Направляющая система
GUIDE SYSTEM

Область настоящего раскрытия
Настоящее раскрытие относится к направляющему перемещению транспортного сосуда вверх и вниз по шахтному стволу. Оно имеет особое, но не исключительное, применение для направления транспортных сосудов, перемещающих материалы и персонал вверх/вниз по шахтному стволу между рабочим полком и нижней областью шахтного ствола (например, поблизости от экскаваторной коронки).
Предпосылки
Традиционные операции проходки шахтных стволов осуществляют путем бурения и взрывания с целью выемки материалов из шпура и удаления вынутого материала с использованием системы уборки породы. Эта система уборки породы выбирает вынутый материал и осаждает этот материал в черпаки или бадьи, поднимаемые на поверхность на канатах или неподвижных направляющих, проходящих в шахтный копер, содержащий подъемник в верхней части шахтного ствола. Шахтный ствол может проходить вниз от земной поверхности или может представлять собой гезенк.
Системы черпаков или бадей пригодны для буровых и взрывных процессов проходки шахтных стволов, так как постепенное продвижение шахтного ствола осуществляют обособленными/инкрементными этапами. Например, основание шахтного ствола бурят и взрывают на глубину 3-4 (или более) метров, а затем к выбитой породе спускают систему уборки породы и оператора, и для загрузки посредством системы уборки породы в забой шахтного ствола спускают черпаки или бадьи. Черпаки или бадьи спускают в забой шахтного ствола на тросах или канатах. И хотя для того чтобы обусловливать общее направление передвижения черпаков или бадей (т.е. вверх или вниз), можно использовать тросы или канаты, они не «направляют» черпаки или бадьи, так как по-прежнему возможно поперечное перемещение.
После того, как вся выбитая порода была удалена, оператора, машины для уборки породы и черпаки или бадьи удаляют, и процесс бурения и взрывания повторяется.
Совсем недавно имели место предложения увеличить скорость, с которой может постепенно продвигаться проходка, путем использования ямокопного машинного оборудования. Такое предложение для проходки шахтного ствола раскрыто в международной патентной заявке номер WO 2011/000037 А1.
Если контекст не определяет иное, используемый в данном описании термин «направляющая» относится к элементу, по которому транспортный сосуд передвигается вниз в шахтный ствол, и который оказывает сопротивление или препятствует вращению транспортного сосуда и поперечным перемещениям этого транспортного сосуда относительно шахтного ствола. Такая «направляющая» предусматривает отсутствие движущего, или вынуждающего, усилия, вызывающего перемещение транспортного сосуда.
Краткое описание настоящего раскрытия
Настоящее раскрытие предусматривает направляющую систему переменной длины для направления транспортного сосуда по шахтному стволу, причем эта направляющая система переменной длины проходит вниз от рабочего полка и является выполненной с возможностью удлинения или сокращения для приспосабливания к изменениям в расстоянии между рабочим полком и нижней областью шахтного ствола.
Эта нижняя область может представлять собой область ниже рабочего полка, между рабочим полком и резцовой коронкой.
Нижняя область может представлять собой область ниже рабочего полка, между рабочим полком и забоем шахтного ствола.
Направляющая система переменной длины может проходить от рабочего полка в направлении приспособления, формирующего шахтный ствол. Это приспособление, формирующее шахтный ствол, может содержать вращательную резцовую коронку. Это приспособление, формирующее шахтный ствол, может представлять собой приспособление, формирующее шахтный ствол, описанное в заявке WO 2011/000037 А1.
Направляющая система переменной длины может удлиняться при перемещениях приспособления, формирующего шахтный ствол от рабочего полка, и сокращаться при перемещениях рабочего полка в направлении приспособления, формирующего шахтный ствол.
Направляющая система переменной длины может проходить к приспособлению, формирующему шахтный ствол.
Направляющая система переменной длины может быть соединена с приспособлением, формирующим шахтный ствол, и с рабочим полком.
Направляющая система переменной длины может содержать первый элемент, прикрепленный к рабочему полку, и второй элемент, прикрепленный к приспособлению, формирующему шахтный ствол, при этом первый элемент и второй элемент находятся в контакте с возможностью скольжения, и при этом относительное скользящее перемещение второго элемента относительно первого элемента в результате приводит к удлинению и сокращению направляющей системы переменной длины.
Перемещение вниз приспособления, формирующего шахтный ствол, может скользящим образом выдвигать второй элемент из первого элемента.
Перемещение вниз приспособления, формирующего шахтный ствол, может скользящим образом втягивать второй элемент в первый элемент.
Направляющая система переменной длины может содержать телескопический направляющий агрегат.
Направляющая система переменной длины может содержать ряд концентрически расположенных элементов.
Может иметься два таких концентрически расположенных элемента.
Один из этих концентрически расположенных элементов может быть прикреплен к рабочему полку.
Один из этих концентрически расположенных элементов может быть прикреплен к приспособлению, формирующему шахтный ствол.
Концентрически расположенный элемент, прикрепленный к приспособлению, формирующему шахтный ствол, может
концентрически сажаться в концентрически расположенный элемент, прикрепленный к рабочему полку.
