___________________________________________________________________________
Doskonalenie transportu taśmowego
w ramach współpracy z KGHM ZANAM S.A
.Lech Gładysiewicz1), Robert Król1)
1)
Wydział Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii, Politechnika Wrocławska
lech.gladysiewicz@pwr.edu.pl; robert.krol@pwr.edu.pl
Streszczenie
W systemach transportowych w polskich kopalniach rud miedzi kluczową rolę odgrywają przenośniki taśmowe. W artykule przedstawiono pięćdziesięcioletnie doświadczenia eksploa-tacyjne ze stosowaniem transportu taśmowego w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A., które doprowadziły do znacznej poprawy efektywności stosowania tego środka transportu. Przeno-śniki typu LEGMET produkcji KGHM ZANAMS.A. zdały pomyślnie egzamin w warunkach kopalń rud miedzi, ale pojawiły się nowe bardziej ambitne zadania. Po uporaniu się z trwało-ścią taśm i ich połączeń zaczęto poszukiwać bardziej racjonalnych rozwiązań zwiększających funkcjonalność transportu taśmowego. Kierunki rozwoju wytyczają między innymi napędy pośrednie taśmowe i linowe, przenośniki z przekazywaniem energii napędowej z cięgna dol-nego do cięgna górdol-nego poprzez krążniki oraz nadążne urządzenia napinające. W ostatnich latach prace badawcze skupiły się nad opracowaniem i wdrożeniem nowych wydajnych i ekonomicznie uzasadnionych rozwiązań transportu taśmowego, charakteryzujących się długimi trasami i zmniejszonym w stosunku do rozwiązań tradycyjnych zużyciem energii.
Słowa kluczowe: przenośnik taśmowy, badania, rozwój, napęd pośredni, efektywność
energetyczna
Improving belt conveyor transportation within cooperation
with KGHM ZANAM S.A.
Abstract
Belt conveyors play the key role in mining transportation systems in Polish copper ore mines. The paper presents experience gained through 50 years of experience with belt conveyor transport in KGHM Polska Miedź S.A. which lead to significant increase of energy efficiency of belt conveyors. LEGMET type belt conveyors manufactured by KGHM ZANAM S.A. passed the test in operational conditions but new more ambitious tasks have appeared. After dealing with durability issue of conveyor belts and belt's joints the work was focused on seeking more rational solutions enhancing functionality of belt conveyor transportation. The development directions are determined by among others, belt and rope booster drives, belt conveyors with energy transfer through idlers (from return side to carrying side) and take-up belt tensioning devices. In recent years research works have focused on development and implementation new capacity and economically efficient solutions for belt conveyor transport, which, among others are characterized by long routes and lower energy consump-tion when compared to the tradiconsump-tional soluconsump-tions.
Wstęp
Zastosowane w kopalniach rud miedzi systemy transportowe dobrane i zaprojektowane zostały do komorowo-filarowego systemu eksploatacji, z uwzględnieniem sposobu urabia-nia, załadunku i właściwości urobku, warunków zalegania złoża oraz wymaganej wydaj-ności. Specyfiką transportu poziomego w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A. jest zastosowanie na różnych etapach i w różnej skali zarówno środków transportu cyklicz-nego (maszyny samojezdne, kopalniana kolej podziemna), jak i wysoko wydajcyklicz-nego trans-portu ciągłego (przenośniki taśmowe). Na przestrzeni 50 lat przenośniki te są stale udoskonalane i modernizowane. W okresie, gdy projektowano i uruchamiano pierw-sze kopalnie KGHM, wydobywano jeszcze rudę miedzi w starych, nieczynnych obecnie kopalniach Konrad i Lena koło Bolesławca, gdzie stosowano ścianowy system eksploat-acji z transportem przenośnikami zgrzebłowymi i taśmowymi. Urządzenia te, zaprojekto-wane i wykonane dla potrzeb górnictwa węgla kamiennego, były mało przydatne do wa-runków pracy w kopalniach rud miedzi. Z tego względu przy projektowaniu pierwszych kopalń Lubin i Polkowice zakładano pierwotnie tylko transport szynowy, a w oddziałach transport oponowy (przenośniki taśmowe przewidziano tylko do pracy na powierzchni). W tym samym czasie w górnictwie odkrywkowym węgla brunatnego wprowadzono do eksploatacji i uruchomiono produkcję przenośników taśmowych nowej generacji o dużych wydajnościach i wysokiej niezawodności. W wyniku prac badawczych nad tymi przeno-śnikami rozwiązano pomyślnie szereg ważniejszych problemów konstrukcyjnych i eksplo-atacyjnych. Zmianie uległ pogląd na temat zakresu zastosowań transportu taśmowego. W nowo powstałych Zakładach Badawczych Projektowych Miedzi „Cuprum” we Wrocła-wiu (obecnie KGHM Cuprum Sp. z o. o. CBR) podjęto prace nad dostosowaniem kon-strukcji przenośników taśmowych do transportu rud miedzi. Szybko też uruchomiono produkcję przenośników w Zakładach Mechanicznych „Legmet" w Legnicy (obecnie KGHM ZANAM S.A.). Perspektywa zastosowania przenośników taśmowych na szerszą skalę wiązała się z zamiarem prawie dwukrotnego zwiększenia koncentracji wydobycia w nowo projektowanej kopalni Rudna. Pomyślne wdrożenie do eksploatacji przenośników taśmowych możliwe było dzięki:
