОБОСНОВАНИЕ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ШАХТНЫХ БАРАБАННЫХ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК Специальность 05.05.06 - Горные машины АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Екатеринбург - 2008 Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии "Институт проблем транспорта энергоресурсов"Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Хальфин Марат Нурмухамедович доктор технических наук, профессор Тимухин Сергей Андреевич доктор технических наук, Шатило Алексей Николаевич Ведущая организация - Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук. Защита диссертации состоится 12 февраля 2009 г. в 10 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.280.03 при ГОУ ВПО "Уральский государственный горный университет" по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, зал заседаний Ученого совета.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет». Автореферат разослан ___ января 2009 г. Ученый секретарь диссертационного совета М.Л. Хазин Общая характеристика работы Актуальность темы. Главными задачами горной промышленности являются развитие опережающими темпами рудной и угольной баз и непрерывное обеспечение потребителей страны качественным рудным и топливным сырьём. Решение этих задач во многом зависит от состояния горного оборудования. В настоящее время все возрастающая часть полезных ископаемых в стране и мире добывается подземным способом, что влечет за собой необходимость усовершенствования шахтных подъемных установок (ШПУ), в частности их эксплуатационной безопасности. Безопасная эксплуатация ШПУ регламентирована ЕПБ, ПБ и ПТЭ. На 244 подземных горных предприятиях Российской Федерации действуют более 2000 единиц подъемных установок, из которых 1800 одноканатные и только 200 являются многоканатными. Таким образом, 90 % подъемов являются одноканатными с барабанным органом навивки – БШПУ. Из них более 700 БШПУ эксплуатируются с истекшим сроком службы и подлежат немедленной замене. Замена физически и морально устаревших БШПУ на новые займет несколько десятков лет. 1800 БШПУ, являющиеся основным парком подъемных установок в горной промышленности страны, должны обеспечить требуемую производительность предприятия при высоком уровне эксплуатационной безопасности. В представленной диссертации обобщена многолетняя работа автора по созданию прогрессивных устройств контроля и защиты для барабанных подъемных установок, а также модернизации существующих клетей, которые должны отвечать требованиям дня. Эти преобразования должны позволить продолжить безопасно эксплуатировать устаревшие БШПУ до замены их по графику. Аварийность на барабанных подъемах остается высокой. Аварии происходят в стволе из-за повышенного износа проводников, конструктивного и грузоподъемного несоответствия внутришахтных транспортных средств с возможностями клети и её механизмов, отсутствия необходимых средств блокировки и защиты, нарушения техники безопасности и т.д. Ремонтно-восстановительные работы в связи с ликвидацией любой аварии в стволе сопровождаются длительным внеплановым простоем. Поэтому разработка устройств по недопущению аварийных ситуаций в стволе шахты и создание условий безопасной эксплуатации БШПУ являются решением актуальной задачи. Данные исследования выполнялись в рамках Указания Госгортехнадзора СССР от 21 августа 1973 года № 33 (255) отраслевым министерствам об обеспечении барабанных подъемных установок защитой от напуска каната, Постановлением коллегии Министерства цветной металлургии СССР от 23 декабря 1973 года № 243 и задания Управления главного механика данного министерства, а также технического задания Челябинского угольного комбината. Целью работы является создание и реализация технических решений, направленных на повышение эксплуатационной безопасности, работоспособности и эффективности действия подъемных установок с барабанным органом навивки. Идея работы заключается в обеспечении соответствия создаваемых технических средств требуемому состоянию барабанных шахтных подъемных установок, с целью повышения безопасность и эффективность их эксплуатации. Методы исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные (лабораторные и промышленные) методы исследования, методы математического и физического моделирования, базирующиеся на классических законах математики, физики и механики. Научные положения, выносимые на защиту: 1. Характер и последствия аварии в шахтных стволах зависят, в том числе, и от способа защиты барабанных шахтных подъемных установок БШПУ) от напуска каната. 2. Степень защищенности БШПУ при авариях в стволе шахты обусловлена длиной напуска каната. 