Концентрически расположенные элементы могут иметь одинаковую форму поперечного сечения.
Каждый из концентрически расположенных элементов может иметь квадратное или прямоугольное поперечное сечение.
Каждый из концентрически расположенных элементов может включать рельс.
Каждый из концентрически расположенных элементов может включать штангу.
Каждый из концентрически расположенных элементов может включать шток.
Каждый из концентрически расположенных элементов может включать вал.
Каждый из концентрически расположенных элементов может иметь квадратное поперечное сечение.
Каждый из концентрически расположенных элементов может иметь прямоугольное поперечное сечение.
Каждый из концентрически расположенных элементов может иметь круглое поперечное сечение.
Направляющая система переменной длины может содержать поперечно гибкий элемент, проходящий между рабочим полком и приспособлением, формирующим шахтный ствол, причем этот поперечно гибкий элемент удерживается с натяжением, достаточным для обеспечения, по существу, жесткой направляющей, по которой транспортный сосуд передвигается между рабочим полком и нижней областью.
Поперечно гибкий элемент может включать трос.
Поперечно гибкий элемент может включать канат.
Поперечно гибкий элемент может быть намотан на барабан и может поддерживаться с натяжением посредством вращения барабана.
Поперечно гибкий элемент может быть прикреплен к одному из перечисленного: к рабочему полку или к приспособлению, формирующему шахтный ствол, проходить к другому из перечисленного: к рабочему полку или к приспособлению, формирующему шахтный ствол, огибать шкив и заканчиваться на противовесе для поддержания натяжения в поперечно гибком элементе.
Направляющая система переменной длины может содержать один или несколько тросов.
Каждый трос может содержать натянутый проволочный трос.
Каждый трос может быть намотан на барабан, расположенный на рабочем полке, и посредством этого барабана соответствующий трос удлиняется и сокращается.
Каждый трос может наматываться на барабан, расположенный в нижней области шахтного ствола, и посредством этого барабана соответствующий трос удлиняется и сокращается.
Каждый трос может проходить от рабочего полка вокруг шкива, расположенного в нижней области шахтного ствола, и возвращаться к рабочему полку.
Барабан может быть расположен на приспособлении, формирующем шахтный ствол.
Трос может включать стальной трос.
Направляющая система переменной длины может жестко проходить в фиксированном направлении вниз от рабочего полка.
Направляющая система переменной длины может быть достаточно жесткой для того, чтобы, по существу, сопротивляться вращению и поперечному перемещению транспортного сосуда в ходе передвижения по направляющей системе переменной длины.
Часть направляющей системы переменной длины может быть жестко соединена с рабочим полком.
Часть направляющей системы переменной длины, жестко соединенная с рабочим полком, и сам рабочий полок могут совместно включать монолитную жесткую конструкцию.
Шахтный ствол может проходить к области земной поверхности.
Шахтный ствол может содержать гезенк.
Вверх от направляющей системы переменной длины в рабочий полок может проходить неподвижная направляющая система.
Направляющая система переменной длины может быть соосна с неподвижной направляющей системой.
Направляющая система переменной длины может быть смещена, но проходит в направлении, параллельном неподвижной направляющей системе.
Неподвижная направляющая система может быть прикреплена к рабочему полку.
Направляющая система переменной длины может находиться в контакте с неподвижной направляющей системой с возможностью скольжения.
Направляющая система переменной длины может телескопически взаимодействовать с неподвижной направляющей системой.
Направляющая система переменной длины может телескопически вмещать нижний конец неподвижной направляющей системы.
Когда направляющая система переменной длины сокращается, нижний конец неподвижной направляющей системы может втягиваться в верхний конец направляющей системы переменной длины.
Верхняя направляющая система переменной длины может проходить вверх от неподвижной направляющей системы в верхнюю область шахтного ствола.
Верхняя направляющая система переменной длины может содержать несущий агрегат полка.
Направляющая система переменной длины может быть выполнена с возможностью удлинения без соответствующего удлинения и/или сокращения верхней направляющей системы переменной длины.
Направляющая система переменной длины может быть выполнена с возможностью сокращения по мере удлинения верхней направляющей системы переменной длины.
Настоящее раскрытие также предусматривает систему транспортного сосуда шахтного ствола, содержащую вышеописанную направляющую систему переменной длины, и подъемную систему для подъема и/или спуска транспортного сосуда по этой направляющей системе.
В данном описании также раскрывается направляющая система переменной длины, составляющая часть направляющей системы для направления транспортного сосуда в ходе подъема и/или спуска этого транспортного сосуда в шахтном стволе, при этом система содержит:
промежуточную направляющую секцию фиксированной длины, прикрепляемую к рабочему полку; и
верхнюю направляющую секцию переменной длины, проходящую от промежуточной секции и приспосабливающуюся к изменениям в расстоянии между промежуточной секцией и верхней областью шахтного ствола.
Направляющая система переменной длины может быть выполнена с возможностью удлинения без соответствующего удлинения и/или сокращения верхней направляющей секции.
