Защита подъемного сосуда от падения при переподъеме
PROTECTION OF HOISTING VESSEL AGAINST FALLING AT RETRACTION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системам подъема, предназначенным для подъема и опускания подъемных сосудов в стволе шахты. Эти подъемные сосуды могут использоваться для транспортирования людей или оборудования или для подъема вынутого материала из шахтного ствола, который может выниматься при проходке ствола или при последующих горнодобычных работах.
Предпосылки изобретения
Традиционные работы по проходке шахтного ствола выполняют бурением или взрыванием ниже рабочего полка, выемкой материала из скважины и удалением вынутого материала с помощью породопогрузочной системы, которой вынутый материал выбирают и укладывают в бадьи или кюбели, которые затем поднимают на поверхность. Совсем недавно разработаны предложения повысить скорость, с какой может осуществляться проходка, путем использования бурильного оборудования. В документе WO 2011/000037 А1 описано одно такое предложение для проходки шахтного ствола, согласно которому грунт, вынутый бурильной машиной, передается в подъемные сосуды большой емкости в виде скипов или бадей, поднимаемых и опускаемых подъемной системой, установленной на поверхности шахты или вверху гезенка. По завершении операций по проходке шахтного ствола подъемную систему и скипы впоследствии можно задействовать для транспортировки материала, вынутого при добычных работах.
Как уже отмечалось, при традиционной проходке шахтного ствола используют бадьи или кюбели вместо скипов. Это обусловлено тем, что бадьи и кюбели имеют открытый верх для обеспечения погрузки поролы и выполнения требований относительно доступа к забою шахтного ствола (например, в случае транспортирования людей в бадьях). После того как бадьи или кюбели опускаются ниже рабочего полка, они неуправляемы, иными словами, бадьи или кюбели могут крутиться и раскачиваться в боковом направлении. Неуправляемое перемещение вызвано необходимостью, поскольку любые направляющие ниже рабочего полка будут снесены следующим взрыванием в забое шахтного ствола.
Поскольку бадьи или кюбели выполнены с возможностью вращения, они обычно имеют круглую форму. Круглая форма обеспечивает доступность для погрузки породы независимо от ориентации бадей или кюбелей, когда они достигают забоя шахтного ствола. Кроме того, бадьи и кюбели открыты сверху, благодаря чему они постоянно открыты и доступны для погрузки независимо от ориентации. Скипы, напротив, обычно имеют закрытый верх и погрузку через отверстие в верхней боковине, т.е., обычно они могут загружаться только с конкретного направления. Кроме того, скипы обычно имеют донную разгрузку, а это процесс разгрузки, не совместимый с обычным погрузочным и разгрузочным оборудованием шахтного ствола. Скипы обычно имеют квадратное поперечное сечение и поэтому не могут опускаться ниже рабочего полка для погрузки породы, поскольку трудно управлять скипами так, чтобы обеспечить их правильную ориентировку для погрузки породы. Наконец, в то время как бадьи и кюбели являются отсоединяемыми для одновременного расположения нескольких бадей или кюбелей на забое шахтного ствола, скипы постоянно прикреплены к подъемному канату. По этой причине скипы не подходят для использования при взрывных и породопогрузочных работах.
Во всех случаях, когда подъемный сосуд поднимается по шахтному стволу, над людьми, желательно, чтобы подъемный сосуд можно было резко остановить в случае, когда он совершает любое неуправляемое движение. В некоторых системах для реагирования на неуправляемые движения предусмотрены органы управления двигателем подъемника, останавливающие подъем подъемного сосуда, когда, например, происходит событие переподъема (т.е., подъемный сосуд проходит дальше своего положения разгрузки в надшахтном копре). Однако остановка подъема подъемного сосуда не обязательно предотвращает последующее свободное падение подъемного сосуда, в частности, в случае разрыва подъемного каната.
Хотя предлагаемая система возникла из желания обеспечить меры предосторожности при подъеме тяжело нагруженных скипов, особенно если эти подъемные сосуды поднимаются над людьми (например, представляют собой подвешенные над людьми грузы), ее можно применять к подъему любого подъемного сосуда шахтного ствола, при котором требуется защита от неуправляемых движений подъемных сосудов.
Термин "скип" означает inter alia подъемный сосуд, используемый для доставки добытого материала на поверхность шахтного ствола. Скипы изготавливаются разных размеров и конструкций для вертикальных и наклонных стволов, включая модели с опрокидной разгрузкой и модели с донной разгрузкой.