3. Использование устройства гравитационного действия, как безударного стопора клети, является основой ее безаварийного стопорения. 4. Использование ближней индуктивной связи, как канала связи в стволе, датчиков натяжения каната и замедления сосуда, располагаемых вблизи или на сосуде, позволяет повысить быстродействие и надежность контроля зависания сосуда. 5. Использование индивидуального тормоза для подъемного каната аварийного сосуда позволяет создать устройство защиты БШПУ от напуска каната при авариях в стволе, основанное на клиновом исполнительном органе и быстродействующем пироприводе. Научная новизна работы заключается в формировании новой концепции, в организации защиты БШПУ при авариях в стволе шахты: 1) Разработаны теоретическая и графоаналитическая методики расчета длины напуска каната над аварийным сосудом; 2) разработана классификация способов контроля напуска каната и установлено значение предохранительного тормоза при авариях в стволе шахты; 3) установлено, что гашение кинетической энергии за счет подъема центра масс вагонетки является основой снижения динамических нагрузок на стопора при входе вагонетки в клеть; 4) разработана методика расчета геометрических параметров кулака стопора и доказана возможность исключения резонансных явлений в системе «вагонетка – клеть»; 5) разработана методика расчета датчиков высокого быстродействия для скиповых и клетевых подъемных установок; 6) разработана методика расчета параметров ближней индуктивной связи для условий стволов шахт и установлена ее работоспособность по всей высоте ствола; 7) установлена закономерность изменения коэффициента сопротивления движению подъемного каната при его поперечном обжатии; Практическое значение работы 1. В результате анализа аварий на БШПУ Урала, Кузбасса, Караганды и рудников Киргизии выявлены наиболее характерные и опасные виды аварий. 2. Установлено, что устройства, контролирующие зависание сосуда в стволе, не могут защитить БШПУ от напуска каната. 3. Разработан, изготовлен и испытан в шахтных условиях новый клетевой стопор гравитационного безударного действия. 4. По результатам теоретических исследований автора диссертации институтом Гипроникель разработаны проектные документации, а заводом горного машиностроения «Усольмаш» серийно производятся клетевые стопора безударного действия типа СА и САК. 5. Разработаны, изготовлены малой серией и испытаны датчики контроля зависания подъемного сосуда, монтируемые как на канате непосредственно у подвесного устройства сосуда, так и на подвесном устройстве и непосредственно на подъемном сосуде. 6. Разработана, изготовлена малой серией и испытана аппаратура контроля зависания сосуда АПИК-2, прошедшая межведомственные приёмочные испытания МЦМ СССР. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием классических и современных методов исследований функционирования БШПУ при нарушенных режимах работы, хорошей сходимостью результатов теоретического анализа с экспериментальными данными и результатами промышленных испытаний. Расхождения расчетных и экспериментальных данных не превышает 9–10%. Реализация результатов работы Основные научные положения представленной диссертации, то есть результаты теоретических исследований и методов расчета, воплощены в новейшие технические решения: – устройство контроля зависания подъемного сосуда АПИК-2 внедрено объединением «Средазуголь» на Сулюктинском и Кызыл-Кийском шахтоуправлениях (Узбекистан), на рудниках Хайдарканского ртутного комбината (Кыргызстан), на Дегтярском рудоуправлении (Урал) и на Казском рудоуправлении ПО «Сибруда» (Кузбасс); - аппаратура АПИК-2 межведомственной комиссией МЦМ СССР рекомендована и более широкому внедрению; - улучшенная конструкция аппаратуры контроля АПИК-2У с датчиком монтируемом на подвесном устройстве или на сосуде, принята к внедрению на подъемных установках ОАО «Учалинский ГОК»; ожидаемый экономический эффект от внедрения одного комплекта аппаратуры АПИК-2У составляет в среднем 194 тыс. руб. в год; – модернизованные клети на базе стопорных устройств гравитационного действия типа СА и САК в виде нескольких модификаций с 1990 г. выпускаются серийно в ОАО «Усольмаш» (Иркутская обл.). В настоящее время выпущены более 120 комплектов, которыми оснащаются клетевые подъёмы предприятий горной промышленности России и стран СНГ; – блокировочное устройство стопорного механизма клети шахтной подъемной установки внедрено и эксплуатируется с 1986 г. на БШПУ Жескентского ГОК (Казахстан); по данным Жескентского ГОК экономический эффект от установки комплекта блокировочного устройства стопорного механизма по расчетам 1986 года составил 15,5 тыс. руб. в год; - по данным ОАО «Учалинский ГОК», где с 1996 г. успешно эксплуатируется продукция ОАО «Усольмаш» типа СА, данные стопора за весь срок эксплуатации не имели ни одной аварийной остановки и позволяют на каждом подъеме экономить до 34000 кВт.