TENDENCIJA PRIMJENE ELEKTRICNE UTOVARNO-TRANSPORTNO-ISTOVARNE MEHANIZACIJE U PODZEMNIM PROSTORIJAMA RUDNIKA

Abstract

Changed working conditions in deep mining workings (underground rooms of a mine) have lead, by application of diesel driven mechanization to the tendency of introducing the electric LHD machines in mines. However, although the flexibility of electric mining machines has been improved due to the efforts of factories producing mining machines, the diesel units are still more flexible in application, although their maintenance in pit drives is more exspensive. [PUBLICATION ABSTRACT]

Headnote

Kljucne rijeci: Rudnik, Podzemna eksploatacija, Dizelski pogon, Elektric'ni pogon Elektricni pogon

Promijenjeni uvjeti rada u dubokim podzemnim prostorijama rudnika primjenom mehanizacije na dizelski pogon pridonijeli su tendenciji wodenja elektriEnih utovarno-transportno-istwamih (Load-Haulage-Dump) strojwa u rudnike.

Medutim, iako je fleksibilnost elektriEne rudarske mehanizacije poboljhna zahvaljujuti nastojanjima tvornica rudarskih strojeva, dizelske su jedinice j d uvijek fleksibilnije u primjeni, iako u jamskim pogonima skuplje za m v a n j e .

Key-words: Mine, Underground mining, Diesel drive, Electric drive

Changed working conditions in deep mining workings (underground rooms of a mine) have lead, by application of diesel driven mechanization to the tendency of introducing the electric LHD machines in mines.

However, although the flexibility of electric mining machines has been improved due to the efforts of factories producing mining machines, the diesel units are still more flexible in application, although their maintenance in pit drives is more exspensive.

(ProQuest: ... denotes formula omitted.)

Uvod

Mehanizacija s dizelovim motorima primjenjena je najprije u njemaCkim rudnicima 1927. godine jamskom lokomotivom koja je kasnije primijenjena u Engleskoj te ostalim rudnicima Europe i Amerike. Uvodenje suvremene, samohodne LHD mehanizacije te buSaCe i servisne opreme s pogonom na naftu u podzemne prostorije rudnika uvjetovalo je povebnje potrebne kolii3ne zraka za vjetrenje u cilju zaStite zaposlenih od Skodljivih ispuSnih plinova iz dizelskih motora. Posljedica rada dizelskih strojeva u podzemnim prostorijama rudnika jesu buka i vibracija, poveCava se temperatura i opasnost od pohra, a smanjuje se vidljivost

U ispuSnom plinu dizelovog motora utvrdeni su ovi opasni sastojci: ugljiCni monoksid (CO), du3iCni oksidi (NO i NOz), sumporni dioksid ( S a ) , akrolein (CH2CHCHO) i formaldehid (HCHO), koji su otrovni i ugljiCni dioksid(CO2) koji je zaguSljiv, te Cada kao produkt nepotpunog sagorijevanja u motoru.

Razblaienje ovih komponenata na MDK (maksimalno dozvoljena koncentracija) postik se povetanjem koliCine ulaznog waka odnosno povebnjem njegove turbulencije kod strujanja u jamskim vjetrenim provodnicima (T e p 1 y, 1990).

Prije uvodenja dizelske opreme u jarnske pogone obiCno treba rijditi dva temeljna problema:

- osigurati dovoljnu kolizinu zraka za razblaknje ispuSnih plinova te na taj naCin omogueiti nesmetan rad zaposlenih, kao i rad dizelskih motora;

- izraditi jamske vjetrene provodnike v& podine popretnog presjeka i omoguCiti njihovo podgradivanje i odrZavanje

Izabrani dizelski motor mora stvarati takvu koncentraciju opasnih komponenata u ispuSnom plinu da se za njihovo razrectivanje na MDK troSi Sto manja koliCina svjeZeg zraka.

ElektriCni pogoni LHD jedinica u podzemnoj eksploataciji imaju ove prednosti prema dizelskim pogonima:

- nema ispuSnih plinova;

- moZe se dopustiti slabiji intenzitet vjetrenja jamskih prostorija;

- poboljSana je vidljivost u jami;

- strojna jedinica je v&g kapaciteta;

- pogonski elektromotori imaju v&u ~Cinkovitost;

- elektromotori razvijaju nib temperaturu;

- razvija se manja buka kod rada;

- jednostavnost elektriCnih motora omogukuje i lakSe odrhvanje strojeva.

