prof. zw. dr hab. inż. JERZY ANTONIAK Politechnika Śląska, Gliwice Przedsięwzięcia techniczne zniejszające energochłonność górniczych przenośników taśowych Nazwa górnicze przenośniki taśowe obejuje przenośniki przeznaczone do transportu dużych ilości ateriałów sypkich w górnictwie podzieny, górnictwie odkrywkowy oraz na powierzchni na duże odległości (tzw. overland conveyor oraz contour conveyor). Przenośniki te łącznie z innowacyjnyi aszynai górniczyi tworzą systey echanizacyjne o bardzo dużej wydajności do wydobywania surowców ineralnych. Z uwagi na szerokie stosowanie przenośników taśowych zniejszenie zużycia energii elektrycznej do ich napędu oraz wydłużenie trwałości eleentów i zespołów, a także oszczędne gospodarowanie ateriałai wchodzącyi w skład budowy przenośników, do których wytworzenia niezbędne jest zużycie energii elektrycznej, staje się ważny problee ekonoiczny i ochrony środowiska naturalnego. W pracy przedstawiono realizacje techniczne ające na celu zniejszenie zużycia energii elektrycznej przez przenośniki taśowe. 1. WPROWADZENIE Górnicze przenośniki taśowe szeroko stosowane do odstawy dużych ilości ateriałów sypkich w kopalniach podzienych i odkrywkowych, a także w odstawie urobku na dalekie odległości na powierzchni terenu poio względnie ałych oporów ruchu są energochłonne. Ocenia się, że wartość specyficznej energii jednostkowej potrzebnej do odstawy przenośnikie taśowy 1,0 t urobku na odległość 1 k wynosi (w przybliżeniu) od 0,14 do 0,25 kw/(t k). Ponieważ elektrownie węglowe eitują średnio 0,285 kg CO 2 /kw zainstalowanej ocy, to przenosząc to na wcześniej określoną specyficzną energię jednostkową otrzyuje się od 0,4 do 0,713 kg CO 2 /(t k) drogi odstawy, średnio 0,056 kg CO 2 /(t k) drogi transportu urobku. Do tego dochodzi energia elektryczna i odpowiadająca jej eisja dwutlenku węgla, zużywana na wytworzenie eleentów i zespołów przenośnika taśowego (krążników, taśy, skrobaczy itp.). Nadierneu zużyciu stali do budowy przenośnika taśowego odpowiada także wzrost eisji CO 2. Wiadoo, że wytworzenie 1 t stali skutkuje eisją około 3,2 t CO 2. Zate ograniczenie energochłonności odstawy urobku przenośnikai taśowyi staje się ważny problee gospodarczy i ochrony środowiska naturalnego. 2. ŚWIATOWE REALIZACJE ŚREDNIO DŁUGICH ENERGOOSZCZĘDNYCH KRZYWOLINIOWYCH GÓRNICZYCH PRZENOŚNIKÓW TAŚMOWYCH W tabeli 1 zestawiono paraetry techniczne i ruchowe energooszczędnych krzywoliniowych górniczych przenośników taśowych (tzw. contour conveyor). Przenośniki te wyróżniają się trasą o licznych łukach pozioych, pionowych i przestrzennych. Minialne proienie łuków pozioych wynoszą około 700, przestrzennych 600, natoiast wzniesienia i spadki ają kąty od kilku do 9 10 (rys. 1). Alternatywnie stosowane są przenośniki taśowe rurowe lub taśowolinowe, które ogą pokonywać łuki o niejszych proieniach i wzniesienia oraz spadki o większych kątach nachylenia.
