Технические науки/5. Энергетика

УДК 622.621.3

Д.т.н. Жаутиков Б.А.,

Атырауский государственный университет имени Х. Досмухамедова,

к.т.н. Айкеева А.А., Жаутиков Ф.Б., Мухтарова П.А.

Карагандинский государственный университет имени академика Е.А.Букетова,

Применение электромагнитной подъемной установки для транспортировки горной массы

Стационарная подъемная установка является важнейшим звеном в цепи транспорта полезного ископаемого из шахты или карьера на поверхность. Но применение существующих морально устаревших, малоэффективных шахтных подъемных машин привело к увеличению себестоимости полезных ископаемых в несколько раз [1].

Эффективность работы рудников, шахт и карьеров во многом определяется надежной работой подземного транспорта и подъемных установок вертикальных стволов, по которым осуществляется выдача на поверхность полезных ископаемых и породы, доставка оборудования и материалов. В настоящее время в горнодобывающей промышленности транспортировка горной массы осуществляется канатной подъемной установкой, которая состоит из подъемной машины, канатов, к которым подвешивается подъемный сосуд (скип), скип двигается по направляющим проводникам в стволе [2]. С вводом в действие высокопроизводительных канатных подъемных установок и скипов большой емкости надежность и долговечность элементов подъемного комплекса снизились, а проводники и направляющие устройства подъемных сосудов подвергаются интенсивному механическому износу. Участились аварийные ситуации и с другими элементами подъема, что объясняется высоким уровнем динамических нагрузок. При этом резко возрастают материальные и трудовые затраты на ремонт и техническое обслуживание элементов подъемного комплекса.

Происходит непрерывный рост затрат на подъем горной массы из шахт и, соответственно, себестоимости полезных ископаемых. Кроме того, применение канатных подъемных установок на углубляющихся шахтах ограничено, прежде всего, прочностью стальных канатов, а также целым комплексом недостатков технического, эксплуатационного и экономического характера.

Аналогичная картина наблюдается и на карьерах, где традиционные виды транспорта (железнодорожный, конвейерный, автомобильный и канатный скиповой) не позволяют экономически эффективно решать проблему подъема горной массы из углубляющихся месторождений на перспективу по целому ряду технических, экономических, технологических и организационных причин, т.е. решать задачу снижения себестоимости транспортирования горной массы.

Решением данной проблемы может создание электромагнитной подъемной установки, с помощью которой возможна транспортировка гораздо большей массы, расходуя по сравнению с существующими технологиями меньше энергетических ресурсов [3]. Принцип работы электромагнитной установки основан на явлении магнитной левитации. Магнитная левитация ранее для транспортировки горной массы нигде в мире не применялась, и создание данной установки влечет внедрение новой инновационной технологии транспортировки как горной массы в горнодобывающей промышленности, так и в других отраслях для подъема и транспортировки грузов (например, в строительстве).

Сущность предлагаемой технологии заключается в применении для подъема и движения скипа силы электромагнитного поля (магнитная левитация) для осуществления бесканатного подъема. В основу установки положен принцип работы поездов на магнитной подушке (магнитной левитации). Электромагнитная подъемная установка состоит из подъемного сосуда (скипа), электромагнитов (или постоянных магнитов) и направляющих проводников [3]. Силой электромагнитного взаимодействия сосуд приводится в движение. Так как между скипом и направляющими устройствами существует зазор, трение исключается, и единственной тормозящей силой является аэродинамическое сопротивление. В отличие от существующих подъемных машин, установка обладает большей грузоподъемностью при меньших затратах электроэнергии и других энергетических ресурсов, поэтому данную технологию транспортировки можно отнести к энергосберегающей.

Конструкция предлагаемой электромагнитной подъемной установки показана на рисунках 1,2. Основными элементами установки являются направляющие проводники (1), скип (2), электромагниты (3,4). Установка может выполняться в двух вариантах: 1) Скип выполнен в форме цилиндра (рис. 1). Для центрирования движения скипа три направляющих проводника (1) расположены друг от друга под углом 120 градусов.

а) б)

а) электромагниты расположены по всей высоте скипа;

б) электромагниты расположены по нижнему и верхнему краям скипа

Рисунок 1. Электромагнитная подъемная установка со скипом в форме цилиндра.

По всей длине направляющих проводников установлены электромагниты (3,4) с чередованием южного полюса (S) (3) и северного полюса (N) (4). На скипе также расположены электромагниты (или постоянные магниты) (3,4) с чередованием южного полюса (S) и северного полюса (N). Количество электромагнитов на скипе может быть по всей высоте скипа (рис. 1,а) или по нижнему и верхнему краям скипа (рис. 1,б).

2) Скип выполнен в форме параллелепипеда (рис. 2). Для центрирования движения скипа четыре направляющих проводника расположены относительно центра боковых плоскостей скипа. Электромагниты расположены аналогично предыдущему варианту.

а) б)

а) электромагниты расположены по всей высоте скипа;

б) электромагниты расположены по нижнему и верхнему краям скипа

Рисунок 2. Электромагнитная подъемная установка со скипом в форме параллелепипеда.

В условиях рынка формирование конкурентоспособной экономики страны отрасли проблема снижения себестоимости транспортирования горной массы, а значит и себестоимости полезных ископаемых приобретает важнейшее значение не только в Казахстане, но и во всем мире.

Предприятия добычи и переработки полезных ископаемых давно нуждаются в модернизации транспортировки горной массы, во внедрении новой подъемной установки для транспортирования с высокой производительностью, скоростью, надежностью, безопасностью при сравнительно малой энергоемкости.

Разработка электромагнитной подъемной установки позволит решить проблему высокопроизводительной и экономически эффективной выдачи полезного ископаемого с глубоких горизонтов месторождений.

Создание энергосберегающей технологии транспортировки горной массы влечет развитие горнодобывающей промышленности, его подъем на новый уровень получения конкурентно-способной продукции, как на внутреннем рынке Казахстана, так и на мировом рынке.

Данная статья написана на основании результатов исследований, выполняемых в рамках грантового финансирования МОН РК по подприоритету «Технологии разработки полезных ископаемых», по теме «Обоснование и разработка энергосберегающей технологии выемки горной массы путем создания электромагнитной подъемной установки».

Литература

1) Дроздова Т.Е. Теоретические основы прогрессивных технологий. - Москва: МГОУ, 2001. - 212 с.

2) Стационарные установки шахт. /Под общ. ред. Б.Ф. Братченко. - М.: Недра, 1977. - 440 с.

3) Жаутиков Б.А., Айкеева А.А., Жаутиков Ф.Б., Мухтарова П.А. Электромагнитная подъемная установка (варианты)// Инновационный патент на изобретение № 27177 МЮ РК.