ГЛАВА I
ПУНКТЫ ПОГРУЗКИ УГЛЯ
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПУНКТОВ ПОГРУЗКИ
Погрузочные комплексы предприятий угольной промышленности включают в себя сосуды, аппараты и механизмы, предназначенные для аккумулирования, сортировки, транспортирования и погрузки угля, перемещения вагонов при погрузке, контроля качества, веса угля и формирования «шапки». Однако конструктивное исполнение· этих комплексов па действующих шахтах и обогатительных фабриках весьма разнообразно [1], что объясняется отсутствием в их проектах типовых схем погрузки, а также отсутствием типовых конструктивных решений в большинстве применяемых механизмов.
С целью создания типовых автоматизированных углепогрузочных, пунктов институтами Центрогипрошахт, Гипроуглеавтоматизация и УкрНИИпроект проведена унификация технологических схем погрузки на базе выпускаемого универсального оборудования.
На шахтах Советского Союза в основном применяется бункерная и безбункерная погрузки угля в полувагоны универсального назначения грузоподъемностью 57, 62, 93 и 125 т.
Более прогрессивную безбункерную погрузку начали внедрять на шахтах и обогатительных фабриках с 1959 г. Экономический эффект при ее внедрении достигается за счет уменьшения сметной стоимости строительства углепогрузочного комплекса. Этот способ погрузки, кроме того, уменьшает измельчение угля. Однако безбункерная погрузка требует наличия на каждом погрузочном пункте неснижаемого запаса вагонов, что, как показал опыт, не всегда выдерживается. Так, в 1966 г. ущерб от простоев из-за отсутствия вагонов по шести угольным комбинатам превысил 8 млн. руб. Поэтому в настоящее время на предприятиях с безбункерной погрузкой введены в действие аварийные склады. На многих предприятиях они стали постоянно действующими, через них проходит от 50 до 100% добываемого угля [2].
Недостатком складирования является дополнительное измельчение товарного угля механизмами складов (скреперные установки, бульдозеры, экскаваторы, конвейеры, грейферы). На открытых складах, кроме того, происходит выветривание и, нередко, самовозгорание угля. Однако благодаря уменьшению потерь от простоев предприятий и возможности скоростной загрузки составов в настоящее время считается прогрессивным создание угольных складов, оборудованных более совершенными, высокопроизводительными погрузочными машинами.
В соответствии с унификацией Центрогипрошахта различают схемы погрузки рядовых углей и отсевов и схемы погрузки сортовых углей (рис. 1) [3].
При погрузке сортовых углей применяют различные устройства, уменьшающие их дробление и сегрегацию, — наклонные конвейеры, спускные желоба, течки со спиральным спуском и др.
На рис. 1 приведены следующие схемы погрузки: в движущийся вагон с прекращением погрузки при переходе межвагонного пространства 1, в движущийся вагон с переключением потока в очередной вагой при переходе межвагонного пространства 2, в неподвижный вагон передвижным конвейером 3, в движущийся вагон с передвижением конвейера в конце погрузки при взвешивании 4, в движущийся вагон стационарной конвейерной стрелой 5, в неподвижный вагон передвижной конвейерной стрелой 6.
Бункерная погрузка угля по схеме 1 производится непосредственно через центральные выпускные отверстия ячеек бункера. Комплекс оборудования состоит из секторных затворов, которыми оборудованы все выпускные отверстия ячеек бункера, маневрового устройства и в отдельных случаях платформенных вагонных весов. Уголь может поступать в движущийся вагон как из одной, так и из всех ячеек бункера. В момент приближения задней стенки вагона к выпускному отверстию ячейки затвор ее закрывается. Погрузка производится преимущественно по объему кузова вагона. Техническая производительность погрузки по этой схеме не превышает 500 т/ч и требует большого количества обслуживающего персонала.
Безбункерная погрузка по схеме 1 производится с подпором через накопительную воронку и погрузочный желоб по объему кузова вагона. После отсыпки первичного конуса вагон протягивается маневровым устройством (при условии сохранения подпора угля) под желобом, установленным до необходимого уровня формирования «шапки».
Рис. 1. Технологические схемы бункерной (а) и без бункерной (б) погрузки угля
Перед окончанием загрузки вагона выпускное отверстие накопительной воронки закрывается затвором с таким расчетом, чтобы оставшийся в погрузочном желобе уголь разместился в незаполненной части вагона. Погрузка по этой схеме аналогична бункерной погрузке и отличается лишь применением накопительной воронки малой емкости, которая должна обеспечивать накопление угля, поступающего из шахты в период смены составов.