Glavni nedostatak elektricnih LHD strojeva je ogranikno kretanje i dodatni troSkovi zbog kratkog Zivotnog vijeka povlaCnog kabela.

Neke kompanije u svijetu jeruju u automatizaciju i elektrifikaciju podzemnog transports pa su kao rezultat toga proizvedeni automatski izvozni kamioni AHT (Automatic Haulage Truck) s trolejem i daljinskom kontrolom (C h a d v i c k, 1992).

Dizelski motor i kvaliteta ispuSnog plina

Sustav dizelovog motora sastoji se od uvodenja Cistog zraka u cilindar gdje ga klip snaino komprimira na tlak od 25 do 40 bara. Na kraju kompresije postiie se temperatura paljenja goriva od 550 do 700°c, koje se ubrizgava u cilindar posebnom visokotlaCnom pumpom. Uslijed izgaranja goriva povetava se tlak u cilindru na 60 do 100 bara, koji slug za obavljanje rada (K r a u t, 1982). Kod dizelovog procesa nema opasnosti od samozapaljenja (detonacije) goriva u cilindru pa se moZe izabrati visa kompresija Sto je i razlog da se gorivo znatno bolje iskoriStava.

Gorivo za dizelske strojeve zaposlene u podzemnim prostorijama rudnika mora zadovoljiti ove temeljne kriterije:

- sadrhj sumpora mora biti ispod 0,5%;

- temperatura paljenja goriva treba biti Sto viSa;

- gorivo mora imati konstantni elementarni sastav;

- gorivo treba sadrZavati Sto manje neeisto& i vlage.

Rashladno djelovanje na ispuSne plinove imaju vodeni preCistaCi koji dobro preEShvaju aldehide. Posljednjih godina oksi- katalitieki preZistaEi ispuha u kombinaciji s filterima za hdu eliminiraju preko 90% zagadivah.

Kako je poznato, dizelski motori s "dvostupanjskim sagorijevanjem", tj. motori s pretkomorom, namijenjeni su za rudnike s podzemnom eksploatacijom jer u ispuSnom plinu s a w manju koncentraciju Skodljivih komponenti nego motori s "direktnim ubrizgavanjem" goriva. Koeficijent razbl&anja (K) pojedinih komponenata ispdnog plina tada je manji i rahna se iz odnosa sadrhja komponente i njezine vrijednosti za MDK, na primjer:

...

gdje su:

CO2 - koncentracija ugljienog dioksida, %;

MDKC02- maksimalno dozvoljena koncentracija ugljienog dioksida, %.

Dvokomorno mije3anje goriva omogutuje potpunije sagorijevanje zbog hga nastaje manja koncentracija opasnih komponenata u ispuSnom plinu dizelskog motora, iako je potrognja goriva ndto v&. Kod ispravno uskladenog dizelskog motora sve su komponente u ispuSnom plinu kolieinski ovisne od opteredenja motora.

Mjerilo ispravnosti rada dizelskog motora je sadrhj hdi i ugljienog monoksida u ispuSnom plinu. Svako pogorSanje sagorijevanja i povehnje dodatka goriva izaziva povehnje sadrhja ugljienog monoksida.

Za motore s dvostupanjskim sagorijevanjem, koji su predvideni za uporabu u podzemnoj eksploataciji, uskladivanje se motora izvodi na odredenu graniEnu vrijednost ugljitnog monoksida (CO), kao Sto je to praksa u NjemaEkoj.

Na kvalitetu ispuSnog plina utjetu i mnogi drugi Eimbenici, a najviSe odnos gorivo-zrak. Kada je taj teZinski omjer u motoru ispod 0,06, smjesa sadrZi vise zraka nego Sto je potrebno za sagorijevanje, pa se mijenja kvaliteta plina, a glavni je sastojak ispuSnog plina ugljieni dioksid, koji nije otrovan.

Uskladivanje odnosa gorivo - uak je karakteristitno za motore s direktnim ubrizgavanjem goriva, kao Sto je praksa u Americi, Svedskoj, Engleskoj i drugdje.

