Теория ленточных конвейеров для крупнокусковых горных пород / Но­ виков Е. Е., Смирнов В. К. Киев Наук, думка, 1983.— 184 Q.

Монография посвящена вопросам расчета ленточных конвейеров для крупнокусковых горных пород. Освещены основные тенденции конструктив­ ного развития таких установок Изложена теория взаимодействия кусков груза с лентой и опорными элементами в пункте погрузки и на линейной части. Сформулированы понятия о критической энергии взаимодействия и критической скорости транспортирования кусков. Определены деформиро­ ванное состояние и центрирующие свойства роликоопор различного типа.

Для научных и инженерно-технических работников, занимающихся во­ просами расчета и конструирования ленточных конвейеров.

Ил. 76 Табл 8 Список лит.: с. 179— 182 (56 назв.).

Ответственный редактор Н. С. П о л я к о в

Рецензенты Н. Я Б и л и ч е н к о , А. Н. М о с к а л е в

Редакция технической литературы

В связи с увеличением объемов добычи и переработки полезных ископае­ мых, а также увеличением объемов перевозки покрывающих пород, углуб­ лением карьеров и шахт проблема транспортировки становится все более актуальной. Возможности традиционных видов транспорта горных пред­ приятий (железнодорожного и автомобильного) практически исчерпаны. Практикой эксплуатации угольных шахт и карьеров с рыхлыми вмещаю­ щими породами доказана эффективность конвейерного транспорта.

Применение конвейеров на горнодобывающих предприятиях со скаль­ ными породами обусловлено степенью их пригодности для крупнокусковых грузов или подготовленности горной массы к транспортированию. В рабо­ тах, посвященных транспортировке конвейерами скальных пород, нет еди­ ного подхода к оценке явлений и процессов, происходящих при доставке крупнокусковой горной массы, принципов конструирования и расчета та­ ких установок. Целью настоящей монографии является разработка единого подхода к расчету и конструированию ленточных конвейеров для крупно­ кусковых горных пород, а также отдельных их элементов.

В первой главе освещен опыт применения в нашей стране и за рубе­ жом мощных конвейеров, в частности для скальных пород, дан краткий анализ работ, в которых рассмотрены расчет и особенности конструирова­ ния таких установок.

Во второй главе изложены результаты исследований структурной ха­ рактеристики грузопотока. Уточнены представления о форме куска, степе­ ни его крупности, фракциях и гранулометрическом составе груза. Приве­ ден расчет весового содержания фракций во взорванной горной массе при известном содержании, полученном фотопланиметрическим методом, а так­ же после грохочения и дробления при известном их содержании во взорван­ ной горной массе.

В третьей главе показано взаимодействие куска груза с конвейерной лентой и роликоопорами в пункте погрузки и на линейной части конвейера. Сформулировано определение критической скорости транспортирования, выведено соотношение для ее расчета.

Четвертая глава посвящена выявлению особенностей выбора и расчета основных элементов конвейерной установки, транспортирующей крупнокусковые грузы. Определена жесткостная характеристика, обобщены дан­ ные по усталостной прочности конвейерной ленты при сдавливании, сфор­ мулировано понятие о критической энергии взаимодействия куска груза о конвейерной лентой, выведена формула для расчета срока ее службы. Дана

взаимодействующей с куском; рассмотрено деформированное состояние си­ стемы подвески шарнирных и податливых роликоопор, нагрузки в несущих канатах, центрирующие свойства роликоопор различного типа. В каче­ стве основного элемента установки рассмотрено перегрузочное устройство, характер движения в нем потока мелкого груза и отдельных кусков. Уста­

ГЛАВА ПЕРВАЯ

СОВРЕМЕННЫЕ КОНВЕЙЕРНЫЕ УСТАНОВКИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ КРУПНОКУСКОВОГО ГРУЗА НА ОТКРЫТЫХ РАЗРАБОТКАХ

1. Особенности применения ленточных конвейеров

Конвейерами называются транспортные установки, обеспечи­ вающие непрерывную одновременную погрузку, разгрузку и транспортировку материала специальным тягово-несущим органом. Для ленточного конвейера таким органом является резинотканевая или резинотросовая лента. Основные преиму­ щества ленточного конвейера по сравнению с другими установ­ ками непрерывного действия — большие скорости транспор­ тировки и тяговые усилия на один привод.

