مقدمه

روش استخراج جبهه کار بلند، روش قدیمی است که از اوایل قرن هفدهم میلادی در معادن زغالسنگ اروپا رواج پیدا کرد و به سرعت در تمام کشورهای تولید کننده زغالسنگ به استثنای ایالات متحده به کار گرفته شد.از اوایل دهه 1960 به بعد که وسایل نگهداری خود پیشرو1 بتدریج مورد استفاده قرار گرفت، کاربرد روش در ایالات متحده نیز رواج یافت. روش استخراج جبهه کار کوتاه، روشی مابین دو روش جبهه کار بلند و اتاق وپایه است و از مزایای هردوی این روشها بهره مند می باشد به طوری که با به کارگیری ماشین دارای تولیدی پیوسته بوده و با به کارگیری نگهدارنده های قدرتی محیط ایمنی را در کارگاه فراهم ساخته است[3].

وظایف عمده نگهدارنده های قدرتی، نگهداری سقف بلافاصل2 ایجاد یک نگهدارنده متحرک و جدا کردن منطقه تخریب از جبهه کار زغال جهت ایجاد محل کاری ایمن برای تردد افراد و ماشین زغال کن می باشد علاوه بر این راه مفیدی نیز برای تهویه جبهه کار فراهم خواهد آمد. نگهدارنده های قدرتی در انواع مختلفی کاربرد دارند که شامل قاب، گوه،  سپر و سپر تخریب می باشند.

نگهدارنده های قدرتی درکارگاه های استخراج زغال با روش جبهه کار بلند وجبهه کار کوتاه

نگهدارنده های قدرتی درکارگاه های استخراج زغال با روش جبهه کار بلند وجبهه کار
کوتاه

فهرست مطالب

چکیده…………………………………………………………………………………………………………….1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………2

فصل اول: روش جبهه کار بلند و روش جبهه کار کوتاه ……………………….. 4

1- 1) روش جبهه کار بلند ………………………………………………………………………………….. 4

1- 1- 1) روش جبهه کار بلند در زغال سنگ …………………………………………………………….. 4

1- 1- 2)نحوه انتقال تجهیزات جبهه کار در حین پیشروی …………………………………………….. 10

1- 1- 3)مکانیزاسیون در روش جبهه کار طولانی ………………………………………………………. 11

1- 1- 4) نکات مورد توجه در مکانیزاسیون کارگاه استخراج ………………………………………….. 12

1- 1- 5) شرایط کاربرد روش جبهه کار طولانی ……………………………………………………….. 17

1- 1- 6) عوامل موثر بر مکانیزاسیون کارگاه استخراج ………………………………………………… 18

1- 2) روش جبهه کار کوتاه ……………………………………………………………………………… 19

1- 2- 1) روش استخراج در جبهه کار کوتاه ………………………………………………………….. 23

1- 2- 2) نوع سقف در کارگاه جبهه کار کوتاه ………………………………………………………… 24

2- 3) نوع کف در کارگاه جبهه کار کوتاه ………………………………………………………………. 25

فصل دوم: نگهدارنده های قدرتی …………………………………………….. 27

2- 1) نگهدارنده های قدرتی در جبهه کار بلند ……………………………………………………… 27

1- 1) پیدایش نگهدارنده های قدرتی ……………………………………………………………….. 27

2- 1- 3) انواع نگهدارنده های درتی………………………………………………………………….29

2- 1- 4) شناسایی نگهدارنده های قدرتی ………………………………………………………… 35

2- 1- 5) انتخاب نگهدارنده رتی………………………………………………………………………….35

2- 1- 6) مشخصات سیستم نگهداری…………………………………………………………………36

فصل سوم: نتیجه گیری و پیشنهادات……. ……………………………….. 45

نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………..45 پیشنهادات…………………………………………………………………………………………………46