NaS vaMi Pravilnik o tehnickim normativima za strojeve s dizelskim motorima koji se upotrebljavaju pri podzemnim rudarskim radovima u nemetanskim jamama (Zakon o preuz. zakona, 1991) propisuje indiciranje ugljienog monoksida u ispuSnom plinu dizelskog stroja na poiktku svake smjene. Ako se indiciranjem umdi da je vrijednost ugljiEnog monoksida (CO) 0,12% ili vSe, stroj se mora iskljuEiti iz uporabe.

Dizelski LHD utovaraci

Proizvodnjom LHD strojeva na dizelski pogon velikih snaga i uCinaka zapoEinje 1962. tvrtka Wagner (J o h n s t o n e, 1975), a istovremeno i tvrtke Eimco, Yoy, Caterpillar, Allis-Chalmers i Euclid. DanaSnje standardne izvedbe LHD utovarah s dizelskim pogonom imaju volumen lopate: 2,0,3,8,7,0 i 10,O m3 i nosivost: 3,8,7,3,12,0 i 15,O t.

Glavne opasnosti kod uporabe strojeva s pogonom na naftu u podzemnim prostorijama rudnika jesu:

- nezdravi uvjeti u atmosferi otrovnih sastojaka ispuSnog plina dizelskog motora;

- eksplozije i zapalenja jamske atmosfere uslijed zagrijanih dijelova stroja;

- eksplozije i upale nafte kod pretakanja, transporta i uskladiStenja u jamskim u jetima;

- zagadivanje jamske atmosfere ispuSnim plinovima i hdom uslijed intenzivnih radova dizelskih strojeva.

Veca kolitina potrebnog zraka za jetrenje jamskih prostorija uzrokuje porast troSkova koji predstavljaju znahjan odjeljak u ukupnim troSkovima po toni mineralne sirovine. Radi smanjenja troSkova vjetrenja i radi zaStite radne okoline, naroEito u dubokim jamama, kvaliteti ispuSnih plinova dizelskih strojeva daje se sve veh pozornost.

LHD jedinice s elektriEnim pogonom

Elektrificirana LHD oprema u rudnicima Cesto znaEi veCe investicije, ali nudi nige troSkove eksploatacije. Veh snaga ovih jedinica omoguhva za od 20 do 30% veCi utovar od dizelskih, pa su one produktivnije. Zbog toga se moZe i smanjiti potreban broj jedinica, Sto znaEi manje troSkove odrbvanja i manje potrebnih rezervnih dijelova. Poznato je da elektriEni motori imaju utinkovitost oko 95%, a dizelski motori samo od 40 do 45%.

Veliki uspjesi u konstrukciji elektricnih LHD-a ostvareni su u kompanijama Tamrock Toro, Eimco i Wagner, gdje smatraju da elektricne jedinice imaju prednost pred dizelskim, naroCito u pogledu izdvajanja topline. ElektriCni motori rade na temperaturi pribligno 38'~, a dizelski pribliho 9 8 ' ~ s temperaturom ispuha do 540'~. Smatra se da elektriEne LHD jedinice imaju ove glavne nedostatke:

- ogranikno kretanje;

- dodatni troSkovi kablova i svitaka;

- nedostatak strutnosti u odrkvanju strojeva.

Spomenuto je da su elektrihi LHD-i produktivniji, jer se dodatne cijene kablova isplate vebm ~Cinkovitosti

Tipitni LHD na dizelski pogon proizvodi prosjetno 2 kW, a maksimalno 3 kW topline za instalirani kW motora. ElektriCni LHD, npr.Eimco 913 E, proizvodi 0,6 kW, maksimalno 1 kW topline za instalirani kW motora. Prema tome elektritna jedinica proizvodi tretinu topline koju bi u podzemnom rudarskom okoliSu proizvela dizelska, pa Ce se ona upotrebljavati prvenstveno zbog tiSeg rada, manjeg zagadivanja i manje potrebe zraka za vjetrenje.

Kabelska elektrika na LHD stroju naro8to je pogodna za rad u podzemnom, ograniknom prostoru, jer nema ispusnih plinova, a mali su troSkovi servisiranja.

