Maszyny - Surowce i Maszyny Budowlane

maszyny i urządzenia
System kruszenia
i odstawy przenośnikowej
w kopalni odkrywkowej surowców zwięzłych
prof. zw. dr hab. inż. Jerzy Antoniak
Politechnika Śląska
W 2007 roku po raz pierwszy zastosowano w dużej kopalni odkrywkowej węgla
kamiennego nową technologię, w której wykorzystano system maszynowy składający się z ładowarki górniczej, w pełni mobilnej stacji kruszenia i przenośników
taśmowych do odstawy urobku wprost na zwały. W artykule opisano maszyny
zastosowane w tej technologii.
Rys. 1. W pełni
mobilna stacja
kruszenia typu
PF300 na podwoziu gąsienicowym
(Sandvik Mining
and Construction)
Na przestrzeni ostatnich lat w górnictwie odkrywkowym
surowców zwięzłych wypracowano kilka modeli wyposażenia
mechanizacyjnego.
• Model pierwszy bazuje na górniczych ładowarkach hydraulicznych i wozidłach przewożących urobek bezpośrednio
na hałdę.
• W modelu drugim wykorzystuje się górnicze ładowarki
hydrauliczne, które załadowują wozidła przewożące urobek
•
do semimobilnych kruszarni, skąd skruszony urobek jest
odstawiany przenośnikami taśmowymi poprzez wózek
rozładowczy do zwałowarki taśmowej.
W modelu trzecim górnicze ładowarki hydrauliczne (fot.
1) po pobraniu urobku i dojeździe do mobilnej kruszarni
na podwoziu gąsienicowym, przekazują urobek do skruszenia, który następnie jest podawany – przez samojezdny
przenośnik taśmowy (fot. 2) i przejezdny stół załadowczy
– na przesuwny przenośnik taśmowy
poziomowy i dalej przez wózek rozładowczy do zwałowarki taśmowej.
• Model czwarty powstaje przez połączenie modelu pierwszego i trzeciego.
• W najnowszym, piątym modelu,
do pobierania urobku stosowane są
górnicze ładowarki elektryczne lub
hydrauliczne, które przekazują urobek
usytuowanej bezpośrednio obok nich
Fot. 1. Górnicza ładowarka hydrauliczna typu R9250 (Liebherr M.E. Co.
76
SiMB 5/2009
maszyny i urządzenia
Nominalna ładowność
t
1900 AL
19,1
2300 XPC
45,4
2800 XPC
59
4100 C
82
4100C/LR1)
59
4100 CBOSS2)
90,7
4100 XPB
104
1)
o dużej rozpiętości
2)
model do piasków roponośnych
Model
Fot. 2. Samojezdny przenośnik taśmowy
w pełni mobilnej stacji kruszenia, skąd skruszony urobek
jest podawany na samojezdny przenośnik taśmowy i dalej,
przez przejezdny stół załadowczy, na przesuwny przenośnik taśmowy poziomowy, skąd przez wózek rozładowczy
urobek dostaje się do zwałowarki taśmowej. Model ten jest
określany skrótem angielskim IPCC (In-Pit Crushing and
Conveying).
Osiągi górniczych ładowarek stosowanych
w kopaniach odkrywkowych surowców
zwięzłych
W piątym modelu wyposażenia mechanizacyjnego kopalń
odkrywkowych surowców zwięzłych wykorzystuje się górnicze
ładowarki hydrauliczne lub elektryczne. Do czołowych wytwórców górniczych ładowarek hydraulicznych (rys. 2a) zalicza się
firmy Komatsu oraz Liebherr, natomiast nowoczesne górnicze
ładowarki elektryczne (rys. 2b) są wytwarzane przez firmę
P&H Miting Equipment. Podstawowe dane techniczne rodziny
górniczych ładowarek elektrycznych ujmuje tabela 1.