Скипы отличаются от "бадей" тем, что:
a) скипы являются саморазгружающимися (либо с опрокидной разгрузкой, т.е. сверху, либо с донной разгрузкой);
b) скипы используются в главных подъемных шахтных стволах (не при строительстве / проходке);
c) скипы постоянно прикреплены к подъемному канату; и
d) от скипов не требуется способность стоять на забое шахтного ствола (т.е., они могут быть крайне длинными и тонкими)
"Бадья" и "кюбель" - подъемный сосуд цилиндрической формы, используемый для транспортировки взорванной породы из забоя шахтного ствола при проходческих работах.
При сравнении со скипами бадьи:
a) требуют ручной разгрузки
b) должны разгружаться опрокидыванием
c) прикреплены к подъемному канату посредством отцепляемого крюка к подвесным цепям (или тяге) вверху бадьи (минимум 3 для поддерживания устойчивости)
d) должны использоваться вместе с направляющей рамой для обеспечения направления в шахтном стволе
e) являются неуправляемыми ниже направляющей системы шахтного ствола или рабочего полка
f) должны использоваться только с малоскручивающимися подъемными канатами или подъемными канатами закрытой конструкции
g) регулярно снимаются с подъемного каната (обычно для погрузки в забое шахтного ствола) при погрузке
h) должны быть круглыми и иметь стабильное отношение высоты к диаметру и будут стоять без поддержки на забое шахтного ствола.
Если контекст не указывает иначе, термин "направляющая" в том значении, в каком он используется в настоящем описании, относится к элементу, по которому подъемный сосуд спускается в шахтный ствол, и который оказывает сопротивление или препятствует вращению подъемного сосуда и боковым перемещениям подъемного сосуда относительно шахтного ствола. Эта "направляющая" не прикладывает движущую или приводную силу, чтобы вызывать движение подъемного сосуда.
Краткое изложение сущности изобретения
Предлагается подъемная система для подъема подъемного сосуда из шахтного ствола, содержащая:
надшахтный копер, установленный над шахтным стволом;
подъемник, соединенный с подъемным сосудом удлиненным гибким подъемным элементом для подъема подъемного сосуда из шахтного ствола сматыванием подъемного элемента;
верхний аварийный барьер, находящийся на надшахтном копре, предназначенный для зацепления подъемным сосудом для предотвращения движения подъемного сосуда вверх за аварийный барьер в состоянии переподъема; и
верхний замедлитель подъемного сосуда, предназначенный для замедления движения подъемного сосуда вверх, когда он приближается к аварийному барьеру.
Когда подъемный сосуд находится в состоянии переподъема, он может удариться о надшахтный копер, шкив или защитную балку и отскочить. 'Состояние переподъема' - это состояние, когда при движении вверх подъемный сосуд проходит дальше самого верхнего положения, которое подъемный сосуд должен достичь. Типично, самое верхнее положение - это место разгрузки, в котором подъемный сосуд разгружает свой груз.
Верхний замедлитель подъемного сосуда может по крайней мере частично поглощать энергию отскока подъемного сосуда. Энергия отскока - это энергия, переходящая от подъемного сосуда в надшахтный копер, шкив или защитную балку, которая затем передается обратно в подъемный сосуд и толкает его вниз (т.е., энергия 'отскока').
Подъемная система может дополнительно содержать ловитель подъемного сосуда, предназначенный для улавливания подъемного сосуда, чтобы остановить его свободное падение в случае, если подъемный сосуд ударяется о верхний аварийный барьер, и подъемный элемент обрывается.
Подъемная система может дополнительно содержать нижний замедлитель подъемного сосуда, находящийся ниже верхнего замедлителя подъемного сосуда и ловителя подъемного сосуда, при этом Нижний замедлитель подъемного сосуда предназначен для замедления свободного падения подъемного сосуда в случае, если ловитель подъемного сосуда не ловит свободно падающий подъемный сосуд.
Нижний замедлитель подъемного сосуда может поглощать оставшуюся энергию, не поглощенную до этого верхним замедлителем подъемного сосуда.
Подъемная система может дополнительно содержать нижний аварийный барьер, имеющий открытое состояние, в котором он не препятствует движениям подъемного сосуда вверх и вниз из шахтного ствола и в шахтный ствол, соответственно. Нижний аварийный барьер при движении подъемного сосуда вверх в сторону верхнего аварийного барьера или при соударении с ним может высвобождаться в закрытое состояние для предотвращения движения подъемного сосуда вниз в шахтный ствол в случае, если нижний замедлитель подъемного сосуда не останавливает свободное падение подъемного сосуда.
Нижний аварийный барьер может иметь открытое состояние, в котором он не препятствует движениям подъемного сосуда вверх и вниз из шахтного ствола и в шахтный ствол, соответственно, и закрытое состояние, в котором он предотвращает падение мусора в шахтный ствол.
