Doskonalenie transportu taśmowego w ramach współpracy z KGHM ZANAM S.A.

Transkrypt

1 35 CUPRUM Czasopismo Naukowo-Techniczne Górnictwa Rud nr 4 (81) 2016, s Doskonalenie transportu taśmowego w ramach współpracy z KGHM ZANAM S.A. Lech Gładysiewicz 1), Robert Król 1) 1) Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii, Politechnika Wrocławska lech.gladysiewicz@pwr.edu.pl; robert.krol@pwr.edu.pl Streszczenie W systemach transportowych w polskich kopalniach rud miedzi kluczową rolę odgrywają przenośniki taśmowe. W artykule przedstawiono pięćdziesięcioletnie doświadczenia eksploatacyjne ze stosowaniem transportu taśmowego w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A., które doprowadziły do znacznej poprawy efektywności stosowania tego środka transportu. Przenośniki typu LEGMET produkcji KGHM ZANAMS.A. zdały pomyślnie egzamin w warunkach kopalń rud miedzi, ale pojawiły się nowe bardziej ambitne zadania. Po uporaniu się z trwałością taśm i ich połączeń zaczęto poszukiwać bardziej racjonalnych rozwiązań zwiększających funkcjonalność transportu taśmowego. Kierunki rozwoju wytyczają między innymi napędy pośrednie taśmowe i linowe, przenośniki z przekazywaniem energii napędowej z cięgna dolnego do cięgna górnego poprzez krążniki oraz nadążne urządzenia napinające. W ostatnich latach prace badawcze skupiły się nad opracowaniem i wdrożeniem nowych wydajnych i ekonomicznie uzasadnionych rozwiązań transportu taśmowego, charakteryzujących się długimi trasami i zmniejszonym w stosunku do rozwiązań tradycyjnych zużyciem energii. Słowa kluczowe: przenośnik taśmowy, badania, rozwój, napęd pośredni, efektywność energetyczna Improving belt conveyor transportation within cooperation with KGHM ZANAM S.A. Abstract Belt conveyors play the key role in mining transportation systems in Polish copper ore mines. The paper presents experience gained through 50 years of experience with belt conveyor transport in KGHM Polska Miedź S.A. which lead to significant increase of energy efficiency of belt conveyors. LEGMET type belt conveyors manufactured by KGHM ZANAM S.A. passed the test in operational conditions but new more ambitious tasks have appeared. After dealing with durability issue of conveyor belts and belt's joints the work was focused on seeking more rational solutions enhancing functionality of belt conveyor transportation. The development directions are determined by among others, belt and rope booster drives, belt conveyors with energy transfer through idlers (from return side to carrying side) and take-up belt tensioning devices. In recent years research works have focused on development and implementation new capacity and economically efficient solutions for belt conveyor transport, which, among others are characterized by long routes and lower energy consumption when compared to the traditional solutions. Key words: belt conveyor, development, research, booster drive, drive, energy efficiency