منابع و ماخذ……………………………………………………………………………………………….47

فهرست منابع فارسی…………………………………………………………………………………..47

فهرست منابع لاتین ……………………………………………………………………………………..48

چکیده انگلیسی………………………………………………………………………………………….49

 فهرست جدول ها

1- 1: انواع روش های جبهه کار بلند و عملیات اصلی در آنها ……………………………………. 12

1- 2: طبقه بندی پیشنهادی شولز برای تعیین یکنواختی لایه …………………………………….. 14

1- 3: مقاومت فشاری برای سنگ های دربرگیرنده ذغال سنگ …………………………………….. 15

4: ضرایب مقاومت برجا، خزشی و رطوبت سنگ سقف ………………………………………………. 16

1: ویژگی های بارگذاری نگهدارنده های از نوع سپری ………………………………………………… 33

2- 2: ویژگی های بارگذاری نگهدارنده های از نوع سپر گوه ای ………………………………………. 34

2- 3: عامل های توان باربری ترزاقی برای (زاویه اصطکاک داخلی) ………………………………….. 38

2- 4: مشخصات حفاظ های مکانیکی (سیستم نگهداری)برای کارگاه ها یا جبهه کار کوتاه ……… 41

فهرست شکل ها

1- 1: استخراج ذغال سنگ به روش جبهه کار بلند ………………………………………………………. 4

1- 2: یک جبهه کار طولانی به همراه تجهیزات آن ………………………………………………………… 9

1-3: مقایسه سه روش پیشروی تجهیزات در جبهه کار بلند …………………………………………….. 10

1-4: پلان و روش استخراج جبهه کار کوتاه …………………………………………………………………15

1-5: نحوه پیشروی نگهدارنده های قدرتی در کارگاه استخراج روش جبهه کار کوتاه …………………18

2- 1: قاب دو تایی و نحوه انتقال آن ……………………………………………………………………….. 29

2- 2: نگهدارنده گوه ………………………………………………………………………………………… 30

2-  3: سپر …………………………………………………………………………………………………….. 31

2-  4- الف: سپر دو پایه ………………………………………………………………………………………. 32

2- 4-  ب: سپر چهار پایه ……………………………………………………………………………………… 32

2- 5: سپر گوه ای …………………………………………………………………………………………….. 34

 

فصل اول: روش جبهه کار بلند و روش جبهه کار کوتاه  11) روش جبهه کار بلند 

1-1-1) روش جبهه کار بلند در زغال سنگ

این روش نوعی روش استخراجی بزرگ مقیاس است که در لایه های کم شیب، نسبتا نازک (1 تا 4 متر) به کار گرفته می شود و در آن جبهه کار در عرض یک پهنه، بین دو راهرو اصلی و فرعی ایجاد و استخراج با کندن برشهای کم عرضی (حدود 6/0 متر)به صورت پیشرو 1 و یا پسرو2 انجام می شود. همزمان با پیشروی جبهه کار، سقف یا کمر بالای لایه زغالسنگ در پشت جبهه کار به طور کامل تخریب می شود [8].

روش اتاق وپایه، استخراج از طبقات فرعی و استخراج به روش کارگاه و پایه جزء روش های بدوننگهداری می باشند. به عبارت دیگر در این روشها از وسایل نگهداری مصنوعی جهت نگهداری سقف کارگاه تقریبا هیچ استفاده ای نمی شود. در بعضی از این روشها مانند اتاق وپایه، کارگاه و پایه و انباره ای از خود ماده معدنی به عنوان نگهدارنده سقف کارگاه استفاده میشود اما به دلیل اینکه نگهدارنده مصنوعی در کار نیست لذا این روش جزء دسته روشهای بدون نگهداری می باشند [8].

در روشهای با نگهداری، همانطور که از نام آنها مشخص است، از یک وسیله نگهداری مصنوعی جهت نگهداری سقف کارگاه استفاده می شود. این نگهداری به صورت پر کردن کارگاه اتخراج نیز می تواند باشد.

روشهایی از قبیل استخراج ستونی و استخراج با چوب بست کاری وسیله نگهدارنده غالب، تیرهای چوبی می باشند که پس از اتمام کار استخراج بازیابی نخواهند شد.در روش کندن و پر کردن که روشی پر هزینه می باشد(به دلیل عمل پر کردن کارگاه استخراج) کارگاه به طور مرتب و پس از استخراج هر برش در ماده معدنی، با باطله پر میشود. این عمل به دو دلیل عمده انجام می شود: یکی نگهداری دیوارهای کارگاه و دیگری ایجاد سکوی کاری برای انجام برشهای بعدی [9].