час электроэнергии. Разработанные технические средства позволили значительно повысить безопасную эксплуатацию как на клетевых , так и на скиповых подъемных установках, а также за счет сокращения межцикловых пауз, уменьшения числа аварий и сокращения послеаварийных простоев позволили улучшить социальные и экономические показатели горных предприятий. Научные и методические результаты используются: – в учебном процессе при подготовке инженеров специальности 1701 «Горные машины и оборудование» и специальности 3310 «Безопасность жизнедеятельности» (Магнитогорский государственный технический университет); – в работе наладочных организаций и горнорудных предприятий страны. Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на 18 научно-технических конференциях вузов и НИИ городов Магнитогорска, Фрунзе, Свердловска, Кемерово, Ташкента, Донецка и Днепропетровска. Публикации. По теме диссертации опубликованы 49 работы; в том числе 20 статей в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, 4 книги, одна из них монография с изложениями основных научных положений, получены 15 авторских свидетельств на предмет изобретения. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения, списка литературы (154 наименований) и 12 приложений. Она содержит 255 страниц машинописного текста, 12 таблиц и 97 рисунков. Основное содержание работы Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследования, защищаемые научные положения, научная новизна, практическая ценность полученных результатов, сведения о внедрении результатов работы. 1. Состояние исследуемого вопроса. Постановка задачи Ведущая роль в создании теоретических основ современных подъемных установок принадлежит академикам М.М. Федорову и А.П. Герману. Значительный вклад в развитие теории и оборудования шахтных подъемов внесли исследования академика АН СССР А.С.Ильичева, профессоров Г.М.Еланчика, Ф.Н. Шклярского, В.Б. Уманского. Отдельные вопросы БШПУ подробно освещены в работах В.С. Тулина, Г.Н. Савина, Н.П. Нестерова, М.Ф. Глушко, Б.Л. Давыдова, В.Д. Белого, Ф.Б. Флоринского, З.М. Федоровой, Б.А. Носырёва, Е.С. Траубе, А.Ц. Бороховича, Н.Г. Гаркуши, В.И. Дворникова, Ю.Г. Киричока, Хальфина М. Н., Шапиро А. Н., Тимухина С. А. и др. Ими обоснована идея формирования и развития подъемных установок и организация их защиты от возможных аварий. Движение подъёмного сосуда и противовеса в стволе шахты контролируется целой системой блокировок и защит, среди которых имеется контроль зависания сосуда, которое подает сигнал на включение предохранительного тормоза БШПУ, выполненного как экстренный тормоз, чтобы не допустить развития аварийной ситуации. С целью оценки работоспособности и эффективности действия данной системы защиты, предназначенной обеспечивать безопасную эксплуатацию БШПУ, изучено фактическое состояние дел на горных предприятиях Челябинской, Оренбургской, Кемеровской, Свердловской и Пермской областей за период с 1967 по 1990 г., а также Карагандинской области Казахстана и Ошской области Киргизии за период с 1980 по 1984 г. Для анализа в основном были привлечены материалы горнотехнической инспекции соответствующих округов. Анализу подверглись все аварии, происшедшие на БШПУ, что позволило автору сделать выводы относительно основного парка ШПУ страны. В соответствии с поставленной задачей при проведении анализа и исследований собранных материалов все аварии сведены в три группы: I – аварии, источником которых является механическая часть БШПУ, исключая подъемный сосуд и вспомогательные механизмы в стволе; II – аварии, вызванные отказом электрической части, исключая устройства, контролирующие перемещение подъемного сосуда; III – аварии подъемного сосуда, элементов и механизмов подъемной установки, обеспечивающих нормальное перемещение подъемного сосуда. Такая разбивка позволила собрать в третью группу аварии, вызванные неполадками с подъемным сосудом и в стволе шахты. За рассматриваемый период эксплуатации БШПУ указанных округов согласно принятым Ростехнадзором правилам число аварий первой категории составило 42,5 % от общего числа аварий третьей группы. По обследованным регионам из всех аварий на БШПУ в среднем 48,8 % приходится на аварии подъемных сосудов и механизмов стволового хозяйства (табл. 1). Аварии, вызванные выкатыванием вагонеток из движущейся клети, значительны и достигают 32,8% всех аварий, отнесенных к авариям третьей группы. Выкатывания вагонетки имеют место как при спуске, так и при подъеме клети по стволу. Кроме замены каната приходилось выбраковывать вагонетку, ремонтировать клеть и участок ствола. Т а б л и ц а 1 Характерные виды аварий в стволе шахты за анализируемый период, %