wzrostowi długości tras pojedynczych przenośników (powyżej 1500 m), zastosowaniu taśm tkaninowych, wieloprzekładkowych o dużej
wytrzy-małości do 2000 kN/m,
wdrożeniu technologii łączenia taśm metodą wulkanizacji (klejenia) na zimno, a od niedawna również na gorąco,
zastosowaniu jednostek napędowych dużej mocy (160 kW) i przekładni kątowych umożliwiających zwartą zabudowę napędów,
rozwiązaniu tras o sztywnej konstrukcji z przegubowymi zestawami krążnikowymi (pierwsze rozwiązania z trasą linową nie zdały egzaminu ze względu na liczne zerwania lin bez wcześniejszych zewnętrznych oznak korozji),
rozwiązaniu napędu głównego (ze sprzęgłem hydrokinetycznym) i napi-nania taśmy zapewniającego sprzężenie cierne taśmy na bębnach we wszystkich stanach pracy przenośnika,
rozwiązaniu załadunku rudy na przenośnik bez nadmiernego niszcze-nia taśmy.
Zdecydowana większość transportu taśmowego w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A. oparta jest na przenośnikach typu LEGMET. Są to rozwiązania specjalnie dostosowane do wymogów panujących w podziemiach kopalń (taśma z rdzeniem
tkaninowym, odpornym na przebicia, z możliwością stosowania wszystkich typów połączeń; zasobnik taśmy w formie pętlicy, umożliwiający wydłużanie lub skracanie trasy pojedynczego przenośnika; trasa i urządzenia przesypowe, dostosowane do ciężkiego urobku zawierającego bryły o ostrych krawędziach). Kluczowym zagad-nieniem w eksploatacji przenośników taśmowych jest trwałość taśm. Odpowiednia strategia wymian i napraw taśm wymaga wieloletnich doświadczeń i analiz staty-stycznych. W kopalniach prowadzi się od wielu lat gospodarkę taśmami, opartą na sukcesywnie zbieranych informacjach o wymianach i naprawach [1]. Wspomaganie gospodarki taśmami informacjami statystycznymi z poprzednich lat eksploatacji, a także poprawa jakości dostarczanych taśm doprowadziły do wzrostu ich trwałości. Doświadczenia eksploatacyjne oraz stały postęp w technologii produkcji i łączenia taśm spowodowały, że na przenośnikach oddziałowych średnio obciążonych urob-kiem osiąga się trwałość taśmy do 118 miesięcy. Średnia trwałość taśm na przeno-śnikach transportu głównego (od zbiorników oddziałowych do podszybia) wynosi obecnie 60 miesięcy.
Od roku 1998 w kopalni O/ZG Polkowice-Sieroszowice w układach napędowych wybranych przenośników taśmowych zamiast sprzęgieł hydrokinetycznych zasto-sowano przemienniki częstotliwości ACS 600 produkcji ABB [20]. Dzięki takiemu rozwiązaniu możliwe było zastosowanie unikalnej wówczas techniki bezpośrednie-go sterowania momentem silnika (Direct Troque Control – DTC). Rozwiązanie to dzięki odpowiedniemu sterowaniu prowadzi do łagodnych rozruchów przenośników oraz wyrównuje obciążenia poszczególnych silników w ruchu ustalonym. System sterowania i zdalnego nadzoru przemienników w napędach głównych przenośników taśmowych wkomponowano w nadrzędny układ sterowania PROMOS.
Nowe perspektywiczne rozwiązania transportu taśmowego We współpracy KGHM ZANAM S.A. z Wydziałem Geoinżynierii, Górnictwa i Geolo-gii Politechniki Wrocławskiej zrodziła się idea zastosowania taśmowych napędów pośrednich [3]. Napęd pośredni taśmowy to krótki dodatkowy przenośnik z własnym napędem, podtrzymujący cięgno górne w wybranym miejscu trasy przenośnika na długości ok. 80-100 m. Schemat przenośnika z jednym napędem pośrednim przed-stawiono na rys. 1. W taśmowym napędzie pośrednim wykorzystuje się sprzężenie cierne pomiędzy taśmą pędzącą (pomocniczą) 1 i taśmą pędzoną (taśmą górną przenośnika głównego) 2. Niezbędny do powstania sił tarcia docisk współpracują-cych cięgien zapewniają siły grawitacji (ciężar) taśmy pędzonej i urobku. Dla za-pewnienia bezpiecznego poziomu sił tarcia między współpracującymi cięgnami (gwarantującego pracę napędu bez poślizgu rozwiniętego) wymagana jest odpo-wiednia długość napędu pośredniego LP (rys.1b).
