New approach to the design of shaft steelwork

• Autorzy: Płachno M.

Warianty tytułu

PL

Nowe podejście do projektowania zbrojenia pionowych szybów górniczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The key problem in the operation and maintenance of Polish shafts is too short service life of buntons and guides, which has its roots in the adopted design strategy dating back to the 1960s. Accordingly, the steelwork structure is dimensioned so as to achieve the required endurance factors for the guides and buntons, traditionally made from closed profiles, made by welding of two hollow sections. Despite the large endurance redundancy, thus manufactured guides and buntons fail to ensure a sufficiently long fatigue life as the maximal admissible loss in the section wall thickness occurs much earlier due to differences in wall thickness. A definite solution to this problem is the "repair-free steelwork", proposed by the author, i.e. a steelwork that does not require any major repairs throughout the whole projected service life of the shaft: 50-80 years. This solution was shown to be practicable as long as the new approach to the steelwork design is adopted whereby the proper selection of design parameters helps to reduce the forces to be taken by the steelwork elements, and the fatigue wearing of these elements. It is emphasised that the new approach might be successfully employed while planning steelwork repairs and modernisation which will soon be necessary in nearly one hundred out of over three hundred shafts currently operated in Poland.

PL

W artykule zwrócono uwagę, że najistotniejszy problem zbrojenia polskich szybów górniczych, jakim jest zbyt mała, użytkowa trwałość prowadników i dźwigarów, ma swą główną przyczynę w metodzie projektowania zbrojenia, stosowanej od początku sześćdziesiątych lat ubiegłego wieku. Ta metoda, polegająca na wymiarowaniu konstrukcji zbrojenia ze względu na wymagane wskaźniki wytrzymałości prowadników i dźwigarów, preferuje na elementy zbrojenia przekroje zamknięte, uzyskane przez zespawanie dwu ceowników stalowych. Tak wykonane prowadniki i dźwigary, mimo dużych naddatków wskaźników wytrzymałości, nie zapewniają zbrojeniu szybu oczekiwanej trwałości, gdyż ze względu na niejednakową grubość ścianek, stan dopuszczalnego ubytku grubości ścianek jest osiągany znacznie wcześniej, niż stan dopuszczalnego zmniejszenia wskaźnika wytrzymałości przekroju. Dla rozwiązania tego problemu, autor w swoich pracach (Płachno, 1983; 1984; 1987; 1994; 1996a; 1996b; 2002; 2005) zaproponował a następnie sprecyzował nowe podejście do projektowania zbrojenia pionowych szybów górniczych, którego celem jest tzw. zbrojenie bezremontowe, tj. zbrojenie nie wymagające remontu przez cały okres planowanej eksploatacji szybu, określanej na 50+80 lat. Dla realizacji takiego celu nowe podejście do projektowania zbrojenia było niezbędne, ponieważ przy podejściu tradycyjnym, uzyskanie