WYKŁAD 1 - Górnictwo

Wykonał:
mgr inż. Leszek SŁOWIK
Instytut Techniki Budowlanej
Oddział Śląski, Katowice

Prezentacja wykonana została w oparciu o monografię p.t.: „Budownictwo
betonowe, Tom XII, część 2”, autorstwa zespołu pod kierownictwem
prof. dr inż. Igora Kisiela, a także na podstawie materiałów własnych.

Budownictwo przemysłowe

Plan prezentacji

 przestrzenne ukształtowanie kopalni
 wieże wyciągowe:

  charakterystyka ogólna
  wieże z maszyną wyciągową na terenie obok szybu
  wieże z maszynami wyciągowymi umieszczonymi na wieży

nad szybem

 fundamenty maszyn wyciągowych:

  charakterystyka ogólna
  wytyczne do obliczania
  konstrukcje fundamentów

 obiekty wzbogacania węgla:

  charakterystyka ogólna
  budynki sortowni, płuczek, flotacji
  zasobniki węgla i kamienia
  odmulniki i osadniki

Rys.1. Schematyczny przekrój przez kopalnię węgla kamiennego:

A –

główne budowle nadziemne

: 1-wieża wyciągowa (szybowa), 2-budynek

maszyny wyciągowej, 3 – kotłownia, 4-elektrownia, 5-chłodnia kominowa, 6-
markownia i lampiarnia, 7-łaźnia i szatnia. 8-sortownia i płuczka, 9-warsztaty, 10-
dworzec kopalniany, 11-wentylator, 12-zbiornik podsadzkowy, 13-skład drzewny,
14-kolejka linowa, 15-hałda skały płonnej.

Przestrzenne ukształtowanie kopalni

Rys.2. Schemat rozmieszczenia: a) wyrobisk w pokładach, b) obiektów na
powierzchni

1-koksownia, 2-zbiornik suchy na gaz, 3 – sortownia, 4 i 5-wieże wyciągowe, 6-
hala sprężarek, 7, 8 i 9-płuczka, 10-ekspedycja, 11-budynek główny elektrowni,
12 i 13-chłodnie kominowe, 14-warsztaty remontowe, 15-budynek
administracyjny, 16-hałdy skały płonnej.

Przestrzenne ukształtowanie kopalni

Wieże wyciągowe – charakterystyka ogólna

Rys.3. Przykład wieży szybowej –
Szyb

Witczak

 Zadania wieży wyciągowej:

 przejęcie obciążeń od urządzeń

wyciągowych

 zapewnienie prowadzenia naczyń

wydobywczych ponad zrębem szybu

 uniemożliwienie w przypadku awarii

wyciągnięcia naczyń ponad ustalony
poziom

 zabezpieczenie naczyń od spadku w głąb

szybu po uderzeniu o belki odbojowe i
zerwaniu liny

 Podział wież wyciągowych

 wieże z maszynami wyciągowymi

umieszczonymi na terenie obok szybu

 wieże z maszynami wyciągowymi

umieszczonymi na wieży nad szybem

 Konstrukcje wież wyciągowych:

  stalowe
  żelbetowe
  o konstrukcji mieszanej stalowo -

żelbetowej

 o konstrukcji zespolonej murowo -

żelbetowej

Wieże wyciągowe – z maszyną wyciągową obok

szybu

Rys.4. Żelbetowa zastrzałowa wieża wyciągowa: 1-trzon prowadniczy, 2-zastrzał,
3-głowica z
kołami linowymi, 4-fundamenty trzonu, 5-fundamenty zastrzału, 6-belki pod
koła
linowe, 7-poziom belek odbojowych, 8-poziom podchwytów, 9-poziom
wyładowczy

 Wieże te mogą być:

 jednozastrzałowe
 z dwoma zastrzałami – wieże kozłowe

(dla maszyn wyciągowych umieszczonych
po przeciwległych stronach szybu

 Tradycyjna zastrzałowa wieża składa się z
trzech
zasadniczych części:

 zastrzału (nachylonego zgodnie z

kierunkiem
wypadkowej obciążenia od naciągu lin)

 głowicy
 trzonu prowadniczego

Wieże wyciągowe – z maszyną wyciągową obok

szybu

Rys.5. Żelbetowa zastrzałowa wieża
         wyciągowa z kołami linowymi nad
sobą

Rys.6. Żelbetowa zastrzałowa wieża
         wyciągowa z kołami linowymi obok
siebie