Pośrednie napędy taśmowe stosuje się zazwyczaj do wspomagania napędu głów-nego, bo dzięki ich zastosowaniu uzyskuje się korzystny rozkład sił w cięgnie górnym [2, 6]. Podstawowe korzyści, wynikające z zastosowania napędów pośrednich, to możliwość zastosowania tańszej taśmy o mniejszej wytrzymałości i/lub wydłużenie trasy przenośnika. Ponadto, dzięki zastosowaniu napędów pośrednich taśmowych, eliminuje się część oporów ruchu przenośnika (opory podnoszenia urobku przed zała-dunkiem na kolejny przenośnik w ciągu transportowym oraz opory w miejscu załadun-ku). Jedyny egzemplarz taśmowego napędu pośredniego powstał i był eksploatowany w kopalni O/ZG Rudna, gdzie sprawdził się w trudnych warunkach eksploatacyjnych.
4 3 1 2 PO2 PO1 Wg4 - 5 1 2 S6 S5 S4 S1 1 2 T Pop Wdp Lp S5p S6 p 5 /5 6 6 / b ) a )
Rys. 1. Przenośnik z taśmowym napędem pośrednim:
a) schemat rozmieszczenia napędów i rozkład sił w cięgnie pędzonym górnym; b) rozkład sił w cięgnie pędzącym na odcinku sprzężenia ciernego
Niedogodnością tego rozwiązania w okresie, gdy powstał prototyp, była koniecz-ność sterowania napędem, w celu wyrównania obciążeń poszczególnych jednostek napędowych. Obecnie nie stanowi to bariery technicznej. Napęd główny przenośni-ka tworzyły trzy jednostki napędowe po 160 kW, natomiast na napędzie pośrednim, będącym krótkim przenośnikiem o długości 80 m, zainstalowano dwie jednostki po 160 kW każda. Budowę prototypowego taśmowego napędu pośredniego poprzedzi-ły prace badawcze, gdzie określono warunki współpracy ciernej w zależności od sił rozciągających taśmę pędzoną i pędzącą. Określono warunki prawidłowej współpra-cy ciernej obu taśm, z uwzględnieniem niekorzystnego wpływu wymuszonych drgań poprzecznych. Zbadano zachowanie się napędu pośredniego podczas przepływu nieregularnej strugu urobku. Przeanalizowano także nierównomierność obciążeń poszczególnych jednostek napędowych przenośnika z taśmowym napędem pośred-nim oraz zaproponowano środki techniczne wyrównujące obciążenia silników [7].
Trwałość taśmy pędzącej, będącej podstawowym elementem taśmowego napę-du pośredniego, ze wzglęnapę-du na długość tego napęnapę-du jest stosunkowo niewielka. Wymagana jest przy tym odpowiednia przestrzeń pomiędzy cięgnem górnym a cię-gnem dolnym przenośnika zasadniczego, potrzebna na zainstalowanie bębnów napędowych i napinających oraz na wyprofilowanie odcinków przejściowych prze-nośnika tworzącego napęd pośredni.
Modyfikacją taśmowego napędu pośredniego może być linowy napęd pośredni, charakteryzujący się prostszą i lżejszą budową. Napęd ten składa się z dwóch pła-skich lin ogumowanych w zamkniętej pętli o jednakowej długości. Rdzeń nośny lin wykonany jest z linek stalowych. Liny te rozpięte są między tarczami napędowymi i tarczami zwrotnymi. Tarcze napędowe zamontowane są na wspólnym wale napę-dowym. Wał ten zależnie od potrzeb może być napędzany jedno- lub dwustronnie, analogicznie jak bęben napędowy przenośnika taśmowego. Przesuwne tarcze zwrotne służą do napinania lin pędnych. Pomiędzy tarczami zwrotnymi i napędowymi
liny pędne podpierają cięgno górne przenośnika zasadniczego (cięgno pędzone) w środkowej części niecki taśmy. Na odcinku podparcia linami pędnymi cięgna pę-dzonego przekazywana jest energia napędowa. W środkowej strefie niecki, na dłu-gości przekazywania energii napędowej cięgno pędzone zamiast krążników środko-wych podparte jest dwoma linami pędnymi. Do podparcia lin pędnych w cięgnie górnym stosowane są środkowe krążniki zestawów górnych, a zatem przenośnik z linowym napędem pośrednim nie wymaga specjalnych rozwiązań trasy. Dzięki zastosowaniu lin pędnych ogumowanych zmniejsza się masa własna elementów konstrukcyjnych w stosunku napędu pośredniego taśmowego. Układ napinania i przewijania lin jest prostszy i mniejszy gabarytowo od okładu w taśmowym napę-dzie pośrednim. W przypadku lin pędnych sposób ich napinana jest nieskompliko-wany i nie wymaga długich przemieszczeń tarcz zwrotnych napinających. Dzięki temu istnieje możliwość zwartej zabudowy napędu pośredniego na trasie istniejące-go już przenośnika taśmoweistniejące-go, co daje możliwość przedłużenia trasy przenośnika bez istotnych przeróbek konstrukcyjnych.