2 36 Wstęp Zastosowane w kopalniach rud miedzi systemy transportowe dobrane i zaprojektowane zostały do komorowo-filarowego systemu eksploatacji, z uwzględnieniem sposobu urabiania, załadunku i właściwości urobku, warunków zalegania złoża oraz wymaganej wydajności. Specyfiką transportu poziomego w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A. jest zastosowanie na różnych etapach i w różnej skali zarówno środków transportu cyklicznego (maszyny samojezdne, kopalniana kolej podziemna), jak i wysoko wydajnego transportu ciągłego (przenośniki taśmowe). Na przestrzeni 50 lat przenośniki te są stale udoskonalane i modernizowane. W okresie, gdy projektowano i uruchamiano pierwsze kopalnie KGHM, wydobywano jeszcze rudę miedzi w starych, nieczynnych obecnie kopalniach Konrad i Lena koło Bolesławca, gdzie stosowano ścianowy system eksploatacji z transportem przenośnikami zgrzebłowymi i taśmowymi. Urządzenia te, zaprojektowane i wykonane dla potrzeb górnictwa węgla kamiennego, były mało przydatne do warunków pracy w kopalniach rud miedzi. Z tego względu przy projektowaniu pierwszych kopalń Lubin i Polkowice zakładano pierwotnie tylko transport szynowy, a w oddziałach transport oponowy (przenośniki taśmowe przewidziano tylko do pracy na powierzchni). W tym samym czasie w górnictwie odkrywkowym węgla brunatnego wprowadzono do eksploatacji i uruchomiono produkcję przenośników taśmowych nowej generacji o dużych wydajnościach i wysokiej niezawodności. W wyniku prac badawczych nad tymi przenośnikami rozwiązano pomyślnie szereg ważniejszych problemów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych. Zmianie uległ pogląd na temat zakresu zastosowań transportu taśmowego. W nowo powstałych Zakładach Badawczych Projektowych Miedzi Cuprum we Wrocławiu (obecnie KGHM Cuprum Sp. z o. o. CBR) podjęto prace nad dostosowaniem konstrukcji przenośników taśmowych do transportu rud miedzi. Szybko też uruchomiono produkcję przenośników w Zakładach Mechanicznych Legmet" w Legnicy (obecnie KGHM ZANAM S.A.). Perspektywa zastosowania przenośników taśmowych na szerszą skalę wiązała się z zamiarem prawie dwukrotnego zwiększenia koncentracji wydobycia w nowo projektowanej kopalni Rudna. Pomyślne wdrożenie do eksploatacji przenośników taśmowych możliwe było dzięki: wzrostowi długości tras pojedynczych przenośników (powyżej 1500 m), zastosowaniu taśm tkaninowych, wieloprzekładkowych o dużej wytrzymałości do 2000 kn/m, wdrożeniu technologii łączenia taśm metodą wulkanizacji (klejenia) na zimno, a od niedawna również na gorąco, zastosowaniu jednostek napędowych dużej mocy (160 kw) i przekładni kątowych umożliwiających zwartą zabudowę napędów, rozwiązaniu tras o sztywnej konstrukcji z przegubowymi zestawami krążnikowymi (pierwsze rozwiązania z trasą linową nie zdały egzaminu ze względu na liczne zerwania lin bez wcześniejszych zewnętrznych oznak korozji), rozwiązaniu napędu głównego (ze sprzęgłem hydrokinetycznym) i napinania taśmy zapewniającego sprzężenie cierne taśmy na bębnach we wszystkich stanach pracy przenośnika, rozwiązaniu załadunku rudy na przenośnik bez nadmiernego niszczenia taśmy. Zdecydowana większość transportu taśmowego w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A. oparta jest na przenośnikach typu LEGMET. Są to rozwiązania specjalnie dostosowane do wymogów panujących w podziemiach kopalń (taśma z rdzeniem

3 37 tkaninowym, odpornym na przebicia, z możliwością stosowania wszystkich typów połączeń; zasobnik taśmy w formie pętlicy, umożliwiający wydłużanie lub skracanie trasy pojedynczego przenośnika; trasa i urządzenia przesypowe, dostosowane do ciężkiego urobku zawierającego bryły o ostrych krawędziach). Kluczowym zagadnieniem w eksploatacji przenośników taśmowych jest trwałość taśm. Odpowiednia strategia wymian i napraw taśm wymaga wieloletnich doświadczeń i analiz statystycznych. W kopalniach prowadzi się od wielu lat gospodarkę taśmami, opartą na sukcesywnie zbieranych informacjach o wymianach i naprawach [1]. Wspomaganie gospodarki taśmami informacjami statystycznymi z poprzednich lat eksploatacji, a także poprawa jakości dostarczanych taśm doprowadziły do wzrostu ich trwałości. Doświadczenia eksploatacyjne oraz stały postęp w technologii produkcji i łączenia taśm spowodowały, że na przenośnikach oddziałowych średnio obciążonych urobkiem osiąga się trwałość taśmy do 118 miesięcy. Średnia trwałość taśm na przenośnikach transportu głównego (od zbiorników oddziałowych do podszybia) wynosi obecnie 60 miesięcy. Od roku 1998 w kopalni O/ZG Polkowice-Sieroszowice w układach napędowych wybranych przenośników taśmowych zamiast sprzęgieł hydrokinetycznych zastosowano przemienniki częstotliwości ACS 600 produkcji ABB [20]. Dzięki takiemu rozwiązaniu możliwe było zastosowanie unikalnej wówczas techniki bezpośredniego sterowania momentem silnika (Direct Troque Control DTC). Rozwiązanie to dzięki odpowiedniemu sterowaniu prowadzi do łagodnych rozruchów przenośników oraz wyrównuje obciążenia poszczególnych silników w ruchu ustalonym. System sterowania i zdalnego nadzoru przemienników w napędach głównych przenośników taśmowych wkomponowano w nadrzędny układ sterowania PROMOS. Nowe perspektywiczne rozwiązania transportu taśmowego We współpracy KGHM ZANAM S.A. z Wydziałem Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii Politechniki Wrocławskiej zrodziła się idea zastosowania taśmowych napędów pośrednich [3]. Napęd pośredni taśmowy to krótki dodatkowy przenośnik z własnym napędem, podtrzymujący cięgno górne w wybranym miejscu trasy przenośnika na długości ok m. Schemat przenośnika z jednym napędem pośrednim przedstawiono na rys. 1. W taśmowym napędzie pośrednim wykorzystuje się sprzężenie cierne pomiędzy taśmą pędzącą (pomocniczą) 1 i taśmą pędzoną (taśmą górną przenośnika głównego) 2. Niezbędny do powstania sił tarcia docisk współpracujących cięgien zapewniają siły grawitacji (ciężar) taśmy pędzonej i urobku. Dla zapewnienia bezpiecznego poziomu sił tarcia między współpracującymi cięgnami (gwarantującego pracę napędu bez poślizgu rozwiniętego) wymagana jest odpowiednia długość napędu pośredniego L P (rys.1b). Pośrednie napędy taśmowe stosuje się zazwyczaj do wspomagania napędu głównego, bo dzięki ich zastosowaniu uzyskuje się korzystny rozkład sił w cięgnie górnym [2, 6]. Podstawowe korzyści, wynikające z zastosowania napędów pośrednich, to możliwość zastosowania tańszej taśmy o mniejszej wytrzymałości i/lub wydłużenie trasy przenośnika. Ponadto, dzięki zastosowaniu napędów pośrednich taśmowych, eliminuje się część oporów ruchu przenośnika (opory podnoszenia urobku przed załadunkiem na kolejny przenośnik w ciągu transportowym oraz opory w miejscu załadunku). Jedyny egzemplarz taśmowego napędu pośredniego powstał i był eksploatowany w kopalni O/ZG Rudna, gdzie sprawdził się w trudnych warunkach eksploatacyjnych.

