CC BY
85
УДК 622.271:622.682:621.867.2 © А. Минкин, Ф.М. Вольперс, Т. Хелльмут, 2018
Рис. 1. Крутонаклонный трубчатый конвейер Chevron - MegaPipe Conveyor, разработанный консорциумом thyssenkrupp, Siemens и ContiTech
Новая концепция циклично-поточного крутонаклонного транспорта с применением внутрикарьерной системы дробления и транспортировки (IPCC) для добычи открытым способом
- Р01: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-5-34-38 -
МИНКИН Андрей
Канд. техн. наук ContiTech CBG, Германия
ВОЛЬПЕРС Франс М.
Канд. техн. наук thyssenkrupp, Германия
ХЕЛЛЬМУТ Торстен
Канд. техн. наук Siemens, Германия
В 2013 г. компании thyssenkrupp, Siemens и ContiTech создали консорциум по разработке и внедрению новой концепции циклично-поточного крутонаклонного транспорта для карьеров по добыче открытым способом. В соответствии с данной концепцией высокопроизводительный ленточный конвейер получает руду или пустую породу от установки первичного дробления, расположенной на дне карьера и транспортирует данный материал напрямую через крутой борт карьера за его пределы. В исследовательском центре thyssenkrupp Industrial Solutions в регионе Мюнстерланд были проведены испытания трубчатой ленты MegaPipe с целью определения критического угла транспортирования и износостойкости ленты при ее применении для крупнокускового и острокромочного транспортируемого материала. Оснащенная износостойкими и ударопрочными шевронными профилями, трубчатая лента MegaPipe обеспечивает экономичную транспортировку руды и пустой породы при углах наклона борта карьера до примерно 45°. При углах транспортирования до 30° допустимо также применение обычных желобчатых лент с шевронными профилями. Обе концепции установок могут внести существенный вклад в сокращение использования большегрузного транспорта и связанных с ним высоких эксплуатационных расходов, а также отрицательного воздействия на окружающую среду в карьерах.
Ключевые слова: конвейерные ленты, шевронный трубчатый ленточный конвейер, угол наклона конвейерных лент, ударопрочные износостойкие шевронные профили, устройства загрузки материала для шевронного трубчатого ленточного конвейера, прямой (безредукторный) электропривод.
ПРОФИЛИРОВАННЫЕ ЛЕНТЫ ДЛЯ КРУТОНАКЛОННОГО ТРАНСПОРТА
Шевронный трубчатый конвейер Chevron-MegaPipe Conveyor (рис. 1) представляет собой ленточный конвейер, оснащенный трубчатой лентой с профилированной несущей обкладкой и с диаметром трубы от 780 до 900 мм.
Новая трубчатая лента [1] соединяет в себе достижения трех важнейших технических новшеств последних пяти лет в технологии конвейерных лент: высокопрочные резинотросовые ленты с высокой динамической прочностью стыка на базе технологии St 10.000, долговечную поперечную жесткость, достаточную для сохранения лентой MegaPipe трубчатой формы на долгие годы, и массивные ударопрочные и износостойкие шевронные профили резиновой рабочей обкладки ленты для крутонаклонной транспортировки в карьере (рис. 2).
Для работы конвейера достаточно лишь первичного дробления руды или породы. Новый конвейер позволяет реализовывать герметичную и высокопроизводительную криволинейную транспортировку больших массовых потоков материала с массовой производительностью до 6000 м3/ч в вертикальной и горизонтальной плоскостях с максимальной скоростью транспортировки около 4 м/с и максимальной кусковатостью транспортируемого материала до 350 мм для карьеров глубиной до 700 м и углом наклона борта карьера до 45°. При реалистичной годовой эксплуатационной готовности установки в 8322 ч это соответствует ее годовой производительности порядка 50 млн м3.
Принцип работы шевронного трубчатого ленточного конвейера, а также первые результаты анализа реализуемости (технико-экономическое обоснование) для карьера глубиной 350 м и производительностью 5000 т/ч были подробно описаны в работе [2].