1 2 3 4 oznaczenia: 1 - taśma głów na 2 - lina pędna 3 - napęd liny pędnej 4 - napinacz liny pędnej
Rys. 2. Schemat ideowy linowego napędu pośredniego
W latach dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku zaczęto eksploatację niskich po-kładów rud miedzi w kopalni OZG Polkowice-Sieroszowice i wówczas Zakłady Me-chaniczne „Legmet” (obecnie KGHM ZANAM S.A.) wspólnie z Wydziałem Geoinży-nierii, Górnictwa i Geologii Politechniki Wrocławskiej przystąpiły do prac projekto-wych nad modułowym przenośnikiem LEGMET 2000 [5]. Ideą tego niekonwencjo-nalnego rozwiązania jest zastosowanie małych i lekkich napędów 255 kW, umiej-scowionych w cięgnie dolnym. Przekazywanie energii napędowej z cięgna dolnego do cięgna górnego następuje poprzez krążniki środkowe zestawów górnych (rys. 3). W cięgnie górnym taśma 1 uformowana jest w nieckę, podobnie jak w przenośniku tradycyjnym, i podpierana jest zestawami przegubowymi. Krążnik środkowy 3 popie-rany jest od dołu płasko rozpiętą taśmą dolną 2. Krążniki dolne 4, podtrzymujące cały układ, rozmieszczone są naprzemiennie w stosunku do zestawów górnych i z rozstawem, będącym wielokrotnością rozstawu krążników górnych. Dla prawi-dłowej współpracy ciernej krążnika środkowego z dwoma cięgnami równocześnie konieczne jest zapewnienie stałej siły normalnej, co uzyskuje się dzięki swobodzie przemieszczania się tego krążnika w płaszczyźnie pionowej (w ograniczonym zakresie).
Realizowane jest to dzięki przegubowemu zamocowaniu krążnika na dwóch ra-mionach 5, tak jak to pokazuje rys. 3. Jeżeli możliwa do przekazania na krążniku środkowym siła tarcia przewyższa opory ruchu pojedynczego zestawu, to w cięgnie górnym przenośnika występuje korzystny rozkład sił rozciągających taśmę (spadek sił w kierunku ruchu taśmy). O wytrzymałości taśmy decyduje wtedy rozkład sił w cięgnie dolnym. Maksymalne napięcie cięgna dolnego można zredukować do wymaganego poziomu, zmniejszając odległości pomiędzy napędami stosownie do konfiguracji trasy i mocy zastosowanych jednostek napędowych. Schemat roz-mieszczenia napędów w przenośniku z wykorzystaniem możliwości przekazywania napędu do cięgna górnego poprzez krążniki przedstawiono na rys.4. Trasa przeno-śnika składana jest z powtarzalnych modułów, a na każdy z modułów przypada jeden zestaw napędowy. Możliwe jest skokowe wydłużanie lub skracanie trasy przenośnika poprzez dobudowanie lub wymontowanie pojedynczego modułu. Dłu-gość pojedynczego modułu trasy przenośnika wynosi ok. 200 m. W ten sposób w miejsce dużych napędów wymagających odpowiedniej przestrzeni w wyrobiskach podziemnych można zastosować małe, lekkie i wygodne w montażu powtarzalne napędy modułowe. W badaniach na specjalnym stanowisku pomiarowym określono warunki i możliwości współpracy ciernej krążnika przy przekazywaniu energii napę-dowej z cięgna dolnego do cięgna górnego. Początkowo zakładano zastosowanie specjalnych zestawów krążnikowych na całej trasie przenośnika, z wyjątkiem odcin-ków nad napędami. W wyniku badań ustalono, że do zapewnienia prawidłowej pracy przenośnika wystarczające są krótkie odcinki w pobliżu napędów, bo tam panują najlepsze warunki przekazywania energii napędowej poprzez krążniki.
a) b)
Rys. 3. Idea przekazywania napędu z cięgna dolnego do cięgna górnego poprzez krążniki, wykorzystana w przenośniku modułowym LEGMET 2000:
a) schemat podparcia cięgna górnego,
moduł 1 moduł 2 moduł 3
przekazywanie energii poprzez krążniki odcinek
tradycyjny
Kierunek transportu
Rys. 4. Schemat trasy modułowego przenośnika LEGMET 2000 – trasa złożona z trzech odcinków
Zarówno wyniki pomiarów na stanowisku pomiarowym [4], jak i badania na prze-nośniku prototypowym wykazały, że na odcinku przekazywania energii w wyniku odkształceń sprężystych taśmy w cięgnie dolnym występuje wyraźny wzrost prędko-ści taśmy (w tym także wzrost siły w taśmie), a w cięgnie górnym spadek prędkoprędko-ści taśmy. Na odcinku przekazywania energii siła w cięgnie pędzącym (dolnym) musi być większa od siły w cięgnie pędzonym (górnym). Rys. 5 przedstawia zmierzone prędkości cięgna górnego i dolnego w wybranych punktach trasy przenośnika. Prędkość taśmy składa się ze stałej prędkości ruchu ustalonego oraz prędkości, wynikającej z odkształceń sprężystych taśmy.