4 38 a) S 5 S 1 S 6 S 4 W 4 g P O1 b) P O2 S 6 p S 5p / T 6 6 / P op 1 L p W dp Rys. 1. Przenośnik z taśmowym napędem pośrednim: a) schemat rozmieszczenia napędów i rozkład sił w cięgnie pędzonym górnym; b) rozkład sił w cięgnie pędzącym na odcinku sprzężenia ciernego Niedogodnością tego rozwiązania w okresie, gdy powstał prototyp, była konieczność sterowania napędem, w celu wyrównania obciążeń poszczególnych jednostek napędowych. Obecnie nie stanowi to bariery technicznej. Napęd główny przenośnika tworzyły trzy jednostki napędowe po 160 kw, natomiast na napędzie pośrednim, będącym krótkim przenośnikiem o długości 80 m, zainstalowano dwie jednostki po 160 kw każda. Budowę prototypowego taśmowego napędu pośredniego poprzedziły prace badawcze, gdzie określono warunki współpracy ciernej w zależności od sił rozciągających taśmę pędzoną i pędzącą. Określono warunki prawidłowej współpracy ciernej obu taśm, z uwzględnieniem niekorzystnego wpływu wymuszonych drgań poprzecznych. Zbadano zachowanie się napędu pośredniego podczas przepływu nieregularnej strugu urobku. Przeanalizowano także nierównomierność obciążeń poszczególnych jednostek napędowych przenośnika z taśmowym napędem pośrednim oraz zaproponowano środki techniczne wyrównujące obciążenia silników [7]. Trwałość taśmy pędzącej, będącej podstawowym elementem taśmowego napędu pośredniego, ze względu na długość tego napędu jest stosunkowo niewielka. Wymagana jest przy tym odpowiednia przestrzeń pomiędzy cięgnem górnym a cięgnem dolnym przenośnika zasadniczego, potrzebna na zainstalowanie bębnów napędowych i napinających oraz na wyprofilowanie odcinków przejściowych przenośnika tworzącego napęd pośredni. Modyfikacją taśmowego napędu pośredniego może być linowy napęd pośredni, charakteryzujący się prostszą i lżejszą budową. Napęd ten składa się z dwóch płaskich lin ogumowanych w zamkniętej pętli o jednakowej długości. Rdzeń nośny lin wykonany jest z linek stalowych. Liny te rozpięte są między tarczami napędowymi i tarczami zwrotnymi. Tarcze napędowe zamontowane są na wspólnym wale napędowym. Wał ten zależnie od potrzeb może być napędzany jedno- lub dwustronnie, analogicznie jak bęben napędowy przenośnika taśmowego. Przesuwne tarcze zwrotne służą do napinania lin pędnych. Pomiędzy tarczami zwrotnymi i napędowymi

