Problematyka transportu kruszyw przenośnikami taśmowymi w górnictwie odkrywkowym

Ogólny podział przenośników taśmowych w górnictwie odkrywkowym

W górnictwie odkrywkowym można spotkać wiele rodzajów przenośników taśmowych. Każdy z nich pełni inną funkcję. Może być to związane między innymi z odmiennymi warunkami pracy czy samą budową przenośnika. Ich budowa różni się w zależności od tego, czy są zabudowane w maszynie, czy pełnią one prostą funkcję odstawczą – przenośniki poziomowe.

Przenośniki taśmowe są wykorzystywane w wielu maszynach. Jedną z nich są koparki kołowe, służące do urabiania surowca sypkiego. W maszynie tej wykorzystywanych jest kilka typów przenośników taśmowych: odbierający urobek z koła wielonaczyniowego (a), teleskopowo-ładujący (b), zrzutowy (c), ścierowy (d), wygarniający urobek spod zbiornika przesypowego (e) [1]. Każdy z tych przenośników, oprócz teleskopowego ładującego, ma zamontowane boczne blachy prowadzące zabezpieczające urobek przed wypadaniem poza trasę przenośnika.

Koparki kołowe typu zwartego wyposażone są w przenośniki taśmowe mające taśmę o szerokości do 1,8 m i prędkości do 5 m/s. Największe z koparek mają przenośniki taśmowe, których szerokość sięga 3,2 m, a prędkość taśmy dochodzi do 5 m/s. Szybkość taśmy jest ograniczona, aby jej nie uszkodzić oraz ze względu na duże bryły urobku [1]. Przenośniki taśmowe znajdujące się w koparkach czy zwałowarkach mają długość 100-250 m.

Przenośniki taśmowe pełniące funkcję głównych ciągów odstawczych wyznaczane są pod względem sposobu zabudowania. Należą do nich przenośniki:

• stacjonarne, instalowane na dłuższy czas,
• przejezdne, przesuwne.

Przenośniki stacjonarne zaopatrywane są w stację czołową stacjonarną bądź czołową przesuwną/przejezdną poruszającą się na szynach. Zaś przenośniki taśmowe przejezdne posiadają stację czołową przesuwną na nienapędzanych podwoziach gąsienicowych. Ponadto przesuwane są za pomocą transporterów gąsienicowych. Przenośnik taśmowy przesuwny dostosowany jest do przesuwania poprzecznego podczas wydobycia.

Przenośniki taśmowe można także rozróżnić ze względu na kształt taśmy nośnej. Najbardziej typowym rozwiązaniem jest zastosowanie płaskiego kształtu taśmy, jednakże w przypadku szerokiej taśmy stosuje się kształt nieckowy. Uzyskuje się go dzięki zastosowaniu zestawu dwukrążkowego bądź trójkrążkowego o nachyleniu krążników pod kątem 40-45° [1].

W przypadku zwiększonych kątów nachylenia przenośnika stosuje się taśmę korytkową z progami, w ten sposób zabezpieczamy urobek przed staczaniem się.

Czynniki wpływające na dobór przenośników taśmowych

Dobranie odpowiedniego przenośnika taśmowego jest zależne od wielu aspektów, jednak na jego ogólny kształt ma wpływ kilka decydujących czynników, jak właściwości przewożonego materiału, wymagany kąt nachylenia lub konieczność ochrony środowiska. Główny element roboczy przenośnika to taśma, której dobór związany jest między innymi z rodzajem transportowanego materiału. Jego właściwości określają: kształt niecki taśmy, jej skład oraz charakterystykę, prędkość czy szerokość [1].