Направляющая система переменной длины может удлиняться при сокращении верхней направляющей секции. Эта верхняя направляющая секция фактически может быть выполнена с возможностью удлинения при перемещениях вниз промежуточной секции. Направляющая система переменной длины может проходить между промежуточной секцией и приспособлением, формирующим шахтный ствол, и удлиняться при перемещениях приспособления, формирующего шахтный ствол, от промежуточной секции и сокращаться при перемещении промежуточной секции к приспособлению, формирующему шахтный ствол.
В некоторых вариантах осуществления верхняя направляющая секция проходит от уровня земной поверхности вниз к рабочему полку, где верхняя направляющая секция встречается с промежуточной секцией. Промежуточная секция прикреплена к рабочему полку и проходит сквозь рабочий полок к направляющей системе переменной длины. Направляющая система переменной длины проходит от рабочего полка к приспособлению, формирующему шахтный ствол, удлиняется по мере формирования шахтного ствола и сокращается, когда рабочий полок (и промежуточная секция вместе с ним) продвигается вниз по шахтному стволу к приспособлению, формирующему шахтный ствол.
Верхняя направляющая секция и промежуточная секция могут встречаться в переходной области, а транспортный сосуд может содержать головную секцию и базовую секцию, при этом переходная область приспособлена для прекращения передвижения головной секции вниз, в то время как она позволяет базовой секции продолжать передвижение вниз по промежуточной секции.
Следует принять во внимание, что направляющая система переменной длины, или нижняя направляющая секция переменной длины, может быть предусмотрена без того, чтобы также была предусмотрена верхняя направляющая секция переменной длины и промежуточная направляющая секция фиксированной длины.
Настоящая система может быть рассчитана на использование, по существу, в вертикальном шахтном стволе.
Настоящее раскрытие также распространяется на представленную выше систему транспортного сосуда шахтного ствола или на представленную выше направляющую систему и подъемную систему для подъема и/или спуска транспортного сосуда по этой направляющей системе.
В конструкции «направляющей», используемой в сочетании с настоящим раскрытием, можно считать, что направляющая должна быть достаточно прочной и жесткой для того чтобы выдерживать поперечные и вращательные усилия, возникающие в результате ударных нагрузок, и вращательные усилия транспортного сосуда с полной нагрузкой, передвигающегося вверх или вниз по шахтному стволу с максимальной проектной скоростью транспортного сосуда. Это обеспечит поддержание безопасного зазора между транспортным сосудом и каким-либо препятствием или другими транспортными сосудами, мимо которых он может передвигаться по всей длине направляющей системы.
В целом, будет иметь место некоторый «допуск» в допустимой степени вращения или поперечного перемещения, зависящий от зазоров, например, между:
- разными транспортными сосудами, одновременно движущимися по шахтному стволу.
- транспортным сосудом и ближайшим неподвижным объектом (препятствием) в шахтном стволе - таким неподвижным объектом может являться, например, труба или венец крепи шахтного ствола.
- транспортным сосудом и отверстием в различных пунктах в рабочем полке, через которое транспортный сосуд проходит в ходе передвижения вверх или вниз.
Направляющие системы можно проектировать и поддерживать с очень жесткими допусками, такими, как ±4 мм в обоих направлениях (т.е., в плане, ±4 мм на север/юг и ±4 мм на восток/запад), для высокоскоростных транспортных сосудов по всей длине шахтного ствола.
Проектные допуски могут быть более жесткими, чем допустимый максимальный допуск, для того чтобы приспосабливаться к ошибкам при установке (выравнивании) и при износе компонентов (направляющих или втулок транспортного сосуда).
Допуски могут быть более жесткими в зонах, где присутствуют препятствия, как, например, в рабочем полке, и могут находиться в более широких пределах в зонах, где присутствует меньше препятствий или препятствия отсутствуют, как, например, в открытом шахтном стволе между рабочим полком и приспособлением, формирующим шахтный ствол.
Краткое описание графических материалов
Для того чтобы более полно описать систему согласно настоящему раскрытию, один частный вариант осуществления будет описан подробно со ссылкой на сопроводительные графические материалы, в которых:
фиг. 1 - схематический вид сбоку машины для бурения шахтного ствола, использующей направляющую систему согласно настоящему раскрытию;
фиг. 2 - перспективный вид сбоку транспортного сосуда, содержащего головную и базовую части и находящегося в контакте с верхней направляющей секцией (тросами для подвески полка) направляющей системы;
фиг. 3 - перспективный вид сбоку базовой секции транспортного сосуда по фиг. 2, находящегося в контакте с промежуточной секцией (неподвижные рельсы) направляющей системы;
фиг. 4 - перспективный вид сбоку головной секции транспортного сосуда по фиг. 2, находящегося в контакте с верхней направляющей секцией (тросы для подвески полка) направляющей системы; и
фиг. 5 - схематический вид сбоку направляющей системы переменной длины (телескопических направляющих).