استفاده از روش هایی که در آنها از روشهای نگهداری پر کردن استفاده می شود از دهه های بعد از جنگ جهانی دوم رو به کاهش گذارده است. امروزه فقط روش استخراجی کندن و پرکردن به علت آنکه قابلیت مکانیزاسیون بالایی دارد و همچنین افزایش یافتن هزینه های سایر روشهای نگهداری مصنوعی (بطور نسبی) در شرایط کاملا خاصی به کار برده میشود [8].

روش های با نگهداری در استخراج کانسارهای فلزی و غیرفلزی کاربردهایی پیدا کرده اند،ولی فقط درصد کمی(حدود 4 درصد) از تولیدات مواد معدنی زیرزمینی با این روش ها استخراج می شوند. در کلیه این روش ها، استخراج ماده معدنی به صورت قائم رو به بالا انجام می گیرد. به عبارت دیگر عملیات استخراج از پایین ترین افق ماده معدنی شروع میشود وبه موازات دیوارهای ماده معدنی و به سمت بالا ادامه می یابد [8].

روش های تخریبی، که روش هایی با تولید و راندمان بالا می باشند، عبارتند از روش جبهه کار طولانی، روش جبهه کار کوتاه، روش تخریب در طبقات فرعی و روش تخریب توده ای. در این روش ها همراه با استخراج ماده معدنی سقف کارگاه بلافاصله تخریب می شود و به داخل کارگاه استخراج فرو می ریزد.مهمترین عامل در استفاده از این روش ها قابلیت تخریب سقف کارگاه می باشد. در شرایطی که سقف کارگاه به خوبی تخریب نشود، ممکن است که این گونه روش ها کارایی مناسب نداشته باشند.علت این امر این است که بارهای قائم وارده بر جبهه کار پیشروی با عدم تخریب سقف افزایش می یابد و شرایطی را ایجاد میکند که خطر بالقوه انفجاردر معدن را افزایش می دهد [8].

به طور خلاصه بهترین شرایط از لحاظ فنی جهت استفاده از این گونه روش ها وسعت زیاد ماده معدنی، یکنواختی مناسب و قابلیت تخریب طبقات بالای ماده معدنی مورد نظر می باشد.

از آنجا که در این دسته از روش ها فضاهای استخراجی با پیشروی جبهه کار به طور عمدی ولی کنترل شده می شوند، این روش ها عموما پرتولید می باشند و کاربرد خصوصیات مکانیک سنگی نیز در آنها در مقایسه با دیگر روش ها به دلیل اطمینان از وقوع تخریب به موقع سقف و کنترل آن بسیار گسترده می باشد. علاوه بر این فضاهای آماده سازی باید به گونه ای طراحی شوند و در محلهایی حفر گردند که تغییرات حاصل از نشست زمین که به صورت جابجایی یا تخریب خود را نشان میدهند، بر پایداری آنها ناثیر نگذارند. به بیان دیگر، فضاهای آماده سازی باید خارج از منطقه تاثیر نشست حفر شده باشند. برای جلوگیری از عدم تخریب یکنواخت، سطح تولید بایستی ثابت و پیوسته نگهداشته شود. مهندسی و طراحی خوب عملیات معدنکاری و مدیریت و سرپرستی صحیح نقش موثری در موفقیت آمیز بودن عملیات تخریب دارند [8].

در این روش، جبهه کار توسط نگهدارنده های قدرتی که توان تحمل بار زیادی دارند و از پایه و سپر تشکیل می شوند نگهداری می شود. پس از استخراج یک برش در طول جبهه کار، وسایل نگهداری جمع، جلو برده شده و سپس باز می شوند و امکان تخریب سقف در پشت نگهدارنده ها را فراهم می آورند. منطقه تخریب شده را فضای تخریب می نامند. تخریب در فرآیند استخراج علاوه بر کمک به شکستن و خرد شدن زغالسنگ استخراجی، اجازه می دهد که سقف بلافاصل  به طور ایمن تخریب شود و در نتیجه از فشار زیاد وزن طبقات فوقانی لایه زغالسنگ و بر روی وسایل نگهداری کاسته شود. در حالت ایده آل، سقف لایه باید دارای لایه های نازک و نسبتا ضعیف باشد. در این صورت تخریب به آسانی و زود به وقوع خواهد پیوست. کف جبهه کار نیز بایستی از استحکام کافی برخوردار باشد، تا یک محل محکم برای وسایل نگهداری سقف فراهم آید [8].

