سیستم های بالابری در چاه

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:

1-   قسمت های سطحی

الف- اتاقک بالابر (نصب شده روی دکل یا روی زمین)

(1)   چرخ طناب خور یا طبلک بالابر (حرکت را به کابل منتقل می کند)

(2)   تجهیزات مکانیکی و برق بالابر (راه انداز اولیه، ترمز، کلاچ، کنترلها)

(3)   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 انبارة 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:

1-   نرخ تولید یا تناژی که در واحد زمان بایستی بالابرده شود.

2-   عمق چاه

3-   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.

1-  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.

2-  لغزش در بالابری با قرقره اصطکاکی:

لغزش در بالابر با قرقره اصطکاکی وقتی اتفاق می افتد که نسبت کششهای کابل از حد تئوریک فراتر رود. رابطه به قرار زیر است:

که T به کشش کابل و اندیسهای 1 و 2 به ترتیب به اسکیپهای حاوی بار و خالی اشاره دارند. e مبنای لگاریتم طبیعی،  ضریب اصطکاک= 50/0-45/0 و  زاویه پوش است که از  رادیان () باری بالابرهای نصب شده روی دکل تا  رادیان () برای بالابرهای نصب شده روی زممین متغیر می باشد. نسبت حدی یعنی  برای بالابرهای نصب شده روی دکل 6/1-5/1 و برای بالابرهای نصب شده روی زمین 9/1-8/1 می باشد. برای افزایش  می توان از قرقره های انحرافی استفاده کرد. جهت افزایش  نیز می توان پوشش قرقره ها یا روغن کابل را تغییر داد.

3- اندازه کابل فولادی:

کابلهای فولادی ساختمان پیچیده ای دارند، به طور کلی سه نوع کابل برای بالابری در معادن استفاده می شوند. رشته ای گرد، رشته ای پهن و کلافی بافته شده. کابلهای رشته ای گرد با بالابرهای طبلکی، رشته ای پهن در بالابرهای با قرقره اصطکاکی و کلافی بافته شده برای همه نوع سیستمی در اعماق بیش از 3200 فوت (km 96/0) کاربرد دارند.

در طراحی سیستم بالابری، دو ویژگی کابل فولادی که از همه مهمتر هستند عبارت اند از: وزن واحد طول و مقاومت در باربر پارگی (مقاومت گسیختگی). توجه داشته باشید که ویژگیهای مذکور برای دو نوع کابل رشته ای گرد و پهن برای دو کیفیت مختلف فولاد ارائه گردیده است.

در انتخاب اندازه مناسب کابل فولادی برای مصارف بالابری، قابل ملاحظه ترین عامل، ضریب ایمنی است. مقادیر ضریب ایمنی در ایالات متحده امریکا توسط MSHA تعیین می شوند و متناسب با نوع بالابر، عمق و قابلیت جابجایی افراد تغییر می نماید. نمودار یا منحنی پلکانی، حداقل مقادیر مجاز برای بالابری افراد را به دست می دهد. استانداردهای وضع شده توسط انستیتو استانداردهای ملی امریکا (American National Standards Institute, ANSI) نشانگر حداکثر بار مجاز برای افراد و مواد هستند. چون وزن کابل نیز بایستی در تعیین مجموع بار وارد بر آسانسور منظور شود، فرآیند طراحی در انتخاب اندازه کابل از یک روند سعی و خطا پیروی می نماید. سرانجام، عمق نیز محدودیت دیگری را در بالابری اعمال می کند، به علت این که وزن کابل با عمق افزایش می یابد، در اعماق بحرانی وزن کابل از مقاومت کابل فراتر می رود.

4- قطر طبلک و قرقره:

به دلیل این که کابل فولادی به دور طبلک یا قرقره پیچیده می شود، برای این که فشار کابل به دور آن به حداقل برسد، حداقل نسبت قطر طبلک یا قرقره به قطر کابل توصیه شده باید رعایت شود. چون هزینه کابل فولادی متوسط است امکان دارد در برخی موارد خصوصاً در چاههای عمیق که هزینه کل عامل تعیین کننده ای است، طبلکی با قطر کمتر انتخاب شود و کابل بالابر به دفعات بیشتر تعویض گردد.