Для наклонной транспортировки крупнокускового сыпучего материала при углах наклона борта карьера до 30° может также применяться и профилированная (шевронная) глубокожелобчатая лента. Ленточный конвейер в этом случае оснащается лентой глубокой желобчато-сти с массивными ударопрочными и износостойкими шев-
ТРУБЧАТЫЕ ШЕВРОННЫЕ ЛЕНТЫ
Высокопрочные резинотросовые ленты
Know-How
Рис. 2. Крутонаклонный трубчатый конвейер как синтез трех технологий и конструкций конвейерных лент
ГЛУБОКОЖЕЛОБЧАТЫЕ ШЕВРОННЫЕ ЛЕНТЫ
Высокопрочные резино тросовые ленты
Know-How
Армированные ленты StahlCord Barrier1
Шевронные ленты
Рис. 3. Глубокожелобчатая шевронная лента для крутонаклонного транспортирования: комбинация высокопрочныхрезинотросовыхлент по технологии St 10.000, стального защитного армирования Barrier и износостойких, ударопрочных шевронов
ронными профилями. Такая конвейерная лента соединяет в себе преимущества высокопрочных резинотросовых лент, стального поперечного защитного армирования на базе технологии Barrier® и износостойких, ударопрочных
шевронных профилей (рис. 3).
Рис. 4. Дробильная установка и крутонаклонный ленточный конвейер компании thyssenkrupp в меднорудном карьере в Болгарии, оснащенный конвейерной лентой StahlCord Barrier компании ContiTech
Поперечное тросовое стальное а р-мирование Barrier (см. рис. 3), расположенное в несущей обкладке ленты, обеспечивает в три раза большую ударную прочность по сравнению с обычной конвейерной лентой без поперечного армирования [3]. Лента глубокой желобчатости может выпускаться шириной до 3200 мм и максимальной номинальной прочностью до 10000 Н/мм. При угле наклона в 30° и максимальной скорости транспортировки около 2,1 м/с ленточный конвейер может обеспечить массовую производительность до 12000 м3/ч, или годовую производительность порядка 100 млн м3 в год (8322 ч) (рис. 4).
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРАНСПОРТИРУЕМОСТИ СЫПУЧЕГО ГРУЗА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УГЛА НАКЛОНА Целью исследования было опытное определение максимального угла наклона конвейерных лент, как профилированных, с высотой шеврона 50 мм, так и гладких, и сравнение этих экспериментальных результатов с ранее полученными результатами комбинированного численного моделирования по методу конечных элементов и методу дискретных элементов [2]. Наибольший реализуемый угол наклона для подобных ленточных конвейеров - это угол, при котором крупнокусковая фракция сыпучего груза, находящегося на ленте, приходит в относительное движение против направления транспортирования. Для этих целей компанией thyssenkrupp в собственном исследовательском центре, расположенном в регионе Мюнстерланд (Германия), был сооружен новый испытательный стенд, включаю-
Трубчатая лента MegaPipe
□ Некритично
□ Частичное и ограниченное по времени перемещение первых частиц материала
I I Критично: большинство частиц материала скользит против движения ленты
Рис. 6. Обобщение результатов макс. угла наклона МедаР1ре в состоянии разгрузки
Рис. 5. Эксперименты по определению критического угла наклона конвейера в испытательном центре ^у$$епкгирр
щий в себя необходимую контрольно-измерительную аппаратуру (рис. 5).
В качестве сыпучего груза в экспериментах был использован первично-дробленый диабаз (с равномерным гранулометрическим составом с dGmax< 250 мм). Испытательный стенд длиной 10 м служит для определения критического угла наклона для гладких и профилированных трубчатых лент больших диаметров и для глубокожелобчатых лент, а также для исследования поведения сыпучего груза на конвейерных лентах данных конструкций.
На рис. 6 представлены обобщенные результаты исследования для крупнокусковых сыпучих грузов как в гладкой, так и профилированной (50 мм-шеврон) трубчатой ленте MegaPipe.
При этом половина длины испытательного стенда была заполнена материалом с коэффициентом заполнения сечения 50%. Таким образом, как и при реальной разгрузке трубчатого конвейера, подпирающие слои транспортируемого материала отсутствовали.
КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ УСТРОЙСТВА
ДЛЯ ШЕВРОННОГО ТРУБЧАТОГО ЛЕНТОЧНОГО
КОНВЕЙЕРА CHEVRON-MEGAPIPE CONVEYOR
После первичного дробления сырья на дне карьера из дробилки на питающий ленточный конвейер зачастую выходят негабаритные длинные куски руды или породы с длиной ребра до 400 мм (так называемые «рыбы»1).
0о
Шевронная трубчатая лента Chevron-MegaPipe 50 мм
1 Под «рыбой» («fish») в механике сыпучих грузов понимают большую
частицу сыпучего материала с удлиненной формой куска, например частицу с длиной куска в три раза превышающей его ширину
или высоту.