Nr 3(469) MARZEC 2010 43 Średniodługie energooszczędne krzywoliniowe górnicze przenośniki taśowe (KWK Jankowice, Beuer, Laing O Rourke) Tabela 1 Długość, Miejsce zainstalowania Wydajność t/h B Taśa v /s Moc napędów kw Nosiwo Wykorzystanie przekroju poprzecznego % Wyróżnik ocy kw/ R Łuki liczba poz. pion. 6400 PC-3 Henderson 1080* KWK Jankowice 2270 1,22 4,5 2000 1,4 1,6 3,8 (3+1) 746 olibdenu 57 0,469 1500 9 11 4 355 węgiel 56 1,315 600 1 3 3378 Alabaa, USA 750 0,8 2,9 3 132 wapień 63 0,117 1200 1800 4 22 2782 Obourg, Belgia 1500 1,2 3,94 3 160 kreda 50 0,173 700 5000 10 000 6 6 4196 Korea Płd.** 20020 Curragh, Nord Australia 850 klinkier 1,0 2,7 6 132 575 węgiel 2500 1,2 7,5 4 1000 +1 250 50 0,189 1500 1700 2000 6 18 węgiel 49 0,2123 4 28 * przenośnik wznoszący (H = +165 ) z krzywizną przestrzenną, silniki sterowane przeiennikai częstotliwości, B szerokość, v prędkość taśy, R proień łuku pozioego, pion. pionowych, poz. pozioych; ** odstawa dolną gałęzią przenośnika Rys. 1. Energooszczędny górniczy przenośnik taśowy krzywoliniowy PC-3 (kopalnia rudy olibdenu Henderson, USA [7]) Dla przykładu przenośnik taśowy PC-3 (tab. 1, rys. 1 i rys. 7 [7]) przy suaryczny wzniesieniu +76 wykorzystuje oc 2672 kw spośród 3000 kw ocy zainstalowanej, co stanowi 89% ocy. Energooszczędność krzywoliniowych średniodługich górniczych przenośników taśowych uzyskuje się poprzez: zniejszenie oporów ruchu (poiary na przenośniku w KWK Jankowice Polska [5] wykazały, że tzw. fikcyjny współczynnik tarcia f wg DIN22101 wynosił: dla v = 1,1 /s 0,011 i dla v = 3,15 /s 0,018, co było wynikie zastosowania taśy ST 3150 (FTT Stoil Wolbro S.A.) z okładką bieżną zniejszającą opór toczenia przy wgniataniu oraz zwiększoną siłą napięcia taśy), ograniczenie wykorzystania noinalnej powierzchni przekroju poprzecznego nosiwa na taśie w granicach 50 60%, zwiększenie prędkości taśy, stosunkowo ałą szerokość taśy i konstrukcji trasy, dobre dopasowanie się trasy przenośnika (rys. 2) do trudnych i złożonych warunków naturalnej topografii, co ograniczyło wielkość robót inżynieryjnych i uprościło trasę przenośnika, a więc i ograniczyło zużycie stali na budowę przenośnika taśowego i pokrycie ochraniające taśę z nosiwe, Rys. 2. Średniodługi energooszczędny przenośnik taśowy krzywoliniowy (National Ceent Cop., Alabaa USA [13])
44 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA Długie energooszczędne górnicze przenośniki taśowe Tabela 2 Długość Wydajność t/h szerokość Taśa typ N/ prędkość /s Moc napędów kw Urobek Wykorzystanie przekroju poprzecznego % Wyróżnik ocy kw/ Miejsce zainstalowania 20 200 2500 1,2 7,5 4 1000 +1 250 węgiel 54,3 0,21 Curagh Nord Australia 12 300 2000 1,2 ST 3150 4,0 (2 2) 450 + 2 450 węgiel 81,4 0,183 Suferfontein CV03 13 100 1350 4200 1,0 1,1 ST 2250 ST 2100 5,4 8,5 2 1000 węgiel 56,8 90,0 0,153 Kalti Pria Coa, Indonezja 19 138 1090 7,1 (2+2+1) 560 węgiel 0,146 Alcoa Rockdale 10 000 1100 0,9 ST 1600 4,9 3 355 +1 355 20 000 2200 0,9 ST 5000 7 4 860 10 213 2200 1,05 guowotekstylna 4,1 2 700 początkowo (3 700) węgiel 66,4 0,142 BHP Crinu żelaza żelaza 56 0,172 54 0,137 Napęd w czole przenośnika [9] Australia Channar Australia 11 500 1600 1,2 ST 2500 4 4 450 węgiel 63 0,157 Isibonelo South Africa 15 600 600 0,75 ST 888 4,25 (3+1) 250 żelaza 32 0,064 ZISCO Zibabwe stosunkowo ałą wartość wyróżnika ocy, długi okres trwałości taśy przenośnikowej (w kopalni Jankowice taśa ST 3150 pracowała około 2025 dni i wykonała ponad 220 000 obiegów, przetransportowując w ty okresie około 16 ln ton urobku węglowego [4]), zastosowanie taś z okładkai bieżnyi o ałych oporach toczenia przy wgniataniu (np. taśy Goodyear