世界最大铜矿的输送系统

2019年,世界上最大的铜矿之一的 Chuquicamata 矿山已从露天开采转变为地下开采。2015年,TAKRAF签订了合同,提供主要矿石运输系统,将破碎的铜矿石从地下储藏间运到地面处理现场。

坐落于于智利北部的 Chuquicamata 矿山自1915年以来一直在运营,归智利国有铜矿开采公司Codelco 所有。Codelco 是世界上最大的铜生产商和第二大钼生产商。经过100多年的露天开采,开采出的矿山深约1000 m,长约5000 m,宽约3000 m。通过钻孔和爆破开采岩石后,矿石和废料将通过卡车运输到地面进行处理或处置。但是,使用这种提取和运输过程开采更深的矿体在经济上已经不再可行。此外,更长的卡车路线加上更多的车辆导致车辆维护和燃料成本增加,更不用说更大的环境污染和安全问题。

世界最大铜矿

2015年,TAKRAF 赢得了提供主要矿石运输系统的合同,该系统将碎铜矿石从地下储藏箱运到地面处理现场。该系统号称没有任何冗余,这意味着对于该项目而言,高系统可用性,最小的系统磨损和易于维护的组件都是最基本的要求。

整个项目的基本要求:

  • 从60 m高的地下储物仓中清除破碎的矿石,输送能力为11000 tph。
  • 用最少数量的物料转接点运输送到地面。
  • 将矿石从地下隧道出口输送至现有加工厂,同时考虑现有基础设施(铁路线、矿山道路、管道等)。
  • 确保高系统可用性,最小的系统磨损和所有组件的易于维护。

储料仓卸料

TAKRAF提供的输送系统从地下储料仓卸料开始, 两个直径为6 m,高度为60 m的垂直圆柱形开口形式的物料存储区将开采的物料从运输到矿石加工分离开来。最初计划使用传统的带式给料机来控制物料的排放。通过使用带垂直斜槽侧壁的平皮带机可以将材料从卸料区沿30 m的输送路线运送到转运点。

然而,在合同授予后对系统进行的优化导致了输送系统的变化。最终确定使用给料输送机,输送带在沿整个输送路线的方向具有45°的倾角,唯一的溜槽位于储料仓卸货区域。这与传统的带式给料机一样,输送物料的提升高度由输送机的倾角决定,物料的流通速度由输送机的输送速度来控制。取消了与输送机路径方向垂直的侧壁意味着减少了更多的磨损,这样大大降低了维护成本,同时节省了大约25%的能源。

世界最大输送系统

物料输送到地面

两个传统的槽式输送机将进料输送机的物料排放与倾斜输送机的装载点(大约900 m处)连接起来。倾斜的输送机安装在延伸至地面约6400 m的隧道中,克服了950 m的高低差异。沿隧道的每个地下转运点都需要一个带有吊车的地下室,用于维护工作,电源,变压器以及电气和机械驱动技术,并具有适当的通风通道。

为了最大程度地减少转移点的数量,仅使用两个输送机就成功开发了倾斜输送机部分。为了实现这一壮举,有必要使用新开发的部件,重新定义带式输送机技术的性能极限。首次使用了康迪泰克的St 10000优质输送带。操作皮带安全等级S=5.0,要求安全带连接件的参考疲劳强度超过50%。这个数值在德国汉诺威大学的皮带试验台上得到了验证。再一次,新的数据被证实了-这一次是在安装驱动电机方面-每个驱动滑轮有10000千瓦的驱动电机,每个输送机有20000千瓦的驱动电机。

AKRAF 工程师与驱动电机制造商ABB合作,开发了一种传动系统,该传动系统包括:

  • 5000 kW同步电动机。
  • 膜片联轴器连接皮带轮轴和转子轴。
  • 驱动皮带轮。

具有以下规格:

  • 安装驱动器时简单的对准和电机气隙调节。
  • 如果电机气隙偏离设定值(例如,在沉降之后),则可进行简单的重新调整。
  • 在现场完成并完全组装并经过工厂测试的电动机(在多尘的环境中无需组装电动机)。
  • 发生事故时,皮带轮和电动机之间的连接简单分开(以确保在短期内通过减少驱动电动机数量来确保系统继续运行)。

输送系统与地面系统的集成

维持转子和定子之间的气隙是电动机运行的关键要求。空气间隙只有14 mm,只能在很小的允许范围内偏离设定值。气隙的偏差会降低电动机的效率,并且如果转子和定子相互接触,将会导致电动机损坏。气隙本身在运行过程中受到持续监控。如果钢结构或电动机基础的变形和/或沉陷导致气隙设定值出现偏差,则必须重新对准定子。为了简化此过程,在电动机非驱动端的转子和定子之间的间隔由支撑轴承固定。

膜片联轴器可补偿皮带张力引起的皮带轮轴变形。可调式电机框架便于在安装过程中对准电机,并在必要时确保简单的重新对准。偏心轮和主轴允许在各个方向上调节定子。如果电动机出现故障,则可以通过打开膜片联轴器并调节主轴来将其快速移至禁用位置。然后,系统只能在降低功率的情况下继续运行。

从地下隧道出口到现有处理系统的集成

加基卡马塔(Chuquicamata)加工厂周围的景观是经过100多年的开采形成的。除了各种处理系统之外,废物堆,火车轨道,道路,管道和建筑物也使周围的景观变得千疮百孔。新输送机系统面临的挑战是设计这样一个系统从地下隧道末端到超5公里之外的加工厂同时要兼顾周围的这些现有的设施。

开发了具有以下参数的连续单程输送机:

  • 物料装载点和物料排出点之间的距离为5330 m,高度差为287 m。
  • 传送带长度的60%以上具有小半径(1600-2300 m)的水平曲线。
  • 高架结构上输送机长度的大约50%,其可变长度适合于基础位置的当地条件,支撑间隔最大为96 m。

输送机设计再次围绕确保高系统可用性,最小的系统磨损和易于维护的组件进行。优化了沿传送带路线的所有装载点,以减少传送带的磨损。使用离散单元法(DEM)模拟验证了岩盒和筛指的排列方式。

新设计的传送料槽允许快速、轻松地更换磨损板。为了更换托辊,经过特殊设计的TAKRAF维修车可以沿着输送机路径行驶,从而使输送带得以提升,磨损的托辊能够安全高效地更换。在物料卸料点,料仓建筑执行有限的物料储存功能。两台给料机将物料卸下并送入加工厂。

三台5000 kW直驱电机驱动该输送机,并使用St 6800输送带,其安全系数S = 5.1。在整个启动和制动过程中监控输送机的振动情况,动态分析输送机的各个状态。

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