دانلود مقاله سیستم بالابری در چاه

مقدمه بالابر به همراه متعلقات آن، یکی از اجزای بسیار مهم و بسیار گران یک معدن زیرزمینی است.

در ضمن چون چاه پیچیده ترین بخش در کل تسهیلات و تاسیسات معدن است، از جنبه فنی و اقتصادی درست نیست که با مطالعه اندک و مستقل از سایر تسهیلات و تأسیسات ساخته شود (مگر برای راه اندازه اولیه) و بایستی با قابلیت اعتماد نزدیک به صد در صد اجرا شود.

هزینه اجرایی چاه ممکن است 5 تا 10 درصد کل بودجه آماده سازی را به خود اختصاص دهد.

واضح است که در طراحی دستگاه بالابر به قضاوتهای مهندسی نیاز می باشد.

اجزای سیستم بالابر سیستم بالابر شامل کلیه قسمت هایی از تأسیسات و تسهیلات معدن است که برای بالابردن کانسنگ، زغال سنگ، سنگ یا باطله و یا بالا وپایین بردن افراد و وسایل در معدن ضروری هستند.

این سیستم بخشی از تأسیسات و تسهیلات معدن را شامل می شود.

این اجزا بر مبنای موقعیتشان به شرح زیر دسته بندی می شوند: قسمت های سطحی الف- اتاقک بالابر (نصب شده روی دکل یا روی زمین) چرخ طناب خور یا طبلک بالابر (حرکت را به کابل منتقل می کند) تجهیزات مکانیکی و برق بالابر (راه انداز اولیه، ترمز، کلاچ، کنترلها) کابلهای بالابر (رشته سیمهای فولادی که به نحو خاصی تنیده شده یا کنار هم قرار گرفته اند) ب- دکل (برج یا اسکلت فلزی یا بتن مسلح) (1) قرقره های هرزگرد (2) بونکرهای ذخیره مواد (مواد معدنی و باطله) (3) سازو کار تخلیه اسکیپ (برگردان یا تخلیه از کف) 2- قسمت های داخل چاه الف- اسکیپها (حمل و نقل مواد خرد شده) ب- قفسها، آسانسورها (پرسنل، مواد و وسایل) ج- هادیهای چاه (ریلهایی برای کنترل لنگر قفسها و اسکیپها) 3- قسمت های زیرزمین الف- بونکر ذخیره و انبار مواد ب- سنگ شکن (در صورتی که برای بالابری کاهش ابعاد ضرورت داشته باشد) ج- دهانه یا انباره بارگیری د- تسهیلات انتقال وسایل و افراد با کمی اصلاح و تغییر، همین جانمایی برای چاه مایلی که از سیستم بالابری استفاده می کند نیز مناسب است (معدنی که با تونل مایل یا رمپ یا تونل امتدادی باز شده باشد، به دلیل عدم استفاده از سیستم بالابری جانمایی متفاوتی نسبت به این شکل خواهد داشت).

سیستم بالابری از عنوان موضوع مشخص است که برای طراحی سیستم بالابری، طراحی مهندسی به طور اساسی ضرورت دارد (منظور بخشهایی از سیستم بالابری است که در اتاقک بالابر قرار دارند).

سه عامل کلیدی در انتخاب بالابر مطرح هستند: نرخ تولید یا تناژی که در واحد زمان بایستی بالابرده شود.

عمق چاه تعداد طبقاتی که در آنها کار مرتبط با بالابری وجود دارد.

به طور کلی تنها دو روش بالابری به اضافه برخی تغییرها در کاربرد آنها وجود دارد که امروزه به کار گرفته می شوند: طبلکی و اصطکاکی.

در بالابرهای طبلکی (drumhoist) ، کابل دور طبلک پیچیده می شود و در چاه آویزان نمی ماند.

در بالابرهای قرقره های اصطکاکی (friction-sheave hoist) ، کابل ( یا کابلها) از دور قرقره عبور می کند، ولی دور آن پیچیده نمی شود.

(برخی اوقات، این روش به یادبود مخترعش، بالابری Koepe نامیده می شود).