Эти «рыбы», поступая в трубчатый ленточный конвейер через устройство загрузки от питающего конвейера, идущего от дробилки и расположенного, как правило, перпендикулярно к трубчатому ленточному конвейеру, должны быть в нем надежно переориентированы и включены в поток материала, транспортируемого трубчатой лентой. Поэтому к загрузочному устройству предъявляются особые конструктивные требования. В частности, необходимо обеспечить, чтобы эти так называемые «рыбы» попадали на открытую часть ленты лишь сориентированными в направлении транспортирования, так как в противном случае они могут, при свертывании ленты в трубу, заклинить между узлами роликоопор и привести к их повреждению.
Многократные циклы комбинированного численного моделирования по методу конечных элементов и методу дискретных элементов (МКЭ и МДЭ) сыпучего груза в конечном итоге позволили найти оптимальную компоновку загрузочного устройства.
Передача дробленого материала из дробилки через питающий конвейер на U-образный участок трубчатой конвейерной ленты осуществляется через устройство передачи сыпучего груза типа «скальный бокс» (так называемый «Rock Box») (рис. 7,8).
Рис. 7. Передача материала от питающего конвейера в трубчатый конвейер МедаРре осуществляется через устройство передачи сыпучего груза типа «скальный бокс»
Рис. 8. Ориентация негабаритных кусков руды и породы на и-образном участке ленты
ПРЯМОЙ (БЕЗРЕДУКТОРНЫЙ) ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ
С учетом предельных условий, которые должны выполняться при использовании шевронного трубчатого ленточного конвейера Chevron-MegaPipe Conveyor, система прямого (безредукторного) электропривода представляет собой идеальное решение для данного случая. Большие объемы транспортируемого груза, а также преодолеваемые высоты подъема требуют применения привода мощностью в несколько мегаватт. Кроме того, вся приводная мощность должна передаваться конвейерной ленте с помощью одного (максимум двух) приводного барабана, так как из-за шевронного профилирования ленты невозможна установка более двух барабанов, то есть один в головной и один в хвостовой части.
Решение в области приводной техники, совместно разработанное компаниями Siemens и thyssenkrupp [4], во-первых, не требует применения эластичной муфты между электродвигателем и приводным барабаном и, во-вторых, обходится всего лишь двумя роликоподшипниками на
весь приводной механизм. Благодаря этому под нагрузкой находится очень мало механических деталей, из-за чего повышаются коэффициент полезного действия и коэффициент использования оборудования привода. Такое техническое решение в области электропривода уже доказало свою эффективность на многих ленточных конвейерах с мощностью двигателя до 6 МВт.
ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА CHEVRON-MEGAPIPE С ОБЫЧНЫМ БОЛЬШЕГРУЗНЫМ ТРАНСПОРТОМ В КАРЬЕРЕ
Экономичность применения циклично-поточного крутонаклонного транспорта в карьере следует рассматривать в сравнении с цикличной транспортировкой сыпучих грузов большегрузным автомобильным и железнодорожным транспортом. Трубчатый ленточный конвейер MegaPipe Conveyor принимает на дне карьера руду или пустую породу от установки первичного дробления и осуществляет ее крутонаклонную транспортировку наружу перпендикулярно борту карьера. Сравнительные расчеты основаны на анализе значений производительности
при транспортировке большегрузным автомобильным и железнодорожным транспортом на известном железорудном карьере в России.
На данном руднике из карьера с размерами L ~ 5000 м х B = 3000 м х H=480 м ежегодно транспортируется около 50 млн т материала, для чего задействованы 27 большегрузных грузовых автомобилей (грузоподъемностью 120 т) и 36 поездов с хоппер-дозаторами (грузоподъемностью 1000 т).
С другой стороны, применение одного единственного шевронного трубчатого ленточного конвейера Chevron-MegaPipe с диаметром трубы 900 мм и скоростью транспортирования 4 м/с, а также степенью заполнения сечения около 50% позволяет уже при годовой эксплуатационной готовности дробильной и конвейерной установок в 8322 ч добиться сравнимой годовой производительности в 50 млн т.
Внедрение системы дробилка - ленточный конвейер (конвейер MegaPipe) позволяет сократить расходы на эксплуатацию, обслуживающий персонал и техническое обслуживание при одновременном сокращении вредных для окружающей среды выбросов CO2.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Ленточный конвейер Chevron-MegaPipe Conveyor с трубчатой лентой большого диаметра, совместная разработка участников консорциума, обеспечивает возможность за-
крытого крутонаклонного транспортирования предварительно раздробленной руды или пустой породы до угла наклона 45°. Применение данного ленточного конвейера способствует внесению значительного вклада в сокращение большегрузного транспорта, атмосферных выбросов CO2, а также производственных издержек при открытой разработке месторождений полезных ископаемых в горнодобывающей промышленности. Образец трубчатой ленты Chevron-MegaPipe диаметром 830 мм был впервые представлен общественности на выставке БАУМА 2016 в г. Мюнхене (Германия).