5 39 liny pędne podpierają cięgno górne przenośnika zasadniczego (cięgno pędzone) w środkowej części niecki taśmy. Na odcinku podparcia linami pędnymi cięgna pędzonego przekazywana jest energia napędowa. W środkowej strefie niecki, na długości przekazywania energii napędowej cięgno pędzone zamiast krążników środkowych podparte jest dwoma linami pędnymi. Do podparcia lin pędnych w cięgnie górnym stosowane są środkowe krążniki zestawów górnych, a zatem przenośnik z linowym napędem pośrednim nie wymaga specjalnych rozwiązań trasy. Dzięki zastosowaniu lin pędnych ogumowanych zmniejsza się masa własna elementów konstrukcyjnych w stosunku napędu pośredniego taśmowego. Układ napinania i przewijania lin jest prostszy i mniejszy gabarytowo od okładu w taśmowym napędzie pośrednim. W przypadku lin pędnych sposób ich napinana jest nieskomplikowany i nie wymaga długich przemieszczeń tarcz zwrotnych napinających. Dzięki temu istnieje możliwość zwartej zabudowy napędu pośredniego na trasie istniejącego już przenośnika taśmowego, co daje możliwość przedłużenia trasy przenośnika bez istotnych przeróbek konstrukcyjnych oznaczenia: 1 - taśma główna 2 - lina pędna 3 - napęd liny pędnej 4 - napinacz liny pędnej Rys. 2. Schemat ideowy linowego napędu pośredniego W latach dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku zaczęto eksploatację niskich pokładów rud miedzi w kopalni OZG Polkowice-Sieroszowice i wówczas Zakłady Mechaniczne Legmet (obecnie KGHM ZANAM S.A.) wspólnie z Wydziałem Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii Politechniki Wrocławskiej przystąpiły do prac projektowych nad modułowym przenośnikiem LEGMET 2000 [5]. Ideą tego niekonwencjonalnego rozwiązania jest zastosowanie małych i lekkich napędów 2 55 kw, umiejscowionych w cięgnie dolnym. Przekazywanie energii napędowej z cięgna dolnego do cięgna górnego następuje poprzez krążniki środkowe zestawów górnych (rys. 3). W cięgnie górnym taśma 1 uformowana jest w nieckę, podobnie jak w przenośniku tradycyjnym, i podpierana jest zestawami przegubowymi. Krążnik środkowy 3 popierany jest od dołu płasko rozpiętą taśmą dolną 2. Krążniki dolne 4, podtrzymujące cały układ, rozmieszczone są naprzemiennie w stosunku do zestawów górnych i z rozstawem, będącym wielokrotnością rozstawu krążników górnych. Dla prawidłowej współpracy ciernej krążnika środkowego z dwoma cięgnami równocześnie konieczne jest zapewnienie stałej siły normalnej, co uzyskuje się dzięki swobodzie przemieszczania się tego krążnika w płaszczyźnie pionowej (w ograniczonym zakresie).

6 40 Realizowane jest to dzięki przegubowemu zamocowaniu krążnika na dwóch ramionach 5, tak jak to pokazuje rys. 3. Jeżeli możliwa do przekazania na krążniku środkowym siła tarcia przewyższa opory ruchu pojedynczego zestawu, to w cięgnie górnym przenośnika występuje korzystny rozkład sił rozciągających taśmę (spadek sił w kierunku ruchu taśmy). O wytrzymałości taśmy decyduje wtedy rozkład sił w cięgnie dolnym. Maksymalne napięcie cięgna dolnego można zredukować do wymaganego poziomu, zmniejszając odległości pomiędzy napędami stosownie do konfiguracji trasy i mocy zastosowanych jednostek napędowych. Schemat rozmieszczenia napędów w przenośniku z wykorzystaniem możliwości przekazywania napędu do cięgna górnego poprzez krążniki przedstawiono na rys.4. Trasa przenośnika składana jest z powtarzalnych modułów, a na każdy z modułów przypada jeden zestaw napędowy. Możliwe jest skokowe wydłużanie lub skracanie trasy przenośnika poprzez dobudowanie lub wymontowanie pojedynczego modułu. Długość pojedynczego modułu trasy przenośnika wynosi ok. 200 m. W ten sposób w miejsce dużych napędów wymagających odpowiedniej przestrzeni w wyrobiskach podziemnych można zastosować małe, lekkie i wygodne w montażu powtarzalne napędy modułowe. W badaniach na specjalnym stanowisku pomiarowym określono warunki i możliwości współpracy ciernej krążnika przy przekazywaniu energii napędowej z cięgna dolnego do cięgna górnego. Początkowo zakładano zastosowanie specjalnych zestawów krążnikowych na całej trasie przenośnika, z wyjątkiem odcinków nad napędami. W wyniku badań ustalono, że do zapewnienia prawidłowej pracy przenośnika wystarczające są krótkie odcinki w pobliżu napędów, bo tam panują najlepsze warunki przekazywania energii napędowej poprzez krążniki. a) b) Rys. 3. Idea przekazywania napędu z cięgna dolnego do cięgna górnego poprzez krążniki, wykorzystana w przenośniku modułowym LEGMET 2000: a) schemat podparcia cięgna górnego, b) zestaw krążnikowy pracujący na przenośniku prototypowym