Charakterystyka nosiwa składa się z takich własności, jak: łatwość samostaczania się, uziarnienie, ostrość krawędzi, przylepność, gęstość bądź skłonność do zmiany pod wpływem warunków atmosferycznych. Czynniki te określają gęstość usypową czy maksymalne nachylenie, które nie będzie powodować samostaczania się materiału. Wpływają one na rodzaj zastosowanej taśmy, jej prędkość oraz zastosowanie obudowy. Typ wykorzystanej taśmy oraz jej prędkość zmienia się pod wpływem kąta, pod którym będzie miała miejsce odstawa. Dla kąta 20° używa się zazwyczaj taśmy płaskiej, dla większego kąta są to już taśmy z progami, wzorami na okładce, taśmy przykrywające lub skrzynkowe. Dla kąta odstawy wynoszącego 90° stosuje się przenośniki kubełkowe lub kieszeniowe [2].

Napędy przenośników taśmowych

Głównym zadaniem mechanizmu napędowego jest wprawianie w ruch taśmy przenośnikowej. Do osiągnięcia tego celu konieczne jest zastosowanie silników o mocy, która pokona opory ruchu przenośnika oraz utrzyma ją w wymaganej przez nas prędkości. Ważnym aspektem jest także zapewnienie jak najłagodniejszego rozruchu w celu uzyskania jak najmniejszego napięcia taśmy. Kolejną funkcją napędu przenośnika jest możliwość hamowania. Jest to konieczne dla przenośników pracujących pod nachyleniem i pozwala na regulację prędkości taśmociągów pracujących na upadzie oraz możliwości utrzymania przenośnika w bezruchu niezależnie od kąta nachylenia [1].

Napędy przenośników (rys. 1) muszą odznaczać się mocną budową, gwarantującą jak najmniej awaryjną pracę. Są one narażone na duże ilości rozruchów bądź hamowań, dlatego konieczne jest stosowanie układów diagnostyki oraz odpowiedniego chłodzenia w celu zmniejszenia nagrzania lub hałasu napędu. Napęd musi zapewniać odpowiednie sprzężenie cierne z taśmą, tak by nadać taśmie siłę pociągową bez większych strat w energii oraz przy jak najmniejszym jej napięciu. W przypadku, kiedy taśma spełnia tylko zadanie nośnika, a jest ona napędzana przez inne medium, jak np. łańcuch bądź lina, napędy muszą być do tego specjalnie dostosowane. Mechanizm napędowy zamontowany jest zazwyczaj w stacji czołowej, lecz w niektórych rozwiązaniach usytuowany jest on również w stacji końcowej [1].

Aby wspomóc pracę przenośnika, możliwe jest zastosowanie napędów pośrednich. Napęd na stacji czołowej lub zwrotnej może być jedno- albo wielobębnowy. Napędy wielobębnowe stosuje się w celu zwiększenia kąta opasania taśmy, co zwiększa tarcie pomiędzy nią a okładką bębna, dając większe sprzężenie cierne. Zastosowanie kilku bębnów napędowych powoduje jednak powstanie problemu, jakim jest ich nierównomierna praca. Prowadzi to do różnego obciążenia na bębnach oraz straty energii, a przyczyna tego kłopotu może leżeć na przykład w różnych charakterystykach silników, właściwościach taśmy, niezgodnym przełożeniu obu przekładni bądź też w złej budowie napędu. W celu wyeliminowania tego problemu stosuje się specjalne rozruchowe systemy [1].

Warunki określające kierunek modernizacji przenośników taśmowych

Do transportu materiałów w kopalniach odkrywkowych wykorzystuje się przenośniki taśmowe, których największym mankamentem jest pobór mocy. Mimo że to często najbardziej opłacalny środek transportu surowców, do jego utrzymania przeznaczana jest ponad połowa energii wykorzystywanej w całej kopalni. Odpowiednia modernizacja przenośnika, mająca na celu zmniejszenie jego poboru pomocy, pozwoliłaby nie tylko zaoszczędzić mnóstwo środków finansowych kopalni, lecz także zmniejszyć emisję trujących substancji do środowiska [3].

Dobrym przykładem do opisania sposobu usprawnienia przenośnika jest kopalnia odkrywkowa w Bełchatowie, w której długość taśmociągów wynosi ponad 120 km. W związku z tym konieczna jest ich dokładna analiza, której celem jest określenie strat energii w każdym jego elemencie składowym [3].