Список литературы
1. Patent no. WO 2014180585 A1 and no. PCT/ EP2014/054296: Tubular conveyor belt or pocket conveyor belt having a chevron profile arragement on the carrying side thereof cross cross reference to related applications (ContiTech, Minkin A., 2013).
2. Minkin A., Börsting P., Becker N.: Pipe Conveying the next Stage - A new Technology for Steep Incline High Capacity Open Pit Conveying // Bulk Solids Handling. 2016. N 2/3.
3. Minkin A.: Cost Reduction in Belt Conveying. Bulk Solids Handling. 2015. N 2.
4. Patent no. WO 2013/026672 A1: Belt conveying installation, method for operating the same, and use thereof [Bandforderanlage, Verfahren zu deren Betrieb sowie deren Verwendung] (Siemens AG, 2013).
SURFACE MINING
UDC 622.271:622.682:621.867.2 © A. Minkin, F.M. Wolpers, T. Hellmuth, 2018
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, № 5, pp. 34-38
Title
new steep conveying concept for opencast mines using an in-pit crushing AND CONVEYING SYSTEM (IPCC)
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-5-34-38 Authors
Dr. Andrey Minkin1, Dr. Franz M. Wolpers2, Dr. Torsten Hellmuth3 ' ContiTech CBG, Northeim, D-37154, Germany
2 thyssenkrupp, Essen, 45063, Germany
3 Siemens, Munich, 80333, Germany
Abstract
In 2013 the companies thyssenkrupp, SIEMENS and ContiTech founded a consortium for joint development and marketing of a new concept of continuously transport system for open pit mines - Chevron-MegaPipe® conveyor. According to concept the transport of ore or overburden is handled by steeply inclined and high performance (Chevron-) MegaPipe® conveyor or a Deep Trough Chevron-Belt Conveyor, where a belt is equipped with Solid Impact-and Wear-resistant Chevron Cleat Ribs. The high-performance conveyor belt takes primary crushed ore or rock overburden from an upstream primary crusher at the base of the opencast mine and conveys the bulk material up the steep embankment of the opencast mine and directly out of the mine. During development phase the partners proceed tests in the testing center of thyssenkrupp in Germany. Goal of this tests was the investigation of material behavior inside of the MegaPipe-belt and Deep Trough belt with and without Chevrons, find out the maximal angle of inclination for such a system solution and in the same time to check the wear and impact resistance of the rubber chevrons under conditions of big size and sharp edged material pieces. High-strength ribbed steel cable Chevron-MegaPipe® belts with a nominal strength of up to 9,500 N/mm and an outer diameter of up to 900 mm facilitate cost-effective conveyance of ore and overburden with lump sizes up to 350 mm over mine slopes with angles of inclination of 30° to approx. 45° for up to 700m-deep open pit mine and a mass flow of up to 6000 t/h. A system with the up to 3200 mm wide and up to 10,000 N/mm strong deep trough chevron-belt can achieve volume flows of up to 12,000 m3/h or an annual
conveying capacity of about 100 million m3 per year (8,322 h) directly after a primary crusher in up to 1000 m-deep open pit mines with slope angles of up to 30°.
Both concepts are set to help reduce conventional heavy-duty truck traffic and the resulting high operating costs in open pit mines.
Keywords
Conveyor belt, Rubber pipe belt with chevron, Angle of inclination of conveyors, Wear resistant chevron profiles for rubber belts, Transfer point for conveyors, Gearless drives.
References
1. Patent no. WO 2014180585 A1 and no. PCT/EP2014/054296: Tubular conveyor belt or pocket conveyor belt having a chevron profile arragement on the carrying side thereof cross cross reference to related applications. ContiTech, Minkin A., 2013.
2. Minkin A., Börsting P., Becker N.: Pipe Conveying the next Stage - A new Technology for Steep Incline High Capacity Open Pit Conveying. Bulk Solids Handling, 2016, No. 2/3.
3. Minkin A.: Cost Reduction in Belt Conveying. Bulk Solids Handling, 2015, No. 2.
4. Patent no. WO 2013/026672 A1: Belt conveying installation, method for operating the same, and use thereof [Bandforderanlage, Verfahren zu deren Betrieb sowie deren Verwendung]. Siemens AG, 2013.