Wieże wyciągowe – z maszyną wyciągową obok

szybu

Rys.7. Szczegóły konstrukcyjne
podchwytów wież żelbetowych:

1-przepona, 2-krawędź klatki,
3-ołów

 Belki odbojowe i urządzenia podchwytowe:

 umieszczone w górnej części trzonu
 przy uderzeniu o belki odbojowe naczynia wydobywczego może nastąpić

zerwanie liny a wtedy naczynie powinno opaść na podchwyty

 Podchwyty:

 umieszcza się w taki sposób w trzonie, aby spadek naczynia

wydobywczego po jego uderzeniu o belki odbojowe nie przekraczał
500mm

Belki odbojowe:

 umieszcza się w ten sposób, aby w razie uderzenia o nie naczyniem

wydobywczym uderzenie nastąpiło w miejscu najkorzystniejszym dla
naczynia

Wieże wyciągowe – z maszyną wyciągową obok

szybu

 Prowadniki – mocowane do trzonu prowadniczego:

 wykonane z belek drewnianych, kształtowników stalowych –

przymocowuje się do rygli trzonu

 wykonane z lin – mocowane do głowicy wieży a na dole w szybie do

ciężkiego bloku betonowego napinającego liny

 Trzon prowadniczy:

 oparty bezpośredni na obudowie szybu
 oparty na niezależnych fundamentach – rozwiązanie korzystniejsze, gdyż

zapewnia równomierne osiadanie zastrzału i trzonu wieży. Odpowiednią
konstrukcję uzyskuje się w tym przypadku przez wykonanie dolnej części
trzonu w kształcie trapezowej ramy o takim rozstawie słupów aby ominąć
szyb (rys. 4)

 Głowica powinna zawierać:

 urządzenie do montażu i wymiany kół linowych,
 żurawie obrotowe,
 wyciągniki przejezdne lub suwnice z napędem ręcznym.

Wieże wyciągowe – z maszyną wyciągową obok

szybu

 Wysokość zastrzałowej wieży wyciągowej:

 dla wyciągników klatkowych:
 dla wyciągników skipowych:

gdzie

– wysokość poziomu wyładowczego

– wysokość klatki

– wysokość skipu

– wolna droga, dla wyciągów klatkowych zwykle h

=10m, a dla

wyciągów skipowych h

=3÷10m

– wysokość konstrukcyjna; h5=(1,5÷2,0)d; d-średnica koła linowego

– odległość pomiędzy osiami kół linowych dla wieży z kołami linowymi

umieszczonymi nad sobą









Rys.8. Określenie wysokości wieży
zastrzałowej:

a) urządzenia klatkowego, b) urządzenia
skipowego

Wieże wyciągowe – z maszyną wyciągową obok

szybu

 Przyspieszenie wykonawstwa żelbetowych zastrzałowych wież wyciągowych:

 zastosowanie konstrukcji prefabrykowanych,
 zastosowanie konstrukcji z wkładkami sztywnymi ze stali profilowanej

Rys.9. Prefabrykowana wieża
zastrzałowa

Rys.10. Przekrój pionowy
wieży zbrojonej
sztywnymi wkładkami:

1-poziom belek
odbojowych,

2-poziom podchwytów,

3-prowadniki drewniane,

4-poziom wyładowczy

Wieże wyciągowe – z maszyną wyciągową obok

szybu

 W obliczeniach statycznych wież wyciągowych uwzględnia się:

 obciążenia występujące podczas normalnego ruchu urządzenia

wyciągowego,

 obciążenia awaryjne.