5- زوایه عبور کابل:

این زاویه بین کابل بالابر پیچیده شده روی طبلک و خط مرکزی گذرنده از قرقره هرزگرد تا طبلک تشکیل می شود. جهت کاهش سائیدگی کابل در شیار قرقره، زاویه عبور محدود به  شده است. اثر مهم محدودیت این زاویه، محدود کردن عرض طبلک است.

6- اندازه اسکیپ در برابر سرعت بالابری:

برای دستیابی به یک نرخ تولید مطلوب در چاه، مهندس طراحی به دنبال ایجاد توازن بین اندازه اسکیپ و سرعت بالابری است. محدودیت نهایی در مورد اندازه اسکیپ، مقاومت کابل و در مورد سرعت بالابری، مصرف انرژی است. به طور کلی به عنوان یک امر پذیرفته شده، به نفع است که بالابری با بیشترین بار اسکیپ ممکن و در پایین ترین سرعت بالابری ممکن صورت پذیرد.

7-   سیکل بالابری:

سیکل بالابری به ارتباط بین زمان و فاصله در بالابری اشاره دارد. اجزای زمان و فاصله مطابق روابط زیر محاسبه می شود:

الف- زمان بالابری در حرکت تندشونده                             

که V سرعت بالابری و a نرخ شتاب است؛ به طور کلی، نرخ شتاب و زمان تندشونده با نرخ شتاب r و زمان کند شونده   برابر هستند.

ب- فاصله طی شده در حرکت تند شونده                 

که   فاصله طی شده در حرکت کندشونده است.

ج- فاصله طی شده با سرعت ثابت                           

که  فاصله کل بالابری (از دهانه بارگیری تا بونکر دکل) می باشد.

د- زمان بالابری با سرعت ثابت                              

هـ- زمان سیکل بالابری در هر رفت و برگشت          

که  زمان بارگیری یا تخلیه می باشد.

8-   سیکل یا چرخه کار:

ارتباط میان توان لازم موتور بالابر و زمانهای سیکل بالابری، چرخه کار نامیده می شود. نمودار چرخه کار بالابر طبلکی نشانگر بار نامتوازن (نامتعادل) کابل بالابر است. تعیین مساحت سطح زیر منحنی (با انتگرال گیری)، مصرف انرژی برای چرخه کار بالابری را به دست می دهد. محاسبات زیر، نکات کلیدی را برای تعیین چرخه کار بالابری با قرقره اصطکاکی در اختیار می گذارند (معادلات توان برای بالابر طبلکی متفاوت است؛ به Harmon مراجعه شود):

الف-                        وزن کابل

 وزن واحد طول کابل و  فاصله بونکر تا قرقره هرزگرد یا قرقره متحرک در بالای دکل است. در صورتی که چند کابل استفاده شود،  در تعداد کابلها ضرب می شود.

ب-                           مجموع وزن کابل

که   وزن بار مرده اسکیپ و  بار زنده اسکیپ است.

ج-                          بار طراحی

که FS ضریب ایمنی است.

د-                          مقاومت کابل

هـ- وزن موثر معادل   یک وسیله در حال چرخش، نسبت به مرکز کابل برای قطرهای مختلف طبلک کاهش می یابد.

و-                          کل بار آویزان (معلق)

ز- نقاط کلیدی چرخه کار

                             اسب بخار

که P توان بر حسب اسب بخار، و اندیس آن معرف یک نقطه در سیکل کار، و g شتاب ثقل برابر 2/32 فوت بر مجذور ثانیه  است.

که  راندمان بالابر بر حسب درصد است، برای بالابر با قرقره اصطکاکی،  را برابر 90 درصد فرض کنید.

ح- توان Root Mean Square) RMS ، مجذور متوسط مربعات( برای موتور جریان متناوب (ac):

اسب بخار

برای موتور جریان مستقیم (dc)، ضرایب مخرج کسر زیر رادیکال به ترتیب به مقادیر 75/0، 1 ، 75/0  و 5/0 تغییر خواهد کرد.

ط- مصرف تقریبی انرژی برای سیکل کار برابر خواهد بود با:

Kw-hr به ازای هر رفت و برگشت 

باربری از چاه

باربری از چاه معمولاً از پایین به بالا و برای خروج مواد صورت می گیرد. در مورادی وارد کردن سنگ به داخل چاه برای پرکردن محل استخراج شده لازم می گردد. توان یا راندمان باربری از چاه برای خروج محصول محاسبه می شود. هرگاه میزان استخراج سالانه از چاه یا میزان باربری A تن باشد، توان باربری عبارت است از:

در اینجا k ضریب بی نظمی در باربری (زمانی که باربری انجام نمی گیرد)، N روزهای سال و بالاخره m تعداد ساعات کار باربری در روز است.