Достоинствами погрузки угля по объему с использованием дозировочных желобов являются:
поступление угля в кузов плавно, непрерывным потоком (благодаря наличию постоянного подпора);
совмещение погрузки с разравниванием угля и формированием «шапки» самим желобом;
исключение в зимний период попадания холодного воздуха в здание благодаря подпору угля во время погрузки;
прекращение погрузки при остановке вагона под погрузочным желобом в результате подпора.
Недостатком же является непостоянство веса загруженного в вагон угля из-за невозможности учесть колебания его объемного веса и произвести точную установку погрузочного желоба по высоте. Кроме того, погрузка по объему требует согласования скорости перемещения вагонов и интенсивности потока поступающего угля, т. е. наличия регулируемого привода перемещения маневровых устройств.
Бункерная погрузка по схеме 2 производится по весу или объему стационарным сборным ленточным конвейером и погрузочным желобом. Данная схема отличается от рассмотренной выше тем, что из выпускных ячеек бункера уголь питателями пли при помощи затворов подается на конвейер, транспортирующий его до желоба, через который производится погрузка в вагон. Разравнивание угля в вагоне часто производится самим желобом. По этой схеме после отсыпки первичного конуса и загрузки вагона основной лоток погрузочного желоба поднимается, а вспомогательный опускается, направляя уголь в очередной вагон. В момент окончания загрузки вагон устанавливается на весах, производится его взвешивание и дозировка до полной грузоподъемности.
Безбункерная погрузка по схеме 2 производится через двухрукавный желоб с поднимающимися лотками или перекидным шибером. К желобу уголь подается из шахты или угольного склада ленточным конвейером. Наличие двухрукавного желоба позволяет производить погрузку без остановок для перехода межвагонного промежутка. Данная схема отличается от прочих наибольшей простотой.
Погрузка по схеме 3в бункерном и безбункерном вариантах производится по весу. Для подачи угля из бункера на ленту конвейера применяются питатели. Порожний вагон устанавливают на весы, фиксируют его вес и отсыпают первичный конус. Затем вагон догружают при перемещении конвейера вдоль него. По достижении заданного веса погрузка прекращается, на весы устанавливается следующий вагон, а конвейер перемещается в исходное начальное положение загрузки. Эта схема проста и удобна. Она обеспечивает техническую производительность углепогрузочного пункта до 800 т/ч. Недостатки ее — возможность попадания холодного воздуха в здание через проем в перекрытии и большой объем работ при возведении сооружений.
Бункерная и безбункерная погрузки по схеме 4 аналогичны соответствующим вариантам погрузки с применением стационарного сборного конвейера (схема 2) с той лишь разницей, что догрузка вагона до необходимой весовой нормы производится передвижным конвейером.
При загрузке вагона и протягивании его маневровым устройством передвижной конвейер остается в исходном положении, а уголь поступает непосредственно через погрузочный желоб.
Данная схема, позволяя производить весовую дозировку угля, имеет и существенные недостатки:
большое количество механизмов (при бункерной схеме передвижной конвейер работает в комплексе со стационарным); большой объем строительных работ;
низкая производительность дозирующего передвижного конвейера, снижающая производительность погрузки.
Погрузка сортовых углей в движущийся вагон производится стационарной конвейерной стрелой (схема 5), а в неподвижный вагон — передвижной конвейерной стрелой (схема 6). Для уменьшения измельчения угля стреловидная часть конвейера при отсыпке первичного конуса опускается в вагон. При этом производится остановка состава.
По технологии погрузка сортовых углей в движущийся вагон аналогична погрузке рядового угля стационарным сборным конвейером по схеме 2, а в неподвижный — погрузке передвижным конвейером по схеме 4.
Схемы погрузки с конвейерными стрелами в районах с суровыми климатическими условиями применения не нашли.