Большая скорость на ленточных конвейерах обусловлена высокой пропускной способностью погрузочно-разгрузочных узлов, качественным состоянием конвейерной трассы, сравни­ тельно малой погонной массой движущихся частей, устойчи­ востью движения и долговечностью конвейерной ленты.

Для ленты характерна пропорциональность допустимой тяговой нагрузки ее ширине и числу прокладок. Например, для резинотросовой ленты РТЛ-6000 шириной В = 2400 мм допустимая нагрузка SA0„ = 1,8 10е Н. Длина одного става при такой прочности ленты достигает 6 км по горизонтали (при погонной массе груза 800 кг/м). Примерно такие же свойства имеют и зарубежные резинотканевые конвейерные ленты.

шую производительность (10—20 тыс. т/ч), дальность транс­ портировки (на десятки километров) [11], угол подъема (до 0,35 рад), а также полное соблюдение экологических условий.

Однако для конвейеров, в отличие, например, от желез­ нодорожного и автомобильного транспорта, требуется высо­ кая степень подготовленности горной массы, соблюдение

прямолинейности трассы. При комбинированных видах карьерного транспорта (железнодорожно- и автомобильно-кон­ вейерного) необходима высокая организация и ритмичность ра­ боты всех звеньев системы.

2. Зарубежный и отечественный опыт применения ленточных конвейеров

Опыт применения конвейерных систем на открытых разработ­ ках широко освещен в литературе [11, 45, 49, 50]. По данным работы [11] в табл. 1 и 2 приведены основные технические характеристики карьерных конвейерных линий за рубежом и в нашей стране. Обращает внимание большая протяжен­ ность зарубежных конвейерных линий и отдельных установок. Например, на карьере Бернхайм (Новая Каледония) действует конвейер длиной 13,2 км. Конвейерная система Бу-Краа (За­ падная Сахара) состоит из одиннадцати конвейеров длиной 9—11 км. Применение конвейеров протяженностью 2—5 км — практически рядовое явление. В настоящее время эксплуати­ руется более 30 установок длиной свыше 3 км, из них более 20 длиной свыше 5 км и 12 — около или более 10 км. Из сверх­ длинных конвейерных линий особенно показательны система Бу-Краа протяженностью 100 км и система Роттердам—Рур протяженностью 206 км.

Протяженность конвейерных установок, применяемых в

СССР, уступает зарубежным (не более 2 км, см. табл. 2). Сле­ дует уделить особое внимание разработке в нашей стране длинных и сверхдлинных конвейерных линий (например, в пределах Донецко-Днепровского региона), что дало бы воз­ можность разгрузить железнодорожный транспорт.

Зарубежный и отечественный опыт применения конвейер­ ных линий на открытых разработках свидетельствует о том, что во всех случаях предусматривается полная подготовка гор­ ной массы к транспортированию обычными конвейерами. В по­ давляющем большинстве случаев за рубежом горная масса дробится до класса менее 0,25 м. Способ и тщательность подго­ товки горной массы существенно влияют на производитель­ ность линий. Например, на карьере Бернхайм дробление никелевой руды до класса менее 0,1 м обеспечивает производи­ тельность конвейерной линии 800 т/ч, в то время как расчет­ ная производительность конвейеров 1800 т/ч (ширина ленты 0,8 м, скорость движения 4 м/с). Такая разница между расчет­ ной и реальной производительностью свидетельствует о малой надежности системы оборудования для дробления горной массы.

В нашей стране накоплен опыт транспортировки крупнокус­

рунского железорудного комбината (Керчь). Комбинат добы­ вает и перерабатывает железную руду (бурый железняк) и известняк. Средний объем добычи руды 4 млн. т в год.