Głównym elementem pobierającym energię w przenośniku taśmowym jest jego napęd. To właśnie obniżenie jego mocy, przy zachowaniu tej samej prędkości taśmy, jest zadaniem naukowców. Można tego dokonać, wykorzystując badanie oraz analizę oporów ruchu na drodze taśmy. Do zmierzenia oraz późniejszego porównywania oporów można zastosować metodę polegającą na określeniu drogi, jaką pokona taśma po odłączeniu napędu [5].

Wg badań przedstawionych w pracy [3] największy opór w działaniu przenośnika stawiają krążniki, a dokładnie opór przy toczeniu się na nich taśmy (We) oraz ich obracaniu (Wk), choć dodać trzeba także opory związane z falowaniem urobku (Wf), przeginaniem się taśmy (Wr) oraz tarciem na styku taśmy i krążnika (Ws). Udział oporów zaznaczono na wykresie (rys. 2).

Opór generowany przez krążnik zależy od jego konstrukcji, rozstawu oraz zastosowanego uszczelnienia [5]. W kopalniach odkrywkowych, prowadzących eksploatację na rozległym obszarze, wykorzystywanych może być kilkaset tysięcy krążników i jak przedstawiają wyniki badań, ulepszenie ich znacząco wpłynęłoby na pobór mocy napędu. Opór powstały na styku taśmy z krążnikiem można zmniejszyć poprzez zmianę właściwości taśmy, a w szczególności zmianę okładki bieżnej [5].

Sposób realizacji przyjętej koncepcji modernizacji

Opór toczenia taśmy po krążnikach może wynosić nawet 60% wszystkich oporów generowanych w drodze taśmociągu i według analiz przedstawionych w pracy [5] zmiana grubości 14-milimetrowej okładki bieżnej taśmy na taśmę o połowę cieńszą (2), przy zastosowaniu energooszczędnej mieszanki gumowej o zmienionych właściwościach (7), dałaby zadowalający efekt w postaci zmniejszonego oporu (8) (rys. 4). Badania dowiodły, że największy spadek oporu można uzyskać poprzez poprawę oporu obracania się krążników, a konkretnie – dobranie najkorzystniejszego smaru, zmianę uszczelnienia na ferromagnetyczne oraz zwiększenie dokładności jego wykonania, a także w wyniku polepszenia mocowania łożyska (9) (rys. 4) [5]. Oszczędność mocy napędu można uzyskać poprzez zmianę w cięgnie górnym przegubowych zestawów krążników na sztywne (1), zmianę kąta niecki z 45° na 40° (4) lub na 35° (6) oraz jak największe obniżenie zbiegania bocznego taśmy (3) (rys. 3).

Podsumowanie

Przenośniki taśmowe służą do transportu materiałów, głównie sypkich, jak również ziarnistych. Są one bardzo wydajne, koszty eksploatacji przy użyciu przenośników taśmowych są także niskie. Podczas wydobycia surowca utrzymuje się stała prędkość przenosin surowców. Wadą użytkowania przenośników taśmowych jest bardzo duży koszt taśmy przenośnikowej, która również często się zużywa.

Przenośniki taśmowe, oprócz przenoszenia materiału, wspomagają pracę linii produkcyjnych. Ich budowa jest zależna od zadań, miejsca ich instalacji czy warunków pracy, w jakich się znajdują. Można spotkać się z przenośnikami taśmowymi pracującymi z koparkami kołowymio dbierającymi urobek z koła wielonaczyniowego, teleskopowo-ładującymi, zrzutowymi, ścierowymi czy wygarniającymi urobek spod zbiornika przesypowego. Ponadto występują również przenośniki taśmowe stacjonarne – instalowane do pracy przez dłuższy czas, oraz przenośniki taśmowe przesuwne, na podwoziu gąsienicowym.