DanaSnje izvedbe LHD utovarah s elektritnim pogonom imaju volumen lopate: 2,0, 3,8, i 6,O m3, i nosivost: 3,8, 7,3 i 12,O t. Akcijski radius novijih konstrukcija proizvodnje Eimco povehn je na pribliho 400 m. Bubanj s namotanim kabelom smanjuje fleksibilnost LHD stroja. Taj je nedostatak otklonjen kombinacijom svitaka kablova s trolejnim vodom. Takav povlatno-kabelski trolejni sustav dozvoljava neSto vedu fleksibilnost, ali ima mali udio u strojnoj opremi dandnjih podzemnih rudnika, osim kod eksploatacije ugljena. Naklno, mote se istaknuti, da Ce elektritne LHD jedinici i u buduknosti ostati za specijalne namjene bez obzira na ekoloSke razloge koji Ce utjecati na potiskivanje uporabe dizelske opreme u podzemnim rudnicima.

Akumulatorska elektrika u podzemnoj eksploataciji ima sve prednosti zatvorenog izvora snage bez zagadivanja okoline i s niskim troSkovima odrkvanja. Jednostavni sustav izmjene akumulatora (Eimco) i odgovarajuti razmak stanica za punjenje u jami povehva efikasnost strojeva s akumulatorima u jamskom transportu.

LHD jedinice i kamioni u jamskom transportu

Nastojanja na daljinskoj kontroli jamskih LHD-a i kamiona s povrsine, rezultirala su do sada s najvebm jedinicom u podzemnom transportu. Kamion bez vozah na glavnom izvozu rudnika (Automatic Haulage Truck) praktitki je sanduk bez &la i zaklja, duljine 10,5 m, visine 3 m, a proizvod je Inco Canada (C h a d i c k,1992). Maksimalna brzina kamiona je 14,5 kmh, a energiju za pogon dobiva preko trolejskog voda napetosti 575 V.

Instrukcije ova transportna jedinica dobiva radijom kodiranim markerima du2 izvoznog puta. Kamion se preko video kamera kontrolira i vizualno.

Elektritni kamioni u podzemnim rudnicima imaju nekoliko prednosti pred dizelskim jedinicama, a to su: Sstoh i tiSina u radu 8me se osigurava zdravija radna okolina; manje pokretnih dijelova kod kamiona 8ni odrhvanje lakSim i jeftinijim; efikasnost motora, kapacitet utovara i brzine kretanja su veCe nego kod dizelskih jedinica, pa to omogutuje vedu produktivnost.

Pokusi s Inco kamionom joS su u tijeku, medutim kamion predstavlja danas najnaprednije vozilo za podzemni rudarski transport u svijetu, jer:

- sustav kontrole pomoCu kompjutora dozvoljava neovisan rad;

- kamion je projektiran za rad na kosini do 20%;

- sustav moie imati potpuno automatski utovar, izvoz i istovar uporabom automatskih Sipki ili specijalnih strojeva za kontinuirani proces.

Slitne prednosti i postavljanje zahtjeva na elektritne LHD, proizvod Wagnera i Tamrock Toro, opisane u hsopisu Mining Magazine iz kolovoza 1992. Kako nema ispugnih plinova, manja je potrebna kolitina zraka za vjetrenje, veh je vidljivost i zdraviji radni okolid; uslijed konstantne snage elektromotora brk je punjenje lopate utovarah, time se posti2e veCi kapacitet.

Nedostaci ovih LHD-a na elektritni pogon jesu, prvenstveno, ograniikno kretanje; dodatni troSkovi svitaka kablova; potrebno je osigurati adekvatnu opskrbu elektritnom energijom.

U spomenutom Wopisu iz prosinca 1992. opisana je primjena jamskog kamiona (Mamut 120), kapaciteta 120 t u rudniku teljezne rude LKAB Malmberget u $vedskoj. Mamut 120 je superteSki izvozni kamion nosivosti 120 t. Posebno ojabna karoserija praktitki je novi koncept takvog kamiona. Hidraulika i ovjes takoder su novo projektirani.

Tehnologija rada u podzemnoj eksploataciji sve se viSe razvija u smjeru primjene kompleksne mehanizacije. S tim u svezi dolazi u obzir primjena jedne vrste energije, a to je danas obitno elektritna. Kada su uvjeti povoljni primjenjuje se mehanizacija s dizelskim pogonom, zbog izrazite prednosti u pogledu autonomnosti.

Zakljutak

Elektritna je energija prakti&i ovladala danaSnjom rudarskom mehanizacijom, iako njezin pohod po rudnicima nije bio tako munjevit kao Sto je to bilo s parnom energijom. Razlog je tome bio postojanje potencijalne opasnosti od upala i eksplozija u podzemnim rudnicima. Opazilo se da su elektritni urectaji opasni za uporabu u jamama s opasnim plinovima i opasnom ugljenom praSinom. Upravo su rudnici ugljena, kao glavni nosioci industrijalizacije u pojedinim zemljama, postali nepodesni za primjenu elektritne energije. Sto se ti& rudnika metala elektritnu se energiju u podzemlju moglo primjenjivati bez opasnosti.