Бурый железняк представлен двумя видами, имеющими местное название «глинка» и «табачная руда». Глинка состоит из собственно глины, песка и гранул железной руды. Табач­ ная руда сравнительно твердая порода крепостью до 6 по шка­ ле Протодьяконова. До 1970 г. комбинат добывал глинку бла­ годаря ее легкой обогащаемости. Поэтому все оборудование приспособлено только для ее приема и переработки. В карьере горная масса экскаваторами грузилась в думпкары, доставля­ вшие ее в приемные бункеры рудоподачи. Из бункеров руда пластинчатыми питателями подавалась на рудоподъемные кон­ вейеры и далее в технологическую цепочку обогатительной фабрики. Система рудоподъема состояла из ленточных кон­ вейеров, параллельно установленных в галереях, под углом наклона до 0,28 рад. Производительность каждого конвейера 200 т/ч, ширина ленты 1,2 м, скорость транспортирования 1,35 м/с, длина установки 150 м, высота падения груза в пунк­ тах погрузки 3 м.

К 1970 г. запасы глинки истощились. Началась разработка табачной руды. В настоящее время эта руда составляет 60— 70 % всего объема. Добывается она в забое взрывным спосо­ бом. Во взорванной массе содержится до 20 % кусков круп­ ностью свыше 0,4 м, 5 % — свыше 0,8 м. Первые попытки транспортирования такой горной массы рудоподъемными кон­ вейерами закончились неудачей: крупные куски оказались выброшенными за борт ленты.

Один из рудоподъемных конвейеров был оснащен податли­ выми роликоопорами, сконструированными в Институте гео­ технической механики (ИГТМ) АН УССР. Конвейер успешно транспортирует табачную руду до настоящего времени. В 1972 г. реконструированы все остальные рудоподъемные кон­ вейеры как на рудном, так и на известняковом грузопотоках [281. За 10 лет они переместили миллионы тонн груза.

Примером транспортировки дробленой скальной породы с размерами кусков до 0,3 м является конвейерная линия Ингулецкого горно-обогатительного комбината (ИнГОК). Проек­ том предусматривалось грохочение и дробление руды перед по­ дачей на конвейеры. В процессе эксплуатации выявилась низкая надежность работы грохотильных установок, поэтому от них полностью отказались. В настоящее время подготовка горной

массы до класса 0,3 м осуществляется конусной дробилкой производительностью 3000 т/ч. Наилучший показатель, до­ стигнутый на этой линии,— перемещение горной массы объ­ емом 18 млн. т/год, в то время как при расчетной производитель­ ности конвейеров 6000 т/ч возможна доставка более 30 млн. т/год. Из-за частых отказов дробилки не обеспечивается под­ готовка необходимого объема горной массы.

На карьере № 1 Ново-Криворожского горно-обогатитель­ ного комбината (НКГОК) в 1972 г. вступил в строй участок циклично-поточной технологии переработки руды и скальной породы, на котором осуществлена подготовка горной массы грохочением [27, 33, 35]. Участок оснащен перегрузочным узлом, состоящим из двух грохотильных установок и прием­ ных бункеров, пластинчатых питателей, подающих горную массу на подъемный конвейер длиной 435 м, и углом наклона 0,22 рад. Подъемный конвейер, установленный на нерабочем борту карьера, подает груз на распределительный конвейер длиной 45 м. Производительность установки 1000 т/ч, ширина ленты 1,6 м, скорость транспортирования 2 м/с. В начальный период эксплуатации участка ненадежными оказались узлы погрузки на подъемный и перегрузки на распределительный конвейеры. Перегрузка на распределительный конвейер осу­ ществляется под углом 1,1 рад к его продольной оси с перепа­ дом высот 4,2 м. Падая с такой высоты, куски груза массой 100 кг и более быстро разрушали роликоопоры и конвейерную ленту. Еженедельно приходилось заменять новыми 40 % обрезиненных роликов и до 10 % роликоопор. После перемеще­ ния 1 млн. т груза конвейерная лента приходила в полную непригодность. В 1973 г. распределительный конвейер был оснащен податливыми роликами конструкции ИГТМ АН УССР. Опыт эксплуатации показал, что лента становилась непригодной после перемещения 5—7 млн. т груза, т. е. срок службы ее увеличился в 5—7 раз. Настолько же увеличился и срок службы роликов.