Нижний аварийный барьер может содержать одну или несколько аварийных дверей.
Нижний аварийный барьер может содержать одну дверь, закрывающуюся ниже подъемного сосуда при событии переподъема.
Нижний аварийный барьер может содержать две двери, закрывающиеся ниже подъемного сосуда при событии переподъема.
Кроме того, предлагаемая система может представлять собой подъемную систему для подъема подъемного сосуда из шахтного ствола, содержащую:
надшахтный копер, установленный над шахтным стволом;
подъемник, соединенный с подъемным сосудом удлиненным гибким подъемным элементом для подъема подъемного сосуда из шахтного ствола сматыванием подъемного элемента;
верхний аварийный барьер, находящийся на надшахтном копре, предназначенный для зацепления подъемным сосудом для предотвращения движения подъемного сосуда вверх за аварийный барьер; и
ловитель подъемного сосуда, предназначенный для улавливания подъемного сосуда, чтобы предотвратить его движение вниз в состоянии свободного падения в случае, если подъемный сосуд ударяется о верхний аварийный барьер, и подъемный элемент обрывается.
Подъемная система может дополнительно содержать верхний замедлитель подъемного сосуда, предназначенный для замедления движения подъемного сосуда вверх, когда он приближается к аварийному барьеру, и нижний замедлитель подъемного сосуда, находящийся ниже верхнего замедлителя подъемного сосуда и ловителя подъемного сосуда, причем нижний замедлитель подъемного сосуда предназначен для замедления свободного падения подъемного сосуда в случае, если ловитель подъемного сосуда не ловит свободно падающий подъемный сосуд.
Подъемная система может дополнительно содержать нижний аварийный барьер, имеющий открытое положение, в котором он не препятствует движениям подъемного сосуда вверх и вниз из шахтного ствола и в шахтный ствол, соответственно, но который при движении подъемного сосуда вверх в сторону верхнего аварийного барьера или при соударении с ним может высвобождаться в закрытое положение для предотвращения движения подъемного сосуда вниз в шахтный ствол.
Подъемная система может дополнительно содержать расцепитель аварийного барьера, приводимый в действие движением подъемного сосуда вверх, предназначенный для высвобождения нижнего аварийного барьер в его закрытое положение.
Расцепитель может приводиться в действие движением подъемного сосуда вверх до его соударения с верхним аварийным барьером.
Расцепитель может приводиться в действие приведением в действие верхнего замедлителя подъемного сосуда для замедления движения подъемного сосуда вверх.
Ловитель подъемного сосуда может представлять собой аварийный ловитель.
Аварийный ловитель может содержать поворотные аварийные захваты на надшахтном копре, которые могут зацепляться с выступами на подъемном сосуде для захвата подъемного сосуда для предотвращения его движения вниз.
Верхний замедлитель подъемного сосуда может представлять собой устройство поглощения энергии. В частности, верхний замедлитель подъемного сосуда может представлять собой устройство системы Technogrid.
Нижний замедлитель подъемного сосуда может представлять собой устройство поглощения энергии. Нижний замедлитель подъемного сосуда может содержать один или несколько рычагов, прикрепленных к устройству поглощения энергии.
Нижний замедлитель подъемного сосуда может представлять собой устройство системы Technogrid.
Устройство системы Technogrid может содержать один или несколько элементов системы Technogrid и один или несколько рычагов системы Technogrid, причем каждый рычаг прикреплен к соответствующему элементу системы Technogrid.
Каждый рычаг системы Technogrid может перемещаться между отведенным положением, в котором рычаг системы Technogrid удерживается вне пути подъемного сосуда, чтобы не действовать для замедления движения подъемного сосуда, и рабочим положением, в котором рычаг системы Technogrid приведен в положение близости к пути подъемного сосуда, чтобы действовать для замедления движения подъемного сосуда.
Каждый рычаг системы Technogrid может перемещаться в рабочее положение от удара подъемным сосудом.
Подъемный сосуд может ударять пусковое устройство для инициирования движения каждого рычага системы Technogrid в рабочее положение после того, как подъемный сосуд переместился вверх мимо рычага системы Technogrid при событии переподъема.
Устройство поглощения энергии может поглощать кинетическую энергию подъемного сосуда посредством пластической деформации устройства поглощения энергии.
Устройство поглощения энергии может претерпевать деформационное упрочнение при пластической деформации, чтобы тем самым поглощать кинетическую энергию подъемного сосуда.