Easyrider, taśy FTT Stoil Wolbro), optyalizację zestawów krążników i ich rozstawu w przenośniku, poprawne wykonanie stacji załadowczych nosiwa na średniodługie krzywoliniowe górnicze przenośniki taśowe. Autor etodą analityczną określił zachowanie się taśy ST 3150 o wysokiej sile napięcia w łuku przestrzenny (wznios 9 ') o proieniu 600 i odchyleniu 5 w przenośniku w KWK Jankowice. Wyniki tych obliczeń były podstawą projektu i realizacji przenośnika. Przenośnik taśowy w KWK Jankowice był okresowo przeciążany i wówczas uzyskiwana wydajność przenośnika dochodziła do 4000 t/h, a pobierana przez silniki elektryczne oc wynosiła około 1600 kw [5]. 3. PRZYKŁADY ENERGOOSZCZĘDNYCH DŁUGICH GÓRNICZYCH PRZENOŚNIKÓW TAŚMOWYCH W celu uzyskania znacznego ograniczenia zużycia energii elektrycznej do odstawy urobku długii energooszczędnyi przenośnikai taśowyi (tzw. overland conveyor) przy ich projektowaniu i realizacji wykorzystuje się nowe teorie i wyniki badań z dziedziny energooszczędności. Osiągnięcia w ty zakresie najlepiej jest prześledzić poprzez analizę światowych realizacji długich energooszczędnych przenośników taśowych tab. 2. Zaprezentowane w tabeli 2 długie energooszczędne górnicze przenośniki taśowe wyróżniają się niskii kosztai inwestycji i eksploatacji, są także energooszczędne. W opisie przenośników nie ujęto robót inżynieryjnych związanych z budową trasy długiego przenośnika taśowego. Analizując dane zawarte w tabeli 2 oraz w opisach przenośników taśowych dochodzi się do następujących wniosków w aspekcie zniejszenia energochłonności odstawy urobku, a ianowicie, że stosowane są: duże prędkości oraz ałe szerokości taśy,
Nr 3(469) MARZEC 2010 45 Rys. 3. Wykres sił napięcia taśy uzyskany dla napędu tylko w czole przenośnika porównany z uzyskany dla napędu czołowego (3 250 kw) i zwrotnego (1 250 kw); silniki sterowane przeiennikie częstotliwości (ZISCO Zibabwe [6, 11]) w łukach pozioych o dużej wartości proienia (od 1000 do kilku tysięcy ) dolne zestawy są trójkrążnikowe, różne etody optyalizacji rozstawu zestawów krążników, w ty także z uwzględnienie kosztów ich zakupu i eksploatacji (spotyka się rozstawy: 3 6, 2,1 4,2 i 5 10 lub 1,75 ), krążniki o ściśle dobranej geoetrii i budowie z uwzględnienie: asy taśy, asy nosiwa, obciążenia znaionowego krążnika, nieckowatości taśy (zalecane nachylenie bocznych krążników 30 lub 35 ), trwałości krążnika, znaionowej siły napięcia taśy, wielkości oporu toczenia przy wgniataniu (często stosuje się przewyiarowany krążnik środkowy w zestawie nośny), natoiast dobór średnicy osi krążnika, wielkości łożyska i uszczelnienia zależy od przeieszczanego obciążenia, prędkości taśy i warunków ruchowych, niezbędna jest także ścisła kontrola jakości wykonania krążników, odułowe napędy czołowe, a wyjątkowo także napędy na zwrotni (rys. 3) [11] zasypowej oraz wyjątkowo bębnowe napędy pośrednie, w celu uzyskania łagodnego rozruchu silniki są sterowane przeiennikai częstotliwości lub są wyposażone w sprzęgła hydrodynaiczne o regulowany napełnieniu. specjalne układy haulców tarczowych wyposażone w agregaty zasilająco-sterownicze SOBO (Svendborg Brakes) [6], wykorzystanie przekroju poprzecznego urobku na taśie wynoszące od 50 do 70%, a w przypadku rudy żelaza o większej gęstości 32% oraz w przypadku węgla i bardzo dużej prędkości taśy (8,5 /s) 90% (przypadek przenośnika Kalti Indonezja, jest związany z ty, że przenośnikie ty transportuje się rocznie 30 ln ton węgla przez 360 dni w roku przy 20-godzinny dniu pracy); Rys. 4. Opór toczenia przy wgniataniu w funkcji teperatury [9] wyliczona trwałość taśy przenośnikowej przy 100 000 jej obiegów w przenośniku wynosi dla 