Подъемный конвейер до реконструкции проработал до 1975 г. В первые месяцы было выявлено несовершенство по­ грузочных узлов, наблюдались случаи выпадения за борт ленты и скатывания кусков округлой формы сверху вниз. Кон­ вейер был оснащен двумя погрузочными узлами — верхним и нижним — для приема горной массы от двух грохотильных установок (рис. 1). В нижнем узле груз поступал от пластин­ чатого питателя-дозатора на наклонный желоб со скруглением на нижней части и с трапециевидным вырезом, предназначен­ ным для центрирования загружаемой массы и устранения расклинивания частиц между лентой и днищем желоба. Кром­

ка желоба находилась на высоте 0,2 м от поверхности средней части ленты. Перепад высот от линии разгрузки питателя до ленты — 2,7 м- В верхнем узле груз от питателя поступал на колосниковый грохот и с высоты 0,7 м падал на загружаемую ленту (такая высота необходима для пропускания груза от нижнего погрузочного устройства). Общий перепад высот — 2,4 м.

Неработоспособность колосникового грохота обнаружилась в первые же Дни эксплуатации конвейера. Верхние концы

колосников были установлены на уровне звездочки пластин­ чатого питателя с зазором 0,15 м, поэтому отдельные куски груза, попадая в зазор, расклинивались, что приводило к по­ ломке колосников. Для пропускания груза от нижнего погру­ зочного узла вместо колосникового грохота был установлен цилиндрический желоб с зазором от разгрузочной кромки до поверхности ленты 0,8 м. Однако реконструкция верхнего по­ грузочного узла не дала ожидаемого эффекта, так как большая часть крупных кусков падала на ленту, минуя цилиндриче­ ский желоб. Этот недостаток был присущ и нижнему погрузоч­ ному узлу, хотя и в меньшей мере, так как наклонный желоб имел большую длину, чем цилиндрический.

Стесненность пространства между нижней ветвью пластин­ чатых питателей и лентой не позволила применить более ра­ циональные способы загрузки. Фактически материал загру­ жался с падением крупных кусков на ленту с высоты 2,4— 2,7 м. Это явилось причиной увеличения повреждаемости ра­ бочей обкладки ленты. Для изучения этого явления в ИГТМ АН УССР были проведены исследования по следующей мето­ дике. Через определенное время, соответствовавшее переме­ щению 1 млн. т груза, на поверхности ленты подъемного кон­ вейера выбирались 10 произвольных площадок длиной 1 м

каждая. На этих площадках подсчитывалось число выбоин, вырывов, трещин, замерялись их размеры. Это позволило подсчитать общую площадь разрушенной части обкладки. Дан­ ные по 10 площадкам усреднялись. Показатель поврежда­ емости в виде отношения разрушенной части ко всей площади поверхности площадки сопоставлялся с фактическим коли­ чеством перемещенного за это время груза. Периодические об­ следования ленты в течение года позволили установить, что в среднем показатель повреждаемости на каждый 1 млн. т груза составил 0,008 при применении жестких роликоопор.

Дальнейшее усовершенствование погрузочных узлов не дало положительного эффекта. Поэтому жесткие роликоопоры на подъемном конвейере были заменены податливыми. После реконструкции темп повреждаемости ленты стал настолько незначительным, что не удалось получить надежных показате­ лей. Выпадений за борт ленты и скатываний кусков груза вниз не наблюдалось. К моменту закрытия карьера (1979 г.) лента подъемного конвейера, переместив более 40 млн. т груза, оказалась пригодной для дальнейшей эксплуатации.