مثلاً اگر در معدنی روزانه دو شیفت 7 ساعته باربری انجام گیرد و سالانه 250 روز کار شود، طبق تجربیات حاصله ضریب بی نظمی 7/0 است. در یک چاه با ظرفیت اسمی 150 هزار تن در سال، قدرت باربری:

است. در محاسبه قدرت موتور چاه روشهای ساده تجربی نیز وجود دارد که توسط آن قدرت موتور الکتریکی در رابطه با مقدار بار مفید W از یک طرف وس رعت باربری V از طرف دیگر قابل محاسبه است. هرگاه وزن کل قفس و بار مفید  وزن قفس خالی  باشد، بار مورد کشش W عبارت است از:

قدرت کموتورهای الکتریکی از طریق محاسبات نظری و نیز به کمک مونوگرامهای تجربی بدست می آید.

حمل و نقلها شامل بیرون آوردن ماده معدنی، خارج و داخل کردن سنگ، داخل کردن چوب و مصالح و همچنین داخل یا خارج کردن ماشینها از طریق چاه است. رفت و آمد کارگران و مهندسان نیز از طریق چاه مشمول این بخش می شود.

عمق باربری از چاه در طول تاریخ استخراج معادن به طور دائم در حال ازدیاد است. مقدار باربری که در یک نوبت باربری (در یک کشش) از چاه به خارج آورده می شود نیز با پیشرفت فن استخراج رو به افزایش است.

این دو عامل (افزایش عمق و اضافه شدن وزن بار هر کشش) سبب می شود که وسایل و تجهیزات مربوط به چاه و باربری، بزرگتر، قویتر و دقیقتر ساخته شود. تجهیزات و تأسیسات چاههای کمتر از 100 متر (عمق) ساده و ارزان است. بین اعمقا 100 تا 500 متر چاه دارای تجهیزات نسبتاً مفصل است.

تأسیسات چاههای بیش از 500 متر آن طور که امروز در معادن اروپا، آفریقا و آسیا وجود دارد بسیار مجهز و دقیق ساخته می شود.

در منطقه رور که یکی از بزرگترین مناطق معدنی و صنعتی جهان است عمق متوسط چاهها (متوسط باربری) در سال 1954، 700 متر بوده است و این رقم در سال 1967 به حدود 800 متر و در سال 1998 به بیش از 1000 متر رسیده است. به عبارت دیگر مرکز ثقل باربری معادن این ناحیه سالانه به طور متوسط حدود 8 متر افزایش یافته است.

در ایران نیز در ظرف 30 سال اخیر متوسط باربری از چاه روبه ازدیاد بوده است. اگر برای ایران آمار مشابه ای تهیه شود و برای این منظور چند معدن خاص که از آنها باربری توسط چاه انجام می شود در نظر گرفته شود، عمق متوسط باربری در ایران شاید دارای رشد سالانه ای به اندازه اروپا باشد (می توان معادن از یک کوه، نخلک، باب نیزو، و زه آباد را از نظر پیشرفت عمق باربری مورد مطالعه قرار داد). راندمان باربری از چاه به عمق باربری بستگی دارد و در چاههای مختلف متفاوت است. این توان بین چند تن تا چندهزار تن در نوبت کار است. یکی از معادن ذغال آلمان روزانه 6000 تن ماده معدنی از عمق 625 متری توسط یک چاه باربری می کند.

راندمانی برابر 9000 تن در روز در معادن نمک همان کشور سالها تجربه شده است. در معادن فلزی ناحیه ترانسوال آفریقا از اعماق 2000 متری مقادیر چند هزار تن باربری در روز، امری عادی به شمار می آید.

انواع باربری در چاه

به طور کلی سه نوع باربری از چاه وجود دارد:

-       باربری با سطل

-       باربری توسط واگن

-       باربری توسط اسکیپ

1- باربری با سطل

در باربری با سطل سنگها و یا مواد در کف چاه به داخل سطل ریخته می شود و سپس سطل که به کابل متصل است به بالا کشیده می شود. در معدن سرب نخلک باربری مواد معدنی به کمک سطل نیز انجام می گیرد.