250 dni roboczych w roku i 18-godzinnego dnia pracy od 30 do 38 lat, a dla przenośnika Kalti Indonezja, 12 lat (dla danych jak wcześniej podano). Dla roku składającego się z 360 dni roboczych wyliczona trwałość zniejszy się w stosunku 250/360 = 0,69 i wyniesie od 22,8 do 26,2 roku (tab. 4). Rekoendowane trwałości taśy wynoszą od 15 do 25 lat; w przypadku odstawy nosiwa wrażliwego na wpływy atosferyczne oraz w terenie o bardzo zróżnicowanej topografii (rzeki, góry, zakręty o ałych proieniach, duże wzniesienia i spadki) stosuje się alternatywnie rurowe przenośniki taśowe lub przenośniki taśowo-linowe; w przeważającej większości taśy o ałej szerokości, stosunkowo lekkie i o dużej wytrzyałości z rdzenie z linek stalowych z okładkai nośnyi ałej grubości i okładkai bieżnyi o specjalnych własnościach zniejszających opory toczenia przy wgniataniu taśy w krążniki, których częścią są opory tarcia tocznego (np. taśa Goodyear Easyrider), jest to wynikie tego, że pobór ocy napędów przenośnika jest funkcją asy taśy i własności okładek, z kolei asa taśy jest funkcją jej wytrzyałości i grubości okładek, stosując różne tworzywa polierowe na okładki ożna uzyskać opory toczenia przy wgniataniu taśy w krążniki nieznacznie wzrastające ze wzroste obciążenia pionowego (rys. 4) i ze spadkie teperatury otoczenia (rys. 5) [2,8,9,12]; w tych przenośnikach są stosowane odcinki taśy o dużej długości, od 500 do 1200 w celu zniejszenia liczby połączeń, a także długie i wytrzyałe połączenia taśy; do czyszczenia taś stosuje się różnego rodzaju skrobaki, a także odwracanie taśy w dolnej gałęzi (ożna stosować ładowarki na podwoziach gąsienicowych do czyszczenia przepadów);
46 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA Tabela 3 Długie energooszczędne górnicze przenośniki taśowe transportujące nosiwo po nachyleniu Długość Wysokość Wydaj ność t/h szerokość Taśa typ N/ prędkość /s Moc napędów kw Urobek Wykorzystanie przekroju poprzecznego % Wyróżnik ocy kw/ Miejsce zainstalowania 1860 +385 1500 1,4 ST 4500 do 4,2 3 1 860 węgiel 35 do 46 1,387 KWK Marcel Polska 16 800 +475 2270 1,22 ST 5400 6,1 4 2052 olibdenu 42 0,489 Henderson PC-2 USA 5905-536 (śr.-4,5 ) 8700 1,8 ST 7800 6 5* 2500 iedzi 52-2,12 Los Pelabres Chile** 3775 +591 (+9 ) 2400 1,4 ST 6600 5 3 2 1000 węgiel 56,3 +1,589 Ensdorf pochylnia 40.10 Niecy * w 2006 r. w dwóch przenośnikach zainstalowano dodatkowo po jedny zespole napędowy silnik, przekształtnik, transforator i średnionapięciowe urządzenie przełączające; ** napęd przenośnika następuje tylko, gdy na taśie znajduje się niej niż 800 t rudy, w przypadku większego obciążenia przenośnik jest haowany z odzyskie energii; wszystkie trzy przenośniki generują 19 MW ocy elektrycznej Rys. 5. Opór toczenia przy wgniataniu w funkcji obciążenia pionowego taśy [9] przykrycia tunelowe długich przenośników w celu ochrony gałęzi nośnej taśy przed wiatre, teperaturą oraz deszcze i śniegie; stosowane są wykładziny guowe lub ceraiczne bębnów napędowych; w taśę wwulkanizowane są transpondery ułatwiające kontrolę stanu taśy; specjalne stacje załadowcze ograniczające zużycie nośnej okładki taśy, z reguły na taśę podawana jest ściśle określona struga nosiwa z użycie wagi przenośnikowej i poprzedzającego zbiornika przesypowego. Najdłuższy na świecie przenośnikie taśowy jest przenośnik taśowo-linowy (tzw. Cable Belt Conveyor) o długości 30 k i wydajności około 2500 t/h zainstalowany w Australii do transportu boksytu. Przenośnik PVL (prefored for variable load) z linai typu triton (lina stalowa ze splotkai w oprawie z kopozytu tworzywa sztucznego, elastyczna, o charakterystyce tłuiącej obciążenia dynaiczne i ałej powierzchni kontaktu z taśą) lub zebra i taśą wstępnie wygiętą charakteryzuje się dużą liczbą zalet opisanych przez Metso Minerals. Jednak wg Matona [10], który porównywał tego typu przenośnik z przenośnikie taśowy budowy klasycznej, bardziej korzystny rozwiązanie jest przenośnik z nieckowy ułożenie taśy. Proble ten jest jednak w dalszy ciągu dyskutowany. Warto zauważyć, że wdrożenie przenośnika taśowolinowego o długości 15 k i wzniosie 1 k w kopalni węgla kaiennego Selby (Wielka Brytania) napotykało na duże trudności. 