3. Надшахтные копры и здания подъемных машин

Копер — техническое сооружение над шахтным стволом, предназначенное для установки направляющих шкивов, разгрузочных кривых для скипов, уста­новки шахтных подъемных машин с канатоведущими шкивами, а также для крепления подкулачковых балок, проводников и др. Фасадом копра называется вид в плоскости канатов подъемной машины, а вид в креплении на подъемную ма­шину — лобовой стороной копра.

Рис. 2.1. Схемы копров станковой (а), шатровой (б) и полушатровой (в) систем: 1 – головка; 2 – станок; 3 – укосина; 4 – опорная рама

Различают копры временные (проходческие) и постоянные, а в зависимости от числа подъемных установок одно-, двух - или трехподъемные.

По виду конструкционного материала копры могут быть металлическими, железобетонными, смешанными и деревянными, а по самой конструкции различают копры станковой, шатровой, полушатровой, смешанной, рамной и башенной систем.

Копры станковой системы (рис. 2.1, а) просты и удобны для монтажа. При большой высоте для сокращения свободной длины укосины в их фасадной пло­скости устанавливают распорки.

В копрах шатровой системы (рис. 2.1, б) станок копра отделен от основной несущей конструкции. Нагрузки на станок формируются при воздействии сил тя­жести клетей при посадке на кулачки и конструкции самого станка. Большая длина раскосов и ригелей фасадных ферм требует значительного расхода металла.

Копры полушатровой системы (рис. 2.1, в) отличаются от шатровой тем, что в их несущую конструкцию внесены изменения, уменьшающие свободную длину раскосов и ригелей шатра. Эта система более устойчива в работе и менее метал­лоемка.

Копры смешанной системы представляют собой железобетонный короб (ста­нок) с металлической укосиной, имеют большую массу, что исключает их опору на шейку ствола. Достоинством копров этой системы является долговечность, большая устойчивость и герметичность; к недостаткам относят большие сроки возведений и неудобства при реконструкции.

Копер башенной системы (рис. 2.2) представляет собой железобетонную или стальную башню, в верхней части которой размещены одна или несколько подъем­ных установок с многоканатными подъемными машинами. Их применение целесо­образно для шахт глубиной свыше 600 м.

Рис. 2.2. Схемы башенного копра: а – двухподъемного скипового ствола; б – одноподъемного клетевого ствола; в – план копра.

Копры стальные. Головка копра включает в себя подшкивную площадку, подшкивные фермы, головные балки станка и укосины. Схема головки копра определяется размещением шкивов, которые могут распо­лагаться как на одном уровне, так и в одной плоскости один над другим (рис. 2.3). Шкивы монтируются на подшкивных фермах, которые опираются на головные бал­ки укосины и станка.

Рис. 2.3. Схемы поперечных ферм подшкивной площадки: а, б — при расположении шкивов на одном уровне; в, д — при расположении шкивов в од­ной вертикальной плоскости (порталы образованы жесткими рамами); г — при распо­ложении шкивов в одной вертикальной плоскости (портал образован фермой)

В зависимости от системы копра станок может воспринимать часть нагрузок от натяжения канатов. Укосина обеспечивает устойчивость копра при воздействии основных сил подъема. Опорная рама опирается на устье ствола и служит для установки станка копра.

Укосине придается такое положение, чтобы пучок равнодействующих размещался между укосиной и станком, при этом на станок должно передаваться 20—30 % нагрузки. Если устье ствола не может быть надежным основанием для передачи нагрузок, возникающих при раз­рыве каната, рекомендуется передавать нагрузки на укосину.

Разнос ног укосины (м) в поперечном и продольном направлениях по отноше­нию к ветру определяется исходя из требований устойчивости копра.

Высота проема в станке принимается не менее 2,5 м в свету.

Высота проема для спуска рельсов зависит от величины свободного размера станка в плане и составляет 6—8 м. Для ввода в ствол длинномерного материала высота проема должна быть не менее 5,5 м. Размеры проемов для скипов опреде­ляются геометрическим построением при их движении по разгрузочным кривым.

Глубина заложения фундаментов под укосину определяется в соответствии с действующими нормами и составляет обычно 2,5—3,5 м.

Для клетевого подъема глубина заложения опорной рамы зависит от конст­рукции посадочных кулаков (600—700 мм), при скиповом подъеме опорная рама устанавливается на одной отметке с устьем ствола или на 100 мм ниже — для уста­новки противопожарных ляд.

Расчет копров ведется с учетом их силы тяжести, рабочих и разрывных усилий в подъемных канатах, ветровых нагрузок, рабочих усилий в канатных проводниках, усилий при обрыве подъемного каната, динами­ческой нагрузки при посадке клетей на кулаки.