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
На фиг. 1 показан, по существу, вертикальный шахтный ствол 10, разрабатываемый машиной 12 для бурения шахтного ствола, или проходки шахтного ствола. Машина 12 содержит приспособление, формирующее шахтный ствол, а именно: резцовую коронку 14 для проходки шахтного ствола, и рабочий полок 16, на котором персонал крепит шахтный ствол по мере его разработки. Такая машина для бурения шахтного ствола описана в документе WO 2011/000037, где вращательная резцовая коронка устанавливается на нижний конец основной станины машины и снабжается зубками для проходки шахтного ствола. Врубы от резцовой коронки пропускаются вверх к погрузочно-разгрузочному пункту на рабочем полке и перемещаются в скипы для подъема из шахтного ствола к поверхности.
Рабочий полок 16 подвешен над машиной 12 для бурения шахтного ствола. Рабочий полок 16 выполнен с возможностью перемещения вниз по шахтному стволу 10 независимо от перемещений вниз машины 12 для бурения шахтного ствола.
Персонал и материалы транспортируют на рабочий полок в транспортном сосуде 18. Транспортный сосуд 18 содержит базовую секцию, в настоящем случае - клеть 18ʺ, имеющую квадратное поперечное сечение. Эта квадратная клеть 18ʺ является полностью закрытой для предотвращения выступания материала и конечностей людей из клети 18ʺ. Для перемещения транспортного сосуда 18 шахтный ствол 10 оснащен системой 100 транспортного сосуда шахтного ствола. Эта система 100 транспортного сосуда шахтного ствола содержит направляющую систему 20, которая обсуждается ниже, и подъемную систему 102 для подъема и спуска транспортного сосуда 18 по этой направляющей системе 20.
Подъемная система 102 поднимает и опускает транспортный сосуд 18 на полную длину направляющей системы 20. Иными словами, подъемная система 102 обеспечивает движущую силу для управляемого подъема и спуска транспортного сосуда 18. Подъемная система известным образом прикреплена к верхней части транспортного сосуда 18.
Направляющая система 20 не обеспечивает какой-либо движущей силы для подъема или спуска транспортного сосуда 18. Направляющая система 20 направляет перемещение транспортного сосуда 18, обеспечивая то, что транспортный сосуд 18 не вращается или не совершает поперечных перемещений в ходе подъема/спуска по шахтному стволу 10. При устранении или уменьшении поперечных перемещений транспортного сосуда 18 значительно уменьшается вероятность столкновений между транспортным сосудом 18 и стенками шахтного ствола 10 или с другим оборудованием.
Для направления подъема и/или спуска транспортного сосуда 18 в шахтный ствол 10, транспортный сосуд 18 передвигается, или движется, по направляющей системе 20. Направляющая система 20 содержит промежуточную направляющую секцию фиксированной длины, воплощенную посредством неподвижных направляющих 22, верхнюю направляющую секцию переменной длины, воплощенную посредством несущего агрегата 24 полка, и направляющую систему переменной длины, воплощенную посредством телескопического направляющего агрегата 26.
При использовании направляющей системы 20 транспортный сосуд 18 может направляться на всей протяженности передвижения вверх и вниз по шахтному стволу. В этом смысле, термин «направляющая» означает, что траектория транспортного сосуда является, по существу, фиксированной так, чтобы, по существу, предотвращались поперечные перемещения транспортного сосуда 18 и вращение транспортного сосуда 18.
Неподвижные направляющие 22 прикреплены к рабочему полку 16, поэтому удлинение/сокращение несущего агрегата 24 полка и телескопического направляющего агрегата 26, в целом, описывается в отношении перемещений рабочего полка 16 или компонентов (например, резцовой коронки 14) относительно рабочего полка 16.
Несущий агрегат 24 полка проходит вверх от неподвижных направляющих 22, приспосабливаясь к изменениям в расстоянии между неподвижными направляющими 22 и верхней областью 28 шахтного ствола 10. Таким образом, транспортный сосуд 18 может передвигаться по несущему агрегату 24 полка, как показано на фиг. 1, между уровнем земной поверхности (например, над областью погрузки/разгрузки грунта) и рабочим полком 16. Следует принять во внимание, что шахтный ствол 10 может содержать гезенк, и в этом случае транспортный сосуд 18 передвигался бы по несущему агрегату 24 полка между верхней областью гезенка и рабочим полком 16.
По мере того, как шахтный ствол 10 удлиняется, увеличивается расстояние от верхней области 28 до рабочего полка 16 (т.е. расстояние от верхней области 28 до неподвижных направляющих 22). С этой целью несущий агрегат 24 полка имеет переменную длину, приспосабливаясь к изменению расстояния между верхней областью 28 и рабочим полком 16, или неподвижными направляющими 22. В частности, несущий агрегат 24 полка выполнен с возможностью удлинения для содействия увеличению расстояния между верхней областью 28 и рабочим полком 16. Аналогично, может потребоваться поднять рабочий полок 16, поэтому несущий агрегат 24 полка также выполнен с возможностью сокращения.
Несущий агрегат 24 полка содержит пару тросов 30 для подвески полка, проходящие вверх к своду шахтного ствола 10, как показано на фиг. 2. Следует принять во внимание, что при желании можно использовать любое количество тросов или альтернативных направляющих средств, и что эти тросы могут быть изготовлены из любого подходящего материала (как правило, из стали). Например, несущий агрегат 24 полка могут составлять проволочные тросы или канаты, намотанная стальная труба или труба в бухтах, стальные ленты, цепи и т.д. В качестве несущего агрегата 24 полка можно использовать любой гибкий материал или конструкцию, которую можно наматывать и отматывать.