Кроме рассмотренных унифицированных схем, на шахтах применяются полубункерная и комбинированные схемы погрузки. Основными частями комплекса полубункерной погрузки являются загрузочная галерея, полубункерный склад и траншея для сборного конвейера. Уголь, выданный из шахты, поступает на конвейер загрузочной галереи и с него сбрасывается в траншейный полубункер. Последний представляет собой траншею с наклонными стенками и днищем, имеющим ряд загрузочных воронок, выпускные отверстия которых оборудованы затворами. Под полубункерами расположен сборный ленточный конвейер, который доставляет уголь к погрузочному желобу [I]. Погрузка угля в железнодорожные вагоны по этой схеме аналогична бункерной погрузке со сборным конвейером (схема 2).
Из-за большого измельчения угля, значительных потерь от уноса ветром, загрязнения шахтной поверхности угольной пылью, большого количества механизмов и высокой трудоемкости работ полубункерная схема погрузки широкого применения не нашла и в проектах новых шахт не используется.
Комбинированные схемы погрузки являются безбункерными, но с применением небольших накопительных емкостей.
При всем многообразии применяемых способов погрузки, их можно свести к двум видам: погрузка по весу и по объему.
По данным УкрНИИпроекта, погрузка угля по весу применяется на 40% шахт и обогатительных фабрик страны. Она создает благоприятные условия для взаиморасчетов между угольными предприятиями и потребителями топлива. Однако применяемые в настоящее время железнодорожные весы не позволяют контролировать вес в процессе погрузки вагонов и при их перемещении, а на многих шахтах весы не обеспечивают взвешивание вагонов грузоподъемностью 93 и 125 т.
Для погрузки по весу институтами Гипроуглеавтоматизация [4] и Гипроуглегормаш создан комплекс КПА производительностью 1000 т/ч, оборудованный самоходным бункер-конвейером с дозирующим желобом и платформенными весами. Комплекс работает совместно с маневровым устройством с упорной балкой (МУ-40) и установкой для уплотнения и разравнивания угля в вагоне.
После отсыпки в стоящий на весах вагон первичного конуса включается привод перемещения бункер-конвейера и производится загрузка оставшейся части вагона. Затем привод пластинчатого полотна отключается, а привод перемещения переключается на обратный ход. За время возврата бункер-конвейера в исходное положение производится взвешивание загруженного вагона и установка на весы порожнего. Комплекс позволяет загружать вагоны грузоподъемностью 62, 93 и 125 т, расположенные в любой последовательности.
Погрузка угля в вагоны по объему позволяет сократить время погрузки. Взвешивание при этом производится на углесборочных станциях. Это уменьшает количество используемых железнодорожных весов, снижает капитальные и эксплуатационные затраты и создает благоприятные условия для создания высокопроизводительных комплексов погрузки производительностью 4000 т/ч и более, что соответственно снизит продолжительность простоя вагонов под загрузкой. Институтом УкрНИИ- проект разработаны проекты таких комплексов производительностью 2000 и 4000 т/ч по технологическим схемам соответственно П-3 и П-4 [5].
Комплекс погрузки по объему производительностью 2000 т/ч (схема П-3) состоит из подающего конвейера, промежуточной емкости (бункера), качающихся питателей, загрузочного устройства (поворотного желоба), оборудования отбора проб угля из потока и их обработки, электротягача и установки для уплотнения и разравнивания угля в вагоне.
Бункер предназначен для приема потока угля с подающего конвейера в период прохождения межвагонных промежутков под погрузочным устройством, при выключении погрузочных механизмов, а также при избыточной подаче угля со склада. Из бункера при помощи качающихся питателей через погрузочный желоб уголь поступает в вагон. Производительность питателя для обеспечения равномерной погрузки плавно регулируется оператором.
Погрузочный желоб имеет возможность поворачиваться в процессе погрузки. При отсыпке первичного конуса направление потока угля в одну точку движущегося вагона обеспечивается поворотом желоба с расчетной угловой скоростью. Дальнейшее заполнение вагона происходит при неподвижном желобе, зафиксированном в крайнем переднем положении. При заполнении объема в конце вагона желоб движется в направлении, обратном перемещению вагона. Во время прохождения межвагонного промежутка при отключенных питателях он возвращается в исходное положение.
Комплекс обеспечивает погрузку угля в железнодорожный состав, движущийся с постоянной скоростью и сформированный из однотипных вагонов грузоподъемностью 62 или 125 т.
Комплекс погрузки по схеме П-4 отличается от предыдущего лишь погрузочным устройством. Вместо питателей и поворотного желоба здесь устанавливается телескопический желоб- затвор.