Основные рабочие нагрузки на копер возникают в результате натяжения подъемных канатов. Они передаются на элементы копра через направляющие шкивы. На каждый шкив действует сила, равная геометрической сумме натяже­ний вертикальной и наклонных ветвей каната.

При нормальной работе подъема на копер действует натяжение двух подъем­ных канатов. Величина натяжения каждого из них складывается из полезного и «мертвого» грузов, силу тяжести каната, сопротивления трению лап о проводники и динамической нагрузки от движущихся масс. Натяжение от силы тяжести каната изменяется в зависимости от длины свисающего участка, т. е. с подъемом сосуда натяжение уменьшается, а с опусканием — увеличивается. В опускающемся ка­нате наибольшее натяжение будет в конце подъема.

Ветровая нагрузка прикладывается к узлам ферм копра и принимается в соответствии с СНиП II -6—74.

Рабочие усилия в канатных проводниках скла­дываются из соответствующих сил тяжести канатов и натяжных грузов. Точки приложения усилий — в местах закрепления канатов.

Рабочие усилия в тормозных канатах парашют­ных устройств также слагаются из сил тяжести ка­натов и натяжных грузов, а точки приложения расчетных усилий находятся в местах установки амортизаторов.

Экстренные нагрузки от разрывных усилий в подъемных канатах возникают при внезапной ос­тановке подъемного сосуда, поднимающегося с мак­симальной скоростью; при переподъеме сосуда и др. При расчете копров в качестве экстренных нагрузок принимают разрывное усилие каната на одной ветви плюс двойное усилие на другой сопряженной ветви.

Расчет копров производится на основные, дополнительные и особые сочета­ния нагрузок. К основным относят сочетания от силы тяжести копра, рабочих усилий в подъемных канатах и в тормозных канатах парашютных устройств.

К дополнительным относят сочетания из основных нагрузок и ветровой на­грузки.

Особые сочетания нагрузок составляют сила тяжести конструкций, двойное рабочее усилие во втором подъемном канате, разрывное усилие в одном из подъем­ных канатов, усилия в тормозных канатах парашютных устройств.

Копер башенной системы содержит помещения для подъемных машин, приемки и обработки руды, вспомогательных служб. На объемно-плани­ровочные решения влияют главным образом мощность шахты, глубина и диаметр ствола.

Размеры копра в плане определяются числом и размером подъемных сосудов, их размещением в стволе. В плане башенные копры могут быть прямоугольными и круглыми.

Рис. 2.4. Здания подъемных машин

Высота этажей определяется в соответствии с требованиями СН 223—62 «Основные положения по унификации объемно-планировочных и конструктив­ных решений промышленных зданий» и должна составлять не менее 3,6 м. Минимальная высота машинных залов 8,4 м.

Машинные залы занимают несколько верхних этажей копра. Часть копра предназначается для размещения приемных площадок, вентиляторов, электро­подстанций и помещений для технологического оборудования.

Башни копра могут быть с несущими стенками и каркасного типа. Несущие стены выполняются из монолитного железобетона, возводимого в скользящей опа­лубке, или из сборных железобетонных плит.

Для возведения стен башен каркасного типа применяют панели трехслойные, однослойной конструкции из легких бетонов и из алюминиевых листов с эффектив­ным утеплителем. Междуэтажные перекрытия и покрытия возводят из монолит­ного железобетона, а где это возможно, — из сборных железобетонных плит.

Фундаменты башенных копров из монолитного железобетона могут быть лен­точной, коробчатой, плитной или столбчатой формы.

Лестницы изготавливают из сборного железобетона по типовым сериям; полы в машинном зале — мозаичные или из метлахской плитки.

Здания подъемных машин. Расположение здания относительно шахтного ствола определяется схемой подъема, а размеры в плане — типом подъемной уста­новки с учетом свободных проходов, которые принимают не менее 1 —1,5 м от фундаментов машин до стен и не менее 2—2,5 м со стороны машиниста.

В здании подъемной машины с диаметром барабана свыше 3 м обычно имеются подвальные помещения.

Оборудование в подвал подается через монтажные проемы в перекрытии, а в машинный зал через ворота или монтажные проемы в стенах здания. В стене, обращенной к стволу, имеются проемы для пропуска канатов. Иногда проемы рас­полагают в перекрытии здания. В одном помещении допускается установка не­скольких подъемных машин (рис. 2.4) при условии устройства изолированных остекленных кабин для машинистов.

Рис.2.4. Компоновка здания подъемных машин

Под канатами для предотвращения их провисания при напуске и капежа в зданиях сооружают ограждения.

Здания подъемных машин с диаметром барабана менее 3 м оборудуют мон­тажными балками для подвески талей по оси подъемной машины и оси электродви­гателя, при диаметре барабана более 3,5 м устанавливают мостовой или подвесной краны.