از آنجا که بارهای قائم وارده به نگهدارنده عملا به کف کارگاه منتقل خواهد شد، لذا کف باید دارای استحکام کافی باشد تا این که پایه های نگهدارنده ها در زمین فرو نرود. در صورتی که کف نتواند بارهای وارده را تحمل کند، همانطور که گفته شد، نگهدارنده ها در کف فرو می رود این عمل منجر به بروز اشکال در پیشروی نگهدارنده ها می شود. عدم پیشروی به موقع نگهدارنده ها نیز سرعت پیشروی و در نتیجه کارایی و بازدهی این روش را کاهش میدهد چرا که ویژگی این روش راندمان و تولید بالا به دلیل پیشروی سریع جبهه کار و استخراج زغالسنگ می باشد. لذا به هنگام انتخاب روش استخراج و طراحی سیستم و نیز انتخاب ماشینآلات جبهه کار، این موضوع بایستی مد نظر باشد که مقاومت فشاری کف لایه همواره بیشتر از میزان باری باشد که توسط نگهداری های قدرتی به کف وارد می شود [9].

اگرچه کنترل نشست در روش جبهه کار طولانی کاملا زیاد است اما پدیده نشست یکی از مسائل قابل ملاحظه در این روش می باشد. تخریب و ریزش لایه های بالای لایه استخراج شده سرانجام از محل استخراج تا سطح زمین گسترش خواهد یافت. میزان نشست و تخریب به عمق و سطح استخراج و بسیاری پارامترهای دیگر بستگی دارد. اگرچه برخی از خسارات سطح زمین اجتناب ناپذیر است، ولی میزان آنها را می توان از طریق حفظ سرعت یکنواخت پیشروی در جبهه کار و تخریب به موقع و کنترل شده سقف بلاواسطه کنترل کرد. در پاره ای موارد جهت جلوگیری از نشست یا به حداقل رساندن میزان نشست، سقف را با استفاده از سیستم های نگهداری مقاومتی، کرسی های چوبی، و یا پر کردن منطقه تخریب شده به وسیله باطله نگهداری می کنند، ولی امروزه این کار به ندرت صورت می گیرد و با استفاده از سیستم های نگهداری قابل انعطاف1 تخریب و نشست کنترل می شود. در مورد نشست، میزان و طریقه کنترل آن در روش جبهه کار طولانی تحقیقات زیادی در جهان انجام شده است [10].

مواردی که در طراحی در روش جبهه کار بلند بایستی مد نظر قرار گیرند، جهت استخراج، ابعاد فضای استخراجی و بازکننده ها و نوع تجهیزات مورد استفاده در پهنه می باشد. از نظر استخراج، زغالسنگ استخراجی می تواند به صورت پیشرو و یا پسرو انجام گیرد [8].

 هر کدام از این روش ها ویزگی ها و جذابیت های خاص خود را دارند. در روش استخراجی پسرو رعایت اصول ایمنی بهتر صورت می گیرد. چرا که ورودی های سر و ته پهنه باید به طور کامل ایمن و پایدار باشند و از آنجا که این اصول در طراحیها به دقت مورد بررسی قرار می گیرد، لذا رعایت ایمنی بهتر صورت می گیرد. از طرف دیگر چون در حین حفر ورودی ها منطقه کاملا مورد شناسایی و مطالعه قرار می گیرد، در نتیجه قابلیت نگهداری کارگاه به دلیل انتخاب نگهدارنده های مناسبتر بالا می رود. از جمله مزایای دیگر روش پسرو کم بودن زمان تلف شده جهت نگهداری و آماده سازی دو انتهای جبهه کار به دلیل حذف استیبل از دو طرف جبهه کار می باشد. حذف استیبل باعث می شود که بتوان در استخراج به سرعت پیشروی بالاتری دست یافت.