Mobilność górniczych ładowarek
elektrycznych, z uwagi na konieczność
dostarczenia do nich prądu, jest mniejsza
od mobilności górniczych ładowarek hydraulicznych z napędem spalinowym. Charakteryzują się one mniejszym zużyciem
energii (i są tańsze w eksploatacji) i zanieczyszczeniem środowiska. Firma Flanders Electric (USA) wprowadziła niedawno
do górniczych ładowarek silniki elektryczne ze sterowaniem
cyfrowym, które zapewnia łagodny chwilowy wzrost mocy
silnika podczas procesu nagarniania urobku łyżką i zapobiega
uszkodzeniu wysięgnika ładowarki. Odpowiednie sterowanie
(system Centurion) pracą ładowarki elektrycznej pozwoliło na
zmniejszenie czasu trwania cyklu jej pracy od 3 do 5 s przy całkowitym czasie cyklu wynoszącym około 35 s. Firma Flanders
na opracowane silniki daje gwarancję 12 000 godzin pracy.
Na początku lat 90. ubiegłego wieku rozpoczęto produkcję dużych górniczych ładowarek hydraulicznych, które
dzisiaj osiągają wydajność dochodzącą do 8000 t/h, mają
łyżki o pojemności od 42 do 50 m3, przy masie operacyjnej
950 ton. W tabeli 2 podano dane techniczne górniczych
ładowarek hydraulicznych na podwoziu gąsienicowym
firmy Liebherr.
Model
a – górniczej ładowarki hydraulicznej, b – górniczej ładowarki elektrycznej
Tab. 1. Górnicze ładowarki
elektryczne firmy
P&H
Masa
Pojemność łyżki 1)
operacyjna
m3
t
R 984C Litronic 110,6-125
7
R 9250
250-253
15
R 9350
302-310
18
R 995 Litronic 439,5-448,5
26,5
R 996 Litronic 650,6-655,8
34
R 9800
793-804
42
1)
dla gęstości usypowej urobku 1,8t/m3
2)
według ISO 9249
Rys. 2. Współpraca górniczych ładowarek na podwoziu gąsienicowym z w pełni
mobilną stacja kruszenia;
Pojemność łyżki
m3
7,6-19,1
19,9-36,7
25,2-53,5
30,6-61,2
25,2-53,5
30,6-61,2
35,9-76,5
Współczesne górnicze ładowarki
hydrauliczne charakteryzują się okresem
trwałości przekraczającym 100 000 godzin roboczych, a czas bezawaryjnej pracy
wynosi ponad 100 h w przypadku dobrych
warunków górniczych i poprawnej ich
obsługi. Bardzo istotne jest to, że górnicze ładowarki są obecnie wyposażone w
systemy monitorowania aktualnego stanu
maszyny. Dane pochodzące z różnych
czujników są wyświetlane w kabinie
operatora ładowarki, gromadzone i analizowane, mogą też przez system satelitarny
być przesyłane do dyspozytora odkrywki,
a także producenta ładowarki.
Moc
silników 2)
kW
504
960
1120
1620
2240
2984
Tab. 2. Górnicze
ładowarki hydrauliczne (firmy
Liebherr)
SiMB 5/2009
77
maszyny i urządzenia
Największą wydajność osiągają górnicze ładowarki na
podwoziu gąsienicowym w czasie pracy frontem do skarpy
ładowanego urobku. Bardziej elastyczna jest metoda podbierania skarpy urobku (rys. 3).
Rys. 3. Metody
pracy górniczych ładowarek hydraulicznych
Duży spadek wydajności (do 17% w stosunku do wydajności uzyskiwanej podczas ustawienia górniczej ładowarki
frontem do skarpy) uzyskuje się, gdy warunki górnicze i woda
w podłożu nie pozwalają na ustawienie wozów odstawczych na
poziomie górniczej ładowarki. W tym przypadku wydłuża się
bowiem cykl pracy górniczej ładowarki. Znacznie większą wydajność górniczych ładowarek, o blisko 20% w stosunku do ich
pracy w modelu pierwszym, uzyskuje się w przypadku ustawienia maszyn jak na rys. 2b (model piąty), ponieważ odpada czas
nieproduktywny, spowodowany zmianą wozów odstawczych w
pozycji do załadowania pod górniczą ładowarką.
W pełni mobilna stacja kruszenia
Rys. 4.