Rys. 5. Zmierzony rozkład prędkości taśmy z zaznaczonym odcinkiem przekazywania energii napędowej poprzez krążniki
Rozwiązaniem istotnie usprawniającym pracę przenośnika taśmowego, wprowa-dzonym w ostatnich latach do eksploatacji w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A., jest nadążne urządzenie napinające taśmę. W standardowych rozwiązaniach prze-nośników typu LEGMET stosuje się ciężarowe urządzenia napinające, składające się z dwóch ciężarów zawieszonych na linach po obu stronach przenośnika i prowa-dzonych w specjalnie w tym celu budowanych wieżach napinających. Ze względu na poziom sił w taśmie jest to rozwiązanie bardzo dobre, ale wymaga przygotowania odpowiednich wyrobisk pod zabudowę tych wież [8]. Dlatego też w ostatnich latach zaczęto stosować nadążne urządzenia napinające opracowane w AGH w Krakowie [19]. Są to urządzenia z dwoma bębnami napinającymi przemieszczanymi na dwóch
wózkach połączonych układem lin i wielokrążkiem o stałym przełożeniu (rys. 6) Przełożenie wielokrążka utrzymuje stały stosunek sił po stronie nabiegającej i zbie-gającej ze stacji napędowej przenośnika, co wpływa jednoznacznie pozytywnie na trwałość taśmy. Sposób zabudowy nadążnego urządzenia napinającego w przeno-śniku typu LEGMET przedstawiono na rys. 6a. Rys. 6b pokazuje układ wielokrążków łączących dwa wózki z umiejscowionymi na nich bębnami napinającymi.
S 1 S 1 1 2 3 4 5 6 6 5 4 3 2 1 S 2 = 1 6 S 1 S 2 = 1 6 S 1 Dynamometr indukcyjny Wciàgarka linowa dwub´bnowa Wózek napinajàcy 3
(wywošywanie napi´cia wst´pnego i kompensacja wydšuýeƒ trwašych taÊmy)
Wózek napinajàcy 2 (w strefie siš niskich) Hydrauliczny zespóš
tšumiàcy Wózek napinajàcy 1
(w strefie siš duýych)
b) Schemat ukšadu napinania taÊmy a) Schemat obiegu taÊmy
SCHEMAT PRZENOÂNIKA TAÂMOWEGO „LEGMET” Z NADÑðNYM (BEZWIEðOWYM) NAPINANIEM TAÂMY
Wózek napinajàcy 1 Wózek napinajàcy 2 Wózek napinajàcy 3
Wciàgarka stacja zwrotna trasa odcinek upadowy p´tlica II stacja nap´dowa p´tlica I odcinek koƒcowy stacja zrzutowa
SCHEMAT PRZENOŚNIKA TAŚMOWEGO “LEGMET” Z NADĄŻNYM (BEZWIEŻOWYM) NAPINANIEM TAŚMY
a) Schemat obiegu taśmy
Wózek napinający 1 Wózek napinający 2 Wózek napinający 3
b) Schemat układu napinania taśmy
Trasa Pętlica II Petlica I Stacja zwrotna Wciągark Stacja zrzutowa Odcinek końcowy
Stacja napędowa Odcinek upadowy
Wózek napinający 1 (w strefie sił dużych)
Wózek napinający 2 (w strefie sił niskich)
Wózek napinający 3 (wywoływanie napięcia wstępnego i kompensacja wydłużeń Wciągarka linowa dwubębnowa Dynamometr indukcyjny Hydrauliczny zespół tłumiący
Rys. 6. Schemat przenośnika z dwuwózkowym nadążnym urządzeniem napinającym o przełożeniu 1:6
Pod koniec lat dziewięćdziesiątych pojawiły się na świecie nowe przenośniki da-lekiego zasięgu, charakteryzujące się minimalnym zużyciem energii [16]. Jednocze-śnie w KGHM powstały plany uruchomienia nowych głęboko zalęgających złóż. Realizacja tych planów wymaga zastosowania długich przenośników taśmowych o długościach dochodzących do 5 km. Zastosowanie taśm z linkami stalowymi i napędów głównych bazujących na jednostkach napędowych 320 kW pozwoliło na zrealizowanie tych zadań. KGHM ZANAM S.A. we współpracy z Wydziałem Geoin-żynierii, Górnictwa i Geologii Politechniki Wrocławskiej opracował koncepcję długich przenośników taśmowych LEGMET XL1200, z zamiarem wykorzystania wszystkich dotychczasowych osiągnięć technicznych w zakresie transportu taśmowego. Istnieją realne możliwości obniżenia energochłonności transportu taśmowego poprzez za-stosowanie odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych i materiałowych. Możliwości wykorzystania wariantowej konstrukcji przenośnika Legmet XL1200, skonstruowa-nego pod kątem obniżenia energochłonności transportu napędu główskonstruowa-nego przeno-śnika taśmowego i zmniejszenie jego zapotrzebowania na obsługę przedstawiono na przykładzie dwóch długich tras odstawy [17].