 Do obciążeń występujących podczas normalnego ruchu urządzenia
wyciągowego należą:

 obciążenia stałe składające się z ciężaru własnego wieży i wszystkich

urządzeń, które stale na nią działają, jak ciężar kół linowych, osi, łożysk,
urządzeń dźwigowych

 obciążenia zmienne pomostów, spoczników i schodów, przyjmowane

zwykle w wysokości 250kG/m

 obciążenie wieży wiatrem, oraz dachu śniegiem,
 ruchowe obejmujące ciężar naczyń wydobywczych, zawiesi, liny nośnej i

wyrównawczej, ciężar wozów i urobku – wszystkie obciążenia ruchowe
mnoży się przez współczynnik dynamiczny, wynoszący zwykle φ=1,1

 Znając przyspieszenie rozruchu (lub hamowania) „a”, można siłę w linie nad
naczyniem
podnoszonym i opuszczanym obliczyć ze wzoru:













pst













ost

, S

– siły w linie nad naczyniem podnoszonym

i nad naczyniem opuszczanym w czasie
rozruchu,

pst

, S

ost

- statyczne siły w linie,

a- przyspieszenie rozruchu lub opóźnienie hamowania

g – przyspieszenie ziemskie

Wieże wyciągowe – z maszyną wyciągową obok

szybu

 W obliczeniach statycznych konstrukcji zastrzałowych wież wyciągowych
uwzględnia się
następujące przypadki obciążenia awaryjnego:

 Przypadek I – naczynie wydobywcze uderza o belki odbojowe – obliczenia

wieży wykonuje się na obciążenie ciężarem własnym i siłą zrywającą linę,
bez uwzględnienia obciążenia wiatrem.

 Przypadek II – po uderzeniu naczynia wydobywczego o belki odbojowe i

zerwaniu liny naczynie wydobywcze spada na podchwyty. Obliczenia
wykonujemy na obciążenie będące iloczynem ciężaru spadającego
naczynia i współczynnika dynamicznego. Współczynnik dynamiczny
przyjmuje się o wartości φ=5.

 Przypadek III – zerwanie liny nastąpi wskutek zaklinowania naczynia

wydobywczego w szybie. Wieżę oblicza się wtedy dla obciążenia ciężarem
własnym, siłą zrywającą jedną linę oraz 1/3 siły zrywającej drugą linę.

Wieże wyciągowe – z maszynami wyciągowymi na wieży nad

szybem

Wieże maszynowe –

zawierają hale

maszyn wyciągowych, pomieszczenia na
linowe koła kierujące oraz
pomieszczenia: przetwornic lub
prostowników, wentylatorów, rozdzielni i
przynależnej aparatury. Ponadto wieża
ma klatkę schodową, wyciąg towarowo-
osobowy oraz otwór montażowy,
znajdujący się na wszystkich stropach
wieży.

W hali maszyn wyciągowych

instaluje

się suwnicę o maksymalnym
wymaganym udźwigu.

Wieże maszynowe,

podobnie jak

wieże zastrzałowe, mają belki odbojowe,
urządzenia podchwytowe oraz
prowadniki naczyń wydobywczych.

Rys.11. Widok wieży maszynowej KWK „Piast”

Wieże wyciągowe – z maszynami wyciągowymi na wieży nad

szybem

Rys.12. Pionowe przekroje trzech wież maszynowych: 1-poziom maszyny
wyciągowej,
2-poziom koła kierującego, 3-poziom belek odbojowych

Wieże wyciągowe – z maszynami wyciągowymi na wieży nad

szybem

Rys.13. Schematy głowicy wieży maszynowej: a), b), c) szybu jednoprzedziałowego,
           d), e), f), g) szybu dwuprzedziałowego z równoległym usytuowaniem wałów
           maszyn wyciągowych, i), k) szybu dwuprzedziałowego z szeregowym
           usytuowaniem wałów maszyn wyciągowych, l) szybu dwuprzedziałowgego z
           prostopadłym usytuowaniem wałów maszyn wyciągowych

Wieże wyciągowe – z maszynami wyciągowymi na wieży nad

szybem

Rys.14. Schematy rzutów poziomych hali maszyn
wyciągowych

 Wymiary poprzeczne hali maszyn wieży maszynowej zależą od:

 układu i gabarytów maszyn wyciągowych
 koniecznego dostępu do wszystkich elementów maszyny wyciągowej
 Oprócz wymienionych powyżej wymagane są także dodatkowe

powierzchnie do transportu i montażu elementów oraz do komunikacji
(klatka schodowa, dźwig towarowo – osobowy)

