Транспортирование насыпных материалов конвейерами большой протяженности

Andrew Lewis, генеральный менеджер, производственная линия «Транспортировка сыпучих материалов»
компании Metso Minerals (UK) Ltd., Англия
А.Л.Гребенешников, директор по маркетингу (Защита от износа и конвейеры),
ЗАО «Метсо Минералз РУС ЦО», Россия

В книгу рекордов Гиннеса среди прочих достижений человеческой цивилизации занесены и самые крупные инженерные сооружения, в том числе и три крупные транспортные системы. Первое и второе места в этом списке занимают самые протяженные на сегодняшний день однопролетные (одноставные) канатно-ленточные конвейеры длиной, соответственно, 30 км и 20 км, которые эксплуатируются с 1984 года на территории «Worsley Alumina Pty Ltd» (Западная Австралия). Третья позиция в этом списке принадлежит самому длинному в мире изгибающемуся конвейеру протяженностью 18 км, эксплуатирующемуся с 1987 г. на предприятии, разрабатывающем в районе Мертвого моря месторождение калийных руд (г.Содом, Израиль).


Подразделение «Транспортировка насыпных материалов» компании METSO MINERALS – мировой лидер по производству конвейеров большой протяженности.

В марте 1997 года компания Metso Minerals Bulk Materials Handling (в прошлом Svedala) приобрела активы группы компаний канатно-ленточных конвейеров Cable Belt и, тем самым, стала владельцем значительных достижений в области создания конвейеров большой протяженности. С начала реализации канатно-ленточной концепции в 1949 году, этот тип конвейера становится стандартом, по которому оцениваются все другие виды конвейеров при решении задач по транспортировке сыпучих материалов на дальние расстояния.

Вплоть до середины XX века любой конвейер длиной более 1 км считался высшим техническим достижением, и еще в 1953 году канатно-ленточный транспортер «установил» рекордное значение протяженности одного пролета – более 10 км. К 1967 году длина однопролетного конвейера достигла 9 км, а в 1971 году канатно-ленточный конвейер, введенный в эксплуатацию в Юнионтауне (штат Кентукки, США) протяженностью 14.6 км, относился к самой длинной системе. Это достижение оставалось высшим до 1984 г., когда были введены в эксплуатацию конвейеры «Worsley Alumina». Система в Юнионтауне, теперь принадлежащая Компании «Peabody Energy» и эксплуатирующаяся до сих пор уже 30 лет, будет сохранять лидирующее положение, по меньшей мере, еще лет десять при напряженной ее эксплуатации.

Характеристика некоторых из самых протяженных в мире канатно-ленточных систем конвейерного транспорта представлена в табл. 1.

Отметим, что конвейеры АО «Worsley Alumina» были введены в эксплуатацию почти 20 лет назад и до сих пор остаются непревзойденными по своим параметрам. Несмотря на интенсивные разработки систем и технологические новинки в области производства конвейеров традиционной конструкции (когда тяговое усилие передается несущей ленте), самой длинной одноставной конструкцией остается система протяженностью около 16 км, т.е. почти на половину меньше, чем самый длинный канатно-ленточный конвейер.

Однако однопролетные конструкции являются лишь частью комплекса, состоящего из нескольких конвейеров, объединенных вместе и образующих систему очень большой протяженности для транспортировки насыпных материалов. Теоретически длина транспортировки может увеличиваться до бесконечности.

Как выбирать конвейер и каковы альтернативные

варианты транспортирования насыпных материалов

Большим расстоянием транспортирования насыпных грузов можно считать расстояние от 10 км вплоть до 100 км. Максимальное, т.е. предельное для конкретного типа материала, расстояние устанавливается на основе сравнительных экономических расчетов альтернативных вариантов средств транспортировки. В этом диапазоне расстояний доставки насыпных материалов альтернативными вариантами выступают:     автомобильный грузовой транспорт; трубопроводный транспорт; железнодорожный транспорт; подвесные воздушно-канатные дороги.

Существуют многочисленные критерии, используемые при выборе оптимального варианта транспортирования из числа нескольких альтернативных. В большинстве случаев выбор транспортной системы осуществляется на основе учета следующих факторов:

•    стоимость самой системы;

•    стоимость монтажа системы;

•    стоимость эксплуатации системы.