W przygotowanych analizach wykorzystano rezultaty prac badawczo- -rozwojowych, dotyczących głównych elementów przenośników: krążników i taśmy przenośnikowej oraz liczne zagraniczne wdrożenia przenośników taśmowych dale-kiego zasięgu. Wyniki wszechstronnych badań nad oporami ruchu przenośnika ta-śmowego i dostępne specjalistyczne oprogramowanie QNK-TT umożliwiły wielokry-terialną ocenę rozważanych rozwiązań konstrukcyjnych. Przedstawiono wariantowe możliwości zastosowania zmodernizowanych, energooszczędnych przenośników
taśmowych, odpowiednich dla długich tras w zróżnicowanych warunkach zabudowy i eksploatacji w krajowych kopalniach rud miedzi. Niezwykle ważnym zagadnieniem w długich przenośnikach jest również dobór urządzeń łagodnego rozruchu. W pra-cach koncepcyjnych na modelu symulacyjnym przeanalizowano wpływ rodzaju sprzęgła na obciążenia taśmy podczas rozruchu i hamowania przenośnika. Wyniki badań symulacyjnych przedstawiono na rys. 7 i 8.
Rys. 7. Symulacja siły w taśmie w czasie w czasie rozruchu, biegu ustalonego i hamowania poziomego. przenośnika Legmet XL1200, wyposażonego w sprzęgła hydrauliczne o stałym
wypełnieniu TVVS (L = 5000 m, Qm = 1700 t/h), (wykres z programu Dynabelt; czas w sekundach); kolor zielony – siła nabiegająca na stację napędową, kolor niebieski – siła
między bębnami stacji napędowej, kolor czerwony – siła zbiegająca ze stacji napędowej
Rys. 8. Symulacja siły w taśmie w czasie w czasie rozruchu, biegu ustalonego i hamowania poziomego przenośnika Legmet XL1200, wyposażonego w sprzęgła hydrauliczne o zmiennym wypełnieniu TPKL (L = 5000 m, Qm = 1700 t/h), (wykres z programu Dynabelt);
kolor zielony – siła nabiegająca na stację napędową, kolor niebieski – siła między bębnami stacji napędowej, kolor czerwony – siła zbiegająca ze stacji napędowej
Przedstawione powyżej wyniki symulacji wydają się wskazywać, że sprzęgła ze stałym wypełnieniem serii TVVS powinny zapewnić wystarczająco łagodne rozruchy (ze względu na poziom sił w taśmie i obciążenie silników). W warunkach pracy w dużych temperaturach mogą być one jednak znacznie obciążone cieplnie, jeżeli przenośnik byłby często, tj. kilka razy na godzinę, zatrzymywany i uruchamiany. Z pewnością większymi rezerwami dysponuje sterowane elektronicznie urządzenie – sprzęgło typu TPKL. W tym wypadku należy jednak upewnić się co do możliwości pracy tego sprzęgła w przewidywanych temperaturach dołowych.
W latach 2014-2016 zintensyfikowano prace nad zaprojektowaniem i wdrożeniem nowego typu przenośnika efektywnego ekonomicznie na potrzeby KGHM Polska Miedź S.A. KGHM ZANAM S.A., jako lider przedsięwzięcia, do udziału w projekcie badawczo-rozwojowym, pt. „Optymalizacja i przedstawienie rozwiązań konstrukcyj-nych dla projektu Przenośnika Taśmowego Efektywnego oraz przeprowadzenie badań eksploatacyjnych i określenie efektu ekonomicznego po wdrożeniu w Oddziale Górniczym ZG Lubin KGHM Polska Miedź S.A”, zaprosił również zespół Politechniki Wrocławskiej. W dużym stopniu przyczyniły się do tego doświadczenia badawcze, zebrane przez Zakład Systemów Maszynowych Politechniki Wrocławskiej i uzyskane przy tym spektakularne efekty w obniżeniu zużycia energii elektrycznej w przenośnikach stosowanych w kopalniach odkrywkowych, w których wykorzysty-wane są napędy o dużych mocach (do 4000 kW) [9, 10, 11, 18]. Zasadniczy cel pracy, polegający na wykazaniu kierunków obniżenia energochłonności napędów głównych, został osiągnięty, a potwierdzenie efektów uzyskano, realizując szereg badań laboratoryjnych i prac eksperymentalnych, prowadzonych w warunkach ko-palnianych. Pierwszą serię badań oporów ruchu, sprawności i poboru mocy czynnej napędu przeprowadzono na standardowym przenośniku taśmowym (rys. 9), a wyniki tych badań stanowiły punkt odniesienia do określenia korzyści, wynikających z za-stosowania zaproponowanych modyfikacji, dedykowanych do zaza-stosowania w proto-typowym przenośniku efektywnym, na którym wykonano drugą serię badań w tym samym zakresie.
