Электорпривод ленточного конвейера

Ленточный конвейер произв. 2800т/ч 
Введение.

Российские ученые не только были пионерами в практике создания электроприводов еще в первой половине 19 века, но и в формировании основ и фундаментальных положений этой науки в последней четверти XIX и первой четверти XX века. Большинство из них работало в Петербурге Ленинграде.

Упомянем  лишь некоторые важнейшие вехи из этой, не столь уж давней, истории  и имена наших соотечественников. Наибольший вклад в новую науку  внесли профессора С.А. Ринкевич (1886-1955)(СП6ГЭТУ) и В.К. Попов (1895-1948)(СП6ГТУ) в 20-30-е годы XX века. Они же основатели первых кафедр в упомянутых институтах, соответственно в 1922 и 1930 годах.

Развитие  теории электропривода, изменения ее основных проблем и задач хорошо прослеживаются по изменяющимся названиям кафедры и специальности, происходившим за все эти годы. Современный электропривод представляет собой конструктивное единство электромеханического преобразователя энергии (двигателя), силового преобразователя и устройства управления. Он обеспечивает преобразование электрической энергии в механическую в соответствии с алгоритмом работы технологической установки. Сфера применения электрического привода в промышленности, на транспорте и в быту постоянно расширяется. В настоящее время уже более 60 % всей вырабатываемой в мире электрической энергии потребляется электрическими двигателями. Следовательно, эффективность энергосберегающих технологий в значительной мере определяется эффективностью электропривода. Разработка высокопроизводительных, компактных и экономичных систем привода является приоритетным направлением развития современной техники.

Последнее десятилетие уходящего века ознаменовалось значительными успехами силовой  электроники — было освоено промышленное производство биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), силовых модулей на их основе (стойки и целые инверторы), а также силовых интеллектуальных модулей (IPM) с встроенными средствами защиты ключей и интерфейсами для непосредственного подключения к микропроцессорным системам управления. Рост степени интеграции в микропроцессорной технике и переход от микропроцессоров к микроконтроллерам с встроенным набором специализированных периферийных устройств, сделали необратимой тенденцию массовой замены аналоговых систем управления приводами на системы прямого цифрового управления.

1.1. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА И МЕСТОРОЖДЕНИЯ

1.1.1. Общие сведения

Район экономически развит, транспортная сеть представлена электрифицированной  железнодорожной магистралью и  шоссейными дорогами с бетонным покрытием, которые связывают горные предприятия с городами Кировск (5 км) и Апатиты (25 км), где расположены АНОФ-3 и АНОФ-2, а также железнодорожной станцией Апатиты Октябрьской железной дороги. Электроснабжение от Кировской ГРЭС, Нивских ГЭС, Кольской АЭС.

Сырьевой  базой Расвумчоррского подземного рудника являются месторождения Апатитовый Цирк и подкарьерная часть месторождения Плато Расвумчорр, находящиеся соответственно в 8 и 14 км от г. Кировска.

Рельеф  района месторождений сильно расчлененный. Месторождение Апатитовый Цирк находится на склонах горы Расвумчорр и в долине рек Юкспорйок и Гакман с абсолютными отметками поверхности 500-1000м. Месторождение Плато Расвумчорр приурочено к горам Расвумчорр и Восточный Расвумчорр с максимальными абсолютными отметками соответственно 1050 и 975м.

Гидрографическая  сеть района месторождения представлена многочисленными горными реками и озерами ледникового происхождения, относящимися к водным системам озер Имандра и Умбозеро.

Месторождение находится в лавиноопасном районе. Климат района характеризуется крайней неустойчивостью температурного режима, избыточной влажностью, значительным количеством осадков, сильными ветрами. Самым тёплым месяцем является июль (среднемесячная температура + 13,1°С). Средняя годовая сумма осадков - 800-900 мм. В среднем 250 дней года с осадками. Высота снежного покрова достигает 300 см.

1.1.2. Геологическое строение месторождения

Отработку глубинных горизонтов запланировано  начать с месторождения Апатитовый Цирк. На северо-западе оно граничит с месторождением Юкспорйок, на юго-востоке - с месторождением Плато Расвумчорр, являясь частью рудной залежи, вытянутой в направлении с СЗ по ЮВ. Границы между месторождениями условные. Протяженность рудной залежи составляет по простиранию (СЗ) 2500 м, по падению - 400-1400 м. Падение залежи северо-восточное, угол падения плавно увеличивается с глубиной от 15-20° на высоких отметках до 40-50° на глубине. Мощность ее от 100 м (в раздувах до 200 м) в верхней части, уменьшается с глубиной до полного выклинивания, составляя в среднем 61.5 м.

Вмещающими  рудную залежь породами со стороны  висячего бока являются рисчорриты и  комплекс трахитоидных ийолит-уртитов, со стороны лежачего бока развиты  преимущественно массивные уртиты. Контакт висячего бока залежи с покрывающими породами довольно резкий, лежачего - постепенный и определяется по данным опробования. Скважинами детальной разведки установлено выклинивание рудной залежи по падению в среднем на абсолютных отметках 100-300 м.

В геолого-структурном отношении в пределах месторождения можно выделить 2 участка: Юкспорйокский и собственно Апатитовый Цирк.

