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.