Rys. 9. Widok standardowego przenośnika taśmowego oraz zamontowane stanowisko pomiarowe wraz z czujnikami do rejestracji sił poziomych i pionowych
Zaproponowane na podstawie wyników badań laboratoryjnych zmiany polegały na zainstalowaniu na przenośniku prototypowym:
specjalnej taśmy z okładką bieżną generującą mniejsze opory toczenia po krążnikach,
krążników o istotnie zmniejszonych oporach obracania w pełnym zakresie obciążeń promieniowych,
energooszczędnych silników o dużej sprawności.
Pomiary oporów ruchu, przeprowadzone na przenośniku standardowym i na przenośniku efektywnym, potwierdziły słuszność przyjętych założeń, że zastosowa-nie krążników o obniżonych oporach obracania i taśmy energooszczędnej istotzastosowa-nie obniżą opory ruchu cięgna górnego [12, 13]. Ponadto w ramach projektu oszacowa-no poziom oczekiwanych efektów ekooszacowa-nomicznych, wynikający z zapropooszacowa-nowanych usprawnień, oraz sformułowano wytyczne i zalecenia do projektowania i kompleto-wania nowej generacji przenośników do zastosokompleto-wania w KGHM Polska Miedź S.A., z uwzględnieniem wymagań dotyczących energochłonności systemów transportu przenośnikowego [14, 15].
Wnioski
1. Kilkudziesięcioletnie doświadczenia eksploatacyjne ze stosowaniem transportu taśmowego w kopalniach KGHM Polska Miedź S.A. doprowadziły do znacznej poprawy efektywności stosowania tego środka transportu. Przenośniki LEGMET zdały pomyślnie egzamin w warunkach kopalń rud miedzi, ale poja-wiły się nowe, bardziej ambitne zadania. Po uporaniu się z trwałością taśm i ich połączeń zaczęto poszukiwać bardziej racjonalnych rozwiązań zwiększających funkcjonalność transportu taśmowego.
2. Korzyści w postaci oszczędności energii oraz zwiększenia trwałości taśmy można oczekiwać po zastosowaniu napędów pośrednich. Wypróbowana idea taśmowych napędów pośrednich jest rozwijana w kierunku lżejszych i wygod-niejszych w obsłudze linowych napędów pośrednich.
3. W eksploatacji niskich pokładów sprawdzono przenośnik typu LEGMET 2000, gdzie wypróbowano nowatorski sposób przekazywania energii napędowej z cięgna dolnego do cięgna górnego poprzez krążniki środkowe zestawów górnych.
4. W specyficznych warunkach eksploatacyjnych panujących w kopalniach rud miedzi uzasadnione jest stosowanie dwuwózkowego nadążnego urządzenia napinającego. Zastosowanie tego typu napinania powinno być poprzedzone wnikliwą analizą stanów pracy przenośnika, z uwzględnieniem warunków prze-pływu strugi urobku, szczególnie w przenośnikach o zmiennym profilu trasy. 5. Do nowych zadań transportowych, związanych z wydobyciem nowych,
głębo-kich złóż rud miedzi, potrzebna jest nowa generacja przenośników długich z taśmą z linkami stalowymi. W pracach nad przenośnikami LEGMET XL 1200 skuteczne są zastosowania rozwiązań energooszczędnych (taśma ze specjal-nie dobraną okładką bieżną oraz krążniki o obniżonych oporach ruchu). 6. W projektowaniu długich energooszczędnych przenośników taśmowych
przydatnym narzędziem jest system komputerowy QNK-TT, dający możliwości prowadzenia wielowariantowych analiz. Wyniki prowadzonych obliczeń,
uzyskanych z programu QNK-TT, były wielokrotnie z powodzeniem weryfikowane wynikami pomiarów na przenośniku in-situ.
7. Wyniki prowadzonych wspólnie z KGHM ZANAM S.A. prac badawczo- -rozwojowych wykazały, że stopniowa modernizacja w kierunku energooszczędności systemów transportu taśmowego w kopalniach podziemnych rud miedzi przyniesie istotne zmniejszenie zapotrzebowania mocy napędów głównych przenośników, co przy wzrastającej cenie energii elektrycznej da wymierne oszczędności już w pierwszego roku ich eksploatacji.
Bibliografia
[1] Banaszak A., Laska Z., Zając A., 2007, Doświadczenia w eksploatacji taśm przenośni-kowych w OZG „Rudna”, Transport Przemysłowy 2(28)/2007. Wydawnictwo Lektorium, Wrocław 2007, ISSN 1640-5455.