2- باربری توسط واگن و قفس

باربری توسط واگن بدین قسم است که واگنهای حامل ماده معدنی یکی پس از دیگری (در بعضی موارد دوتا دوتا) بر روی قفس رانده می شوند و پس از بالا کشیدن واگنها از قفس، در روی زمین، خالی می گردد. باربری توسط اسکیپ بدین طریق است که ماده معدنی یا سنگ در پذیرگاه پایین به داخل ظرف (اسکیپ) ریخته شده و پس از بالا کشیدن، مواد حمل شده در روی زمین مستقیماً از ظرف خالی می شوند.

مهندسان بسیاری از معادن جهان با این سئوال روبرو هستند که کدام یک از دو طریقه موثر تر و بیشتر مقرون به صرفه است؟ هر یک از این طرق دارای مزایا و معایبی هستند. از مزایای اسکیپ این است که برای تولیدظرفیت بیشتر می توان طول آن را بزرگتر کرد و مقطع چاه که اندازه آن معین است و به سادگی تغییر پذیر نیست (بخش حفر چاه) می تواند بدون تغییرات بماند. به عبارت دیگر در اسکیپ با مقاطع کوچکتر ظرفیت بیشتر در اختیار باربری قرار می گیرد.

در باربری با واگن، با زیاد کردن طبقات قفس می توان ظرفیت باربری یک کشش را افزود ولی مدت زمان لازم برای جابجا کردن قفس از راندمان روزانه باربری می کاهد. در باربری با واگن مقدار بیشتری بار مرده حمل می شود زیرا وزن واگنهای حمل و نقل شونده نسبتاً زیاد است، در حالی که باربری با اسکیپ وزن بار مرده کمتر است.

 وزن کم اسکیپ امکان می دهد که کابلها و تجهیزات مربوط به آن را کوچکتر و در نتیجه باربری با صرفه تر باشد. مدت زمانی که اسکیپ پر و خالی می شود، کمتر از زمان تعویض واگنهای پر با واگنهای خالی در باربری با واگن است. این عامل از نظر بالابردن راندمان برابری حائز اهمیت است. چون در باربری با اسکیپ واگنها در پذیرگاه خالی می شوند، بدین دلیل می توان اندازه و ابعاد پذیرگاه را بدون در نظر گرفتن مقطع چاه انتخاب کرد. تعداد واگنهای معادن اسکیپ دار، کمتر از معادن مشابه قفس دار است زیرا واگنها بدون رفتن به خارج از چاه یا داخل چاه در اختیار باربری افقی، قرار می گیرند. در معادنی که باربری بعد از چاه (از چاه تا کارخانه تهیه مواد) توسط نوار انجام می گیرد اسکیپ مناسبت تر است زیرا پس از خالی شدن اسکیپ، بار بلافاصله به داخل بونکر مخصوص مواد ریخته می شود.

 از معایب اسکیپ تولید گرد و غبار بیشتر ماده معدنی هنگام بارگیری و باراندازی است. از مزایای باربری با قفس این است که باربری انواع مختلف مورد امکان پذیر است یعنی واگنهای حامل مواد مختلف را می توان بدون مخلوط کردن از یکدیگر جدا نگه داشت. این امر در معادن ذعال با انواع مختلف ذغال حائز اهمیت است زیرا این گونه معادن کلیه مواد خارج شده از معدن را از کارخانه کانه آرائی نمی گذرانند و مثلاً فقط آن نوع از ذغال به کارخانه ذغال شویی می رود که لازم است.

از مزایای دیگر باربری با قفس امکان حمل و نقل ساده کارگران است که داخل قفس و در محل واگن ها اجام می گیرد. امکان حمل و نقل چوب، ماشینها و ابزار کار توسط قفس از مزایای دیگر آن است. در باربری با اسکیپ اینکارها با اشکال روبروست. در باربری با قفس ممکن است در طرف دیگر (قفس دیگر) سنگ برای پر کردن محل استخراج به داخل حمل شود که خود سبب تقلیل مصرف انرژی در ماشین چاه می شود. در باربری با قفس از خالی و پرشدن مجدد ظرف حمل کننده از ماده معدنی جلوگیری می شود، این امر به این دلیل مهم است که بعضی مواد معدنی مثل ذغال در اثر پر و خالی شدن مکرر خرد شده، از ارزش آن کاسته می شود.