Первые два фактора объединяют общую величину капиталовложений, а третий – стоимость эксплуатации и техобслуживания. Сумма всех затрат с учетом амортизации за время эксплуатации объекта дают полную или общую стоимость. Как свидетельствует практика, для транспортировки сыпучих материалов на большие расстояния наименьшей общей стоимостью обладают, в большинстве случаев, канатно-ленточные конвейеры.

Все альтернативные варианты транспорта характеризуются набором достоинств и недостатков (табл. 2). Автомобильный – мобилен и универсален, пригоден для небольших расстояний транспортировки и сроков эксплуатации. Однако он требует высоких эксплуатационных затрат. По трубопроводам можно осуществлять транспортировку на довольно большие расстояния. Этот вид транспорта относится к сравнительно безопасному для окружающей среды, но требующему высоких капитальных затрат при чрезвычайно низкой эксплуатационной эффективности, обусловленной высокими эксплуатационными расходами и большим потреблением энергии. По железным дорогам можно осуществлять транспортировку на дальние расстояния. Но ему также характерны высокие капитальные затраты и весьма ограниченные возможности преодолевать уклоны и подъемы, что в конечном итоге приводит в высоким эксплуатационным затратам на перевозку. По подвесным воздушно-канатным дорогам можно осуществлять транспортировку на дальние расстояния и по резко пересеченной местности, но его транспортные сосуды имеют малую вместимость и грузоподъемность. Конвейерный транспорт, в свою очередь, отличается наименьшими эксплуатационными затратами, но требует существенно больших начальных капиталовложений.

Известно, что общим для всех видов транспорта является обязательность приобретения права на прокладку трассы транспортной магистрали по чьей-либо территории. Неизбежная необходимость этой процедуры может сама по себе исключить из рассмотрения некоторые из альтернативных средств транспортировки и становится одним из наиболее значимых факторов при выборе оптимального варианта. В большинстве областей применения трасса транспортирования редко бывает горизонтальной и прямолинейной, т.к. полезные ископаемые, как правило, залегают в труднодоступных районах со сложным рельефом местности, и обычно в малоосвоенных местах, удаленных от действующих предприятий по переработки, или потребителей. Холмистая или горная местность, районы с чувствительной к вторжению промышленности окружающей средой и плотно населенные области могут служить препятствием при выборе маршрута трассы. Чем длиннее расстояние транспортирования, тем больше доля расходов на ее монтаж и прокладку на местности в общей стоимости проекта.

Почему канатно-ленточный конвейер

все же предпочтительнее?

Способность канатно-ленточного конвейера покрывать большие расстояния одним пролетом и, в большинстве случаев, с одним приводом определена уникальным конструктивным исполнением: тяговое усилие для движения ленты прикладываются к стальным канатам, а не к ленте как у конвейеров традиционного исполнения.

Такая уникальная концепция разделения приводных и несущих элементов системы обеспечивает способность разделения ленты и каната в наиболее важных точках, чтобы контролировать, располагать и выравнивать канаты по строго горизонтальным и вертикальным кривым, в которые хорошо вписываются и лента, и транспортируемый ею материал. В конвейерах традиционного исполнения горизонтальные и вертикальные кривые ограничиваются растягивающими усилиями, возникающими в различных участках ленты по всей ее длине и соответствующим рельефом земной поверхности. Эти натяжения особенно чувствительны к неадекватной нагрузке конвейера, а перемежающиеся нагрузки могут создать серьезные проблемы для обычных конвейеров. Канатно-ленточный конвейер уникален тем, что может достичь надежного и точного соблюдения радиуса горизонтальных кривых, независимо от степени загруженности конвейера и без нарушения способности перемещать материал на большие расстояния.

Стоимость погрузочных/разгрузочных станций канатно-ленточного конвейера обычно выше, чем для обычных конвейеров, из-за необходимости разделения ленты и каната в этих точках и обеспечения для каждого элемента отдельной системы натяжения. Это имеет существенное значение для малых длин транспортирования и простых схем, при которых канатно-ленточные конвейеры могут оказаться менее эффективными, чем традиционные ленточные. Тем не менее, по мере увеличения длины и степени сложности схемы прокладки трассы, где требуется стальной трос, стоимость погрузочных и разгрузочных станций становится несущественной частью полной стоимости конвейера. Для канатного конвейера удельная цена ленты одинакова и постоянна как при длине в 1 км, так и в 20 км.