4. DŁUGIE ENERGOOSZCZĘDNE GÓRNICZE PRZENOŚNIKI TAŚMOWE TRANSPORTU- JĄCE NOSIWO PO NACHYLENIU Przenośniki taśowe transportujące nosiwo po nachyleniu są wyposażone w specjalne układy zwiększające bezpieczeństwo ich pracy. Przykłady tych przenośników taśowych podano w tab. 3. W kopalni Marcel w arcu 2008 r. wdrożono nowoczesny (według projektu wstępnego autora) przenośnik taśowy wznoszący (rys. 6) do transportu urobku węglowego w ilości około 10 000 t/d z poziou 400 w części arklowickiej na powierzchnię do zakładu echanicznej przeróbki węgla. Nachylenie przenośnika taśowego o regulowanej prędkości wynosi +12. Napędy są wyposażone w echaniczne haulce tarczowe i sprzęgła przeciwpowrotne. Przenośnik ten jest zasilany ze zbiornika przesypowego poprzez przenośnik taśowy z zainstalowaną wagą elektroniczną. Bogato jest wyposa-
Nr 3(469) MARZEC 2010 47 Rys. 6. Dyspozytornia energoechaniczna z systee sterowania, autoatyzacji i wizualizacji pracy agistrali przenośnikowej (KWK Marcel, 2008 r. [4]) Rys. 7. Scheat odstawy przenośnikai taśowyi PC-1, PC-2, PC-3 w kopalni rudy olibdenu Henderson, USA [7] żony syste autoatyzacji, sterowania i wizualizacji zespołu przenośników taśowych z rejestracją 3200 inforacji w dyspozytorni energoechanicznej, pochodzących od różnych czujników włączonych w syste upadowej odbiorczo-transportowej [4]. Przedstawiciel producenta krążników dla przenośników taśowych PC-1, PC-2 i PC-3 kopalni Henderson [7], rys. 7, stwierdza, że ałe wartości oporów głównych ruchu przenośnika PC-2 są wynikie: bardzo ałych oporów ruchu krążników (ocenianych
48 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA Rys. 8. Energooszczędny górniczy przenośnik taśowy transportujący po nachyleniu z odzyskie energii elektrycznej (kopalnia rudy iedzi Los Pelabres, Chile [13]) na 1 N), których w ty przenośniku jest 5500, zwiększonej średnicy ( 219 ) i długości krążnika środkowego w zestawie nośny oraz specjalnej okładki bieżnej taśy ST5400 (firy Continental Cloutch) o ałych oporach toczenia przy wgniataniu. Zdanie autora przyczynia się do tego także wzrost siły napięcia taśy przenośnika pracującego po wzniosie ( 3%) trasy, zwiększony rozstaw zestawów krążników nośnych ułożonych w idealnie prostej linii i ałe wykorzystanie noinalnej powierzchni przekroju poprzecznego urobku na taśie ( 42%) oraz duża prędkość taśy. Poiary wykazały, że przenośnik PC-2 podczas ruchu pod obciążenie pobiera oc wynoszącą 6490 kw, co stanowi 79% ocy zainstalowanej 8208 kw, dzięki czeu uzyskano także zniejszenie ilości CO 2 wytwarzanego przez elektrownię. Wzrostu poierzonej wartości współczynnika f = 0,008 (wg DIN22101) należy się spodziewać w okresie ziowy. W przenośniku PC-2 uzyskano zniejszenie głównych oporów ruchu o około 30% i ocy o około 15%. W kopalni rudy iedzi Los Pelabres (Chile, rys. 8) zastosowano długie górnicze przenośniki taśowe pracujące po upadzie ( 4,5 ): CV-005, CV-006 i CV-007 o łącznej długości 12 653 [6] i różnicy wzniesień 1310. Przenośniki te przechodzą przez syste tuneli. Ostatni przenośnik taśowy jest wyposażony w końcową zwrotnię rozładowczą, która oże wysuwać się do