[2] Gładysiewicz L., 1979, Metoda obliczania sił w cięgnach przenośnika taśmowego wielo-napędowego z napędem pośrednim taśmowym, Praca doktorska, Instytut Górnictwa Poli-techniki Wrocławskiej, Raport SPR nr 36 (niepublikowana).
[3] Gładysiewicz L., 2000, Niekonwencjonalne napędy przenośników taśmowych, Transport Przemysłowy 1/2000. Wydawnictwo Lektorium, Wrocław, ISSN 1640-5455.
[4] Gładysiewicz L., Janisiów T., 2000, Badania przekazywania energii napędowej w nowym typie przenośnika taśmowego, Transport Przemysłowy 2/2000, Wydawnictwo Lektorium, Wrocław 2000, ISSN 1640-5455.
[5] Gładysiewicz L., Kubiak D, 2001, Zastosowanie lekkiego przenośnika modułowego „LEGMET 2000” w ekstremalnie niskich wyrobiskach górniczych, Transport Przemysłowy 3(5)/2001, Wydawnictwo Lektorium, Wrocław, ISSN 1640-5455.
[6] Gładysiewicz L., 2003, Przenośniki taśmowe. Teoria i obliczenia, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. Wrocław, ISBN 8-7085-737-X.
[7] Gładysiewicz L., 2004, Nierównomierność obciążeń jednostek napędowych w przenośni-ku z taśmowym napędem pośrednim, Transport Przemysłowy 3(17)/2004, Wydawnictwo Lektorium, Wrocław, ISSN 1640-5455.
[8] Gładysiewicz L., 2007, Dobór urządzenia napinającego w przenośniku o zmiennym profi-lu trasy, Transport Przemysłowy 3(29)/2007, Wydawnictwo Lektorium, Wrocław 2007, ISSN 1640-5455.
[9] Gładysiewicz L., Król R., Bukowski J., 2011, Tests of belt conveyor resistance to motion. Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability, nr 3, s. 17-25.
[10] Gładysiewicz L., Król R., Kisielewski W., 2012, Experimental studies on the resistance to motion in an overburden belt conveyor system, World Mining, vol. 64, nr 6, s. 374-381. [11] Gładysiewicz L., Król R., Kisielewski W., 2012, Wpływ temperatury otoczenia na opory
ruchu przenośnika taśmowego, Transport Przemysłowy i Maszyny Robocze, nr 4. [12] Gładysiewicz L., Zawilak J., Król R., Woźniak D., Kisielewski W., Kaszuba D., 2014,
Opracowanie specyfikacji parametrów nowej generacji podzespołów przenośnika taśmo-wego w oparciu o wyniki prac studialnych i badań laboratoryjnych, Raporty Inst. Gór. PWr, ser. SPR, nr 11.
[13] Gładysiewicz L., Król R., Zawilak J., Zawilak T., Kisielewski W., Kaszuba D., 2014, Opra-cowanie wyników badań eksperymentalnych bazowego przenośnika taśmowego L-1031, Raporty Inst. Gór. PWr, ser. SPR, nr 12.
[14] Gładysiewicz L., Król R, Kisielewski W., Kaszuba D., Szczerbakowicz M., 2016, Opraco-wanie wyników badań eksperymentalnych prototypowego przenośnika taśmowego A-183, Raporty Wydziału Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii Politechniki Wrocławskiej, ser. SPR, nr 5.
[15] Gładysiewicz L., Król R., Kawalec W., Kaszuba D., Kisielewski W., 2016, Określanie efektu ekonomicznego wynikającego z zaimplementowanych rozwiązań konstrukcyjnych w prototypowym przenośniku taśmowych A-183, Raporty Wydziału Geoinżynierii, Górnic-twa i Geologii Politechniki Wrocławskiej, ser. SPR, nr 8.
[16] Kawalec W., 2003, Przenośniki taśmowe dalekiego zasięgu, Transport Przemysłowy 1(11)/2003, Wydawnictwo Lektorium, Wrocław, ISSN 1640-5455.
[17] Kawalec W., Król R., Kubiak D., 2009, Długie przenośniki taśmowe dla kopalń rud mie-dzi, [w:] Nowoczesne metody eksploatacji węgla i skał zwięzłych, monografia, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, Kraków, s. 160-172.
[18] Król R., 2013, Metody badań i doboru elementów przenośnika taśmowego z uwzględnie-niem losowo zmiennej strugi urobku, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. [19] Kulinowski P., 2005, Pętlicowe urządzenie napinające taśmę dla podścianowych
przeno-śników taśmowych kopalń węgla kamiennego, Transport Przemysłowy 1(19))/2005, Wy-dawnictwo Lektorium, Wrocław, ISSN 1640-5455.
[20] Morawski A., 2002, Zastosowanie przemienników częstotliwości w napędach przenośni-ków górniczych, Transport Przemysłowy 1 (7)/2002, Wydawnictwo Lektorium, Wrocław, ISSN 1640-5455.