Współpraca w
pełni mobilnej
stacji kruszenia
PF300 z
poziomowym
przenośnikiem
taśmowym
za pośrednictwem
przenośniko-
Górnictwo odkrywkowe surowców zwięzłych od lat działa
na rzecz obniżenia kosztów eksploatacji i ochrony środowiska. Uwidacznia się to w zastosowaniu mechanizacji o ruchu
ciągłym i jak najszerszym stosowaniu energii elektrycznej do
napędu podstawowych maszyn górniczych. Tej tendencji w
pełni odpowiada piąty model systemu mechanizacji kopalń
odkrywkowych surowców zwięzłych. Podstawową maszyną
tego sytemu jest w pełni mobilna stacja kruszenia na podwoziu
gąsienicowym (rys. 1).
Stacja ta, o symbolu 4170C (firmy P&H), pracuje w pełnym
kontakcie z górniczą ładowarką elektryczną. W zależności od
pojemności łyżki i czasu cyklu ładowarki wydajność układu:
górnicza ładowarka – w pełni mobilna stacja kruszenia, wynosi
6000 t/h, a w przypadku współpracy z ładowarką 4100XPB
firmy P&H może osiągnąć około 10 000 t/h. Do tej wydajności muszą być dostosowane współpracujące przenośniki
taśmowe. W celu zmniejszenia masy własnej stacji kruszenia
oraz zmniejszenia nacisku gąsienic na podłoże pozbawiono
stację wysięgnika z przenośnikiem rozładowczym. Funkcję
tę przerzucono na samojezdny przenośnik taśmowy, a stację
wyposażono w dwa zestawy gąsienicowe. Pierwszy zestaw gąsienic jest usytuowany w rejonie gardzieli załadowczej urobku,
gdzie uderzenia spadającego urobku są duże. Drugi zestaw
umieszczono pod zespołem kruszącym – pełni rolę sterowania
ruchem stacji kruszenia. Takie usytuowanie zespołów gąsienic
zwiększa stabilność stacji.
Stacja Sandvik PF300 może być wyposażona w kruszarki
dwubębnowe, kalibrujące lub hybrydowe, w zależności od
potrzeb klienta. Kruszarka hybrydowa stanowi połączenie
kruszarki dwubębnowej i kalibrującej odpowiednim systemem
sterującym. Stacja Sandvik PF300 może współpracować w
kombinacji z samojezdnym przenośnikiem taśmowym lub
przenośnikowym mostem przerzutowym (rys. 4), aby przekazać strugę urobku na przesuwny poziomowy przenośnik
taśmowy.
Pierwszą w pełni mobilną stację kruszenia zainstalowała
firma ThyssenKrupp Robins w kopalni odkrywkowej węgla
kamiennego w Chinach [3]. Zastosowany tam system IPCC
(fot. 3) zastąpił 26 dużych wozów odstawczych, z których
każdy spala około 190 litrów oleju napędowego w ciągu jednej
godziny pracy. W ciągu roku wozy te zużywają przeciętnie 22
miliony litrów oleju napędowego i wytwarzają około 100 000 t
CO2. Następną korzyścią dla środowiska jest mniejsze zużycie
gumy, bowiem trwałość taśmy ocenia się na 8 lat, natomiast
opisywana liczba wozów odstawczych w tym samym czasie
zużyje o 400 t więcej gumy na opony. W pełni mobilna stacja
kruszenia firmy Thyssen Krupp, w odróżnieniu od stacji firmy
SANDVIK, jest wyposażona w wysięgnik z przenośnikiem
taśmowym i w pojedynczy zestaw gąsienic, co czyni tą stację
cięższą i mniej elastyczną ruchowo.
Podsumowanie
Wszystkie kraje są szeroko zainteresowanie nową technologią wydobycia
surowców zwięzłych z wykorzystaniem
w pełni mobilnych stacji kruszenia na
podwoziu gąsienicowym. Po bardzo
korzystnych wynikach ekonomicznych,
technicznych i ochrony środowiska
uzyskanych w czasie pierwszego wdrożenia tej technologii w chińskiej kopalni
węgla kamiennego Yimintte (2007r.) o
wydajności 3500 t/h, firmy produkujące w pełni mobilne stacje kruszenia
uzyskały kilkadziesiąt ofert ich zakupu
z przeznaczeniem do odkrywkowych
kopalń węgla kamiennego, rudy żelaza,
rudy miedzi i piasków roponośnych.