К началу загрузки вагона в промежуточной емкости накапливается объем угля, превышающий объем первичного конуса. При подходе вагона к погрузочному устройству желоб устанавливается на требуемой высоте, при этом одновременно открывается затвор. После отсыпки первичного конуса остальная часть вагона загружается с подпором. На определенном расстоянии от заднего борта вагона затвор закрывается, а уголь оставшийся в желобе, догружается в вагон.
Следует отметить, что при погрузке по схеме П-3 требуется в зависимости от типа вагонов определенное согласование скорости их движения со скоростью перемещения желоба. Кроме того, необходимость формирования составов из однотипных вагонов при использовании схем П-3 и П-4 будет вызывать в силу ряда объективных причин трудности при эксплуатации.
Высокопроизводительная отгрузка угля может быть осуществлена только при соответствующей организации складского хозяйства шахты. Наиболее перспективным путем при этом является создание высокомеханизированных аккумуляторов или складов угля [6]. Складированию при этом должны подвергаться только рядовые угли. Складирование сортовых углей в больших емкостях из-за их переизмельчения недопустимо.
Аккумуляторы закрытого типа целесообразно создавать лишь при необходимости изолирования угля от атмосферных осадков, в противном случае склады должны быть открытого типа. На основании этих положений УкрНИИпроектом разработаны технологические схемы и параметрические ряды открытых и закрытых аккумуляторов и складов угля емкостью от 3 до 300 тыс. т и производительностью подачи угля на пункт погрузки 1000—2000 т/ч. Наиболее перспективен проект открытого склада, состоящего из двух технологически независимых частей: аккумулятора кратковременного накопления и штабеля длительного хранения. В соответствии с проектом укладка угля в штабель производится поворотным конвейерным мостом, а транспортировка угля из штабеля в приемную воронку и заполнение аккумулятора — встроенным в конвейерный мост грейфером.
С точки зрения интенсификации погрузки представляет интерес зарубежный опыт централизованной погрузки угля в железнодорожные вагоны [7]. В США для групп угольных предприятий создают центральные погрузочные пункты с высоким уровнем механизации и автоматизации погрузочно-разгрузочных работ. Между пунктами курсируют тяжеловесные поезда грузоподъемностью до 30 тыс. т. (по 330 вагонов грузоподъемностью 90 т каждый). Погрузочные пункты оборудованы аккумулирующими бункерами, представляющими собой железобетонные башни диаметром 20—25 м, высотой 55—60 м и вместимостью 15— 20 тыс. т угля каждая. Число таких бункеров на погрузочном пункте 2—5, а их суммарная емкость в 1,5—2 раза больше суточной производительности пункта. Обслуживающий персонал погрузочного пункта (8—10 человек) обычно работает в одну смену.
Погрузка угля в железнодорожные маршрутные составы производится при их непрерывном медленном движении (со скоростью до 20 м/мин) под течкой небольшого промежуточного накопительного бункера, вместимость которого 75—270 т. В промежуточный бункер из главных аккумулирующих бункеров уголь подается наклонным конвейером. Расположение течки по высоте и ее ширина выбраны таким образом, чтобы обеспечить полную загрузку вагонов без их дополнительного взвешивания. С помощью быстродействующих заслонок с гидравлическим приводом осуществляется перекрытие течки на время прохода межвагонного промежутка и ее открывание при подходе следующего вагона.
Протягивание маршрутного состава или его части в процессе погрузки производится дистанционно управляемыми по радио тепловозами или электровозами либо с помощью дистанционно управляемой мощной кабестановой лебедки. На пульт оператора, находящийся в кабине непосредственно возле погрузочной течки, непрерывно поступает информация о количестве угля в аккумулирующих бункерах. В процессе погрузки с помощью изотопных или рентгеновских датчиков контролируется зольность отгруженного угля и через каждые 10-15 мин в месте поступления угля с наклонного конвейера в промежуточный бункер отбираются пробы для экспресс-анализов на содержание серы, которые проводятся в лаборатории, имеющейся на погрузочном пункте.
Кроме описанных погрузочных пунктов, за рубежом получили также распространение центральные погрузочные пункты, где уголь аккумулируется на земле в штабелях. Одна из наиболее распространенных форм хранения угля на открытых складах — конусный штабель (их может быть несколько) с подачей угля в штабель конвейером. Штабель, располагается над туннелем, предназначенным для обратной отгрузки угля. Туннель оборудован конвейером и питателями в необходимом количестве.