یک روش ابتدایی تر که منسوخ شده است، روش بالابری قرقره ای (reel hoist) می باشد که در آن یک رشته کابل با عرض مشخص به صورت چند لایه روی هم پیچیده می شود.

روش جدیدی که در افریقای جنوبی برای چاههای بسیار عمیق به کار گرفته می شود بالابری چند طبلکی (Blair) با استفاده از کابلهای چندگانه است.

کاربردهای روش های بالابری طبلکی، قرقره اصطکاکی و چند طبلکی خلاصه شده اند، چون در ایالات متحده تاکنون روش بالابری چند طبلکه کاربردی نداشته است، توجه تنها بر روشهای بالابری طبلکی و قرقره اصطکاکی متمرکز می باشد.

بالابری طبلکی ساده ترین سیستم طبلکی، طبلک استوانه ای منفرد، همراه با متعلقات برقی و مکانیکی آن می باشد.

با دو اسکیپ، این سیستم فقط برای بالابری از یک طبقه (به طور نمونه استخراج زغال)، مناسب است.

برای بالابری چند طبقه ای، از بالابر دو طبلکه، همراه با کلاچ استفاده می شود که اجازه می دهد یک اسکیپ یا قفس در حالی که اسکیپ یا قفس دیگری در حال حرکت است، متوقف بماند.

در روش طبلکی، دو اسکیپ یا قفس در حالت متوازن حرکت می کنند و گهگاه یک وزنه تعادلی جایگزین یکی از وسایل نقلیه می شود (برای مثال: با یک طبلک منفرد به منظور فراهم آوردن امکان بالابری چند طبقه ای).

طبلکها باید در روی زمین نصب شوند و قرقره های هرزگرد جهت نگاهداشتن کابلهای بالابر در بالای دکل قرار می گیرند.

به منظور بهبود توان و مشخصات قدرتی، طبلکها به شکلهای دیگری نظیر مخروطی و مخروطی استوانه ای نیز به کار برده می شوند.

بالابری با قرقره اصطکاکی سیستم قرقره اصطکاکی، همان طور که از نامش پیداست بر این اساس عمل می کند که کابل بالابر از روی قرقره متحرکی عبور می نماید که از لغزش کابل، حتی اگر تفاوت قابل ملاحظه ای در کشش دو طرف کابل وجود داشته باشد، جلوگیری می کند.

مواد پوششی روی قرقره معمولاً Polyurethane است، استفاده از یک روغن مناسب برای کابل کیفیت لغزندگی آن را بهبود می بخشد.

مانند روش طبلکی، دو وسیله نقلیه (یا یک وسیله نقلیه و یک وزنه تعادلی) برای تعادل و موازنه به کار می رود.

بر خلاف روش طبلکی، در این روش یک کابل دنباله ای ترجیح داده می شود (وزن این کابل دنباله ای برابر با وزن کابل است و لغزش را کاهش می دهد).

چون زاویه پوش (زاویه درگیری کابل با قرقره) قرقره اصطکاکی نیز بر لغزش تأثیر می گذارد، می توان آن را از طریق یک قرقره انحرافی (پیچشی) یا نصب قرقره اصطکااکی بر روی زمین افزایش داد (هر چند نصب قرقره اصطکاکی بر روی دکل از جنبه ساختمانی ترجیح دارد).

برای بالابری طبقه ای در روش قرقره اصطکاکی باید از یک وزنه تعادلی برای چند طبقه استفاده کرد.

معمولاً کابلهای چند گانه (معمولاً چهارتایی) به کار گرفته می شوند.

کابلهای چندگانه در مقایسه با کابلهای منفرد انعطاف پذیری بهتری دارند و امکان استفاده از قرقره کوچکتر را فراهم می آورند.

مشخصات اجرایی با توجه به مشخصات، شکلها، تعداد و ترتیبات متفاوت قرارگیری کابلها، سیستم های بالابری مختلف، ویژگیهای اجرایی کاملاً متفاوتی نیز از خود نشان می دهند.

در مقایسه با هزینه های عملیاتی، عاملی که مصرف انرژی و در نتیجه هزینه را تعیین می کند، چرخه کار بالابر است.

این امر مبنای محاسبه قدرت لازم در رابطه با زمان بالابری است.

