Вагонеточно-конвейерная система на открытых рудниках: подход к оптимизации затрат и энергоэффективности при разработке твердых пород

Перевод с англ.: С.С.Верхозин, по материалам Thyssen Krupp

Открытые рудники, на которых добывают медь, железную руду, золото и другие полезные ископаемые, часто имеют форму перевернутого конуса. В нижней его части руду разрушают (взрывают, дробят), а затем транспортируют  самосвалами наверх.

Карьерный самосвал для перевозки руды весит 106–260 т (в зависимости от марки) и может перевезти за один раз от 136 до 400 т. Руду со дна карьера транспортируют наверх на несколько сотен метров по плавно восходящим  грунтовым дорогам к специальной территории (например, к дробилке), где она разгружается, Здесь руду дополнительно дробят и для дальнейшей переработки перемещают конвейерами.

Компания «Thyssenkrupp Fördertechnik», занимающаяся производством систем добычи, измельчения и транспортировки, разработала и запатентовала новый метод, позволяющий транспортировать руду (или другой материал) более эффективно, а также значительно снижающий отрицательное влияние этой деятельности на окружающую среду. Метод включает в себя комплексную конвейерную и обрабатывающую систему, благодаря которой на рудниках открытого типа можно избежать использования самосвалов.

Основа метода ― канатная конвейерная система, которая транспортирует материал в вагонетках (загружаемых как самосвал) под углом в 75 градусов по самому короткому маршруту к установке измельчения, расположенной на поверхности карьера. Система работает подобно грузовому лифту, когда одна загруженная вагонетка движется вверх, пустая параллельно ей движется вниз на дно карьера. Вагонетки связаны канатной системой и приводятся в движение наверху канатоведущими шкивами. Собственный вес вагонеток полностью сбалансирован, и для их движения не требуется дополнительная подъемная сила ― энергия тратится только на подъем руды.

 

Типичный процесс добычи открытым способом

На рис. 1 изображен типичный карьер с крутыми бортами и извилистыми дорогами. Это один из крупнейших в мире золотомедных рудников, расположенный в Индонезии. На руднике добывается и перерабатывается около 220 тыс.т руды в день. На фото видны десятки тяжелых самосвалов для перевозки руды, двигающихся по наклонным дорогам.

Данный карьер принадлежит компании «Freeport». Для транспортировки руды задействовано 220 самосвалов грузоподъемностью 240–400 т. Для самосвалов с загрузкой в 240 т собственный вес составляет около 160 т (таким образом, для перевозки 240 т руды необходимо перемещать еще 160 т собственного веса). Для сокращения эксплуатационных расходов на руднике стали использовать самосвалы грузоподъемностью до 400 т. Собственный вес такого грузовика составляет около 260 т, а мощность двигателя — почти 3000 кВт. Средняя скорость движения по карьеру полностью загруженного самосвала составляет 15–20 км/ч. После разгрузки пустые машины возвращаются на дно карьера по отдельным маршрутам. Один цикл работы самосвала может занять от 20 до 40 минут.

 

Рис. 1. Вагонеточно-конвейерная система позволяет избежать большого трафика самосвалов.
Рис. 1. Вагонеточно-конвейерная система позволяет избежать большого трафика самосвалов.

 

Технические данные конвейерно-транспортной системы

Материал: горная масса ― руда

Крупность материала: max 1,2 х 1,2 х 1,2 м (max 1,7 м3)

Плотность материала: 1,8 т/ м3

Загрузка самосвала: 75 м3 (max 150 т)

Загрузка вагонетки:  90 м3

Количество вагонеток: 2 шт.

Вертикальная дистанция транспортировки:  200 м

Наклон пути транспортировки: 45―55°

Рабочий цикл вагонеток:  20 раз/ч

Производительность: 2720 т/ч, средняя ― 2000 т/ч

Мощность двигателя: 2 шт.  1300 кВт

Скорость движения вагонетки:  1,9 м/сек.

Скорость движения канатов:  11,4 м/сек.

Диаметр канатов:  54 мм

Диаметр канатоведущего шкива: 4320 мм

Диаметр канатного шкива: 4320 мм

 


Оптимизация трафика

Для того чтобы избежать большого трафика тяжело загруженных самосвалов на карьере, в «Thyssenkrupp Fördertechnik» был разработан конвейерный метод транспортировки руды, суть которого описана ниже. Для техническо-финансового сопоставления при описании его функционирования будет приниматься, что наклон стен карьера составляет 45–55 градусов, высота транспортировки руды — 200 м (от дна карьера до уровня, на котором расположена измельчительная установка).