7 41 moduł 1 moduł 2 moduł 3 Kierunek transportu odcinek tradycyjny przekazywanie energii poprzez krążniki Rys. 4. Schemat trasy modułowego przenośnika LEGMET 2000 trasa złożona z trzech odcinków Zarówno wyniki pomiarów na stanowisku pomiarowym [4], jak i badania na przenośniku prototypowym wykazały, że na odcinku przekazywania energii w wyniku odkształceń sprężystych taśmy w cięgnie dolnym występuje wyraźny wzrost prędkości taśmy (w tym także wzrost siły w taśmie), a w cięgnie górnym spadek prędkości taśmy. Na odcinku przekazywania energii siła w cięgnie pędzącym (dolnym) musi być większa od siły w cięgnie pędzonym (górnym). Rys. 5 przedstawia zmierzone prędkości cięgna górnego i dolnego w wybranych punktach trasy przenośnika. Prędkość taśmy składa się ze stałej prędkości ruchu ustalonego oraz prędkości, wynikającej z odkształceń sprężystych taśmy. Rys. 5. Zmierzony rozkład prędkości taśmy z zaznaczonym odcinkiem przekazywania energii napędowej poprzez krążniki Rozwiązaniem istotnie usprawniającym pracę przenośnika taśmowego, wprowadzonym w ostatnich latach do eksploatacji w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A., jest nadążne urządzenie napinające taśmę. W standardowych rozwiązaniach przenośników typu LEGMET stosuje się ciężarowe urządzenia napinające, składające się z dwóch ciężarów zawieszonych na linach po obu stronach przenośnika i prowadzonych w specjalnie w tym celu budowanych wieżach napinających. Ze względu na poziom sił w taśmie jest to rozwiązanie bardzo dobre, ale wymaga przygotowania odpowiednich wyrobisk pod zabudowę tych wież [8]. Dlatego też w ostatnich latach zaczęto stosować nadążne urządzenia napinające opracowane w AGH w Krakowie [19]. Są to urządzenia z dwoma bębnami napinającymi przemieszczanymi na dwóch

8 42 wózkach połączonych układem lin i wielokrążkiem o stałym przełożeniu (rys. 6) Przełożenie wielokrążka utrzymuje stały stosunek sił po stronie nabiegającej i zbiegającej ze stacji napędowej przenośnika, co wpływa jednoznacznie pozytywnie na trwałość taśmy. Sposób zabudowy nadążnego urządzenia napinającego w przenośniku typu LEGMET przedstawiono na rys. 6a. Rys. 6b pokazuje układ wielokrążków łączących dwa wózki z umiejscowionymi na nich bębnami napinającymi. SCHEMAT PRZENOŚNIKA TAŚMOWEGO LEGMET Z SCHEMAT PRZENOÂNIKA TAÂMOWEGO LEGMET NADĄŻNYM (BEZWIEŻOWYM) NAPINANIEM TAŚMY Z NADÑðNYM (BEZWIEðOWYM) NAPINANIEM TAÂMY a) Schemat obiegu taśmy Wózek a) Schemat obiegu taêmy napinający napinajàcy 1 1 Wózek napinający napinajàcy 2 2 Wózek napinający napinajàcy 3 3 Wciàgarka Wciągark Stacja stacja zrzutowa zrzutowa Odcinek odcinek koƒcowy końcowy Petlica p tlica I I Stacja stacja napędowa nap dowa p tlica Pętlica II II odcinek Odcinek upadowy Trasa trasa stacja Stacja zwrotna zwrotna b) Schemat b) Schemat układu ukšadu napinania napinania taśmy taêmy S 1 S S 2 = 1 6 S 1 S 2 = 1 6 S 1 Dynamometr indukcyjny Wózek Wózek napinający napinajàcy 1 (w strefie siš duýych) (w strefie sił dużych) Hydrauliczny zespóš tšumiàcy zespół tłumiący Wózek Wózek napinający napinajàcy 2 (w strefie siš (w strefie sił niskich) Wózek napinajàcy napinający 3 3 (wywošywanie napi cia wst pnego (wywoływanie i kompensacja wydšuýeƒ napięcia trwašych wstępnego taêmy) i kompensacja wydłużeń Wciàgarka Wciągarka linowa dwub bnowa dwubębnowa Rys. 6. Schemat przenośnika z dwuwózkowym nadążnym urządzeniem napinającym o przełożeniu 1:6 Pod koniec lat dziewięćdziesiątych pojawiły się na świecie nowe przenośniki dalekiego zasięgu, charakteryzujące się minimalnym zużyciem energii [16]. Jednocześnie w KGHM powstały plany uruchomienia nowych głęboko zalęgających złóż. Realizacja tych planów wymaga zastosowania długich przenośników taśmowych o długościach dochodzących do 5 km. Zastosowanie taśm z linkami stalowymi i napędów głównych bazujących na jednostkach napędowych 320 kw pozwoliło na zrealizowanie tych zadań. KGHM ZANAM S.A. we współpracy z Wydziałem Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii Politechniki Wrocławskiej opracował koncepcję długich przenośników taśmowych LEGMET XL1200, z zamiarem wykorzystania wszystkich dotychczasowych osiągnięć technicznych w zakresie transportu taśmowego. Istnieją realne możliwości obniżenia energochłonności transportu taśmowego poprzez zastosowanie odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych i materiałowych. Możliwości wykorzystania wariantowej konstrukcji przenośnika Legmet XL1200, skonstruowanego pod kątem obniżenia energochłonności transportu napędu głównego przenośnika taśmowego i zmniejszenie jego zapotrzebowania na obsługę przedstawiono na przykładzie dwóch długich tras odstawy [17]. W przygotowanych analizach wykorzystano rezultaty prac badawczo- -rozwojowych, dotyczących głównych elementów przenośników: krążników i taśmy przenośnikowej oraz liczne zagraniczne wdrożenia przenośników taśmowych dalekiego zasięgu. Wyniki wszechstronnych badań nad oporami ruchu przenośnika taśmowego i dostępne specjalistyczne oprogramowanie QNK-TT umożliwiły wielokryterialną ocenę rozważanych rozwiązań konstrukcyjnych. Przedstawiono wariantowe możliwości zastosowania zmodernizowanych, energooszczędnych przenośników