Таким образом, основным несовершенством клети является стопорное устройство, в которое заложен принцип остановки входящей в клеть вагонетки ударным воздействием её о кулаки стопора. В отечественной литературе отмечается, что «… из ответственных элементов шахтной клети, подверженных наиболее частым отказам, являются клетевые стопоры, действующие в тяжелых условиях из-за постоянных динамических нагрузок, возникающих при операциях по обмену вагонеток на приемных площадках». Иногда часть энергии вагонетки гасят амортизаторами. С ростом производительности предприятия возникла необходимость увеличения грузоподъемности вагонеток, кроме того, возросла интенсивность выдачи полезного ископаемого, что не замедлило сказаться на показаниях аварий в стволе шахты. Значительное число аварий, связанных с отказом в работе стопоров клети и приводящих к тяжелым последствиям, требуют переосмысления устаревших подходов при решении повышения безопасности работы клетевых подъемов. В соответствии с требованиями статьи 360 ЕПБ подъемная установка должна быть оборудована устройством для защиты от напуска каната. Остановка подъемной машины под действием предохранительного тормоза обычно допускает напуск каната длиной до 8–15 м. На шахтах Южного Урала (Челябинская и Оренбургская области) в среднем каждый четвертый случай зависания сосуда в разгрузочных кривых являлся причиной обрыва или деформации подъемного каната. Из табл. 1 видно, что средний показатель аварий с зависанием сосуда в стволе является наибольшим и равным 34,4 %. Сотрудниками ОАО «Цветметналадка» проанализированы аварии в семи округах за 1992 – 1996 гг., где 64% аварий и несчастных случаев приходится на БШПУ. Из них 58,1% произошли в стволе шахты, 90% из которых являются авариями первой категории по классификации ГГТН (в настоящий момент Ростехнадзор). Значительное число (20%) приходится на жесткую посадку клети на кулаки промежуточных горизонтов. Относительно высокими оказались аварии (по 24%), вызванные как выкатыванием вагонеток из клети, так и зависанием подъемного сосуда в стволе шахты. Часто указывается на неисправность аппаратуры контроля напуска каната типа «Сигнал-16» и «Сигнал-20». По имеющимся сведениям, у этих аппаратов часто выходят из строя трансформаторы связи. Как правило, величина напуска каната при зависании сосуда (независимо от причины аварийной остановки) в стволе значительна. Каждый третий случай сопровождается срывом сосуда с места зависания, обрывом или деформацией подъемного каната. В литературе описаны устройства, которые предназначены обеспечивать защиту БШПУ от напуска каната при зависании сосуда в любой точке ствола. Они основаны на следующих принципах фиксации аварийного режима: контроль тока подъемного двигателя, контроль ослабления натяжения вертикальной ветви подъемного каната на копре, контроль реакции подшипников копровых шкивов, контроль натяжения каната непосредственно у подъемного сосуда и т. д. Однако первые три варианта вообще не нашли применения, хотя некоторые из них были широко разрекламированы. Это аппараты институтов «Гипронисэлектрошахт», «Автоматика», МакНИИ. Все они основаны на контроле реакции подшипников копрового шкива. Одна из последних разработок в России (г. Магнитогорск) по контролю провисания струны каната основана на сравнении скоростей перемещения сосуда и барабана подъемной машины. Впервые в России контроль натяжения каната в точке подвески сосуда попытались осуществить на комбинате «Балейзолото» еще в шестидесятых годах прошлого столетия, но опыт оказался неудачным. С конца шестидесятых годов начались активные работы по разработке канала связи в США и в СССР. В 1974 г. институт ГМиТК им. М.М. Федорова (г. Донецк) разработал аппаратуру АЗН, где сравнивались перемещения навивочной поверхности барабана и сосуда. В стволе прокладывался маркерный канат с магнитными метками. Магнитомодуляционный датчик, одетый на канат и закрепленный на подъёмном сосуде, считывал магнитные метки и по канатному контуру передавал дискретный сигнал на вход тороидального трансформатора на копре. Аппаратура не получила признания, так как срок существования магнитных меток оказался очень коротким. Позже появилась аппаратура АЗНК (Конотопский завод) с датчиком усилий на канате и использованием контура подъёмного каната для передачи сигнала. Межведомственная комиссия МУП УССР забраковала её. В состав аппаратуры «Сигнал» входят два датчика и элементы устройства связи. Замкнутый виток (канатный