Крутонаклонный конвейер КНК270 для Навоийского ГМК новый этап развития ЦПТ

А.И. Кириченко, главный инженер проекта, ЗАО «Новокраматорский машиностроительный завод»; А.Н. Картавый, к.т.н., ведущий научный сотрудник НПК «Механобр-техника»

Начиная с 1980-х годов на карьере «Мурунтау» Навоийского ГМК (Узбекистан) успешно используется циклично-поточная технология транспортирования полезных ископаемых (ЦПТ), включающая в себя две линии стандартных конвейеров с небольшим углом наклона (15°), расположенных в траншее. При использовании ЦПТ улучшились технико-экономические показатели карьера: «значительно сократилось расстояние перевозок и высота подъема горной массы автотранспортом» [1].

Член-корр. АН СССР А.О. Спиваковский и проф. М.Г. Потапов доказали, что «наиболее экономичным видом транспорта для глубоких карьеров является конвейерный транспорт». Применение ЦПТ позволяет снизить стоимость транспортирования горной массы, т. к. известно, что при углублении карьера на каждые 100 м затраты на транспорт возрастают при использовании автомобилей в 1.5 раза, а конвейеров – только на 5–6%.

НГК-270

В конце 2009 г. ЗАО «Новокраматорский машиностроительный завод» (ЗАО «НКМЗ») завершил изготовление и отгрузку уникального крутонаклонного конвейера с прижимной лентой (КНК-270) для Навоийского ГМК.

Потребность в создании крутонаклонного подъема на карьере «Мурунтау» возникла в связи с достижением запредельной (нерентабельной) для автотранспорта высоты подъема (более 550 м) и планами углубления карьера до 1000 м. По мнению экспертов, предел транспортирования полезного ископаемого автотранспортом составляет несколько километров, в то время как на карьере «Мурунтау» длина транспортирования превысила этот показатель в несколько раз. Кроме того, из-за постоянного увеличения глубины дальнейшее развитие карьера ограничено в связи с сокращением размеров его рабочей площади в рудной зоне и роста объемов горно-капитальных работ. Для поддержания хотя бы необходимой производительности требуется разносить борта, что вряд ли возможно, т. к. северный и западный борта не могут быть отработаны, на восточном установлен перегрузочный пункт, а на южном – комплекс ЦПТ.

Поэтому Навоийским ГМК было принято решение о строительстве ЦПТ с крутонаклонным конвейерным подъемом в северо-восточной части карьера «Мурунтау», что позволит освободить его южный борт. Крутонаклонный подъем планируется осуществить применением крутонаклонного конвейера с прижимной лентой (КНК-270), высота подъема полезного ископаемого которым составит 270 м, с последующей возможностью установки ниже еще одного крутонаклонного конвейера с высотой подъема 180 м (КНК-180). Необходимо отметить, что на карьере уже функционирует крутонаклонный конвейер с прижимной лентой высотой подъема 30 м (КНК-30), изготовленный ОАО «Азовмаш» (Мариуполь) и эксплуатировавшийся в качестве перегружателя на южном борту в комплексе ЦПТ. Этот конвейер показал в целом хорошую работоспособность и перспективность применения конвейеров этого типа. Краткие технические характеристики КНК-270, транспортируемой горной массы и условий эксплуатации:

техническая производительность

  • по массе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3500 т/ч
  • по объему . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2000 м3/ч

эксплуатационная производительность

  • суточная . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . до 53.5 тыс. т
  • годовая . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 млн т
  • высота подъема . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 м
  • угол наклона крутонаклонной части . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37°
  • ширина лент . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2000 мм
  • скорость лент . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.15 м/с
  • установленная мощность приводов . . . . . 5040 (630D8) кВт
  • подводимое напряжение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6000 В
  • гранулометрический состав транспортируемых скальных пород
  1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0–300 мм (60%)
  2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300–1200 мм (38.5%)
  3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . более 1200 мм (1.5%)
  • размер кусков после дробления . . . . . . . . . не более 300 мм
  • плотность в целике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6 т/м3
  • насыпная плотность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.75 т/м3
  • предел прочности на сжатие . . . . . . . . . . . . . . . . . до 250 МПа
  • максимально допустимая скорость ветра . . . . . . . . . . 25 м/с
  • среднегодовое количество осадков . . . . . . . . . . . . . . 129 мм

Конвейер КНК-270, разработанный в ЗАО «НКМЗ», представляет собой уникальный транспортный агрегат, не имеющий по высоте подъема, производительности, условиям эксплуатации аналогов в мире. В таблице приведены сравнительные показатели нового КНК, созданного ЗАО «НКМЗ» для карьера «Мурунтау», и наиболее мощного КНК, эксплуатировавшегося на руднике «Майданек» (Югославия) до 1996 г. [2].