9 43 taśmowych, odpowiednich dla długich tras w zróżnicowanych warunkach zabudowy i eksploatacji w krajowych kopalniach rud miedzi. Niezwykle ważnym zagadnieniem w długich przenośnikach jest również dobór urządzeń łagodnego rozruchu. W pracach koncepcyjnych na modelu symulacyjnym przeanalizowano wpływ rodzaju sprzęgła na obciążenia taśmy podczas rozruchu i hamowania przenośnika. Wyniki badań symulacyjnych przedstawiono na rys. 7 i 8. Rys. 7. Symulacja siły w taśmie w czasie w czasie rozruchu, biegu ustalonego i hamowania poziomego. przenośnika Legmet XL1200, wyposażonego w sprzęgła hydrauliczne o stałym wypełnieniu TVVS (L = 5000 m, Qm = 1700 t/h), (wykres z programu Dynabelt; czas w sekundach); kolor zielony siła nabiegająca na stację napędową, kolor niebieski siła między bębnami stacji napędowej, kolor czerwony siła zbiegająca ze stacji napędowej Rys. 8. Symulacja siły w taśmie w czasie w czasie rozruchu, biegu ustalonego i hamowania poziomego przenośnika Legmet XL1200, wyposażonego w sprzęgła hydrauliczne o zmiennym wypełnieniu TPKL (L = 5000 m, Qm = 1700 t/h), (wykres z programu Dynabelt); kolor zielony siła nabiegająca na stację napędową, kolor niebieski siła między bębnami stacji napędowej, kolor czerwony siła zbiegająca ze stacji napędowej

10 44 Przedstawione powyżej wyniki symulacji wydają się wskazywać, że sprzęgła ze stałym wypełnieniem serii TVVS powinny zapewnić wystarczająco łagodne rozruchy (ze względu na poziom sił w taśmie i obciążenie silników). W warunkach pracy w dużych temperaturach mogą być one jednak znacznie obciążone cieplnie, jeżeli przenośnik byłby często, tj. kilka razy na godzinę, zatrzymywany i uruchamiany. Z pewnością większymi rezerwami dysponuje sterowane elektronicznie urządzenie sprzęgło typu TPKL. W tym wypadku należy jednak upewnić się co do możliwości pracy tego sprzęgła w przewidywanych temperaturach dołowych. W latach zintensyfikowano prace nad zaprojektowaniem i wdrożeniem nowego typu przenośnika efektywnego ekonomicznie na potrzeby KGHM Polska Miedź S.A. KGHM ZANAM S.A., jako lider przedsięwzięcia, do udziału w projekcie badawczo-rozwojowym, pt. Optymalizacja i przedstawienie rozwiązań konstrukcyjnych dla projektu Przenośnika Taśmowego Efektywnego oraz przeprowadzenie badań eksploatacyjnych i określenie efektu ekonomicznego po wdrożeniu w Oddziale Górniczym ZG Lubin KGHM Polska Miedź S.A, zaprosił również zespół Politechniki Wrocławskiej. W dużym stopniu przyczyniły się do tego doświadczenia badawcze, zebrane przez Zakład Systemów Maszynowych Politechniki Wrocławskiej i uzyskane przy tym spektakularne efekty w obniżeniu zużycia energii elektrycznej w przenośnikach stosowanych w kopalniach odkrywkowych, w których wykorzystywane są napędy o dużych mocach (do 4000 kw) [9, 10, 11, 18]. Zasadniczy cel pracy, polegający na wykazaniu kierunków obniżenia energochłonności napędów głównych, został osiągnięty, a potwierdzenie efektów uzyskano, realizując szereg badań laboratoryjnych i prac eksperymentalnych, prowadzonych w warunkach kopalnianych. Pierwszą serię badań oporów ruchu, sprawności i poboru mocy czynnej napędu przeprowadzono na standardowym przenośniku taśmowym (rys. 9), a wyniki tych badań stanowiły punkt odniesienia do określenia korzyści, wynikających z zastosowania zaproponowanych modyfikacji, dedykowanych do zastosowania w prototypowym przenośniku efektywnym, na którym wykonano drugą serię badań w tym samym zakresie. Rys. 9. Widok standardowego przenośnika taśmowego oraz zamontowane stanowisko pomiarowe wraz z czujnikami do rejestracji sił poziomych i pionowych

