Преимущества вертикальных конвейерных систем POCKETLIFT® и POCKETROPE®

J.W. Paelke, R. Gunther (Германия) и F. Kessler (Австрия)


Вертикальная конвейерная система транспортировки сыпучих материалов POCKETLIFT®, обеспечивающая подъем и спуск материалов на высоту до 500 м, основана на использовании основных элементов технологий изготовления системы лент FLEXOWELL® (более 60 тыс. установок по всему миру) и высокопроизводительных ковшовых элеваторов. Основной целью создания системы POCKETLIFT® было обеспечение высокопроизводительной вертикальной транспортировки объемных массовых потоков материала с горизонтальной погрузочной станции на максимально возможные высоты при минимальных затратах на материалы и энергию, а также отсутствия негативного воздействия на окружающую среду.

Достижение данной цели ограничивалось только пределом прочности металлотросовых лент, необходимостью обеспечения безопасности стыка ленты и требуемым объемом материала. Экономичные, не оказывающие отрицательного воздействия на окружающую среду, требующие небольшого объема технического обслуживания, со значительно сниженным энергопотреблением, высокой производительностью и долгим сроком службы - все эти качества системы POCKETLIFT® доказывают ее преимущество при работе с сыпучими материалами в областях международного туннелестроения и подземной добычи полезных ископаемых.

От системы POCKETLIFT® к системе POCKETROPE®

Система POCKETLIFT® обеспечивает высоту подъема и производительность, которые на сегодня недостижимы при использовании любых других систем непрерывной транспортировки. Широкая область применения этой системы, в частности, при разработке месторождений полезных ископаемых, подтвердила концепцию превосходства непрерывной вертикальной транспортировки по сравнению с периодической (цикличной).


Преимущества конструкции системы POCKETLIFT® основываются на высоком пределе прочности и небольшой массе составляющих ее элементов, работающих на растяжение, и сочетании различных вариантов соединения с испытанными ковшами системы POCKETLIFT® из цельной резины. Глубокие исследования по дальнейшему развитию системы POCKETLIFT® позволили элементы, работающие на растяжение, выполнять из канатов на базе волокон ара-мида (вместо металлотросо-вых лент, предел прочности которых вряд ли можно еще увеличить), которые при сравнимых пределах прочности весят примерно на 80% меньше стальных. Отношение натяжение/растяжение для этих канатов, которые не подвержены растяжению, является линейным, и растяжение в точке разрыва сравнимо с металлическими тросами [3].

После 6 миллионов испытаний на изгиб и испытаний системы под нагрузкой, воссоздающей нормальные рабочие условия, были получены основные конструктивные характеристики для канатных зажимных креплений ковшей, а также для отсоединяемых постоянных соединений.

Элементы предохраняют безударное шарнирное соединение вокруг канатных барабанов, а отсоединяемые постоянные соединения обеспечивают регулировку в случае различий в длине поставляемых арамидовых канатов, формирующих элементы, работающие на растяжение [4].

Необходимо отметить, что постоянные соединения арамидовых канатов являются отсоединяемыми и, следовательно, дают преимущества при монтаже и более удобную транспортировку отрезков канатов.


Следующим шагом в развитии является система POCKETROPE®, которая в основе своей представляет канатный конвейер, приводимый в действие фрикционным приводом в соответствии с принципом джекет-привода. Из множества возмож- < ных схем использования системы POCKETROPE® S-образная конфигурация является наиболее подходящей для транспортировки вне помещений на самые большие высоты (рис. 1, 2).

Система POCKETROPE® является новой разработкой компании Metso Minerals. В данный момент находится в стадии детальной доработки.

Канатный привод системы POCKETROPE® похож на используемый в системе POCKETLIFT® с двумя раздельно приводимыми дисками, соответствующие окружные скорости которых синхронизированы в допустимом диапазоне, так что сдвиг параллелограммного типа стренг (стренг - прядь каната, см. словарь Ушакова) и транспортера удерживается в управляемых пределах.
Отработанный электронный мониторинг стренги конвейера с преобразователями частоты приводов создают надлежащие условия для работы стренги.

Скорости транспортировки ограниче-гы способами надлежащей загрузки и необходимостью удовлетворительной разгрузки ковшей транспортера. Практический опыт работы с системой POCKETLIFT® показывает, что максимальная скорость ленты транспортера составляет 4 м/сек. Такой диапазон скоростей применим также и к системе POCKETROPE®, так как ковши имеют похожую форму и конструкцию. Специальные шарнирные соединения между поперечинами и стренгами каната допускают их поворот на 180° при сохранении ориентации ковшей как на грузовой ветви, так и на холостой. Следовательно, контакт между канатами и желобами канатных барабанов остается таким же как при вогнутом, так и при выгнутом прогибе.