Przekrój poprzeczny hali maszyn na wysokości pomieszczenia maszyn
wyciągowych ma najczęściej kształt prostokąta, w nielicznych przypadkach – koła
lub wieloboku (rys. 13)

Wieże wyciągowe – z maszynami wyciągowymi na wieży nad

szybem

 Przekrój poziomy wieży maszynowej poniżej głowicy
stanowi:

 Zamknięta pełnościenna podbudowa – znajdują się

w niej: przetwornica, wentylatory, aparatura
elektryczna, agregat do ogrzewania szybu, klatka
schodowa, wyciąg towarowo – osobowy i otwór
montażowy

 Dwa słupy żelbetowe oraz znajdująca się u góry

obudowana hala maszyny wyciągowej wraz z
pomieszczeniem koła kierującego

Pod belkami koła kierującego podwieszony jest stalowy
trzon prowadniczy wraz z belkami odbojowymi i
podchwytowymi – rozwiązania takie dają wolną przestrzeń
wokół szybu.

Rys.15. Pionowy przekrój wieży maszynowej o przekroju
poziomym zmniejszonym poniżej głowicy: 1-poziom
belek odbojowych, 2-poziom podchwytów, 3-poziom
nadszybia

Wieże wyciągowe – z maszynami wyciągowymi na wieży nad

szybem

 Wysokość wieży maszynowej dla wyciągów klatkowych oblicza się ze wzoru:

dla wyciągów skipowych:

gdzie:

, h

- jak we wzorach dotyczących wież

zastrzałowych,

– odległość od osi kół kierujących i osi maszyny wyciągowej

=(2÷3)d ; d – średnica koła linowego,

– wysokość haka suwnicy w najbliższym położeniu od osi maszyny

wyciągowej

=(1,5÷2)d ,

– wysokość konstrukcyjna;

=(1,5÷3)d









Rys.16. Określenie wysokości wieży maszynowej: a) urządzenia klatkowego, b)
urządzenia
skipowego

Wieże wyciągowe – z maszynami wyciągowymi na wieży nad

szybem

Rys.17. Pionowe przekroje wieży
maszynowej przystosowanej w
pierwszym etapie do głębienia
szybu: 1-poziom dachu, 2-pomost
bezpieczeństwa, 3-koła linowe do
głębienia, 4-poziom pomostu kół
linowych, 5-poziom kołowrotów, 6-
górna krawędź zbiornika, 7-poziom
zrębu szybu, 8-kołowroty do
deskowania obudowy szybu, 9-kubeł
do głębienia szybu, 10-poziom
suwnicy montażowej, 11-poziom
maszyn wyciągowych,
12-poziom wentylatorów
chłodzących, 13-poziom kół
kierujących, 14-poziom przetwornic,
15-poziom urządzeń elektrycznych,
16-poziom odstawy urobku i zjazdu
załogi, 17-dostawa urobku do
sortowni

Fundamenty maszyn wyciągowych – opis ogólny

Rys.18. Maszyna szybowa Szybu
Witczak

 Maszyna szybowa ma za zadanie:

 opuszczanie i wyciąganie załogi
 wydobywanie urobku oraz

opuszczanie wszelkich
materiałów, maszyn i urządzeń
potrzebnych przy urabianiu i
transporcie kopalin

 Rozróżnia się maszyny wyciągowe:

 dla dużych urządzeń

wyciągowych

 dla urządzeń małych

 Maszyny wyciągowe ustawione są
obok
szybu lub nad szybem
 Maszyna wyciągowa składa się z:

 części maszynowych (bęben lub

koło pędne, wał główny, łożyska,
przekładnie zębate)

 urządzeń zapewniających

bezpieczeństwo pracy maszyn
wyciągowych

 napędu maszyny wyciągowej

Fundamenty maszyn wyciągowych – wytyczne do obliczania

 Na fundament pod maszynę wyciągową działają następujące obciążenia:

 stałe: ciężar własny maszyny i urządzeń spoczywających na fundamencie,

ciężar własny fundamentu, ciężar ziemi spoczywającej na wysuniętych
częściach płyty fundamentowej, ciężar własny stropów, pomostów i innych
elementów konstrukcyjnych opartych na fundamencie