Конвейерно-транспортная система состоит из станции загрузки на дне карьера (см. рис. 2, 3), двух вагонеток грузоподъемностью в 136 т, двигающихся в противоположных направлениях по канам, а также системы управления вагонетками. На поверхности за пределами карьера располагается установка дробления с головной башней и оборудованием сброса измельченного материала. Электромеханическая система привода канатов организована отдельно от предыдущих узлов.

Самосвалы курсируют по короткой дистанции на дне карьера от точки загрузки рудой ковшовой техникой до загрузочной станции вагонеток. Через подъездной путь они попадают к станции загрузки. Вагонетки сконструированы так, что могут принимать полный объем материала с грузовика плюс еще 10 % общего веса. Динамические нагрузки на систему, вызванные поступающим материалом, и колебания вагонеток безопасно смягчаются стационарной пневматической буферной системой. Максимальное изменение положения вагонетки ограничивается и не превышает размера загрузочного бункера.

Когда вагонетка загружена, она начинает подниматься к станции измельчения, расположенной на высоте 200 м от дна карьера, подобно грузовому лифту, когда одна загруженная вагонетка движется вверх, пустая параллельно ей движется вниз на дно карьера (рис. 4). Вагонетки связаны канатной системой через блоки, а также приводящей системой канатоведущего шкива на поверхности. По этой причине собственный вес вагонеток полностью сбалансирован, а для их движения не требуется дополнительная подъемная сила. Достигнув поверхности, загруженная вагонетка двигается к установке измельчения в соответствии с заданными промежутками времени. В то же время пустая вагонетка двигается на станции загрузки на дне карьера.

Головная башня системы вагонеток представляет собой неотъемлемую часть полумобильной или стационарной конусной дробилки. Она состоит из бункера питания, непосредственно самой дробилки, а также разгрузочного конвейера. Когда вагонетка достигает высшей точки над бункером питания, ее створки автоматически открываются. Весь материал из вагонетки высыпается в бункер приблизительно за 25 секунд. За это время вторая вагонетка загружается на загрузочной станции на дне карьера.

Станция измельчения дополнительно комплектуется аварийной системой загрузки самосвалами, краном и гидравлическим молотом для разлома крупных кусков руды. Под конусной дробилкой располагается разгрузочный конвейер, постоянно подающий измельченный материал на этапы дальнейшей переработки. Система привода канатов надежно закреплена отдельным устройством, располагающимся на отдалении 30 м от дробилки и края карьера. Общая высота станции измельчения с головной башней составляет около 50 м.

 

Сравнение с традиционными методами транспортировки

Работа системы была проверена при транспортировке руды средней плотностью 1,8 т/м3. Для загрузки использовались самосвалы грузоподъемностью 136 т. Высота вертикального подъема составляла 200 м при уклоне в 45–55 градусов. Мощность канатной и приводящей системы обеспечивалась двумя двигателями по 1300 кВт. Ориентировочная нагрузка — 20 полных циклов в час или 2720 т/ч. Условно можно принять, что вся система в среднем  рассчитана на транспортировку 2000 т/ч руды.

При производительности в 2000 т/ч 7 самосвалов грузоподъемностью 136 т должны преодолеть 2 × 2500 м по дороге с уклоном в 8 %  (4,6 градуса). Если провести связь между загрузкой и собственным весом грузовика, то этот показатель необходимо умножить на 2, поскольку пустой самосвал преодолевает обратный путь. В этом случае эффективность транспортировки составит всего 37 %. Такое соотношение собственного веса и загрузки крайне неблагоприятно. В то же время собственный вес вагонетки полностью сбалансирован. Приводящей системе не требуется затрачивать дополнительную энергию на передвижение пустой вагонетки. В итоге мощность рассматриваемых систем следующая: 2600 кВт — для вагонеток и 7574 (7 × 1082) кВт — для самосвалов.

Из обслуживающего персонала, кроме специалистов на дробилке, для перевозки руды на крупном руднике в день требуется 20–25 водителей самосвалов плюс 1–2 оператора другого оборудования (например, грейдера). Для работы конвейерно-транспортной системы нет необходимости в дополнительном персонале.

Еще один важный фактор сопоставления двух систем — выбросы углекислого газа. При использовании вагонеточной системы взамен грузовиков при среднем уровне транспортировки руды в 2000 т/д, выбросы CО2 могут быть сокращены на 29 т/д. Общие результаты сравнения сопоставляемых способов транспортировки руды приведены в таблице.