При согласованных параметрах грузопотока и высоты подъема на сегодняшний день система POCKETROPE® поставляется в исполнениях, соответствующих четырем классам прочности. Последние различаются по числу арамидовых стренг в канатах на обеих сторонах.
Действующие ограничения по грузопотоку в зависимости от высоты подъема представлены на рис. 3, причем требования техники безопасности были учтены коэффициентом безопасности равным 10.


Сравнение непрерывной конвейерной и цикличной транспортировки сыпучего материала

Представленная ниже информация получена на карьерах и шахтах в Южной Африке, Намибии и США.

Цикличная (порционная) транспортировка с использованием скипового подъема и последующим вывозом материала большегрузными самосвалами сравнивалась с непрерывной конвейерной транспортировкой системами POCKETLIFT® Тип II и POCKETROPE® Тип III.

Капитальные затраты на конвейерную, скиповую или автотранспортную системы, полученные в различных странах, были пересчитаны в евро. При этом, для корректности сравнения в исследовании используются средние значения цен на энергию в Европе, которые, как известно, отличаются в разных странах. Цена на дизельное топливо принята в размере 0.65 Евро/литр, а стоимость электроэнергии -0.03 Евро/кВт-час. Отдельно учитывались затраты на подключение электроэнергии к станции общего пользования, которые определялись для всей установки в каждом конкретном случае.

При сравнении капитальные затраты на строительство шахтного ствола были приняты с учетом характеристик пород, представленных в месторождении (классы I-VII, табл. 1).

Сравнение затрат на транспортировку сыпучих материалов системой POCKETLIFT® Тип II при высоте подъема в 300 м с комплексом «скиповой подъем - большегрузные самосвалы»

В этом исследовании применяемая в настоящее время на шахте конвейерная система POCKETLIFT® Тип II сравнивается с системой «скиповой подъем - большегрузные самосвалы». Производительность шахты составляет 28.8 тыс. т/сутки (при двухсменной работе) или 818 м3/ч при плотности породы 2.2 т/м3. Рабочее время в году - 5.8тыс. часов.
Капитальные затраты на строительство шахты были определены для всех видов транспортировки, учитывая классы горных пород I-VII (табл.1).


Система POCKETLIFT® Тип II в шахте диаметром 4.27 м

Схема подъема горной массы с использованием конвейерной системы POCKETLIFT® Тип II представлена на рис. 4. Эта система свободно размещается в шахтном стволе диаметром 4.27 м и глубиной 300 м.

Капитальные затраты при проходке ствола диаметром 4.27 м

Для породного массива класса I и шахтного ствола диаметром 4.27 м затраты на его проходку составляют 4 тыс. Евро/м, а на проходку ствола в породном массиве класса VII - 19.5 тыс. Евро/м. В целом, для шахтного ствола, в зависимости от класса породного массива, эти расходы достигают соответственно 1.2 млн. Евро и 5.85 млн. Евро.

Капитальные и эксплуатационные затраты для системы крутонаклонного конвейера POCKETLIFT® Тип II

Капитальные затраты на систему крутонаклонного конвейера POCKETLIFT® Тип II с высотой подъема в 300 м и требуемое энергоснабжение шахты мощностью 1500 кВт (2000 л.с.) составляют 3.28 млн.Евро, включая силовые кабели.

Эксплуатационные расходы включают затраты на обслуживание и электроэнергию. Затраты на обслуживание можно принять приблизительно в размере 155 тыс. Евро/год. С учетом затрат на подключение к электростанции общего пользования в размере 394 тыс. Евро/год, включая необходимую мощность для шахты и годовое рабочее время, расходы на электроэнергию достигают 655 тыс. Евро/год.


Полные эксплуатационные затраты на систему крутонаклонного конвейера POCKETLIFT®, учитывая расходы на техобслуживание составят 810 тыс. Евро/год.

Капитальные и эксплуатационные затраты на ленточный конвейер, работающий на участке между системой крутонаклонного конвейера POCKETLIFT® и перерабатывающим предприятием

Капитальные затраты на ленточный конвейер, включая трансформаторную станцию для системы POCKETLIFT® и ленточного конвейера, достигают 1.84 млн. Евро. Расходы
на техобслуживание в сумме 55 тыс. Евро/год и стоимость электроэнергии в сумме 135 тыс. Евро/год образуют полные эксплуатационные затраты в сумме 190 тыс. Евро/год.

Система периодического подъема сыпучего материала с использованием скипового подъемника в стволе 9.15 м

Если система POCKETLIFT® Тип II может использоваться в стволе шахты диаметром 4.27 м, то скиповый подъемник требует диаметра не менее 9.15 м. Система подъема сыпучего материала с использованием скипового подъемника представлена на рис.4.