Производственным объединением Ждановтяжмаш спроекти­ рован и изготовлен комплекс машин непрерывного действия для перемещения в отвал скальной породы на карьере «Жанатас» горнохимического комбината «Каратау». Взорванная горная масса доставляется автосамосваламй на погрузочный пункт, состоящий из грохота-классификатор3 (подгрохотный продукт класса — менее 0,6 м), бункера и пластинчатого пи­ тателя . Из этого пункта масса поступает на подъемный и про­ межуточный ленточно-колесные конвейеры, затем в щековую дробилку, дробится до класса менее 0,4 м и отвальным конвейе­ ром подается на отвалообразователь. Производительность ком­ плекса 2250 т/ч, скорость транспортирования конвейерами 2, отвалообразователем — 2,5 м/с, ширина лей™ 1.6 м, длина подъемного ленточно-колесного конвейера 390 м»Угол подъема 0,2 рад, отвального конвейера — 800 м.

Отвалообразователь ОШС-1500/60 имеет один пролет, дли­ на конвейера этого отвалообразователя 60 м- Отвальный кон­ вейер и отвалообразователь оснащены податливыми ролико-

установлен комплекс для поточной технологий ведения вскрыш­ ных работ, состоящий из экскаватора ЭКГ'20, дробильно­ перегрузочного агрегата ДПА-2000, трех забойных ленточ­ ных конвейеров длиной по 500 м, торцево*-0 передаточного конвейера длиной 100 м, двух магистральных конвейеров длиной 900 и 1000 м и отвального комплекса (торцевые отваль­

ные конвейеры длиной 260 м с перегрузчиком барабанного ти­ па, передвижной — длиной 800 м и отвалообразователь ОШС-2000/60).

Экскаватор ЭКГ-20 с емкостью ковша 20 м3 нагружает скальную породу в дробильно-перегрузочный агрегат ДПА-2000, оснащенный питателем с шириной полотна 2 м и дробилкой ККДВ-2000. От дробилки горная масса поступает непосредственно на забойные и далее через магистральные кон­ вейеры подается на отвальный участок. Производительность комплекса 4000 т/ч, скорость транспортирования конвейерами 2,5, отвалообразователем — 3,6 м/с, ширина лент 1,6 м, круп­ ность кусков груза до 0,5 м.

Краткий анализ отечественного и зарубежного опыта при­ менения конвейерных систем показывает, что производитель­ ность и длина става отдельных установок постоянно возрастают. Все шире используются сложные одно- и многолинейные конвейерные системы на дальние (до 15 км) и сверхдальние (вплоть до нескольких сотен километров) расстояния. Прак­ тикуется тщательная подготовка горной массы к транспорти­ рованию конвейерами. Однако необходимость определенной подготовки влияет на рост производительности.

В решении этой проблемы имеются две тенденции: первая — сохранение высокой степени подготовки горной массы (кусков груза размером 0,15—0,20 м) усложняет механическое обору­ дование системы подготовки; вторая — уменьшение степени подготовки позволяет существенно упростить соответствующее механическое оборудование (при этом, однако, требуются конвейеры со специальными опорными элементами либо спе­ циальные конвейеры).

Способы подготовки горной массы можно разделить на пять классов: нулевой, малой, средней, хорошей и полной подго­ товленности. Критерием является степень крупности груза, определяемая как отношение размера куска к ширине ленты. Каждому классу соответствует степень крупности: первый — 0,4—0,7; второй — до 0,4; третий — до 0,2; четвертый — до 0,1; пятый — менее 0,05. Согласно этой классификации боль­ шинство применяемых за рубежом способов подготовки сле­ дует отнести к четвертому классу. В ряде случаев (карьер Т&ин-Бьюттс, ИнГОК) применяется способ третьего класса подготовки и только в исключительных случаях — второй НКГОК ) и первый (Камыш-Бурунский ЖРК).