تفاوت های اصلی، به شکل طبلک و استفاده یا عدم استفاده از کابلهای دنباله ای برمی گردد.

معمولاً مناسب ترین سیستم بالابری با اسکیپ در یک طبقه، در عمق متوسط با سرعت بالا، تولید زیاد و انرژی کم، روش قرقره اصطکاکی است.

استفاده از وزنه های تعادلی نیز برای بالابری از چند طبقه معمول و متداول است و با نصب قرقره ها روی زمین این روش برای عقمهای تا 5/1 کیلومتر یا بیشتر قابل کاربرد است.

عنوان ویژه: طراحی سیستم بالابری هرچند طراحی و نصب بالابر به عهده شرکت پیمانکاری مهندسی نصب کننده و پیشنهاد تجهیزات به عهده کارخانه سازنده جرثقیل (بالابر) است، ولی مهندس معدن نیز بایستی از فرایند طراحی یک سیستم بالابری معدن آگاهی داشته باشد.

به طور نمونه یک شرکت که در حال آماده سازی است، بخش مهدسی خودش را برای نظارت و کنترل کامل بر فرآیند، هم بخش طراحی و هم احداث تأسیسات سطحی و نصب بالابر اختصاص می ده.

در ادامه، فرآیند طراحی به تفضیل به همراه مثالی آورده می شود.

بالابری تعادلی کلیه سیستم های بالابری برای کاهش زمان، گشتاور و توان مورد نیاز بالابر به صورت متعادل عمل می کنند.

به طور کلی، دو وسیله نقلیه (اسکیپها و یا قفسها) از یک بالابر آویزان می شوند؛ برخی اوقات، وقتی به بالابری در بیش از یک طبقه نیاز باشد، یک وزنه تعادلی جایگزین یکی از وسایل نقلیه می شود.

وزن آن (وزنه تعادلی) معادل بار مرده اسکیپ یا قفس به اضافه نصف بار زنده آن است.

جهت تعادل بیشتر بارها، یک کابل دنباله ای می تواند نصب شود، هر چند این روش (اضافه کردن کابل دنباله ای) باری بالابر طبلکی بندرت استفاده می شود.

ولی برای بالابر با قرقره اصطکاکی جهت کاهش لغزش و همچنین زمان، روش معمولی است.

کلیه سیستم های بالابری برای کاهش زمان، گشتاور و توان مورد نیاز بالابر به صورت متعادل عمل می کنند.

لغزش در بالابری با قرقره اصطکاکی: لغزش در بالابر با قرقره اصطکاکی وقتی اتفاق می افتد که نسبت کششهای کابل از حد تئوریک فراتر رود.

رابطه به قرار زیر است: که T به کشش کابل و اندیسهای 1 و 2 به ترتیب به اسکیپهای حاوی بار و خالی اشاره دارند.

e مبنای لگاریتم طبیعی، ضریب اصطکاک= 50/0-45/0 و زاویه پوش است که از رادیان () باری بالابرهای نصب شده روی دکل تا رادیان () برای بالابرهای نصب شده روی زممین متغیر می باشد.

نسبت حدی یعنی برای بالابرهای نصب شده روی دکل 6/1-5/1 و برای بالابرهای نصب شده روی زمین 9/1-8/1 می باشد.

برای افزایش می توان از قرقره های انحرافی استفاده کرد.

جهت افزایش نیز می توان پوشش قرقره ها یا روغن کابل را تغییر داد.

اندازه کابل فولادی: کابلهای فولادی ساختمان پیچیده ای دارند، به طور کلی سه نوع کابل برای بالابری در معادن استفاده می شوند.

رشته ای گرد، رشته ای پهن و کلافی بافته شده.

کابلهای رشته ای گرد با بالابرهای طبلکی، رشته ای پهن در بالابرهای با قرقره اصطکاکی و کلافی بافته شده برای همه نوع سیستمی در اعماق بیش از 3200 فوت (km 96/0) کاربرد دارند.

در طراحی سیستم بالابری، دو ویژگی کابل فولادی که از همه مهمتر هستند عبارت اند از: وزن واحد طول و مقاومت در باربر پارگی (مقاومت گسیختگی).