В дополнении к снижению удельной стоимости канатно-ленточного конвейера по мере возрастания его длины необходимо отметить снижение его стоимости по причине возможности его прокладки в сложных условиях рельефа местности. Способность изгибаться до радиуса 400 м, независимо от длины конвейера, и преодолевать уклоны (подъемы) до 18°, позволяет монтировать канатно-ленточный конвейер с минимальными затратами на земляные работы (подготовку трассы) и возведение несущих конструкций. В некоторых случаях этот конвейер может прокладываться через долины, горные вершины, существующие автодороги или железнодорожное полотно. Благодаря таким свойствам отпадает необходимость выходить за границы отведенных земель, и уменьшается до минимума площадь отводимой земельной территории. Все это позволяет конвейеру преодолевать крутые долины и ущелья. Путем уменьшения высоты каркаса конструкции можно эффективно и надежно расположить конвейер на поверхности рельефа, уменьшив тем самым объем строительного железобетона, облегчив монтаж, что значительно облегчит и упростит его обслуживание.

Следовательно, при транспортировании на большие, и тем более на очень большие, расстояния канатно-ленточный конвейер обычно требует самых низких капитальных затрат.

Стоимость эксплуатации и обслуживания канатно-ленточных конвейерных систем обычно включает расходы на запасные части, зарплату обслуживающего персонала, стоимость электроэнергии, затраты на сторонние службы поддержки и сервиса, а также на оборудование всего объекта сооружениями для целей его проверки и техобслуживания.

Устранение промежуточных узлов перегрузки, неизбежных в конвейерах стандартного исполнения, оказывает значительное влияние не только на надежность системы, но также и на стоимость эксплуатации и обслуживания. На рис. 1 и 2 представлены графики влияния количества пролетов на производительность системы в целом и на степень технической готовности (надежности) системы. Предполагается, что каждый отдельный конвейер в технологической цепи транспортирования имеет коэффициент готовности 95%, а когда они работают в одной системе, то влияние становится значительным. Такая надежность системы существенна при оценке расчетной производительности конвейера. Если продолжительность простоев больше, чем предусматривается в проекте, то фонд рабочего времени системы будет меньше и, следовательно, необходимо при проектировании закладывать систему с большей производительностью. Это повлечет за собой потребность применения более широких лент и увеличения установленной мощности привода (рис. 3). Увеличенная установленная мощность, в свою очередь, повышает напряжение в системе, влияя на выбор маршрута, тормозные требования, прочность ленты и т.д. и т.п.

Устранение, либо уменьшение количества промежуточных узлов перегрузки, включая те, которые созданы путем устройства промежуточных разгрузочных тележек, оказывает серьезное воздействие на объем технического обслуживания конвейера. Отсутствие промежуточных перегрузочных станций означает: уменьшение объема металлоконструкций или разгрузочных лотков, снижение пыли, шума, просыпей, меньше промежуточных приводов, отсутствие перераспределения мощности на промежуточные точки, отсутствие проблем синхронизации, снижение риска засорения разгрузочных лотков, значительно уменьшенный риск разрыва лент, что все вместе способствует бесперебойной работе и эксплуатации системы без значительного отрицательного влияния на окружающую среду и с меньшими трудозатратами. Риск продольного разрыва ленты на канатно-ленточных конвейерах существенно снижен, поскольку на длинных конвейерах ленты движутся с высокой скоростью, разрыв ленты может вылиться в экономическую катастрофу. Допустим, что конвейер длиной 10 км работает со скоростью 5 м/с. Случайный кусок железа попадает в загрузочный желоб и разрезает ленту, например, шириной 1 м на две полосы по 500 мм. В течение следующих пяти минут разрезаются около 1500 м ленты. Даже если разрез ленты был обнаружен сразу после происшествия, как минимум 150 м ленты будет иметь продольный разрез. Лента в канатно-ленточном конвейере так не может разорваться. Риск продольного разрыва ленты на канатно-ленточном конвейере существенно снижен, так как через нее не передается натяжное усилие. Тот же случайный кусок железа разорвет ленту, и поскольку конвейер останавливается приблизительно через 150 м, то начало ленты уйдет от загрузочного лотка, а конец ленты соберется под лотком. Через несколько часов, затраченных на вытаскивание ленты и проведение механического сращивания, будет потеряно всего около половины метра. А на обычном конвейере, – кто знает и кто предскажет?

Журнал "Горная Промышленность" №5 2003