przodu i do tyłu o 100. W warunkach załadowania przenośniki są haowane, a silniki elektryczne o łącznej ocy 30 000 kw (5 2500 + 5 2500 + 2 2500 kw) pracują jako generatory, przekazując energię elektryczną do sieci. Silniki są sterowane przeiennikai częstotliwości, a odpowiednio dobrane rapy przyśpieszenia i opóźnienia powodują łagodny rozruch i haowanie przenośników. Syste napinania taś w tych przenośnikach jest ciężarowy. Fira Sieens do określenia procedur zatrzyania potężnych przenośników taśowych opadających wykorzystała odele syulujące dynaikę przenośników. Do zatrzyania przenośników w przypadku awarii sieci zasilającej, energię elektryczną generowaną przez silniki autoatycznie przekierowuje się do olbrzyich rezystorów, a dodatkowo uruchaia się syste 13 haulców tarczowych działających na średnicy 2,5. Przenośniki zostają zatrzyane w ciągu 70 s. W tych przenośnikach taśowych (tab. 3) energooszczędność wynika z: bardzo ałej wartości tzw. fikcyjnego współczynnika tarcia f 0,008 0,01 (ujującego opory toczenia przy wgniataniu, opory falowania nosiwa i opory przeginania taśy oraz opory ruchu krążników) wynikającej z szybkiego zwiększania lub zniejszania się siły napięcia taśy, optyalizacji zestawów krążników i ich rozstawów oraz idealnej prostoliniowości trasy, odzysku energii elektrycznej w przenośnikach taśowych haowanych (a także ograniczenia eisji CO 2 w elektrowniach), braku krzywizn pozioych, innowacyjnych technologii obsługi przenośników taśowych z wykorzystanie zaawansowanych technik inforatycznych, innych czynników wyienionych odnośnie tab. 2. 5. TRWAŁOŚĆ TAŚMY PRZENOŚNIKOWEJ W DŁUGICH ENERGOOSZCZĘDNYCH GÓRNICZYCH PRZENOŚNIKACH TAŚMOWYCH Ważny czynnikie związany z energooszczędnością przenośników taśowych jest poprawa trwałości taśy. Poprawne warunki pracy długiego przenośnika taśowego i nosiwo o ałych własnościach ściernych pozwalają na uzyskiwanie trwałości taśy przekraczającej 200 000 cykli (rozdz. 2). Producenci taś przeważnie dają gwarancje na taśy do długich przenośników na okres do 15 lat. Wyliczoną trwałość taśy przenośnikowej dla długich energooszczędnych górniczych przenośników taśowych (tab. 1, 2 i 3) przy przyjęciu 100 000 cykli obiegu taśy wzdłuż przenośnika zestawiono w tab. 4.
Nr 3(469) MARZEC 2010 49 Trwałość taśy przenośnikowej w długich przenośnikach taśowych Tabela 4 Miejsce zainstalowania przenośnika Wyliczona trwałość taśy dla 100 000 jej obiegów w przenośniku lata uwagi Przyjęte lub zbadane wartości fikcyjnego współczynnika tarcia f Curagh Nord Suferfontein CV03 Kalti Pria Coal Channar Isibonelo 22,83 26,19 11,89* 21,23 24,5 18 h/d; 360 d/r 0,012 0,013 wg CEMA 0,07 0,0175 Marcel 11,0 10 000 t/d; 12 h/d; 250 d/r Henderson C-2 36,4 29 000 t/d; 14 h/d; 300 d/r 0,008 Los Pelabres, Chile 15,3 100 000 t/d; 12 h/d; 300 d/r Ensdorf 0,0115 próżny 0,0175 załadowany * dla pracy 20 h/dobę i 360 dni/rok Rys. 9. Przykład zniejszenia oporu toczenia przy wgniataniu dzięki zwiększonej średnicy krążnika środkowego i około 50% wykorzystaniu noinalnej powierzchni przekroju poprzecznego nosiwa na taśie 6. DOBÓR PRĘDKOŚCI TAŚMY DLA DŁU- GIEGO ENERGOOSZCZĘDNEGO GÓRNI- CZEGO PRZENOŚNIKA TAŚMOWEGO Proponuje się stosowanie następujących kryteriów w doborze prędkości taśy do długich przenośników taśowych: Do pierwszego kryteriu należy dobór szerokości taśy z uwzględnienie wielkości brył urobku, a następnie dla założonej wydajności Q v, 3 /h dobiera się prędkość taśy v, /s. W ty doborze uwzględnia się to, że powierzchnia przekroju noinalnego F n, 2 jest wykorzystana tylko w granicach 50% (rys. 9). Zate 2 Qv v /s (1) 1 Q v teor v 1/s gdzie (Q v teor ) v=1/s z tablic [6].