نگهدارنده های قدرتی درکارگاه های استخراج زغال با روش جبهه کار بلند وجبهه کار کوتاه

نگهدارنده های قدرتی درکارگاه های استخراج زغال با روش جبهه کار بلند وجبهه کار
کوتاه

فصل دوم: نگهدارنده های قدرتی 

21) نگهدارنده های قدرتی در جبهه کار بلند 

211) پیدایش نگهدارنده های قدرتی 

نگهدارنده های قدرتی به دنبال توسعه و پیشرفت سیستم های نگهداری فولادی (پایه های اصطکاکی و هیدرولیکی) در کارگاه های جبهه کار طولانی به وجود آمد. اثرات ناشی از خطاهای نیروی انسانی در اعمال نیروی اصطکاکی و فرسودگی سطوح اصطکاکی ضرورت طراحی پایه های منطبق با اصول هیدرولیکی را به دنبال داشت. با به کار گیری پایه های هیدرولیکی همگرایی در کارگاه کاهش یافت، اما مشکل فرو رفتن پایه ها در کف همچنان وجود داشت و حرکت پایه ها همزمان با پیشروی جبهه کار با ماشین زغال کن هماهنگ نبود. با پیشرفت ماشین های زغال کنی سرعت آن ها به حدی رسیده بود که در یک شیفت سه تا چهار برش را استخراج می کردند و جابجایی نگهدارنده ها با این پیشروی سریع هماهنگ نبود. جهت حل مشکلات یاد شده سیستم جدید هیدرولیکی دیگری توسعه یافت. در این سیستم ، پایه ها و کلاهک ها به صورت یک واحد درآمد و برای جلو رفتن همزمان با ماشین زغال کنی در جبهه کار به ناو زنجیری متصل شد. این چنین سیستم هایی را به دلیل پیشروی آنها از طریق کشیدن خود به سمت ناو زنجیری ، نگهدارنده های قدم زن نامیده اند.

یکی از معیارهای مقایسه روش های استخراج با یکدیگر میزان پیوستگی تولید آنهاست. معادن امروزه به دلیل بالا بودن حجم سرمایه گذاری بالا برای مقرون به صرفه بودن و یا سود ده شدن نیاز به تولید زیاد دارند و و تولید زیاد جز با پیوستگی تولید امکان ندارد و یا بسیار مشکل است. از اواخر دهه 1940 میلادی که طراحی و ساخت ماشین های زغال کن آغاز شد نیاز به لوازم نگهداری سقف مناسب تر احساس شد.  این ماشین های زغال بر همگی بر اصل تولید پیوسته استوار بودند حال آنکه لوازم نگهداری سقف در کارگاه مانند پایه های اصطکاکی و هیدرولیکی همگی حالت چرخه ای (سیکلی) داشتند. وقتی که در اواخر دهه 1950 و اوایل دهه 1960 میلادی ماشین های زغال بر مورد استفاده بیشتر قرار گرفتند و نیز از ناو زنجیری قابل انعطاف استفاده شد تنها مانع بر سر پیوستگی تولید جبهه کارهای زغال سنگ لوازم نگهداری بود تا آنکه در همین زمان یعنی سال های اول دهه 1960 اولین نگهدارنده های قدرتی قدم زن به بازار آمدند و در اواخر همین دهه استفاده از آن ها بطور جدی و فزاینده آغاز گردید به طوری که در اولین دهه 1970 سه ماشین برنده بارکننده ، ناو زنجیری قابل انعطاف  و نگهدارنده قدرتی قدم زن لوازم استاندارد هر جبهه کار طولانی زغال سنگ شدند. استفاده از این سه ماشین که البته هر کدام انواع بسیار زیادی دارند و هر کدام خانواده ای از ماشین های مختلف هستند برای اولین بار امکان پیوسته کردن تولید زغال سنگ را به وجود آورد و تولید در این جبهه کار طولانی در جهان بود تا جایی که کارگاه های امروزی در مقایسه با روش های چرخه ای دهه های قبل بسیار پر تولید می باشد. امروزه کارگاه های استخراج زیادی وجود دارند که بیش از یک میلیون تن در سال تولید  می کنند و تعداد آنهایی که تولید آنها از دو میلیون تن در سال تجاوز می کند کم نیست. این در حالی است که پر تولیدترین کارگاه های استخراج زغال سنگ حدود پنج میلیون تن در سال تولید کرده اند. کارگاه های استخراج جبهه کار طولانی تولید زیاد را تا حد زیادی مدیون پیدایش و تکامل نگهدارنده های قدرتی قدم زن می باشند[8].