контур) обеспечивает индуктивную связь между сосудом и машзалом. Каждый канал связи аппаратуры (их обычно два) имеет свою рабочую несущую частоту: 2,1 и 2,2 МГц. Второй трансформатор связи также одет на канат и размещен на копре. Всё это приводит к нарушению требований ЕПБ, так как уменьшается необходимая высота переподъёма сосуда. Кроме того, в местах крепления датчика и трансформатора на канате накапливается влага, что служит причиной его усиленной коррозии, а из-за наличия смазки между проводниками и направляющими качество связи не бывает постоянно нормальным. Поэтому в схеме аппаратуры «Сигнал» предусмотрена задержка выходного сигнала, что крайне недопустимо. Аппарат типа «Сигнал» может быть использован только на вертикальных стволах. А на вертикальных стволах глубиной 600 и более метров уровень сигнала оказывается в 13–14 раз меньше, чем уровень сигнала с нулевого горизонта. В течение последних нескольких лет на угольных шахтах Кузбасса эксплуатируется комплексная аппаратура шахтной автоматики, стволовой сигнализации и связи «ШАСС МИКОН» Уральского государственного горного университета. Для реализации поставленной задачи связь подъемных сосудов с поверхностью выполнена через общеизвестный замкнутый контур подъемного каната. Сведения о результатах эксплуатации в литературе отсутствуют. С 2006 г. на клетевой подъемной установке ОАО «Норильский никель» введено в строй устройство контроля напуска каната, выполненное в комплекте аппаратуры «АССС и С» немецкой фирмой «Funke + Huster Fernsiq GmbH». Связь между поверхностью и подъемными сосудами осуществляется с помощью высокочастотной радиоаппаратуры на частотах 35 мГц. Аппаратура имеет штыревые антенны, установленные на крыше клети и противовеса, а приемная антенна – в стволе ниже ляд. Антенны направлены навстречу друг другу вдоль оси ствола. О результатах эксплуатации сведения отсутствуют. |
Похожие:
 |
Инструкция по проведению проверок организации и обеспечения промышленной... В целях установления порядка проведения проверок организации и обеспечения промышленной безопасности на опасных производственных... |
|
Правила устройства и безопасной эксплуатации компрессорных установок... Правила, устанавливают требования, направленные на обеспечение промышленной безопасности, предупреждение аварий, случаев производственного... |
 |
Правила устройства и безопасной эксплуатации компрессорных установок... Правилаустройства и безопасной эксплуатации компрессорных установок с поршневымикомпрессорами, работающими на взрывоопасных и вредных... |
|
Об утверждении правил устройства и безопасной эксплуатации стационарных Утвердить Правила устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов |
|
Министра обороны российской федерации Об утверждении Инструкции по обеспечению безопасной эксплуатации подъемных сооружений и оборудования, работающего под давлением,... |
|
Методические указания по обследованию специализированных организаций... Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов (пб 10-574-03) |
|
Инструкция по безопасной эксплуатации подземных лифтовых установок... Правил устройства и безопасной эксплуатации лифтов”, настоящей инструкции, а также требованиям “Единых правил безопасности при разработке... |
|
Правила устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных... Все компрессорные установки следует снабжать контрольно-измерительными приборами |
|
Профессиональный стандарт Обеспечение безопасной эксплуатации лифтов в соответствии с требованиями технического регламента |
|
Профессиональный стандарт Обеспечение безопасной эксплуатации лифтов в соответствии с требованиями технического регламента |
|
Пб 09-595-03 правила безопасности Пб 09-595-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации аммиачных холодильных установок |
|
Устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов-манипуляторов пб 10-257-98 ... |
|
Профессиональный стандарт Обеспечение надежной и безопасной эксплуатации вспомогательного турбинного оборудования в зоне обслуживания машиниста-обходчика по... |
|
«О порядке ведении журналов учета работы установок очистки газа» В соответствии с требованиями пункта 7, подпункта г Правил эксплуатации установок очистки газа, утвержденных Главным государственным... |
|
Правила технической эксплуатации тепло вЫх установок и сетей аутентичный перевод Приложение 1 Журнал проверки знаний Правил технической эксплуатации тепловых установок и сетей и нд по охране труда |
|
Инструкция по безопасной эксплуатации подземных лифтовых установок... Временная инструкция по энергоснабжению и применению электрооборудования напряжением 3000 (3300) в в очистных и подготовительных... |