Тросы 30 для подвески полка проходят в направляющих муфтах 32, предусмотренных на транспортном сосуде 18 для направления перемещения транспортного сосуда 18 между верхней областью 28 шахтного ствола 10 и рабочим полком 16.
Со ссылкой в дальнейшем на фиг. 1, тросы 30 для подвески полка помещаются на шкивы, или канатные барабаны 34, которые травят и наматывают для удлинения и сокращения тросов 30 для подвески полка. Шкивы 34 установлены в надшахтном копре 36, проходящем над открытым верхним концом шахтного ствола 10 так, чтобы тросы 30 проходили от шкивов 34 прямо вниз в шахтный ствол 10.
Шкивы 34 поддерживают в тросах 30 для подвески полка натяжение, достаточное для того чтобы обеспечивать возможность передвижения транспортного сосуда 18 вверх/вниз по верхней направляющей секции 24 переменной длины без значительного вращения и/или поперечного отклонения. Иными словами, тросы 30 для подвески полка поддерживают ориентацию транспортного сосуда 18 по мере того, как он поднимается/спускается по шахтному стволу 10 в области выше рабочего полка 16. При условии предотвращения вращения и поперечных перемещений транспортного сосуда 18, можно использовать транспортные сосуды 18, имеющие квадратное или прямоугольное поперечное сечение, так как устраняется риск зацепления углов транспортного сосуда 18 за рабочий полок 16. Несущий агрегат 24 полка, в настоящем варианте осуществления - тросы 30 для подвески полка, несут вес рабочего полка 16. Таким образом, несущий агрегат 24 полка находится под действием значительного натяжения (более чем 250 т). Будучи натянутым, несущий агрегат 24 полка, на самом деле, представляет собой, по существу, жесткий элемент, по которому передвигается транспортный сосуд 18. Таким образом, несущий агрегат 24 полка служит для управления траекторией передвижения головной секции, или направляющей рамы 18', и посредством этого направляет транспортный сосуд 18 по шахтному стволу так, чтобы этот транспортный сосуд 18, по существу, не испытывал поперечного перемещения или вращения.
Противоположные концы тросов 30 для подвески полка могут быть соединены с рабочим полком 16 любыми пригодными вантами или другими средствами: например, тросы 30 для подвески полка и рабочий полок 16 могут быть предусмотрены с взаимодействующими звеньями цепи или взаимодействующими монтажными петлями, через которые помещается болт, поддерживающий эти монтажные петли с соблюдением точной приводки одной к другой. В качестве альтернативы, тросы 30 для подвески полка могут быть удвоены вниз к рабочему полку 16 - иными словами, тросы 30 для подвески полка будут проходить от барабана подъемной лебедки в надшахтном копре 11 вниз к шкиву, установленному на рабочем полке 16, огибать этот шкив и возвращаться вверх к надшахтному копру 11, где эти тросы 30 для подвески полка заканчиваются. Такое «удвоенное» расположение обеспечивает механическое преимущество для подъемников, в два раза уменьшая усилие, требуемое для поддержания положения рабочего полка 16 или для подъема и спуска рабочего полка 16.
Несущий агрегат 24 полка из направляющей системы 20 проходит вверх от неподвижных направляющих 22. В то время как требуется, чтобы несущий агрегат 24 полка был гибким (т.е. выполненным с возможностью удлинения и сокращения) с тем, чтобы позволять ему проходить по всей протяженности шахтного ствола 10, длина рабочего полка 16 является относительно фиксированной, и поэтому такая гибкость в неподвижных направляющих 22 не является необходимой.
Когда персонал и материалы выгружают из транспортного сосуда 18, находящегося на рабочем полке 16, также требуется, чтобы этот транспортный сосуд 18 был сообразно ориентирован в пунктах загрузки/разгрузки в рабочем полке 16. Также и по этой причине, полезным является то, что неподвижные направляющие являются жесткими и неподвижными в определенном положении относительно рабочего полка 16, в особенности, для того чтобы делать возможной сообразную ориентацию квадратных или прямоугольных транспортных сосудов 18.
Как показано на фиг. 3, неподвижные направляющие 22 включают ряд неподвижных рельсов 38, жестко прикрепленных с различными промежутками к рабочему полку 16. Эти неподвижные рельсы 38 скользят в швеллерах 40, установленных на транспортном сосуде 18 так, чтобы этот транспортный сосуд 18, или его клеть 18ʺ (обсуждаемая в дальнейших подробностях ниже), мог продвигаться через рабочий полок 16.
Швеллера 40 обязательно открыты с одной стороны, для того чтобы позволять клети 18ʺ скользить мимо соединений (не показаны) между неподвижными рельсами 38 и рабочим полком 16.