Нижний замедлитель система Technogrid подъемного сосуда может перемещаться из своего отведенного положения в свое рабочее положение движением подъемного сосуда вверх к верхнему аварийному барьеру. В частности, может быть предусмотрен механизм включения, функционально соединенный с элементом системы Technogrid и срабатывающий от зацепления с подъемным сосудом для перемещения нижнего замедлителя подъемного сосуда в его рабочее положение.
Удлиненный подъемный элемент может представлять собой проволочный канат или трос.
Настоящее изобретение относится также к устройству для удаления добытого материала из шахтного ствола при строительстве шахтного ствола, содержащему
подъемный сосуд для материала, выполненный с возможностью перемещения вверх и вниз в стволе для приема дискретных грузов материала, вынутого при строительстве шахтного ствола, и транспортировки этого материала к верху шахтного ствола для разгрузки; и
подъемную систему согласно вышеприведенному определению, установленную на верху шахтного ствола и предназначенную для подъема указанного подъемного сосуда для материала.
Верхом шахтного ствола может быть участок поверхности земли.
Настоящее изобретение относится также к защитному устройству, предназначенному для защиты от свободного падения подъемного сосуда в случае обрыва подъемного каната в результате состояния переподъема, причем защитное устройство предназначено для использования в подъемной системе, предназначенной для подъема подъемного сосуда из шахтного ствола, причем указанное защитное устройство содержит:
ловитель подъемного сосуда, предназначенный для предотвращения движения подъемного сосуда вниз в состоянии свободного падения по шахтному стволу.
Некоторые варианты осуществления предлагаемой системы содержат верхний замедлитель подъемного сосуда, предназначенный для замедления движения подъемного сосуда вверх в случае события переподъема указанного подъемного сосуда.
Некоторые варианты осуществления предлагаемой системы или устройства содержат нижний замедлитель подъемного сосуда, находящийся ниже верхнего замедлителя подъемного сосуда и ловителя подъемного сосуда и предназначенный для замедления свободного падения подъемного сосуда в случае, если ловитель подъемного сосуда не ловит свободно падающий подъемный сосуд.
Некоторые варианты осуществления предлагаемой системы или устройства содержат нижний аварийный барьер, имеющий открытое положение, в котором он не препятствует движениям подъемного сосуда вверх и вниз из шахтного ствола и в шахтный ствол соответственно, но который может высвобождаться в закрытое положение для предотвращения движения подъемного сосуда вниз в шахтный ствол в случае свободного падения подъемного сосуда.
Некоторые варианты осуществления предлагаемой системы или устройства содержат верхний аварийный барьер, предназначенный для предотвращения движения вверх указанного подъемного сосуда за указанный верхний аварийный барьер, причем указанный верхний аварийный барьер находится на надшахтном копре указанной подъемной системы.
Настоящее изобретение относится также к защитному устройству, предназначенном для защиты от свободного падения мусора в случае состояния переподъема и для использования в подъемной системе, предназначенной для подъема подъемного сосуда из шахтного ствола, причем указанное защитное устройство содержит:
нижний аварийный барьер, имеющий открытое положение, в котором он не препятствует движениям подъемного сосуда вверх и вниз из шахтного ствола и в шахтный ствол соответственно, и закрытое положение, в котором он предотвращает падение мусора в шахтный ствол.
При использовании в контексте описания предлагаемой системы или устройства термин "свободное падение" можно принимать означающим неуправляемое снижение подъемного сосуда в зоне над шахтным стволом.
Термин "свободное падение" при его использовании в связи с настоящим изобретением означает свободное падение в результате события переподъема с последующим обрывом каната.
При толковании термина "направляющая" при использовании этого термина в связи с настоящим изобретением можно считать, что направляющая обладает достаточными прочностью и жесткостью, чтобы противостоять любым боковым и вращающим силам, возникающим вследствие ударных нагрузок и вращающих сил полностью груженного подъемного сосуда, поднимающегося или опускающегося в шахтном стволе с максимальной расчетной скоростью подъемного сосуда. Это обеспечит то, что подъемный сосуд будет поддерживать безопасное расстояние от любого препятствия или других подъемных сосудов, мимо которых он может проходить по длине направляющей системы.
Будет, в общем, некоторый 'допуск' на допустимые градусы поворота или боковое перемещение, зависящий от расстояний, например между:
- другими подъемными сосудами, одновременного опускающимися или поднимающимися в шахтном стволе.
- подъемным сосудом и ближайшим неподвижным предметом (препятствием) в шахтном стволе - этим неподвижным предметом может быть, например, труба или венец крепи шахтного ствола.
- подъемным сосудом и отверстием в разных точках в рабочем полке, через который подъемный сосуд проходит при подъеме или спуске.