11 45 Zaproponowane na podstawie wyników badań laboratoryjnych zmiany polegały na zainstalowaniu na przenośniku prototypowym: specjalnej taśmy z okładką bieżną generującą mniejsze opory toczenia po krążnikach, krążników o istotnie zmniejszonych oporach obracania w pełnym zakresie obciążeń promieniowych, energooszczędnych silników o dużej sprawności. Pomiary oporów ruchu, przeprowadzone na przenośniku standardowym i na przenośniku efektywnym, potwierdziły słuszność przyjętych założeń, że zastosowanie krążników o obniżonych oporach obracania i taśmy energooszczędnej istotnie obniżą opory ruchu cięgna górnego [12, 13]. Ponadto w ramach projektu oszacowano poziom oczekiwanych efektów ekonomicznych, wynikający z zaproponowanych usprawnień, oraz sformułowano wytyczne i zalecenia do projektowania i kompletowania nowej generacji przenośników do zastosowania w KGHM Polska Miedź S.A., z uwzględnieniem wymagań dotyczących energochłonności systemów transportu przenośnikowego [14, 15]. Wnioski 1. Kilkudziesięcioletnie doświadczenia eksploatacyjne ze stosowaniem transportu taśmowego w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A. doprowadziły do znacznej poprawy efektywności stosowania tego środka transportu. Przenośniki LEGMET zdały pomyślnie egzamin w warunkach kopalń rud miedzi, ale pojawiły się nowe, bardziej ambitne zadania. Po uporaniu się z trwałością taśm i ich połączeń zaczęto poszukiwać bardziej racjonalnych rozwiązań zwiększających funkcjonalność transportu taśmowego. 2. Korzyści w postaci oszczędności energii oraz zwiększenia trwałości taśmy można oczekiwać po zastosowaniu napędów pośrednich. Wypróbowana idea taśmowych napędów pośrednich jest rozwijana w kierunku lżejszych i wygodniejszych w obsłudze linowych napędów pośrednich. 3. W eksploatacji niskich pokładów sprawdzono przenośnik typu LEGMET 2000, gdzie wypróbowano nowatorski sposób przekazywania energii napędowej z cięgna dolnego do cięgna górnego poprzez krążniki środkowe zestawów górnych. 4. W specyficznych warunkach eksploatacyjnych panujących w kopalniach rud miedzi uzasadnione jest stosowanie dwuwózkowego nadążnego urządzenia napinającego. Zastosowanie tego typu napinania powinno być poprzedzone wnikliwą analizą stanów pracy przenośnika, z uwzględnieniem warunków przepływu strugi urobku, szczególnie w przenośnikach o zmiennym profilu trasy. 5. Do nowych zadań transportowych, związanych z wydobyciem nowych, głębokich złóż rud miedzi, potrzebna jest nowa generacja przenośników długich z taśmą z linkami stalowymi. W pracach nad przenośnikami LEGMET XL 1200 skuteczne są zastosowania rozwiązań energooszczędnych (taśma ze specjalnie dobraną okładką bieżną oraz krążniki o obniżonych oporach ruchu). 6. W projektowaniu długich energooszczędnych przenośników taśmowych przydatnym narzędziem jest system komputerowy QNK-TT, dający możliwości prowadzenia wielowariantowych analiz. Wyniki prowadzonych obliczeń,