قفسهای باربری از چاه طوری ساخته می شود که برای یک، دو، چهار تا دوازه واگن جا داشته باشد. قفسهایی با ظرفیت 8 واگن در معدن ذغال اروپا متداول است که هر طبقه از قفس دو واگن پشت سر هم در آن جاگیر می شوند. اگر در یک معدن واگن جدید برای طبقه جدید خریداری شود، و قرار باشد قفس تغییری پیدا نکند، در این حالت واگن طویل که جای دو واگن را در درازا می گیرد به قفس رانده می شود. طرز بردن واگن داخل قفس بدین شکل است که واگن پر یا خالی که وارد قفس می شود واگنهای قبلی را از روی قفس به خارج رانده و واگن بیرونی جای آن را می گیرد.

 هرگاه در یک چاه واگن به کمک دست روی قفس برده شود، می توان فقط یک واگن را بارگیری کرد در صورتی که وسیله «واگن روی قفس ران» موجود باشد تعداد واگنها را می توان زیادتر کرد. حداکثر بار مفیدی که تابحال توسط قفس در یک نوبت باربری در یک کشش عمل شده است 14 تن بوده و این رقم از باربری با اسکیپ کمتر اتس. ساختمان قفسها به قسمی است که اسکلت آن از فولاد مقاوم و با قطعات مورب ساخته می شود.

 کف قفس (و یا کفهای آن به اندازه تعداد طبقات) از ورقه فولاد محکم و کنار آن از فولاد سوراخ دار ساخته می شود. دو طرف جلو و عقب قفس باز است. چون قفسها تحت تنشهای کشش یا فشار و بعضی اوقات (موقع فشار واگن روی کف قفس) تحت فشارهای خمش یا کمانش قرار می گیرد، قفس از بهترین انواع فولاد ساخته می شود. فولادی که معمولاً برای ساختمان اینگونه قفسها به کار می رود از نوع  است.

انواع قفس آلومینیومی به طور آزمایشی ساخته شده که به علت هزینه زیاد مصالح آن چندان رونق نیافته است.

طرز نگاهداشتن واگن در داخل قفس

واگن پس از آن که به داخل قفس رانده شد، بایستی به نحوی در داخل آن محکم گردد زیرا در غیر این صورت واگن به حرکت درآمده از طرف دیگر قفس خارج می شود. ممکن است موقع حرکت، واگن به طرف دیواره چاه حرکت کند و آسیب برساند. اگر واگنها توسط دست روی قفس برده شود که معمولاً تعداد آنها کم است، و وزن آنها نیز چندان زیاد نیست، کارگر مأمور این کار با افقی کردن یک زائده عمودی که به دیواره قفس نصب شده است راه واگن را در مسیر طولی آن مسدود می کند و بدین وسیله از حرکت ناخواسته آن جلوگیری می کند. این وسیله که ساده است برای مقادیر کم باربری و همچنین عمق و سرعتهای کم در برابری موثر است در مقادیر بزرگتر از نظر ایمنی «زائده» تکافوی قدرت نگاهداری واگن را ندارد. لذا در اغلب موارد برای نگاهداری واگنها از ترمز ثابت استفاده می شود. ساختمان ترمز ثابت بدین قرار است که روی ریل داخل قفس در محل مناسب، دو گودی متناسب برای جایگیری چرخهای واگن تعبیه شده است که واگنها پس از رانده شدن داخل قفس با چرخهای جلو داخل گودی قرار گرفته و یا متوقف می شوند. در راندمانهای بزرگتر باربری در چاه از ترمز فنری استفاده می شود طرز کار این نوع ترمز بدین قرار است که در یک طرف کف قفس میله فنردار روی ریلها تکیه کرده است پس از راندن واگن روی قفس توسط چرخ میله به طرف جلو کشیده می شود تا اینکه به مانع برخورد کند و ترمز گرفته شود. برای اینکه این تکیه کردن با ضربه همراه نباشد تغیه های چرخ واگن به داخل شیاری هدایت می شوند که یک طرف آن توسط فنر محکم شده است.

 فنرها ضربه واگن را به صورت نرم و آرام تحمل کرده از حرکت شدید قفس جلوگیری می کنند. عیب بزرگ این گونه ترمزها این است که بارگیری از یک طرف و باراندازی از طرف دیگر انجام می گیرد و این امر محدودیت در طراحی معدن است. در باربری از چاه نمی توان از همان جهت که واگن روی قفس رانده می شود آن را خارج کرد.