Направляющие системы могут разрабатываться и поддерживаться с очень жесткими допусками, такими как +/- 4 мм в обоих направлениях (т.е., на виде в плане +/- 4 мм север-юг и +/- 4 мм восток-запад) для высокоскоростных подъемных сосудов по длине шахтного ствола.
Расчетные допуски могут потребоваться более жесткими, чем допустимый максимальный допуск, чтобы учесть ошибки при монтаже (выравнивании) и износ компонентов (направляющих или втулок подъемного сосуда).
Допуски могут быть более жесткими в зонах, где присутствуют препятствия, такие как в рабочем полке, и могут быть в более широких пределах, где препятствий мало или они вообще отсутствуют, например в открытом шахтном стволе между рабочим полком и стволообразующим устройством.
Краткое описание графического материала
Для того чтобы изобретение можно было объяснить полнее, ниже лишь как пример, не ограничивающий объем настоящего изобретения, будет описан один конкретный вариант осуществления со ссылками на прилагаемый графический материал, на котором
фиг. 1-4 иллюстрируют подъемную систему, построенную в соответствии с изобретением, на разных стадиях работы во время события переподъема;
фиг. 5 представляет собой вид крупным планом ловителя подъемного сосуда (аварийных захватов) и подъемного сосуда (скипа);
на фиг. 6-8 показаны последовательные стадии зацепления подъемного сосуда ловителем подъемного сосуда;
фиг. 9 представляет собой вид крупным планом верхнего и нижнего замедлителей подъемного сосуда;
на фиг. 10-12 показаны последовательные стадии зацепления подъемного сосуда замедлителями подъемного сосуда; и
на фиг. 13 схематически показана последовательность операций во время событий переподъема.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления
На графическом материале показана часть надшахтного копра 11 шахтного ствола, оснащенного подъемной системой для подъема и спуска пары подъемных сосудов, каждый из которых в данном случае представлен 'скипом' 12, параллельными вертикальными путями из шахтного ствола и в шахтный ствол, соответственно. Хотя в проиллюстрированном варианте осуществления показано использование двух таких подъемных сосудов или скипов 12, ясно, что в соответствующих случаях могут использоваться 1, 3 или любое иное число подъемных сосудов или скипов.
Скипы 12 эксплуатируются в паре: когда один скип 12 поднимается на верх шахтного ствола для разгрузки вынутого материала, другой спускается к забою шахтного ствола для заполнения следующим вынутым материалом. Надшахтный копер содержит по одному набору защитных устройств на каждый скип 12, причем каждый набор защитных устройств предназначен для остановки соответствующего скипа 12 после события переподъема и последующего обрыва подъемного каната. Будет описана работа останавливающей системы, показанной слева на чертежах, однако ясно, что для скипа с другой стороны чертежей предусмотрена идентичная система.
Каждый скип 12 поднимается и спускается наматыванием каната 20 на барабан подъемной машины (не показан). Обычно скипы 12 будут подниматься от рабочего полка до верха шахтного ствола. В этом случае каждый скип 12 может передвигаться по направляющим, обеспечивающим точную ориентацию скипа 12 при заполнении материалом и его разгрузке. Двигатель подъемника (не показан) перемещает подъемный канат, тем самым создавая движущую силу для подъема/спуска каждого скипа 12, в то время как направляющие служат лишь для предотвращения вращения и поперечного качания скипа 12 при подъеме/спуске. Направляющие могут содержать направляющую переменной длины (например, канаты для подвески полка), проходящую вниз до рабочего полка. Направляющая переменной длины может проходить в надшахтный копер 11. Альтернативно, в надшахтном копре 11 могут быть предусмотрены неподвижные направляющие, как показано, причем каждый скип 12 переходит на неподвижные направляющие при движении вверх.
Направляющие и направляющие системы рассмотрены в австралийской патентной заявке №2013903212 под названием "Скип и направляющая рама", поданной 23 августа 2013 года), содержание которой ссылкой полностью включено в настоящее описание.
При нормальной работе скип 12 останавливают в положении разгрузки в надшахтном копре 11, и его содержимое разгружают, после чего скип 12 спускают обратно в шахтный ствол. Содержимое скипа 12 могут разгружать или иным образом укладывать на землю, на конвейер или в бункер или мной приемник, как необходимо для хранения или транспортировки добытого материала после извлечения этого материала из шахтного ствола.
При событии переподъема скип 12 поднимают выше его нормального положения для разгрузки, пока он не ударяется о верхний аварийный барьер в виде горизонтальной защитной балки 14, прикрепленной к надшахтному копру 11. После этого система остановки подъемного сосуда предотвращает свободное падение скипа 12 обратно в шахтный ствол. Система остановки подъемного сосуда содержит верхний 15 и нижний 16 замедлители подъемного сосуда, ловитель 17 подъемного сосуда и нижний аварийный барьер 18.