 2 -1-2) اهداف قدرتی شدن نگهدارنده ها

وظایف عمده نگهدارنده های قدرتی، نگهداری سقف بلافاصل[1] ایجاد یک نگهدارنده متحرک و جدا کردن منطقه تخریب از جبهه کار زغال جهت ایجاد محل کاری ایمن برای تردد افراد و ماشین زغال کن می باشد علاوه بر این راه مفیدی نیز برای تهویه جبهه کار فراهم خواهد آمد. این ها وظایف معمولی عملیاتی نگهدارنده های قدرتی می باشند. در سال های اخیر با افزایش قدرت نگهدارنده ها و بهبود در طراحی قسمت های مختلف آنها وظیفه مهم دیگری به عهده این نگهدارنده ها گذاشته شده است. با توجه به اینکه یکی از مزایای اصلی روش جبهه کار طولانی نگهداری خوب سقف به این روش است. اگر چه نگهداری خوب سقف در این روش تا حدودی زیادی در ذات روش نهفته است ولی در سال های اخیر در این زمینه پیشرفت هایی حاصل شد که این مزیت روش را از قبل بیشتر کرده است. علت اصلی تهیه شدن شرایط سقف آن است که نگهدارنده های قدرتی با توان زیاد خود فشار زیادی به سقف جبهه کار وارد می کنند و چون این فشار به طور ناگهانی و در یک خط مستقیم نسبتا بلند که همان جبهه کار است وارد می شود باعث شکسته شدن لایه بلاواسطه می شود.

شکسته شدن سقف بلاواسطه تخریب منطقه پشت جبهه کار را به دنبال دارد و به محض انجام عمل تخریب،  فشار از روی جبهه کار برداشته می شود و به منطقه تخریب شده پشت جبهه کار منتقل می گردد که خود باعث تخریب بیشتر می شود. بدین طریق با استفاده از نگهدانده های قدرتی امروزه نه تنها تقریبا تمامی سقف کارگاه استخراج پوشیده است بلکه فشار نسبتا کمی بر روی سقف کارگاه استخراج اعمال می شود.

سرعت پیشروی در اکثر جبهه کارهای طولانی تمام مکانیزه امروز آن قدر زیاد است که عملا سنگ های داخل قوس فشار در بالای سقف جبهه کار طولانی وقت کافی برای پایین آمدن و در نتیجه اعمال فشار بر روی سقف را ندارند و لذا میزان قدرت لازم از طرف نگهدارنده های قدرتی تنها برای نگهداری سقف ناچیز است ولی در عمل طراحان به طور فزاینده ای از نگهدارنده های پر قدرت تر استفاده می کنند. علت این امر همان مطلب فوق است یعنی میزان فشار وارد بر سقف کارگاه استخراج نه نگهداری سقف کارگاه[8].

 2 -1-3) انواع نگهدارنده های قدرتی

نگهدارنده های قدرتی از زمان ساخت تاکنون پیشرفت های چشمگیری کرده اند. در کارگاههای مکانیزه جهت کنترل سقف از نگهدارنده های قدرتی به ویژه از نگهدارنده نوع سپر یا از سپر گوه ای استفاده می کنند [7].

براساس نحوه ارتباط بین اجزای نگهدارنده های قدرتی آنها را طبقه بندی می کنند. برای این منظور دو عامل مهم وجود یا نبود سپر عقب و اتصال زنجیری، همچنین تعداد پایه های هیدرولیکی و نحوه قرار گیری آنها مدنظر قرار می گیرند [8].

نگهدارنده های قدرتی در انواع مختلفی کاربرد دارند شامل قاب، گوه، سپر و سپر تخریب [7].

 1 قاب:

این نوع نگهدارنده شامل دو یا سه پایه در یک ردیف با یک کانوپه کم عرض در بالای آنها است [7]. 

 قاب بسیار ساده است و به صورت تکی و عموما به صورت واحدهای دوتایی استفاده می شود ، دو واحد قاب با یک جک یدرولیکی به هم متصل اند و کل سیستم به ناو زنجیری متصل است.


مقطع : کارشناسی ارشد

دانلود بخشی از روشهای افزايش عمر ساختمانهای عمومی و تاثير آن در صرفه جويی اقتصاد ملی ﴿ با طراحی نمونه موردی در تهران﴾