Неподвижные рельсы 38 проходят на небольшое расстояние над соединением между тросами 30 для подвески полка и рабочим полком 16 так, чтобы направление клети 18ʺ по неподвижным рельсам 38 начиналось до того момента, когда тросы 30 для подвески полка перестанут направлять транспортный сосуд 18. Некоторое наложение в направлении транспортного сосуда 18 посредством тросов 30 для подвески полка и неподвижных рельсов 38 обеспечивает то, что ориентация транспортного сосуда 18 во все моменты времени является управляемой, что, таким образом, позволяет транспортному сосуду 18 иметь квадратное поперечное сечение при переходе от одной направляющей системы к другой, где такой переход не был бы возможен, если бы ориентация транспортного сосуда 18 была неопределенной.
Несмотря на то, что тросы 30 для подвески полка могут быть соединены непосредственно с неподвижными направляющими 22, настоящие тросы 30 для подвески полка соединены с рабочим полком 16, и промежуточная секция 22 проходит по параллельной, но не коллинеарной, траектории, как показано на фиг. 1. Это связано с тем, что различные направляющие средства, а именно муфты 32 и швеллеры 40, являются предпочтительными направляющими средствами для использования с секциями разных типов, а именно для проволочных тросов или тросов 30 для подвески полка в несущем агрегате 24 полка, и для неподвижных рельсов 38 в неподвижных направляющих 22, соответственно.
В дополнение, транспортный сосуд 18, показанный на фиг. 2, содержит головную секцию, или направляющую раму 18' (см. на фиг.4), и базовую секцию, или вспомогательную клеть 18ʺ (см. фиг. 3). Головная секция 18' вмещает клеть 18ʺ и содействует направлению клети 18ʺ по несущему агрегату 24 полка из несущей системы 20, как показано на фиг. 2.
Клеть 18ʺ используют для транспортировки персонала (в нижней клети 50), но также ее можно использовать для транспортировки грузов (например, вентиляционной трубы 41, как показано в верхней клети 52 на фиг. 2).
Для перехода между несущим агрегатом 24 полка и неподвижными направляющими 22 направляющая рама 18' отделяется от клети 18ʺ. Для содействия этому разделению несущий агрегат 24 полка и неподвижные направляющие 22 встречаются в переходной области (не показана), где направляющая рама 18' транспортного сосуда 18 отделяется от клети 18ʺ.
Эта переходная область содержит посадочный механизм, на котором направляющая рама 18' приходит в состояние покоя в ходе передвижения вниз. Как правило, при передвижении вниз по несущему агрегату 24 полка транспортный сосуд 18 будет замедляться, например, до «ползучей» скорости, непосредственно перед тем, как посадочный механизм ослабит удар несущей рамы 18' об этот посадочный механизм. Посадочный механизм также содержит амортизатор для поглощения ударных нагрузок от головной секции 18', сажаемой на рабочий полок 16.
Для облегчения перемещения от тросов 30 для подвески полка на неподвижные рельсы 38, на направляющей раме 18' и клети 18ʺ предусмотрены различные направляющие приспособления. С одной стороны, на направляющей раме 18' предусматривают муфты 32 для охвата тросов 30 для подвески полка. Тогда, когда направляющая рама 18ʺ передвигается по тросам 30 для подвески полка, тросы 30 для подвески полка проходят через муфты 32. С другой стороны, когда клеть 18ʺ постепенно продвигается в рабочий полок 16, клеть 18ʺ снабжена швеллерами 40, вмещающими неподвижные рельсы 38 в рабочем полке 16 и позволяющими клети 18ʺ продолжать спуск в шахтный ствол 10 после посадки направляющей рамы 18' на концы несущего агрегата 24 полка.
Персонал в рабочем полке 16 крепит шахтный ствол 10 в ходе зарубки шахтного ствола 10 посредством резцовой коронки 14. Таким образом, резцовая коронка 14 продвигается вниз, формируя шахтный ствол 10, тогда как рабочий полок 16 остается неподвижным, для того чтобы облегчать крепление шахтного ствола 10. С этой целью телескопический направляющий агрегат 26 выполнен с возможностью удлинения без соответствующего удлинения и/или сокращения несущего агрегата 24 полка. И наоборот, телескопический направляющий агрегат 26 сокращается по мере того, как несущий агрегат 24 полка удлиняется, так как удлинение несущего агрегата 24 полка в результате приводит к спуску рабочего полка 16 к резцовой коронке 14 (т.е. несущий агрегат 24 полка удлиняется при перемещениях вниз неподвижных направляющих 22).
Рабочий полок 16 постепенно, инкрементно продвигается вниз (например, с шагом 10,5 м). После каждого инкрементного перемещения рабочий полок 16 удерживается неподвижно, в то время как шахтный ствол 10 крепят бетоном; в то время как рабочий полок 16 остается неподвижным резцовая коронка 14 продвигается, удлиняя шахтный ствол 10 так, как это обсуждалось выше. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, резцовая коронка 14 может продвигаться на 10,5 м, а затем прекращать зарубку, и в этот момент рабочий полок 16 продвигается на 10,5 м вниз по шахтному стволу 10 в направлении резцовой коронки 14, и на рабочем полке 16 можно начинать крепление следующей 10,5 м секции шахтного ствола 10.