Верхний 15 и нижний 16 замедлители подъемного сосуда могут включать элементы системы Technogrid, продаваемые группой Home Group и аффилиированными компаниями в ЮАР, Соединенных Штатах и Канаде. Каждый элемент системы Technogrid представляет собой секцию деформируемой стальной решетки. При ударе отдельные элементы решетки деформируются с управляемым изгибом, преобразующим кинетическую энергию в потенциальную энергию деформации, которая безопасно рассеивается в виде низкопотенциальной теплоты.
Верхний замедлитель 15 подъемного сосуда неподвижен в своем положении, чтобы замедлять движение вверх скипа при его приближении к верхнему аварийному барьеру 14.
Верхний замедлитель 15 подъемного сосуда, как показано на фиг. 9, выполнен в виде пары узлов 26 системы Technogrid.
Для каждого подъемного сосуда предусмотрены по два узла 26 системы Technogrid.
Каждый из узлов системы Technogrid содержит пару элементов 28 системы Technogrid.
Элементы 28 системы Technogrid каждого узла 26 соединены между собой вверху поперечным соединителем 30 и образуют по существу U-образное тело 32, как показано на фиг. 2.
Элементы 28 системы Technogrid при нормальной работе показаны на фиг. 10. Когда скип 12 входит в состояние переподъема и продолжает двигаться вверх, скип 12 проходит между элементами 28 системы Technogrid U-образных тел 32 и ударяется о поперечные соединители 30. Затем соответствующие элементы 28 системы Technogrid претерпевают пластическую деформацию - удлинение при деформации - как показано на фиг. 11. Эта пластическая деформация поглощает кинетическую энергию от скипа 12, тем самым замедляя скип 12. Если верхний замедлитель 15 подъемного сосуда не поглотит всю кинетическую энергию скипа 12, и скип 12 будет продолжать двигаться вверх, то скип 12 ударится о верхнюю защитную балку 14. В этой точке движение вверх скипа 12 остановится.
После того как скип 12 остановится в движении вверх, под действием силы тяжести он станет опускаться. Первая система аварийной защиты, используемая для остановки подъемного сосуда при опускании, - это ловитель 17 подъемного сосуда.
Ловитель 17 подъемного сосуда выполнен в виде одного или нескольких аварийных ловителей, каждый из которых содержит вертикальную колонну поворотных захватов 22, прикрепленных к надшахтному копру 11, и взаимодействующий с ними набор выступов или зубьев 24, установленных на скипе 12 в любом подходящем месте, в том числе на корпусе скипа. Аварийные захваты 22 имеют выдвинутое, нормальное положение, показанное аварийным захватом 22а на фиг. 5, и отведенное положение, показанное аварийным захватом 22b. Аварийные захваты 22 остаются в выдвинутом положении под действием силы тяжести. В этом положении аварийные захваты 22 упираются в соответствующие удерживающие выступы 27, предотвращающие поворот аварийных захватов 22 из выдвинутого положения, как показано. Аварийные захваты 22 поворачиваются вверх из выдвинутого положения в отведенное положение от удара выступами 24 скипа 12, допуская движение вверх скипа 12 мимо аварийных захватов 22. Затем под действием силы тяжести аварийные захваты 22 отпадают назад в выдвинутое положение сзади выступов 24. Когда скип 12 пытается упасть вниз, аварийные захваты 22 захватывают зубья или выступы 24 на скипе 12, как показано на фиг. 8, чтобы остановить движение скипа 12. Предпочтительно, предусматриваются по меньшей мере две вертикальных колонны аварийных захватов 22. В этом примере колонны расположены с противоположных сторон скипа 12.
Процесс движения скипа 12 мимо аварийных захватов 22 и остановка с упором в колонну аварийных захватов 22 показаны в последовательности на фиг. 6-8. На фиг. 6 выступы 24а, 24b скипа 12 ударяются об аварийные захваты 22с, 22d. От этого удара аварийные захваты 22с, 22d поворачиваются в отведенное положение.
На фиг. 7 показан скип 12 после того, как он остановился в своем движении вверх в состоянии переподъема. Верхний выступ 24а прошел верхний аварийный захват 22е.
На фиг. 8 скип 12 опустился, пока выступ 24а не уперся в аварийный захват 22е, тем самым остановив движение скипа 12. Если скип 12 ударится об аварийные захваты 22 с достаточной силой, аварийные захваты 22 отобьются, и, таким образом, остановить движение вниз скипа 12 попытаются нижние элементы системы Technogrid и аварийные двери (описанные ниже).