Intenzivnim istra2ivanjima i postupnirn uklanjanjem slabosti uporabe elektritne energije, a naroCito povoljnoj cijeni, mok se zahvaliti vrahnje njene uporabe u rudniku.

Medutim, razvile su se i tehnologije koje se oslanjaju na izvanredne mogutnosti i fleksibilnost te potpunu autonomnost dizelske mehanizacije.

Pogon dizelskim motorima je skuplji nego elektromotorni. Mectutim, kada se uzmu u obzir troskovi za mreZu i m o j elektrihe energije do potrdah, prije donoknja odluke o vrsti energije, ukupne tmskove treba odrediti detaljnom ekonomskom anaiizom i to posebno za svaki pojedinahi slutaj.

MoZe se istati da su dizelski pogoni uglavnom ogranikni na manje jedinice, ili na strojeve gdje je primarni zahtjev maksimalna autonomnost.

Primljeno: 23.11.1995.

Prihvaceno : 20. VI. 1995

Sidebar

Tendency of Applying LHD Mechanization in Mining Workings

K Renddid and S. Dunda

The introduction of modem automatic mechanization and oildriven (dieseldriven) drilling and service equipment in mining workings needs amounts of air for ventilation. Besides, the activities of this mechanization in underground rooms cause noise and vibrations, increase temperature and danger of fire and decrease visibility.

In the blown-off gas of dieselengine there are dangerous components which have to be thinned by ventilation to undangerous quantity. In performing this, two basic problems need to be principally solved:

- to provide sufficient amount of air for thinning of gases,

- to construct mine air conductors with larger cross- sections.

Electrically driven LHD (Load-Haulage-Dump) units in underground mining have the adventage when compared with diesel- driven LHD units:

- there are no blown-off gases,

- slighter intensity of workings ventilation can be allowed,

-visibility in workings is improved,

- ~ m v i g g ecapracity ,

- driving electric motors are more efficient,

- driving electric motors develop lower temperature,

- less noise is developed during activities,

-simple construction of electric motors anables easier maintenance of machines.

The main disadvantage of electric LHD machines is restricted moving ability and additional costs due to short duration of pulling lie.

Fuel for diesel-machines driven in mining workings has to satisfy the following basic criteria:

- sulfur content must be under 0,5%,

- temperature of fuel ignition has to be as high as possible,

- fuel must have constant elementary system,

-fuel has to contain as few impurities and moisture as possible.

Our "Statute on Technical Normatives for Diesel-Engine Machines Used in Underground Mining Activities in Non-Methane Pits" prescribes indication of carbon monoxide (CO) in blown-off gas of a diesel-machine at the beggining of each shift. If the indication proves the carbon monoxide value to be 0,12% or more, the machine has to be excluded from the use.

The main dangers in using the dieseldriven machines in mining workings are:

- unhealthy conditions due to toxic components in blown-off gas,

-explosions and ignitions of pit atmosphere due to heated parts of machines,

- explosions and inflammations of oil during pouring, transportation and storage in mine conditions

-pollution of pit atmosphere with gases and soot.

Diesel-drive in mines is more expensive than electric drive. However, if the costs of electric energy network and distribution are considered, total costs need to be determined for each case separately after detailed economic analysis and then the decision can be made on the type of energy to be used in drive.

References

LITERATURA

C h a d v i c k, 3. (1992): Diesel or Elektric ?Mining Magazine, 167, 92 - 99. London

J o h n s t o n e, H.A. (1975): Trends in trackless mining. Mining Magazine 1,44 - 50.

K r a u t, B. (1982): Strojarski priruEnik. TehniEka knjiga Zagreb. 684 pp, Zagreb

T e p I y, E. (1990): RudniEka ventilacija. SveuEiliSte u Zagrebu, 356 pp, Zagreb.

...... (1978): P r a v i I n i k o tehniEkim nonnativima za strojeve s dizelskim motorima koji se upotrebljavaju pri podzemnim rudarskim radovima u nemetanskim jamama. Zakon o preuzimanju zakona N. N. br. 53/91, Zagreb.