 zmienne zwyczajne: obciążenia występujące w czasie normalnej eksploatacji

maszyny, w czasie konserwacji, kontroli, wymiany lin itp.(oddziaływania
pochodzące od sił naciągu lin przy normalnej pracy maszyny, od momentu
hamowania, oddziaływań obciążenia zmiennego stropów i elementów
konstrukcyjnych opartych na fundamencie, od parcia gruntu otaczającego
fundament na jego ściany boczne przy zmiennym obciążeniu naziomu, od
okresowo zmiennych sił wzbudzających)

 nadzwyczajne, czyli awaryjne: są to obciążenia występujące w przypadku

zerwania liny lub od momentu zwarcia w silnikach elektrycznych maszyn
wyciągowych

 górnicze: powstają wskutek ruchów i zmian podłoża pod fundamentem w

wyniku eksploatacji górniczej; zalicza się do nich także tąpnięcia,
charakteryzujące się wystąpieniem sił masowych, proporcjonalnych do
ciężaru maszyny i fundamentu

Fundamenty maszyn wyciągowych – wytyczne do obliczania

 Do obliczania fundamentu przyjmuje się następujące schematy obliczeniowe:

 Średnie obciążenia ruchowe

a) obciążenia stałe
b) obciążenia od sił występujących w linach przy normalnej pracy urządzenia

gdzie: S

– przeciętna wartość siły eksploatacyjnej

Siły w linach przyjmować należy jako równe 0,8 największych statycznych

sił w linach przy normalnej pracy urządzenia.

 Najniekorzystniejsze obciążenie ruchowe:

a) obciążenia stałe
b) obciążenia od sił w linach, równych 1,5-krotnej wartości największych
statycznych sił
przy normalnej pracy urządzenia
c) obciążenia od działania momentu:

2 S





Rys.19. Schemat obliczeniowy fundamentu pod
maszynę wyciągową

Fundamenty maszyn wyciągowych – wytyczne do obliczania

gdzie: M

– moment hamowania

d) parcie nasypu, występujące w przypadku głębszego posadowienia,
e) obciążenia od sił okresowo zmiennych, jeśli takie są uwzględniane.

Współczynnik 1,5 uwzględnia dynamiczne działanie sił w linach i
dynamiczne działanie momentu hamowania.

Schemat ten stosuje się do sprawdzenia obciążenia podłoża i sprawdzenia

stateczności fundamentu na obrót.

 Najniekorzystniejsze obciążenie montażowo – remontowe:

a) obciążenia stałe
b) obciążenia od sił w linach, od wartości równej zeru do największych sił
statycznych
przy normalnej pracy,
c) obciążenie zmienne stropu i pomostu,
d) parcie nasypu (jeśli występuje),
e) inne obciążenia mogące wystąpić w czasie montażu i remontu

Schemat ten stosuje się do sprawdzenia naprężeń wywieranych na grunt.



 5

Fundamenty maszyn wyciągowych – wytyczne do obliczania

 Obciążenie awaryjne:

a) obciążenia stałe
b) obciążenia od sił występujących w przypadku zerwania liny, siła
wypadkowa:

c) inne obciążenia o dużym prawdopodobieństwie wystąpienia

 Obciążenia przy zwarciu w układzie elektrycznym:

a) obciążenia stałe
b) zwarcie w układzie elektrycznym

Przypadek ten należy uwzględnić tylko przy wytrzymałościowym obliczaniu
elementów, na które działają siły występujące przy zwarciu.

 Obciążenia górnicze:

a) obciążenia stałe,
b) obciążenia górnicze działające na powierzchni terenu,
c) inne obciążenia, np. sejsmiczne

Obliczenia dynamiczne fundamentu należy przeprowadzić wówczas, gdy
występują okresowo zmienne siły bezwładności o liczbie drgań od 300 do
1000 na minutę (z uwagi na możliwość rezonansu z podłożem).

zryw











Fundamenty maszyn wyciągowych – wytyczne do obliczania

Ponadto obowiązuje sprawdzenie stateczności fundamentu na obrót i
przesuw (dla najniekorzystniejszych obciążeń ruchowych oraz dla obciążeń
awaryjnych) – obliczenia wykonywane są względem krawędzi fundamentu,
jak i względem osi pionowej
fundamentu. Moment utrzymujący przy sprawdzeniu stateczności na obrót
względem osi pionowej powstaje od oddziaływania gruntu otaczającego
ściany boczne fundamentu