Следует отметить, что для традиционных разработок с применением взрывных и породопогрузочных работ используется бадья или кюбель. Как уже отмечалось, бадья или кюбель являются круглыми, так что на их способность быть загруженными или разгруженными вращение бадьи или кюбеля не влияет. Поскольку перед входом в надшахтный копер бадья или кюбель может повернуться, точная ориентация бадьи или кюбеля неизвестна. Соответственно, зубья или выступы, такие как предусмотренные на скипе 12 в соответствии с настоящим изобретением, на бадье или кюбеле не будут предусмотрены, поскольку точно неизвестно, совпадут ли эти зубья или выступы с аварийными захватами.
Предлагаемый ловитель 17 подъемного сосуда предотвращает движение скипа 12 вниз по шахтному стволу в режиме свободного падения в случае обрыва подъемного каната в результате состояния переподъема. Следовательно, ловитель 17 подъемного сосуда действует как часть защитного устройства, предотвращающего свободное падение подъемного сосуда, одновременно образуя часть подъемной системы, предназначенной для подъема подъемного сосуда из шахтного ствола.
Это защитное устройство могло содержать верхний замедлитель 15 подъемного сосуда, замедляющий движение подъемного сосуда 12 вверх в случае события переподъема указанного подъемного сосуда 12 (дополнительно описанного ниже), и/или нижний замедлитель 16 подъемного сосуда, находящийся ниже верхнего замедлителя 15 подъемного сосуда и ловителя 17 подъемного сосуда и предназначенный для замедления свободного падения скипа 12 в случае, если ловитель 17 подъемного сосуда не улавливает (как дополнительно описано ниже).
Нижний замедлитель 16 подъемного сосуда имеет элементы 34 системы Technogrid и рычаги 21 системы Technogrid, прикрепленные к каждому элементу 34 системы Technogrid посредством соединения 36. Каждый рычаг системы Technogrid 21 обычно находится в открытом положении. Это положение показано на фиг. 9 и 10. В этом положении рычаг 21 системы Technogrid удерживается вне пути скипа 12, чтобы не препятствовать движению скипа 12 вверх к верхнему аварийному барьеру 14.
При движении скипа 12 вверх в состоянии переподъема скип 12 зацепляется с механизмом 19 включения. Механизм 19 включения выполнен в виде пары шарнирно соединенных стержней, проходящих к соответствующим рычагам 21 системы Technogrid. Механизм 19 включения может зацепляться крюком или иным механизмом, установленным на скипе 12. Приведение в действие механизма 19 включения вызывает перемещение рычагов 21 системы Technogrid в закрытое положение, как показано на фиг. 11. В закрытом положении рычаги 21 системы Technogrid расположены ниже скипа 12, так что при снижении они зацепятся со скипом 12, и элементы системы Technogrid будут задерживать последующее движение скипа 12 вниз.
С одним из рычагов 21 системы Technogrid соединена зубчатая рейка 38, а с другим из рычагов 21 системы Technogrid соединен болт 40. Зубчатая рейка 38 и болт 40 зацепляются для удерживания рычагов 21 системы Technogrid вместе.
Когда рычаги 21 сходятся, рейка 38 одного рычага 21 движется по выступу 42 на другом рычаге 21. После того как рычаги 21 сходятся достаточно близко, болт 40 падает в зубья зубчатой рейки 38. Проходящая под углом задняя поверхность каждого зуба позволяет болту 40 продолжать скользить по зубьям, чтобы позволить рычагам 21 сближаться, но искривленная передняя сторона каждого зуба зацепляет болт 40 для предотвращения последующего расхождения рычагов 21.
На фиг. 10-12 показаны последовательные стадии в зацеплении с нижним замедлителем 16 подъемного сосуда. На фиг. 10 показаны рычаги 21 нижнего замедлителя 16 подъемного сосуда в открытом положении, допускающем прохождение скипа 12 вверх. На фиг. 11 показаны верхний замедлитель 15 подъемного сосуда, зацепившийся и пластически удлинившийся, рычаги 21, закрытые ниже скипа 12, и зубчатая рейка 38 и болт 40, зацепленные для предотвращения повторного открытия рычагов 21. На фиг. 12 показан нижний замедлитель 16 подъемного сосуда 16 после зацепления скипом 12 с элементами 34 системы Technogrid, пластически удлинившимися для поглощения кинетической энергии падающего скипа 12.