Сравнительные характеристики КНК с прижимной лентой для карьера «Мурунтау» и рудника «Майданпек»

Будучи основным звеном, конвейер КНК-270 входит в состав уникального горнотранспортного комплекса ЦПТ-руда, разработанного Навоийским ГМК совместно с Узбекским проектным институтом геотехнологии (O'zGEOTEXLITI) и УкрНИИпроект, для транспортировки и подъема скальной горной массы из рабочей зоны карьера на поверхность с последующей перегрузкой в железнодорожный транспорт или на склад в штабель. Максимальная крупность кусков поступающей горной массы составляет 1200 мм и более, коэффициент крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова – 7–15, содержание SiO2 – 35–80%.

Из рабочей зоны к разгрузочному стационарному пункту, предназначенному для подготовки горной массы к перемещению конвейерным транспортном и расположенному на отметке 285 м, руду планируется доставлять автосамосвалами грузоподъемностью 196 т.

В разгрузочном пункте руда из карьерных автосамосвалов перегружается в бункер 1 (рис. 1), из которого ленточным питателем 2 подается в шнеко-зубчатую дробилку 3, после которой уже загружается на крутонаклонный конвейер 4. Ленточный питатель с регулируемым приводом мощностью 2D110 кВт оснащается резинотросовой лентой 2000St 3500 20TP+10TP AC, имеющий повышенное сопротивление разрыву.

Дробилка ДШЗ 1300/300 предназначена для дробления кусков с максимальным размером 1300 мм, имеет разгрузочную щель 300 мм и мощность приводных электродвигателей 2D400 кВт.

Технологическая схема ЦПТ с КНК!270 в карьере «Мурунтау»

Рис. 1 Технологическая схема ЦПТ с КНК!270 в карьере «Мурунтау»:
1 – бункер, 2 – ленточный питатель, 3 – шнеко$зубчатая дробилка ДШЗ 1300/300, 4 – КНК$270, 5 – складской конвейер

На поверхности карьера доставленная крутонаклонным конвейером 4 перегружается горная масса на складской конвейер 5 типа КС-3500. Доставляемая этим конвейером руда загружается в думпкары, а при их отсутствии отправляется в штабель склада без остановки транспортной линии ЦПТ-руда. Таким образом, обеспечивается непрерывность работы комплекса. Погрузка руды в думпкары или на склад планируется осуществлять погрузчиком-штабелеукладчиком ПШС-3500.

В состав комплекса «ЦПТ – руда» включен также центральный пункт управления механическим, электрическим оборудованием и средствами автоматизации, который размещен в специальном отдельном здании на борту карьера.

В целом погрузочно-транспортный комплекс «ЦПТ – руда» включает большое число машин, установок и оборудования, согласованных по своим параметрам и размещенных в горнотехнических строительных металлоконструкциях и сооружениях, при проведении минимальных объемов дополнительных горных работ.

Основой комплекса является мощный крутонаклонный двухленточный конвейер КНК-270. Его схема, параметры и конструкция разрабатывались ЗАО «НКМЗ» на основе требований заказчика – Навоийского ГМК – и с учетом сложных условий эксплуатации: сейсмичности зоны карьера (7 баллов по 12-бальной шкале); сейсмичности от массовых взрывов (до 8 баллов); перепада температур –28.8°... +48.6°C, а также горнотехнических требований, сформулированных заказчиком. Например, несмотря на значительные длину конвейера и высоту подъема груза, по требованию заказчика была исключена перегрузка руды непосредственно после ее подъема на поверхность. Заказчик также поставил задачу обеспечить высокие показатели надежности конвейера: коэффициент технической готовности – не ниже 0.717 на период ввода в эксплуатацию и 0.803 после завершения опытной эксплуатации и некоторые другие.