12 46 uzyskanych z programu QNK-TT, były wielokrotnie z powodzeniem weryfikowane wynikami pomiarów na przenośniku in-situ. 7. Wyniki prowadzonych wspólnie z KGHM ZANAM S.A. prac badawczo- -rozwojowych wykazały, że stopniowa modernizacja w kierunku energooszczędności systemów transportu taśmowego w kopalniach podziemnych rud miedzi przyniesie istotne zmniejszenie zapotrzebowania mocy napędów głównych przenośników, co przy wzrastającej cenie energii elektrycznej da wymierne oszczędności już w pierwszego roku ich eksploatacji. Bibliografia [1] Banaszak A., Laska Z., Zając A., 2007, Doświadczenia w eksploatacji taśm przenośnikowych w OZG Rudna, Transport Przemysłowy 2(28)/2007. Wydawnictwo Lektorium, Wrocław 2007, ISSN [2] Gładysiewicz L., 1979, Metoda obliczania sił w cięgnach przenośnika taśmowego wielonapędowego z napędem pośrednim taśmowym, Praca doktorska, Instytut Górnictwa Politechniki Wrocławskiej, Raport SPR nr 36 (niepublikowana). [3] Gładysiewicz L., 2000, Niekonwencjonalne napędy przenośników taśmowych, Transport Przemysłowy 1/2000. Wydawnictwo Lektorium, Wrocław, ISSN [4] Gładysiewicz L., Janisiów T., 2000, Badania przekazywania energii napędowej w nowym typie przenośnika taśmowego, Transport Przemysłowy 2/2000, Wydawnictwo Lektorium, Wrocław 2000, ISSN [5] Gładysiewicz L., Kubiak D, 2001, Zastosowanie lekkiego przenośnika modułowego LEGMET 2000 w ekstremalnie niskich wyrobiskach górniczych, Transport Przemysłowy 3(5)/2001, Wydawnictwo Lektorium, Wrocław, ISSN [6] Gładysiewicz L., 2003, Przenośniki taśmowe. Teoria i obliczenia, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. Wrocław, ISBN X. [7] Gładysiewicz L., 2004, Nierównomierność obciążeń jednostek napędowych w przenośniku z taśmowym napędem pośrednim, Transport Przemysłowy 3(17)/2004, Wydawnictwo Lektorium, Wrocław, ISSN [8] Gładysiewicz L., 2007, Dobór urządzenia napinającego w przenośniku o zmiennym profilu trasy, Transport Przemysłowy 3(29)/2007, Wydawnictwo Lektorium, Wrocław 2007, ISSN [9] Gładysiewicz L., Król R., Bukowski J., 2011, Tests of belt conveyor resistance to motion. Eksploatacja i Niezawodność Maintenance and Reliability, nr 3, s [10] Gładysiewicz L., Król R., Kisielewski W., 2012, Experimental studies on the resistance to motion in an overburden belt conveyor system, World Mining, vol. 64, nr 6, s [11] Gładysiewicz L., Król R., Kisielewski W., 2012, Wpływ temperatury otoczenia na opory ruchu przenośnika taśmowego, Transport Przemysłowy i Maszyny Robocze, nr 4. [12] Gładysiewicz L., Zawilak J., Król R., Woźniak D., Kisielewski W., Kaszuba D., 2014, Opracowanie specyfikacji parametrów nowej generacji podzespołów przenośnika taśmowego w oparciu o wyniki prac studialnych i badań laboratoryjnych, Raporty Inst. Gór. PWr, ser. SPR, nr 11. [13] Gładysiewicz L., Król R., Zawilak J., Zawilak T., Kisielewski W., Kaszuba D., 2014, Opracowanie wyników badań eksperymentalnych bazowego przenośnika taśmowego L-1031, Raporty Inst. Gór. PWr, ser. SPR, nr 12. [14] Gładysiewicz L., Król R, Kisielewski W., Kaszuba D., Szczerbakowicz M., 2016, Opracowanie wyników badań eksperymentalnych prototypowego przenośnika taśmowego A-183, Raporty Wydziału Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii Politechniki Wrocławskiej, ser. SPR, nr 5.

13 47 [15] Gładysiewicz L., Król R., Kawalec W., Kaszuba D., Kisielewski W., 2016, Określanie efektu ekonomicznego wynikającego z zaimplementowanych rozwiązań konstrukcyjnych w prototypowym przenośniku taśmowych A-183, Raporty Wydziału Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii Politechniki Wrocławskiej, ser. SPR, nr 8. [16] Kawalec W., 2003, Przenośniki taśmowe dalekiego zasięgu, Transport Przemysłowy 1(11)/2003, Wydawnictwo Lektorium, Wrocław, ISSN [17] Kawalec W., Król R., Kubiak D., 2009, Długie przenośniki taśmowe dla kopalń rud miedzi, [w:] Nowoczesne metody eksploatacji węgla i skał zwięzłych, monografia, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, Kraków, s [18] Król R., 2013, Metody badań i doboru elementów przenośnika taśmowego z uwzględnieniem losowo zmiennej strugi urobku, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. [19] Kulinowski P., 2005, Pętlicowe urządzenie napinające taśmę dla podścianowych przenośników taśmowych kopalń węgla kamiennego, Transport Przemysłowy 1(19))/2005, Wydawnictwo Lektorium, Wrocław, ISSN [20] Morawski A., 2002, Zastosowanie przemienników częstotliwości w napędach przenośników górniczych, Transport Przemysłowy 1 (7)/2002, Wydawnictwo Lektorium, Wrocław, ISSN

14 48