Нижняя направляющая секция переменной длины содержит телескопический направляющий агрегат 26. В настоящем варианте осуществления этот телескопический направляющий агрегат 26 содержит ряд телескопических направляющих 44, как показано на фиг.5. Телескопические направляющие 44 позволяют транспортному сосуду 18 направляться по пространству между рабочим полком 16 и машиной 12 для бурения шахтного ствола, в особенности там, где рабочий полок 16 не имеет механического соединения с машиной 12 для бурения шахтного ствола. Например, телескопические направляющие 44 могут быть приспособлены для удлинения от рабочего полка 16, подвешенного на тросах 30 для подвески полка (т.е. на верхней направляющей секции переменной длины), вниз к машине 12 для бурения шахтного ствола.
Телескопический направляющий агрегат 2 6 проходит вниз от неподвижных направляющих 22, приспосабливаясь к изменениям в расстоянии между неподвижными направляющими 22 и нижней областью 42 шахтного ствола 10. Телескопический направляющий агрегат 26 соосен с неподвижными направляющими 22. Иными словами, направление удлинения телескопического направляющего агрегата 26 коллинеарно продольному направлению неподвижных направляющих 22. Таким образом, транспортный сосуд 18 может легко переходить с неподвижных направляющих 22 на телескопический направляющий агрегат 26 и наоборот.
Телескопический направляющий агрегат 26 составляет жесткую, но имеющую переменную длину, направляющую наряду с транспортным сосудом 18, передвигающимся под рабочим полком 16. Таким образом, транспортный сосуд 18 направляется ниже рабочего полка 16 таким образом, что, по существу, предотвращается вращение и поперечные перемещения транспортного сосуда 18.
Если транспортный сосуд 18 вместо этого поднимался бы без направления при перемещении в области между рабочим полком 16 и экскаваторной коронкой, транспортный сосуд 18 мог бы раскачиваться наружу и зацепляться снизу за рабочий полок 16.
Телескопические направляющие 44 обеспечивают то, что всегда имеет место направляющая, проходящая на полное расстояние между рабочим полком 16 и резцовой коронкой 14 так, что транспортный сосуд может направляться между ними даже тогда, когда это расстояние изменяется. Как упоминалось выше, функция «направления» транспортного сосуда 18 отличается от функций подъема. Последние в результате приводят к перемещению транспортного сосуда 18 вверх и вниз. Первая же обеспечивает то, что транспортный сосуд 18 в ходе подъема остается на конкретной траектории, в частности, в конкретной ориентации.
В традиционных шахтах в ходе уборки породы для переноса выбитой породы наружу из шахтного ствола используют черпаки. Черпаки являются круглыми и обычно имеют открытый верх. Это вызвано тем, что тросы, на которых спускают черпаки, позволяют черпакам вращаться. Следовательно, нельзя гарантировать ориентацию черпаков в ходе погрузки/разгрузки материала. Если черпаки сделаны круглыми и имеющими открытый верх, то ориентация черпаков в ходе погрузки/разгрузки не имеет значения. Также, черпаки, имеющие квадратное или прямоугольное поперечное сечение, застревали бы у стенок шахтного ствола 10 или зацеплялись бы при попытке входа в рабочий полок 16, не будучи ориентированными должным образом.
Как описывалось выше, ориентация транспортного сосуда 18 в настоящем варианте осуществления может быть критичной, так как имеется ограниченное пространство, и транспортный сосуд 18 должен передвигаться в транспортном полке 16. Поэтому вращение и/или поперечные перемещения транспортного сосуда 18 являются нежелательными.
Направляющая секция переменной длины обеспечивает жесткую, в также непрерывно удлиняемую и сокращаемую направляющую между рабочим полком 16 и нижним концом 42 шахтного ствола 10. Таким образом, ориентация транспортного сосуда 18 может быть зафиксирована, что позволяет транспортным сосудам 18 иметь квадратное, прямоугольное или другое некруглое поперечное сечение. Фиксация ориентации транспортного сосуда 18 делает систему безопаснее, так как это устраняет неуправляемое вращение транспортного сосуда 18. Также, поскольку транспортные сосуды для персонала (например, подъемники), как правило, имеют квадратное или прямоугольное поперечное сечение, направляющая секция 26 переменной длины легко и безопасно приспосабливается к использованию таких транспортных сосудов.
Телескопический направляющий агрегат 26, показанный на фиг. 5, проходит к резцовой коронке 14 и, таким образом, удлиняется и сокращается при изменениях в расстоянии между рабочим полком 16 и резцовой коронкой 14.
Телескопическая направляющая 44 телескопического направляющего агрегата 26 содержит первый элемент, а именно: верхний рельс 46, и второй элемент, а именно: нижний рельс 48, размещенный в нижнем конце верхнего рельса 46 с возможностью скольжения. Верхний рельс 46 жестко прикреплен к рабочему полку 16, а нижний рельс 48 жестко прикреплен к машине 12 для бурения шахтного ствола.
Каждый из рельсов содержит, по существу, квадратную или прямоугольную стальную трубу, при этом внутренний диаметр наружного рельса (т.е. верхнего рельса 46) несколько больше наружного диаметра внутреннего рельса (т.е. нижнего рельса 48). Рельсы 46, 48 рассчитаны на отсутствие изменчивости в направлении протяженности одного рельса 46, 48 относительно другого.