Технические сложности разработки проектной и конструкторской документации на конвейер, обусловленные его уникальностью и новизной, осложнялись для ЗАО «НКМЗ» предельно сжатыми сроками ее исполнения и изготовления оборудования. Это не позволило провести обычные для работ по созданию новой техники, испытания и исследования работоспособности новых конструкций узлов и элементов КНК на заводских стендах и их доводку в случае необходимости. Кроме того, не были исследованы некоторые важные вопросы, возникшие на заключительной стадии разработки проекта конвейера.

Конвейер КНК-270 имеет две замкнутые ленты: нижнюю грузонесущую St 5400 и верхнюю прижимную St 3500, рабочая ветвь которой прижимает транспортируемую горную массу к рабочей ветви грузонесущей ленты. Прижимная лента на крутонаклонной части конвейера располагается над грузонесущей лентой.

Условно КНК-270 можно разделить на три части (рис. 2):

Рис. 2 Схема крутонаклонного конвейера с прижимной лентой КНК270:

загрузочную A (пологую), крутонаклонную B и разгрузочную C (горизонтальную) длиной 368 м. Крутонаклонная часть соединяется с загрузочной и разгрузочной частями плавными переходными участками D, E.

Обе ленты – грузонесущая 1 и прижимная 2 – движутся по роликовым опорам 3 как у обычных ленточных конвейеров. Отличие заключается в том, что рабочая ветвь прижимной ленты прижимается к транспортируемому на грузонесущей ленте грузу катками прижимных устройств, а по краям – непосредственно к поверхности этой ленты. На крутонаклонной части B конвейера установлены специальные прижимные устройства, создающие дополнительное к силам тяжести прижимной ленты и груза прижимное усилие.

Это позволяет обеспечить прижатие груза к грузонесущей ленте и увеличить силы трения между грузом и рабочими поверхностями прижимной и грузонесущей лент.

Увеличенные силы трения удерживают транспортируемый груз между лентами от его сползания вниз по крутонаклонной части конвейера при углах транспортирования свыше 18°. Как известно, этот угол является предельным углом наклона для обычных одноленточных конвейеров.

КНК оборудован роликами, оснащенными храповым механизмом, который позволяет им вращаться только в одну сторону и способствуют стопорению ленты при сползании в случае ее обрыва. Кроме того, на конвейере предусмотрено устройство-ловитель холостой ветви грузонесущей ленты.

Привод грузонесущей ленты – двухбарабанный, прижимной ленты – однобарабанный. Приводы оснащены футерованными барабанами, редукторами с передаточным отношением 20.63, асинхронными унифицированными электродвигателями АК3-13-62-8 УХЛ4 и позволяют развивать в лентах значительные тяговые усилия: в грузонесущей – около 1260 кН, в прижимной – около 520 кН. Привода снабжены тормозами ТКП-600.

В загрузочной части A конвейера расположены механизмы натяжения грузонесущей и прижимной лент, предусмотрены участки для стыковки лент при их навеске.

Металлоконструкция става крутонаклонной части B КНК=270 состоит из шарнирно соединенных секций, опирающихся на стойки 6, установленные на подуступах карьера. Став конвейера крутонаклонной части включает десять унифицированных секций длиной 51 м каждая и укороченные переходные секции. Опорные стойки 6 става соединены шарнирами с его секциями и опорными элементами.

В загрузочной части A став КНК имеет изогнутый в вертикальной плоскости опорный участок, состоящий из коротких секций и образующий нижний переходный участок D конвейера. Этот участок металлоконструкции става опирается на катки специальной опорной стойки, что обеспечивает ему возможность свободно смещаться в продольном направлении при изменении температурных и других условий эксплуатации конвейера.

В верхней части C КНК имеется якорная секция 8, размещенная на борту карьера. Этой секцией удерживается вся крутонаклонная часть конвейера от сползания вниз. В якорной секции также расположен привод прижимной ленты.

Привод грузонесущей ленты находится в конце горизонтальной части КНК, где осуществляется разгрузка руды на складской конвейер 10.