 

Сравнение рабочих показателей вагонеточно-канатной системы и самосвалов

Показатели

Вагонеточно-конвейерная система

Самосвалы

Характеристика техники

2 вагонетки грузоподъемностью 136 т

7 самосвалов  грузоподъемностью 136 т

Дистанция транспортировки

0,39 км

2 х 2,5 = 5,0 км

Эффективность транспортировки

100 %

37 %

Отношение загрузки к массе самосвала

-

136 / 113,5 = 1,2

Мощность

2 х 1300 = 2600 кВт

7 х 1082 = 7574 кВт

Соотношение мощности

1:2,9

Необходимость в дополнительном персонале, чел.

не требуется

от 20–25 водителей

Сокращение уровня выброса CО2 по сравнению с самосвалами

29000 кг CО2 в день

-

 

Выводы

Метод вагонеточной системы транспортировки руды на карьере обеспечивает:

самый короткий путь транспортировки с помощью использования специального конвейера;

сокращение затрат на транспортировку до 50 %;

энергосбережение — энергия необходима только для непосредственно транспортировки руды, собственный вес вагонеток полностью сбалансирован;

установка измельчения может располагаться на поверхности рудника или на среднем уровне карьера;

значительное сокращение выбросов углекислого газа;

минимальный уровень шума и пыли;

всесезонность работы, поскольку система не зависит от погодных условий (снега, тумана, дождя);

сокращение затрат на содержание дорог и техническое обслуживание самосвалов;

низкие эксплуатационные затраты и затраты на персонал;

низкие инвестиционные расходы, поскольку парк самосвалов можно значительно сократить.

В настоящее время компания «Thyssenkrupp Fördertechnik» занимается дальнейшим развитием инновационной технологии вагонеточно-конвейерной системы в сочетании с интегрированным процессом дробления руды. Специалисты компании продолжают исследования конструкций приводов и компонентов конвейера, а также изучают технические возможности внедрения такой системы на конкретных рудниках.

 

Перевод с англ.: С.С.Верхозин, по материалам Thyssen Krupp 

http://e-mj.com/index.php/features/2834-cost-efficient-transport-for-open-pit-mines


-0+0
Просмотров статьи: 8698, комментариев: 5       

Комментарии, отзывы, предложения

Вадим Н., 30.05.15 03:42:18 — Верхозину

Спасибо. Интересная технология. Когда-нибудь из всех глубоких карьеров так руду будут поднимать на поверхность.

Рационализатор, 01.06.15 15:52:23

Козырная штука, жаль, что не я придумал. Запарить бы эту вагонеточную систему какому-нибудь предприятию, как рацпредложение.

Сергей, 21.08.15 11:59:46 — Автору

Уважаемые господа!

Данная система применялась еще в 80-е годы прошлого века в "Сибайском" карьере (Башкортостан). Точное название установки правда было другое, что-то вроде: "наклонный скиповой подъемник". Точно не помню, но применяли его активно до отметки около: - 200 ... - 250 м. Потом уже стало не выгодно и перешли на традиционною автомобильную откатку. Сама установка была уникальна и я нигде большее ее не встречал.

СНС, 21.08.15 13:05:03 — Сергей, 21 августа 2015

Германская фирма, о которой написано в статье тоже, наверное, подсмотрела идею в Сибайском карьере и теперь запатентовала. "Компания «Thyssenkrupp Fördertechnik», занимающаяся производством систем добычи, измельчения и транспортировки, разработала и запатентовала новый метод, позволяющий транспортировать руду (или другой материал) более эффективно.... Метод включает в себя комплексную конвейерную и обрабатывающую систему, благодаря которой на рудниках открытого типа можно избежать использования самосвалов."

Сейчас они разрекламируют технологию и будут продавать. А чего же мы ушами хлопали: не запатентовали, не написали, не предложили? У нас обычно придумывают что-то хорошее и молчат... Потом, когда за границей начнут производить, в России вспоминают, что это мы придумали.

Инженер В., 30.08.15 08:57:45

На глубоких карьерах эффект должен быть очень большой. Пора всем переходить на эту систему и отказаться от самосвалов.

Уважаемые посетители сайта! Пожалуйста, будьте как дома, но не забывайте, что в гостях. Будьте вежливы, уважайте родной язык и следите за темой: «Вагонеточно-конвейерная система на открытых рудниках: подход к оптимизации затрат и энергоэффективности при разработке твердых пород»


Имя:   Кому:


Введите ответ на вопрос (ответ цифрами) "три прибавить 9":