تعویض واگنها در باربری با قفس

هر چه مدت راندن واگن  روی قفس طولانی تر باشد ریال از راندمان کل باربری در ساعت یا نوبت کار کاسته می شود در باربری از اعماق کم ، این توقفها ( مدت زمان راندن واگن روی قفس و خارج کردن آن ) بیشتر موثر است . در معادن عمیق این عامل کمتر در راندمان باربری اثر می گذارد ولی با این وجود سرعت عمل در تعویض واگنها در کلیه چاهها با ازدیاد راندمان باربری در چاه رابطه مستقیم دارد .

اگر بارگیری در یک قفس و در یک طرف کابل انجام گیرد طرز کار آن ساده است و تنها کافی است قفس به عمق مورد نیاز آورده شود و در آنجا واگن روی قفس رانده شود .

این حالت برای بسیاری از معادن کوچک و چاه استخراجی با عمق کم پیش می آید .

هر گاه باربری با دو کابل  یعنی باربری با دو قفس انجام گیرد، بکب از قفسها بالا و دیگری پائین قرار می گیرد. شکل 3-153 در این حالت می توان در آن واحد با هر دو قفس کار کرده یعنی در یکی که پائین است واگن پر را روی قفس دارای چند طبقه باشد مثلاً چهار طبقه شکل 3-154 طرز کار بارگیری و بارانداز آن را به شرح زیر است:

بالاترین طبقه قفس داخل چاه توسط یک واگن پر بارگیری می شود در همین حال پایین ترین طبقه قفس بالایی (یعنی انتهای دیگر کابل که روی سطح زمین یا پذیرگاه بالایی قرار دارد) توسطیک واگن خالی بارگیری شده در حالی که واگن پر از روی آن به خارج رانده می شود. سپس قفس به انداهز ارتفاع یک طبقه جابجا می شود. در این جابحا شدن طبقه دوم قفس پایینی در مقابل سطح پذیرگاه بالایی قرار می گیرد. این عمل دوبار دیگر تکرار می شود تا این که در مرحله چهارم (حالت الف در شکل 3-154) طبقه اول قفس بالایی در مقابل سطح پذیرگاه بالایی و طبقه چهارم قفس پایینی در مقابل پذیرگاه پایین قرار گرفته  و چهار طبقه پایین  از واگنهای پر و بالاخره چهار طبقه قفس بالایی از واگنهای خالی بارگیری شود.

 حال آسانسور آماده بالاکشیدن واگنهای پر است. در بالا طبقه اول قفس بالایی با طبقه چهارم قفس پایینی هر دو در پذیرگاههای مربوطه قرار می گیرد و آماده جابجا شدن واگنها می باشد. پس از یک، دو، سه کشش، قفس به اندازه ارتفاع طبقه چهارم بالایی یا طبقه اول پایینی در مقابل پذیرگاهها قرار می گیرد (مرحله حالت ب در شکل 3-154) کلیه طبقات قفس پایینی پر و کلیه طبقات بالایی محتوی قفس ها خالی می شود و این کار تکرار می شود. برای صرفه جویی در زمان جابجا کردن طبقات بعضی اوقات به طور همزمان در دو طبقه مختلف مثلاً 1و3 یا 2و4 بارگیری و باراندازی انجام می گیرد.

 بدین وسیله وقت مورد نیاز برای پر و خالی کردن قفس تقریباً به نصف تقلیل می یابد. وقتی که قفس در مقابل سطح پذیرگاه قرار می گیرد فاصله ای بین ریل پذیرگاه و ریل روی کف قفس وجود دارد که این فاصله توسط تجهیزات مخصوص پر می شود و اتصال خط ایجاد می شود، یعنی در حقیقت توسط ریل متحرکی که مکانیکی و یا به کمک هوای فشرده حرکت می کند، عبور واگن را زا پذیرگاه به داخل قفس میسر می سازد. بدیهی است پس از این که واگن روی قفس قرار گرفت تجهیزات مربوط به ریل اضافی به جای اول بر می گردد. این وسیله (ریل ترازویی) برای کلیه مواقعی که سطح قفس به طور دقیق در مقابل سطح پذیرگاه قرار نمی گیرد ضروری می باشد.

3- باربری با اسکیپ

باربری توسط اسکیپ بدین طریق است که یم ظرف فولادی که به کابل باربری وصل است از ماده معدنی پر و پس از حمل به بالای چاه برای خالی شدن کج شده و یا با باز شدن کف، خالی می شود.