Капитальные затраты для ствола 9.15 м

Для породного массива класса I и ствола шахты диаметром 9.15 м при глубине ствола в 300 м удельные затраты на проходку шахтного ствола составляют 6 тыс. Евро/м, а для породного массива
класса VII - 40 тыс. Евро/м. В зависимости от класса породного массива капитальные затраты на строительство ствола достигают соответственно 1.8 млн. Евро и 12 млн. Евро.

Капитальные и эксплуатационные затраты для системы со скиповым подъемником

Капитальные затраты на систему со скиповым подъемником при высоте подъема 300 м и требуемой пропускной способности составляют около 6.56 млн. Евро. Ежегодные затраты на техобслуживание приняты в сумме 210 тыс. Евро.


Годовое энергопотребление в размере 15.66 млн. кВт определяется по требуемой мощности на приводном валу и времени эксплуатации. При цене 0.03 Евро/кВт-час годовые расходы на электроэнергию составят 470 тыс. Евро, а с уче-томподключения к электростанции общего пользования (710 тыс. Евро/год) полные затраты на электроэнергию достигнут 1.19 млн. Евро/год.

Система периодической транспортировки сыпучего материала с использованием тяжелых грузовых самосвалов

Расстояние транспортировки материала на большегрузных самосвалах по спиралевидной грузовой дороге при перепаде высот в 300 м и угле наклона в 13% составляет 2.3 тыс. м. Для расчета требуемого числа карьерных самосвалов принимается средняя скорость движения в 10 км/час.


Капитальные затраты на большегрузные самосвалы

Для выполнения грузооборота в 1.8 тыс. т/ч потребуется 16 карьерных самосвалов (минимальной грузоподъемности 55 т). Одна машина закладывается в резерв на случай ремонта и ТО. При цене 450 тыс. Евро одного самосвала и общем количестве 17 единиц капитальные затраты на грузовой транспорт достигают 7.65 млн. Евро.

Капитальные затраты на серпантинную дорогу

Затраты на дорогу шириной 20 м зависят от класса породного массива и достигают 1.5 тыс. Евро/м для породного массива класса I и 7.5 тыс. Евро/м для породного массивакласса VII. Для строительства внутрикарьерной серпантинной дороги длиной около 2.3 тыс. м, в зависимости от класса породного массива, капитальные затраты достигают соответственно 3.45 млн. Евро и 17.25 млн. Евро.

Общие капитальные затраты на транспортировку сыпучего материала с использованием тяжелых карьерных самосвалов достигнут 11.10 млн. Евро и 24.90 млн. Евро, соответственно.



Ежегодные эксплуатационные расходы на карьерные большегрузные самосвалы

Эксплуатационные расходы включают затраты на топливо, техобслуживание и зарплату персонала.

Ежегодные расходы на топливо достигают 1.745 млн. Евро и определены по удельному расходу топлива, пробегу и цене на топливо.

При данном количестве самосвалов, а также двухсменном режиме работы потребуется минимум 33 водителя. Ежегодные затраты на зарплату каждого водителя по расчетам составят 33.6 тыс. Евро. Это означает, что ежегодные расходы на оплату труда водителей достигают около 1.108 млн. Евро.

Ежегодные затраты на техобслуживание, включающие стоимость шин, запасных частей, зарплату обслуживающего персонала и содержание дороги, составят 680 тыс. Евро.

Сумма трех статей расходов дает полные эксплуатационные затраты на данный способ в размере 3.53 млн. Евро/год.

Полные эксплуатационные издержки на систему со скиповым подъемником, с учетом техобслуживания и эксплуатации, достигнут 1.39 млн. Евро/год.

Затраты на ленточный конвейер, установленный между скиповым подъемником и перерабатывающим предприятием, соответствуют значениям для системы POCKETLIFT®. Кроме того, этот способ транспортировки требует применения промежуточного бункера спитателем для ритмичной подачи материала на ленточный конвейер, а эти расходы не были включены в расчет при исследовании.

Итоги сравнения транспортировки сыпучих материалов системой POCKETLIFT® Тип II с комплексом «скиповой подъем -большегрузные самосвалы»

Результаты исследований по сравнению транспортировки сыпучих материалов системой POCKETLIFT® Тип II с комплексом «скиповой подъем - карьерные самосвалы» представлены в табл. 2 и на рис. 6. Анализ этих результатов показывает значительные преимущества использования конвейерной системы POCKETLIFT® Тип II.

Продолжение в №3'2006

Журнал "Горная Промышленность" №1 2006