kilkakrotnego wzrostu trwałości użytkowej elementów zbrojenia wymagałoby wielokrotnego zwiększenia ich masy oraz wymiarów. Zatem, przy utrzymaniu tradycyjnej zasady wymiarowania prowadników i dźwigarów metodą wymaganych wskaźników wytrzymałości, zbrojenie bezremontowe nie było realne. Okazało się jednak do uzyskania, gdy przy wymiarowaniu prowadników i dźwigarów wykorzystano prawidłowość, że poprzez odpowiedni dobór parametrów konstrukcyjnych zbrojenia można ograniczać zarówno siły przejmowane przez elementy zbrojenia (Płachno, 1983, 1984, 1987), jak i eksploatacyjne zużycie tych elementów podczas pracy w szybie (Płachno, 1996a, 1996b), Sprecyzowane na tej podstawie nowe podejście do projektowania zbrojenia pionowych szybów górniczych (Projekt badawczy KBN nr 5 T12 A 05422) obejmuje dwie, nowe metody obliczeń, tj. metodę wymiarowania prowadników i dźwigarów oraz metodę obliczania i oceny parametrów bezpieczeństwa tych elementów zbrojenia. Istotą nowej metody wymiarowania jest to, że najpierw dobiera się grubość ścianki prowadników i dźwigarów, wymaganą ze względu na zadany okres bezremontowej pracy zbrojenia w szybie, a następnie oblicza się pozostałe wymiary elementów zbrojenia, ze względu na możliwe ograniczenie sił przejmowanych przez te elementy w szybie. W nowej metodzie wymiarowania prowadników i dźwigarów nie ma zatem doboru sił obliczeniowych zbrojenia. Największe siły przejmowane przez zbrojenie szybu mogą być bowiem obliczone dopiero po zwymiarowaniu elementów zbrojenia, dlatego, w nowym podejściu do projektowania, obliczenia tych sił stały się istotą nowej metody sprawdzania parametrów bezpieczeństwa prowadników i dźwigarów. Omówione w artykule nowe podejście do projektowania prowadników i dźwigarów zilustrowano przykładami obliczeń, pokazującymi możliwości praktycznego zastosowania nowego podejścia do wymiarowania oraz sprawdzania parametrów bezpieczeństwa prowadników i dźwigarów. Przykłady dotyczą nowoprojektowanego szybu z dwoma dwuskipowymi wyciągami o największych, obecnie stosowanych parametrach oraz ze zbrojeniem, które ma pracować bez remontu w szybie przez 80 lat. Wyniki przykładów pokazują, że stosując przedstawione w p. 2 i 3 nowe podejście do projektowania zbrojenia szybów można zaproponować rozwiązania prowadników i dźwigarów, które bez zwiększonej masy oraz wymiarów w stosunku do takich elementów zbrojenia wykonanych z typowych ceowników stalowych, będą pracować w szybie przez 80 lat. Wyniki przykładów potwierdzają więc, że zaproponowana przez autora koncepcja bezremontowego zbrojenia szybów jest technicznie w pełni realna. A zatem, najistotniejszy problem zbrojenia polskich szybów górniczych, jakim jest zbyt mała użytkowa trwałość prowadników i dźwigarów, ma już definitywne rozwiązanie, które z powodzeniem może być wykorzystane także przy projektowaniu remontów lub modernizacji zbrojenia wokoło stu spośród ponad trzystu polskich szybach, obecnie eksploatowanych.