توجه داشته باشید که ویژگیهای مذکور برای دو نوع کابل رشته ای گرد و پهن برای دو کیفیت مختلف فولاد ارائه گردیده است.

در انتخاب اندازه مناسب کابل فولادی برای مصارف بالابری، قابل ملاحظه ترین عامل، ضریب ایمنی است.

مقادیر ضریب ایمنی در ایالات متحده امریکا توسط MSHA تعیین می شوند و متناسب با نوع بالابر، عمق و قابلیت جابجایی افراد تغییر می نماید.

نمودار یا منحنی پلکانی، حداقل مقادیر مجاز برای بالابری افراد را به دست می دهد.

استانداردهای وضع شده توسط انستیتو استانداردهای ملی امریکا (American National Standards Institute, ANSI) نشانگر حداکثر بار مجاز برای افراد و مواد هستند.

چون وزن کابل نیز بایستی در تعیین مجموع بار وارد بر آسانسور منظور شود، فرآیند طراحی در انتخاب اندازه کابل از یک روند سعی و خطا پیروی می نماید.

سرانجام، عمق نیز محدودیت دیگری را در بالابری اعمال می کند، به علت این که وزن کابل با عمق افزایش می یابد، در اعماق بحرانی وزن کابل از مقاومت کابل فراتر می رود.

قطر طبلک و قرقره: به دلیل این که کابل فولادی به دور طبلک یا قرقره پیچیده می شود، برای این که فشار کابل به دور آن به حداقل برسد، حداقل نسبت قطر طبلک یا قرقره به قطر کابل توصیه شده باید رعایت شود.

چون هزینه کابل فولادی متوسط است امکان دارد در برخی موارد خصوصاً در چاههای عمیق که هزینه کل عامل تعیین کننده ای است، طبلکی با قطر کمتر انتخاب شود و کابل بالابر به دفعات بیشتر تعویض گردد.

زوایه عبور کابل: این زاویه بین کابل بالابر پیچیده شده روی طبلک و خط مرکزی گذرنده از قرقره هرزگرد تا طبلک تشکیل می شود.

جهت کاهش سائیدگی کابل در شیار قرقره، زاویه عبور محدود به شده است.

اثر مهم محدودیت این زاویه، محدود کردن عرض طبلک است.

اندازه اسکیپ در برابر سرعت بالابری: برای دستیابی به یک نرخ تولید مطلوب در چاه، مهندس طراحی به دنبال ایجاد توازن بین اندازه اسکیپ و سرعت بالابری است.

محدودیت نهایی در مورد اندازه اسکیپ، مقاومت کابل و در مورد سرعت بالابری، مصرف انرژی است.

به طور کلی به عنوان یک امر پذیرفته شده، به نفع است که بالابری با بیشترین بار اسکیپ ممکن و در پایین ترین سرعت بالابری ممکن صورت پذیرد.

سیکل بالابری: سیکل بالابری به ارتباط بین زمان و فاصله در بالابری اشاره دارد.

اجزای زمان و فاصله مطابق روابط زیر محاسبه می شود: الف- زمان بالابری در حرکت تندشونده که V سرعت بالابری و a نرخ شتاب است؛ به طور کلی، نرخ شتاب و زمان تندشونده با نرخ شتاب r و زمان کند شونده برابر هستند.

ب- فاصله طی شده در حرکت تند شونده که فاصله طی شده در حرکت کندشونده است.

ج- فاصله طی شده با سرعت ثابت که فاصله کل بالابری (از دهانه بارگیری تا بونکر دکل) می باشد.

د- زمان بالابری با سرعت ثابت هـ- زمان سیکل بالابری در هر رفت و برگشت که زمان بارگیری یا تخلیه می باشد.

سیکل یا چرخه کار: ارتباط میان توان لازم موتور بالابر و زمانهای سیکل بالابری، چرخه کار نامیده می شود.

نمودار چرخه کار بالابر طبلکی نشانگر بار نامتوازن (نامتعادل) کابل بالابر است.

تعیین مساحت سطح زیر منحنی (با انتگرال گیری)، مصرف انرژی برای چرخه کار بالابری