50 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA Krążniki w długich energooszczędnych górniczych przenośnikach taśowych Tabela 5 Miejsce zainstalowania Channar* Australia KWK Marcel Polska Henderson PC-2 USA Los Pelabres **Chile typ guowotekstylna B=1,05 ST 4500 B=1,4 ST 5400 B=1,22 ST 7800 B=1,8 Taśa prędkość /s 4,1 0 4,2 6,1 6,0 Nosiwo t/ 3 żelaza 2,2 Krążniki, Rozstaw Kąt nachylenia krążników, stopnie nośne dolne zestawów d n d p krążników, obroty, 1/in nośnych dolnych nośnych dolnych n n 179 437,5 węgiel 133 1,3 603, 2 219/152 olibdenu 1,8 532/ 766 194/159 iedzi 1,7 590/ 721 n p 142 515,2 133 603,2 152 766 159 721 35 10 1,75 3,5 30 10 1,5 3,0 30 2,1 4,2 40 10 0,7 2,1 * rocznie wyienia się od 1 do 2% krążników. **odzysk energii elektrycznej z haowania przenośników; w 2007 r. uzyskano 90 ln kwh, co stanowiło 15% zapotrzebowania przez kopalnię na energię elektryczną, ograniczono równocześnie wydzielenie się ponad 50 000 t CO 2 Następny kryteriu jest trwałość taśy przenośnikowej. Okres trwałości 25 lat obowiązuje dla bardzo długich przenośników taśowych, w których prawidłowo podaje się nosiwo na taśę, a dobrze wykonane połączenia odcinków taś ają trwałość rzędu 30 lat. Dolny okres trwałości 15 lat dotyczy taś zainstalowanych w przenośnikach o bardzo dużej wydajności, gdy F F n, 2 i ich pracy przez 360 dni w roku. Czas cyklu taśy wynosi t c 2 L / v s (2) Liczba cykli na dobę n cd 1 24 Tprzerw 3600 cykli/d (3) t c Docelowa trwałość taśy wnosi około N = 100 000 cykli, która powinna być zrealizowana w okresie od 14 do 25 lat przy liczbie dni roboczych w ciągu roku T drr, (np. 250, 310 itp.). Po przekształceniach otrzyuje się: N 2 L v /s (4) 2 15 25 T 24 3600 drr T przerw gdzie L oznacza długość przenośnika w etrach. Kolejny kryteriu są obroty krążnika (600 700) 1/in powiązane z jego średnicą d, (rys. 10), przy czy v 3 600 700 d 60 /s (5) Rys. 10. Średnice krążników norowych i zależne od prędkości taśy przy różnych obrotach W przypadku dużych prędkości taśy (6 lub 7 albo 8 /s) wnikliwej analizy wyaga dobór średnicy krążników z uwzględnienie: geoetrii ułożenia krążników w zestawie nośny, rozstawu zestawów krążników, stabilności nosiwa podczas ruchu taśy nad zestawe krążników [6], teperatury otoczenia, bezwładności i oporów ruchu krążników. Znając dobraną prędkość taśy należy następnie określić rozstaw krytyczny zestawów krążników, aby nie dopuścić do rezonansu poprzecznych drgań własnych taśy ze źródłe wyuszeń. Poocą ogą być dane z tabeli 5. Z punktu widzenia ekonoicznego korzystne są duże prędkości taśy przy jej ałej szerokości. Oczywiście na wartość prędkości taśy ają wpływ także i inne czynniki: budowa taśy taśy z rdzenie z linek stalowych dopuszczają stosowanie większych prędkości aniżeli taśy z rdzenie tekstylny (nie więcej niż 4 /s), rodzaj transportowa-
Nr 3(469) MARZEC 2010 51 nego nosiwa i jego uziarnienie (przeważnie przenośniki są otoczone powłokai ochronnyi przed słońce, wiatre, roze, deszcze), prostoliniowość trasy przenośnika i łuki o dużych proieniach, poprawny załadunek nosiwa na taśę. 7. UWAGI KOŃCOWE Opisana w pracy analiza światowych doświadczeń w dziedzinie energooszczędnych górniczych przenośników taśowych nie obejuje wszystkich probleów w ty przediocie. Wyienić tutaj należy zależność sił tarcia tocznego przy wgniataniu od własności fizycznych polierów, których zastosowanie