Przyjmując schemat wg rys. 20 otrzymuje się moment otrzymujący:

Rys.20. Uproszczony schemat
oddziaływania

gruntu przy obrocie fundamentu
względem osi pionowej

Rys.21. Schemat bardziej
prawdopodobnego

oddziaływania gruntu przy

obrocie

fundamentu wokół osi pionowej











gdzie:

E=E

-E

– parcie bierne

– parcie czynne

Fundamenty maszyn wyciągowych – konstrukcja

 Fundamenty pod maszyny wyciągowe można podzielić na:

 blokowe z niewielkimi wnękami i występami,
 skrzynkowe – złożone z płyty dolnej i układu ścian rozmieszczonych pod

ramą fundamentową maszyny,

 stanowiące wspólną konstrukcję z budynkiem maszyny wyciągowej,
 w postaci konstrukcji belkowych, ramowych itp..

Rys.22. Przekrój poziomy A-A
fundamentu pod
            maszynę wyciągową, którego
przekrój
            pionowy przedstawiono na rys.
23
            (zaznaczone przekroje
przedstawiono
            na kolejnych rysunkach)

Rys.23. Przekrój poprzeczny B-B
fundamentu
z rys. 22. 1-chudy beton

Fundamenty maszyn wyciągowych – konstrukcja

Rys.24. Przekrój podłużny C-C fundamentu z rys. 22

Rys.25. Rzut fundamentu w poziomie podestu maszynowego

Fundamenty maszyn wyciągowych – konstrukcja

Rys.26. Przekrój podłużny A-A
fundamentu z rys. 25

Rys.28. Przekrój poprzeczny fundamentu
stanowiącego wspólne
posadowienie
dla maszyny i budynku

Rys.27. Przekrój poprzeczny B-B
fundamentu z rys. 25

Fundamenty maszyn wyciągowych – konstrukcja

Rys.29. Rysunek zbrojenia dla przekroju podłużnego D-D fundamentu z rys. 22

Fundamenty maszyn wyciągowych – konstrukcja

Rys.30. Rysunek zbrojenia korony dla przekroju F-F z rys. 22

Obiekty wzbogacania węgla – charakterystyka ogólna

Zadaniem przeróbki mechanicznej węgla jest usunięcie zanieczyszczeń i
podniesienie czystości
węgla , czyli jego wzbogacenie do wartości niezbędnych w dalszym jego użyciu.
Poniżej podano krótki opis technologiczny niektórych części zakładu przeróbczego:



SORTOWNIE

– służą do sortowania węgla surowego na poszczególne

sortymenty; dokonuje się w nich wzbogacenia węgla przez usuwanie skały
płonnej



PŁUCZKI

– służą do mechanicznego wzbogacania węgla surowego sposobem

mokrym. Rozróżnia się płuczki osadzarkowe, strumieniowe, zawiesinowe.

 FLOTOWNIE

– przeznaczone są do wzbogacania drobnych ziaren węgla za

pomocą flotacji, która polega na użyciu odczynników powodujących
spienienie wody. Pęcherzyki powietrza przyczepiają się do drobnych ziaren
koncentratu i wypływają z nim na powierzchnię, pozostawiając skałę płonną
na dnie flotownika

 SUSZARNIE

– służą do odwodnienia materiału przesuwającego się na sitach,

przy równoczesnym podgrzewaniu go ciepłym powietrzem lub spalinami.
Flotownia i suszarnia mogą stanowić z płuczką jedną całość

 ZBIORNIK WĘGLA SUROWEGO

– służy do wyrównania ilości nadawanego do

zakładu przeróbczego węgla surowego, wydobywanego na powierzchnię w
sposób nierównomierny.

 URZĄDZENIA GOSPODARKI WODNO – MUŁOWEJ

– służą do oczyszczania

wody popłuczkowej, osadzania i zagęszczania mułów i ich odwadniania.
Urządzenia te składają się z osadników mechanicznych o ruchu ciągłym (np.
typu Dorra), osadników terenowych, betonowych bądź ziemnych, stawów do
okresowego zrzutu wody płuczkowej itp.