Удлинение и сокращение телескопического направляющего агрегата 24 может приводиться в действие непосредственно (т.е. являться механизированным) или может происходить в результате перемещения машины 12 для бурения шахтного ствола от рабочего полка 16 или наоборот - происходить в результате перемещения рабочего полка 16 к машине 12 для бурения шахтного ствола. В любом случае, при перемещении вниз машины 12 для бурения шахтного ствола нижний рельс 48 выдвигается изнутри концентрически расположенного верхнего рельса 46. Аналогично, при перемещении вниз рабочего полка 16 нижний рельс 48 втягивается в концентрически расположенный верхний рельс 46.
Верхний рельс 46 также может телескопически взаимодействовать с неподвижным рельсом 38 неподвижных направляющих 26. В частности, нижний конец неподвижного рельса 38, показанный на фиг. 5, вмещается в верхний рельс 46. По мере того, как резцовая коронка 14 продвигается вниз от рабочего полка 16, нижний рельс 48 выдвигается из верхнего рельса 46. И, наоборот, по мере того, как рабочий полок 16 продвигается к резцовой коронке 14, нижний рельс 48 втягивается в верхний рельс 46.
Так как на грани, за которую может зацепляться швеллер 40 транспортного сосуда 18 в ходе поднятия или спуска, будет присутствовать больший из двух концентрически расположенных рельсов (в зависимости от того, какой из двух концентрически расположенных рельсов, нижний или верхний, имеет больший диаметр), швеллера 40 являются расширенными на конус на их верхних и нижних концах.
Следует принять во внимание, что телескопический направляющий агрегат может содержать любое количество концентрически расположенных рельсов. Например, телескопическая направляющая 44 может содержать только один рельс (например, верхний рельс 46), вмещающий неподвижный рельс 38, прикрепленный к рабочему полку 16. Как таковые, неподвижный рельс 38 и верхний рельс 46 могли бы совместно образовывать телескопическую направляющую систему 44. Иными словами, телескопический направляющий агрегат может содержать любое количество рельсов, в том числе: два рельса, включающие верхний рельс 46 и неподвижные рельсы 38; три рельса, включающие нижние рельсы 48, верхний рельс 46 и неподвижные рельсы 38; или четыре или большее количество рельсов.
Также следует принять во внимание, что верхний рельс 46 может фактически втягиваться вверх в неподвижный рельс 38 по мере того, как продвигается рабочий полок 16, и выдвигаться из неподвижного рельса 38 по мере того, как продвигается резцовая коронка, при условии, что между неподвижным рельсом 38 и рабочим полком 16 не имеется соединений до достаточной длины на нижнем конце неподвижного рельса 38.
Телескопический направляющий агрегат 26 соединен только на его верхнем и нижнем концах. В частности, телескопический направляющий агрегат 26 соединен на его верхнем конце с рабочим полком 16 и на его нижнем конце - с машиной 12 для бурения шахтного ствола. Телескопический направляющий агрегат 26 не имеет поперечной опоры между его концами.
В качестве альтернативы, телескопический направляющий агрегат 26 может быть снабжен опорой, проходящей от задней части направляющего агрегата 26 (т.е. со стороны направляющего агрегата 26, противоположной стороне, по которой скользят швеллера 40 транспортного сосуда 12). Эта опора может содержать одну или несколько направляющих лап. Эти направляющие лапы могут быть выполнены с возможностью удлинения и сокращения для поддержания контакта со стенкой шахтного ствола 10, так как эта стенка может быть неровной.
Нижняя направляющая система переменной длины, в качестве альтернативы, может содержать трос и механизм противовеса. Как и для тросов 30 для подвески полка, тросы, проходящие от рабочего полка 16 и машины 12 для бурения шахтного ствола, огибают шкивы, установленные в рабочем полке 16. Натяжение можно поддерживать в тросах, используя систему противовеса так, чтобы тросы были, по существу, жесткими и, таким образом, по существу, препятствовали поперечным перемещениям и вращению транспортного сосуда 18 в области ниже рабочего полка 16.
Тросы могут проходить от рабочего полка 16 вниз к шкиву, установленному на приспособлении, формирующем шахтный ствол, вокруг этого шкива и обратно к рабочему полку 16. Если тросы проходят от подъемного барабана лебедки на рабочем полке 16, этот подъемный барабан лебедки может приводиться в движение для удлинения или сокращения тросов и для поддержания натяжения на тросах так, чтобы они образовывали, по существу, жесткие направляющие, по которым транспортный сосуд передвигается ниже рабочего полка 16. В качестве альтернативы, один конец каждого троса может быть закреплен на рабочем полке 16, при этом трос огибает шкив, установленный на приспособлении, формирующем шахтный ствол, обратно и вокруг дополнительного шкива, установленного на рабочем полке 16, и включает крепление противоположного конца каждого троса к противовесу для поддержания должного натяжения в тросе.
Нижняя направляющая система переменной длины может составлять систему, поставляемую совершенно отдельно от вышеописанной полной направляющей системы 20, и она может быть рассчитана на приспосабливание к существующей системе бурения шахтного ствола.