78
SiMB 5/2009
maszyny i urządzenia
Zaletami omawianej technologii jest w pełni mobilny system
kruszenia urobku o wydajności od 3000 do 13 000 t/h bezpośrednio w kopalni odkrywkowej, redukcja przewozu urobku
wozami samowyładowczymi na podwoziu ogumionym, zwiększona ochrona środowiska naturalnego, zmniejszone koszty
eksploatacyjne (mniejsza liczba załogi, brak potrzeby kupna
raz do roku kompletu opon do dużych wozów odstawczych,
których koszt wynosi od 90 000 do 300 000 euro, itp.). Zastąpienie przerywanego procesu ładowania i przewozu (model
pierwszy) urobku procesem ciągłym (model piąty) zapewnia o
kilkadziesiąt procent wyższe wydobycie z odkrywki surowców
zwięzłych.
Literatura
1.
Anistrator K. i inni: ANV Group Experience of Operation of BELAZ Mine Dump
2.
Antoniak J.: Przenośniki taśmowe w górnictwie podziemnym i odkrywkowym. Wydaw-
3.
Antoniak J.: Nowa technologia ciągłej produkcji kruszyw mineralnych z wykorzystaniem
Trucks In Russian Open-Pit Mines. RWTH Aachen AIMS, Band 8, 2009.
nictwo Pol. Śląskiej, wydanie III, Gliwice 2007.
przenośników taśmowych i w pełni mobilnych agregatów kruszących. Surowce i Maszyny
Budowlane, nr 3-4/2008.
4.
Casteel K.: Sandvik Sharpens In-Pit Crushing Focus. Engineering and Miting Journal,
5.
Fiscor S.: Smarter Shovels Dig and Load More Efficiently. Engineering and Mining
6.
Hoffman D.: Comparison of a system with discontinuous truck transport and a system
7.
Mentges U. i in.: Fully mobile crushing plant for large open-pit mines. ThyssenKrupp
8.
Rechenberg W.: High Performance of Hydraulic Mining Shovels In Open Cast Mining.
April 2009.
Journal, April 2009.
with continuous belt transport for a hard rock open pit. VDI Berichte, nr 754, 1989.
Robins, Techforum 1/2008.
Fot. 4. W pełni mobilna stacja kruszenia (Chiny, wykonanie firmy ThyssenKrupp Robins)
RWTH Aachen AIMS, Band 8, 2009.
Q
Reklama
Głównym przedmiotem działalności KOPEX-FAMAGO jest projekt,
produkcja i montaż:
1. Maszyn dla górnictwa odkrywkowego i przemysłu przeładunkowego:
koparki, zwałowarki, ładowarko-zwałowarki, ładowarki, przeładowarki,
rozładowarki statku
2. Zespołów i części zamiennych do maszyn podstawowych dla górnictwa odkrywkowego i przemysłu przeładunkowego:
• elementy szybkozużywające się: noże, zęby, elementy wykładziny
przesypów, człony gąsienicowe, sprzęgła, elementy podwozia, płyty
• wielkogabarytowe elementy obrabiane: łoża kulowe, wieńce zębate,
koła zębate, bębny, elementy podwozi szynowych i gąsienicowych
• wielkogabarytowe elementy uzębione (koła, wały)
Realizujemy również:
1. Systemy przenośników oraz ich części zamienne: bębny, krążniki,
elementy układów napinania i zespoły napędowe
2. Wielkogabarytowe zawory dla hydroenergetyki (klapowe, kulowe
i suwakowe)
3. Konstrukcje urządzeń dźwigowych
4. Konstrukcje mostowe
5. Inne konstrukcje stalowe o wysokim stopniu przetworzenia
KOPEX-FAMAGO Sp. z o.o.
ul. Fabryczna 10
59-900 Zgorzelec
tel. 075 77 10 500,250;
fax. 075 77 10 215,550
e-mail: [email protected],
[email protected]
www.kopexfamago.eu