Для удобства обслуживания и ремонта КНК-270 снабжен ремонтной тележкой с грузоподъемными механизмами и механическим приводом для ее передвижения (на рис. 2 не показаны). Кроме того, для текущих осмотров КНК оборудован лифтовой установкой для перемещения обслуживающего персонала по крутонаклонной части конвейера. Над приводной станцией грузонесущей ленты предусмотрена установка электрического мостового крана типа 30/5, а также размещение другого грузоподъемного и ремонтного оборудования, в том числе для первичной навески и замены лент, их вулканизации.

Специфическую проблему представляет монтаж крутонаклонной части КНК, состоящей из массивных длинных секций. Принят один из возможных вариантов монтажа – спуск секций вниз перемещением их по рельсам с помощью монтажной лебедки, устанавливаемой на борту карьера.

При создании КНК-270 специалистам ЗАО «НКМЗ» пришлось решить многие разнообразные и сложные технические задачи по его конструкции, монтажу и эксплуатации.

Несмотря на привлекательность идеи и схемы КНК с прижимной лентой, о чем, в частности, свидетельствуют запросы в ЗАО «НКМЗ» от горных предприятий, создание конвейера растянулось на многие годы [3]. Это можно объяснить в первую очередь сложностью и многообразием задач:

научных, конструкторских и внедренческих, решение которых было необходимо для создания и внедрения конвейера.

Следует отметить, что работы по КНК были начаты в СССР значительно раньше. Разработкой и исследованиями КНК занимались УкрНИИпроект, ВНИИПТМАШ, МГГУ и другие организации, но промышленные образцы КНК так и не были созданы [4]. Производство КНК с прижимной лентой было начато в США и до сих пор наибольших успехов в этом достигли зарубежные специалисты [5]. Всего на сегодняшний день произведено порядка 200 установок для различных отраслей промышленности. Опыт эксплуатации этих установок подтвердил в целом их эффективность.

Разработка проекта КНК практически была начата ЗАО «НКМЗ» в 2002 г. выполнением эскизно-технического проекта, положенного в основу рабочего проекта КНК-270, с привлечением сотрудников МГГУ.

В проекте воплощены новые конструкторские решения, а при проектировании впервые решены многие технические задачи, обусловленные принципом удержания груза между конвейерными лентами КНК, уникальностью его параметров и условиями эксплуатации, а также требованиями заказчика – Навоийского ГМК. На процесс создания конвейера в значительной мере повлияла сложная мировая экономическая ситуация, в связи с чем некоторые задачи можно было бы решить более эффективно.

В заключение отметим, что, как известно, значительная часть карьеров по открытой добыче полезных ископаемых вошли в категорию глубоких и эта тенденция продолжается. Применение крутонаклонного конвейерного подъема в составе ЦПТ является практически единственным экономически эффективным решением. Внедрение конвейеров с прижимной лентой позволяет не только снизить затраты на доставку горной массы и уменьшить себестоимость готового продукта, но и улучшить экологию карьеров.

Создание КНК-270 и на его основе комплекса ЦПТ-руда при успешном их внедрении может быть не только новым этапом в развитии горного машиностроения и технологии добычи с использованием ЦПТ, но и основой перехода разработки полезных ископаемых открытым способом на более глубокие горизонты и углубления карьеров без снижения и даже с увеличением эффективности горных производств.


ЛИТЕРАТУРА:

1. Санакулов К.С., Шеметов П.А. Карьер «Мурунтау» на пути к рекордной глубине: основные этапы развития и модернизации горных работ. – Горный журнал, №11/2009. с. 98–102.

2. Картавый А.Н. Перспективы применения крутонаклонных конвейеров с прижим& ной лентой при ЦПТ. – Горный журнал, №6/2003. с. 52–56.

3. Шешко Е.Е., Картавый А.Н. Эффективный транспорт для глубоких карьеров. – Горный журнал, №1/1998. с. 53–56.

4. Картавый А.Н. Создание крутонаклонных конвейеров с прижимной лентой. – Тяжелое машиностроение, №3/2003. с. 14–17.

5. Stanisic Z., Dos Santos J.A. In&Pit Crushing and High Angle Conveying at Copper Mine Majdanpek. – Bulk Solids Handling, vol. 17, No. 1/1997.

Журнал "Горная Промышленность" №2 (90) 2010, стр.71