Słowa kluczowe

EN

mine shafts; stiff steelwork; design

PL

szyby górnicze; sztywne zbrojenie szybu; projektowanie

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 50, no 4
• Strony: 465--496
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., tab., wykr..

Twórcy

autor

Płachno M.

• Katedra transportu Liniowego, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki , Akademia Górniczo-Hutnicza, Al.. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Carbogno, A., Konieczny, S., 1984. Problemy związane z trwałością stalowych prowadników szybowych eksploatowanych w urządzeniach wyciągowych kopalń ROW. International Conference „Kierunki rozwoju górniczych urządzeń wyciągowych”, Akademia Górniczo-Hutnicza (UST), Kraków.
• [2] Graffstein-Malkiewicz, E., Leśniewski, K., 1971. Korozja w górnictwie węglowym. Wyd. Śląsk, Katowice.
• [3] Heyns, M. and al., 1993. The Design of Optimal Guide Roller Systems for Mining Conveyances. International Conference on Mine Hoisting 93,The Royal School of Mines, Londyn.
• [4] Karge, A., 1977. Nowoczesne urządzenia wyciągowe w górnictwie. Wyd. „Śląsk”, Katowice.
• [5] Kawulok, S., 1988. Ein lineares Modell der Einwirkung der Schachtspurlatten auf ein steifes Fördergefäss. Archiwum Górnictwa, vol. 33.
• [6] Klich, A., Wolny, S., 1977. Badania dynamiczne nowych i proponowanych konstrukcji prowadnic krążkowych. Zeszyty Naukowe AGH, nr 98, Kraków.
• [7] Płachno, M., 1983. Zagadnienie obliczania zbrojeń szybowych z powiększonym odstępem pionowym pomiędzy dźwigarami. Budownictwo Węglowe. Projekty-Problemy. Nr 6(309), wyd. Śląsk.
• [8] Płachno, M., 1984. Zagadnienia doboru parametrów dla elementów układu prowadzenia szybowego z prowadnikami na dźwigarach. International Conference „Kierunki rozwoju górniczych urządzeń wyciągowych”, Akademia Górniczo-Hutnicza (UST), Kraków.
• [9] Płachno, M., 1987. Zagadnienie ograniczenia wpływu masy i prędkości naczyń wyciągowych na obciążenia dynamiczne układów prowadzenia z prowadnikami na dźwigarach. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa. Nr 3-4 (212), Katowice.
• [10] Płachno, M., 1988. Elasting Guiding of Conveyances on Rigid Guides. Mat. International Conference on Hoisting of Men, Materials and Minerals. The Canadian Institute of Mining and Metallurgy,Toronto.
• [11] Płachno, M., 1994. Zagadnienie doboru nośności i sztywności zbrojenia szybowego przy obliczaniu jego konstrukcji. J.Hansel (red). Nowe metody projektowania naczyń wyciągowych oraz zbrojenia szybowego. Rozprawy Monografie nr 16. Akademia Górniczo-Hutnicza (UST), Kraków.
• [12] Płachno, M., 1996a. Metoda obliczania zbrojeń szybowych o wysokiej trwałości. Zeszyty Naukowo-Techniczne AGH-KTL, nr 6, Kraków.
• [13] Płachno, M., 1996b. Nowa propozycja dla obliczania zbrojeń szybowych. International Conference „Transport Szybowy 96”, Gliwice.
• [14] Płachno, M., 2002. Problem projektowania zbrojeń szybowych dla modernizowanych szybów górniczych. Zeszyty Naukowo-Techniczne AGH-KTL, nr 25, Kraków.
• [15] Płachno, M., 2004. New methods of design and dynamic control of shaft steelworks performance and conveyance guiding in mine shafts. Mine Planning and Equipment Selection – Hardygóra, Paszkowska & Sikora (eds), Taylor & Francis Group, London.
• [16] Płachno, M., 2005a. Częstotliwościowa dziedzina rzeczywistych sił oddziaływania naczyń wyciągowych na zbrojenie szybowe. Archives of Mining Sciences, vol. 50, iss. 1.
• [17] Płachno, M., 2005b. Nowe metody projektowania i eksploatacyjnej kontroli zbrojenia pionowych szybów górniczych. Monografie Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, nr 31, Akademia Górniczo-Hutnicza (UST), Kraków.
• [18] Płachno, M. and al. 1990. Prowadnice toczne z symetrycznym amortyzatorem zespolonym. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa. Nr 3-4 (244), Katowice.
• [19] Research project 5 T12 A 054 22 sponsored by the State Committee for Scientific Research in Poland. Opracowanie nowych metod projektowania zbrojeń szybowych dla modernizowanych szybów górniczych. (Project was realized in Akademia Górniczo-Hutnicza – UST in 2002÷2005 years, i/c Płachno M.).
• [20] Mining Regulations in Poland, 1995. Wymagania w zakresie budowy i obsługi górniczych wyciągów szybowych. Zał. nr 17 do Rozporządzenia MPiH z dn.14 kwietnia 1994 w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych. Dz U. Nr 67 poz. 342 z dn. 19 czerwca 1995.
• [21] Mining Regulations in Poland, 2002. Rozporządzenie Min. Gosp. z dnia 28 czerwca 2002 w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych. Dz. U. nr 139, poz.1169 z dnia 2 września 2002.