na okładki bieżne powinno zniejszyć główne opory ruchu w różnych warunkach ruchowych i kliatycznych. W celu uzyskania energooszczędności projekt przenośnika taśowego powinien być potraktowany całościowo, z uwzględnienie napędów, taśy, prędkości taśy, stacji załadowczych, konstrukcji trasy, krążników i ich zespołów. Energooszczędność przenośnika to nie tylko zniejszone koszty eksploatacji, ale także znaczne ograniczenie eisji dwutlenku węgla. Zużyciu 1 kwh odpowiada wygenerowanie w elektrowni około 0,28 kg CO 2. Zniejszenie ilości stali do budowy przenośnika skutkuje także zniejszenie eisji CO 2. Z uwagi na prawie powszechne stosowanie przenośników taśowych w kopalniach podzienych i odkrywkowych proble redukcji zużycia energii przez te urządzenia staje się jedny z wiodących w najbliższych dziesięcioleciach i wyaga podjęcia szeregu badań i poiarów. Osobnego potraktowania naukowego i technicznego wyaga energooszczędność stosunkowo krótkich górniczych przenośników taśowych (długości 400 600 ) oraz przenośników o znacznej długości i pełny wykorzystaniu powierzchni noinalnej nosiwa na taśie. W ty obszarze jedny z pierwszych kroków powinno być zastosowanie silników elektrycznych o bardzo wysokiej sprawności (firy Dael) do napędu przenośników oraz taś o zniejszonej sile tarcia tocznego przy wgniataniu (firy FTT Stoil Wolbro S.A.). Wykazała to eksploatacja taśy ST 3150 zainstalowanej w przenośniku wznoszący krzywoliniowy w KWK Jankowice [5]. Przykłady te wskazują, że pewne grupy wytwórców poważnie podchodzą do probleu zniejszenia energochłonności górniczych przenośników taśowych. Literatura 1. Antoniak J.: Sposoby zniejszania energochłonności odstawy urobku i podwyższenia trwałości zespołu oraz eleentów przenośników taśowych, Proceeding of the School of Underground Mining 2000 Polish Acadey of Sciences, vol. II, Cracow 2002. 2. Antoniak J.: Przenośniki taśowe. Wprowadzenie do teorii i obliczania. Wydawn. Pol. Śl., Gliwice 2004. 3. Antoniak J.: Budowa przenośników taśowych zapewniających energooszczędną odstawę urobku węglowego. Mechanizacja i Autoatyzacja Górnictwa 2001, nr 11. 4. Antoniak J.: Transport taśowy i koncentracja wydobycia podstawą współczesnego odelu polskiej kopalni węgla kaiennego. Monografia. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2009. 5. Antoniak J.: Górnicze przenośniki taśowe nowej generacji energooszczędne i niezawodne. Zeszyty Naukowe Pol. Śl. seria Górnictwo z.257. Gliwice 2003. 6. Antoniak J.: Przenośniki taśowe w górnictwie podzieny i odkrywkowy. Wyd. I, II-2006, III-2007. Wydawn. Pol. Śl. Gliwice. 7. Chadwick J.:Moly aster. International Mining, May 2009. 8. Hager M., Overeyer L., Scholl F.: Badania aspektów tarcia tocznego przy wgniataniu dla przenośników taśowych, część I. Powder & Bulk, nr 4/2009. Tarcie toczne przy wgniataniu dla przenośników taśowych, część II. Powder & Bulk, nr 5/2009. 9. Kropf-Eilors A. i in.: Energy-optiized Conveyor Belts. Bulk, Solids, Handling, 1/2009. 10. Maton A.: Overland Conveyors: Cable or Trough Belt. Bulk, Solids, Handling, 3/2009; Overland Conveyors. Bulk, Solids, Handling, 5/2009. 11. Nordell L.K.: Overland Conveyors Designed for Efficient Cost and Perforance. Bulk, Solids, Handling 1/2006. 12. Zaorano S.: Reducing Energy Consuption on Overland Conveyors. Engineering and Mining Journal, June 2009. 13. www.beumer.co; www.e-j.co.