Элементы системы Technogrid 34 пластически деформируются и претерпевают деформационное упрочнение для поглощения кинетической энергии опускающегося скипа 12 и для передачи энергии от скипа 12 в надшахтный копер 11.
Нижний аварийный барьер 18 выполнен в виде аварийной двери, имеющей отведенное положение с подвеской вверху для обеспечения свободного прохода подъемного сосуда в шахтный ствол и из шахтного ствола. В состоянии переподъема подъемный сосуд движется к верхнему аварийному барьеру, вызывая падение двери нижнего аварийного барьера в закрытое положение для предотвращения свободного падения скипа и/или мусора обратно в шахтный ствол.
Нижний аварийный барьер 18 подпружинен, и усилие пружины инициирует закрытие нижнего аварийного барьера 18, после чего вступает в действие сила тяжести, которая и завершает закрытие нижнего аварийного барьера 18.
Ясно, что если система действует как защита от свободного падения скипа 12, средства для задерживания этого свободного падения (а именно замедлители 15-18) могут выбираться индивидуально в соответствии с конкретными требованиями горнорудного проекта и массой подъемного сосуда 12 в груженом состоянии.
Нагруженный подъемный сосуд (т.е., скип 12) может иметь общую массу 6 или 8 т для систем поменьше или для больших систем общую массу порядка 20 тонн или более. В случае события переподъема и последующего свободного падения подъемного сосуда обратно в шахтный ствол, нижний аварийный барьер 18 должен был бы обладать достаточной прочностью, чтобы выдерживать силу полностью нагруженного подъемного сосуда, движущегося с потенциально высокой скоростью. Поэтому нижние аварийные барьеры 18 должны были бы быть очень тяжелыми и рассчитанными на тяжелый режим работы.
В настоящем случае скорость падения подъемного сосуда можно преимущественно считать значительно сниженной ловителем 17 подъемного сосуда и замедлителями 15, 16 подъемного сосуда. Следовательно, нижний аварийный барьер 18 должен быть прочным в степени, необходимой для остановки полностью нагруженного подъемного сосуда, движущегося с уменьшенной скоростью (т.е., с меньшей кинетической энергией) по сравнению со случаем, если ловитель подъемного сосуда 17 или замедлители 15, 16 подъемного сосуда не предусмотрены. Иными словами, можно проектировать нижний аварийный барьер 18 имеющим прочность меньше, чем потребовалось бы для полной остановки движения подъемного сосуда, падавшего в свободном падении сразу же после события переподъема.
Работа проиллюстрированной подъемной системы схематически показана на фиг. 5. В случае события переподъема скип 12 поднимается вверх к верхнему аварийному барьеру 14. При приближении скипа к аварийному барьеру (см. фиг. 1) происходит его соударение с верхним замедлителем 15 подъемного сосуда, в результате чего он задерживает и замедляет скип, чтобы уменьшить энергию отскока. При приближении скипа к аварийному барьеру (см. фиг. 2) и его замедлении верхним замедлителем системы Technogrid движение скипа вверх вызывает включение механизма включения нижнего замедлителя системы Technogrid, чтобы вызвать перемещение рычагов 21 системы Technogrid вовнутрь в рабочее положение ниже скипа 12, и окончательное движение скипа 12 вверх вызывает также высвобождение нижнего аварийного барьера 18, и он перемещается в закрытое положение.
Предлагаемые система и защитное устройство преимущественно допускают присутствие рабочих под подвешенным грузом подъемного сосуда, например в шахтном стволе, тем самым повышая безопасность и эффективность процесса проходки шахтного ствола.
Если событие переподъема происходит во время движения скипа 12 вверх, скип 12 ударяется о верхний аварийный барьер 14. Если этот удар достаточен, чтобы вызвать обрыв подъемного каната 20, скип начинает падать вниз. Затем предполагается (фиг. 3 и сценарий А на фиг. 13), что аварийные захваты ловителя 17 подъемного сосуда зацепятся, чтобы остановить скип 12. В случае если аварийные захваты успешно не зацепляются, чтобы остановить скип (фиг. 4 и сценарий В на фиг. 13), скип падает и ударяет рычаги 21 системы Technogrid нижнего замедлителя 16 подъемного сосуда, который затем зацепляется, чтобы остановить скип 12. В случае если нижний замедлитель подъемного сосуда не останавливает движение скипа 12 (сценарий С на фиг. 13), скип 12 ударяется об аварийную дверь нижнего аварийного барьера 18, останавливающие его падение в шахтный ствол. Во всех трех сценариях аварийная дверь нижнего аварийного барьера 18, закрывающаяся до движения скипа вниз, действует для задерживания любых обломков и мусора со скипа при отскоке и падении.