ساده ترین اسکیپ  از یک ظرف مکعب شکل چرخ دار به روی ریل حرکت می کند، ساخته می شود. باربری با این ظرف بر روی سطح شیب دار انجام میگیرد و از آنجا توسط کج شدن خالی می گردد. شکل 3-143 این نوع اسکیپ را که برای معادن کوچک مورد استفاده قرار میگیرد نشان می دهد. سرعت باربری در این روش کم و حدود 1 تا 2 متر بر ثانیه است. نوع متداول و مرسوم اسکیپ که برای باربری عمودی است، بدین طریق است که باراندازی توسط خالی شدن از کف انجام می گیرد. شکل 3-155 شش نوع اسکیپ را در اندازه های مختلف نشان می دهد.

در معدن سرب کوشک برای بارگیری از کرنگ اصلی از اسکیپ استفاده می شود. قفل و بست درب کف اسکیپ بایستی هنگام حمل و نقل محکم بسته بماند ولی موقع باز و بسته شدن با نیروی کمی کار کند. محل خروج ماده معدنی بایستی به اندازه کافی بزرگ باشد تا خالی شدن مواد به سرعت صورت گیرد. وزن ظرف اسکیپ نسبت به حجم آن مناسب تر از قفس می باشد (نسبت بار مفید به بار مرده مناسب تر است)

در صورتی که ماده معدنی دارای وزن مخصوص کمتری باشد (نمکها) حجم اسکیپ را با حفظ نسبت وزنی فوق بزرگتر گیرند. ابعاد اسکیپ طوری انتخاب می شود که مطابق فرم و مقطع چاه باشد و ارتفاع کافی جهت خالی کردن آن وجود داشته باشد. ظرفیت اسکیپها بین 3 تا 20 تن و بیشتر است. در معادن ذغال اروپا تا ظرفیتهای 15 تن  و در معادن فلزی آن تا ظرفیتهای 21 تن ، اسکیپ ساخته و به کار برده می شود . به کار بردن اسکیپ برای مواردی که مواد معدنی به داخل نوار ریخته می شود مناسب است .

حمل و نقل مصالح و سنگ در اسکیپ

اسکیپ برای حمل و نقل ماده معدنی و سنگ به طور همزمان در دو طرف مساعد نیست . برای حمل و نقل سنگ در مواردی که باربری با اسکیپ انجام می گیرد از وسایل دیگری مثل لوله و یا پله های سنگ ریز استفاده می شود . برای حمل و نقل ماشینهای و مصالح در قسمت بالایی اسکیپ فضای کافی برای حمل مصالح منظور می گردد . از این فضاها برای رفت و آمد کارگران نیز استفاده می شود .

 البته ساخت فضای اضافی مقداری به وزن اسکیپ می افزاید که در چاه های عمیق با اضافه شدن قطر و وزن کابل همراه است . به همین دلیل در معادن اغلب سعی می شود یک چاه با اسکیپ ، مخصوص باربری ماده معدنی ، و یک چاه با قفس برای باربری مصالح ، ماشینها و نفربری وجود داشته باشد .

 با در نظر گرفتن اینکه اغلب در معادن بیش از دو چاه در اختیار است این اشکال تا اندازه زیادی مرتفع می گردد . در بعضی از معادن برای باربری با اسکیپ از وزنه توازن استفاده می شود .

در افریقای جنوبی در معادنی که باربری توسط اسکیپ انجام می گیرد ، هنگام حمل و نقل کارگران ، ظرف اسکیپ با قفس مخصوص حمل و نقل کارگران تعویض می شود و پس از نفربری بلافاصله مجدداً ظرف اسکیپ به سیستم متصل می شود .

 برای جلوگیری از خرد شدن ماده معدنی به خصوص ذغال موقع بارگیری و باراندازی در تجهیزات اسکیپ ترتیبی داده شده است که ارتفاع سقوط ذغال به حداقل برسد مثلاً در محوطه مخصوص پذیرگاه پایین که ابتدا ذغال در بالای بونکر گرفته و سپس بر روی کف آن ها رها می شود . در داخل ظرف اسکیپ نیز به وسیله نصب پله های افقی از سقوط آزاد ذرات ذغال جلوگیری می شود و از خرد شدن شدید آن کاسته می گردد.