Юкспорйокский участок характеризуется пластообразной формой залежи, осложненной пережимами и раздувами, а также отсутствием  зональности и низким содержанием Р₂О₅. Мощность залежи на участке в среднем составляет 20-40 м.

Залежь Апатитового  Цирка имеет линзообразную форму, наибольшая мощность 100-150 м характерна для приповерхностной части залежи. Внутренняя структура залежи характеризуется  отчетливой зональностью. Здесь выделяются от висячего к лежачему боку богатая (Р₂О₅ более 20 %), бедная (Р₂О₅ 20-8 %) и убогая зоны (Р₂О₅ 8-4 %), а в висячем боку - маломощные тела сфено-апатитовых руд. Зональность нарушается развитием жилообразных ответвлений внутриформационной рудной брекчии с уртитовым цементом. Ввиду валовой добычи все эти руды показаны на чертежах в общих контурах, и запасы их подсчитаны суммарно.

В центральной  части и на флангах залежи выявлены зоны шпреуштейнизации, ориентированные вкрест простирания рудного тела, мощностью от 3 до 20 м.

На месторождении  Апатитовый Цирк жильные и дайковые проявления практически отсутствуют. По данным документации подземных выработок  одна из даек мощностью 1 м выявлена на границе с месторождением Юкспорйок. По составу дайка мончикитовая, простирается на северо-восток, падая вертикально, под прямым углом пересекает рудную залежь.

1.1.3. Качественная характеристика и запасы

Апатито-нефелиновые  руды месторождений представлены как  первичными, так и окисленными разностями. Окисленные руды, образовавшиеся в зонах шпреуштейнизации, имеют ограниченное распространение. Количество их, по данным рудников, не превышает 3-5%. Руды представлены рядом природных текстурных разновидностей, образующих непрерывную серию от богатых (пятнистых) до бедных по содержанию Р₂О₅ (сетчатые, апатитовые уртиты) руд и характеризуются обратной зависимостью содержаний большинства минералов с одной стороны и апатита (носителя Р₂О₅) с другой. Данные о распространенности разновидностей руд приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.

Относительное количество разновидностей руд

(в  % от общего объема)

Основные рудообразующие минералы представлены апатитом, нефелином, эгирином, сфеном, титаномагнетитом и полевым шпатом. Второстепенные минералы - лампрофиллит, кнопит, шпреуштейнит и др. Средний минеральный состав руд приведен в таблице 1.2.

Таблица.2

Средний расчетный  минеральный состав руд

На  месторождениях наблюдается уменьшение содержания Р₂О₅ с глубиной.

Среднее содержание основных компонентов во вмещающих породах приведено в таблице.3.

Таблица.3

Среднее содержание основных компонентов

во  вмещающих породах (%)

Руды  месторождений, кроме основных компонентов - фосфора (в апатите) и алюминия (в  нефелине), содержат попутные компоненты: редкие земли, стронций и фтор в апатите; галлий, рубидий и цезий в нефелине; железо и титан в титаномагнетите; титан и ниобий в сфене.

Физико-механические свойства руд и пород приведены в таблице.4.

Таблица .4

Физико-механические свойства руд и пород

1.1.4. Гидрогеологическая характеристика шахтного поля

В соответствии с проектом отработка месторождения  Апатитовый Цирк осуществляется единым шахтным полем с частью запасов месторождения Плато Расвумчорр, расположенных под западным бортом карьера Центральный. Практически это единая залежь.

Расвумчоррское  плато (абс. отм. 1000-1050 м) превышает на 450-550 м окружающие цирки и глубоко врезанные долины р. Юкспорийок, руч. Безымянный и Кристальный. Сильно расчлененный рельеф и высокое гипсометрическое положение массива создают благоприятные условия для дренирования коренных пород и четвертичных отложений, предопределяют глубокое залегание уровенной поверхности трещинных вод и наличие мощной зоны аэрации, которая характеризуется сезонным обводнением пород. Обводнение горных выработок в этой зоне эпизодическое.

В зоне постоянного водонасыщения (ниже абс. отм. + 550 - + 450 м) развиты два водоносных комплекса:

- водоносный  комплекс рыхлых четвертичных  отложений;

- водоносный  комплекс трещинных и трещинно-жильных вод скальных палеозойских пород.

Водоносный  комплекс рыхлых четвертичных отложений, приурочен к делювиально-пролювиальным и аллювиальным отложениям на склонах в верховьях и средних частях долин. Примыкает с запада к месторождению Апатитовый Цирк, имеет ограниченное распространение и малую мощность и на обводнение рудника практически не влияет.

Водоносный  комплекс коренных пород в пределах шахтного поля имеет повсеместное распространение и развит на значительную глубину. Водовмещающими породами являются ийолит-уртиты, рисчорриты, уртиты, апатито-нефелиновые руды, в различной степени трещиноватые и содержащие трещинные и трещинно-жильные воды. Основными водопроводящими трещинами являются трещины, с которыми связана шпреуштейнизация кристаллических пород. Азимут простирания трещин 30-50°, с падением на ЮВ под углом 60° и 3 00-310°, и с падением на СВ под углом 45-60°.

Водовмещающие породы обладают низкими фильтрационными  свойствами и характеризуются значениями коэффициента фильтрации от 0,003 до 0,86 м/сут., на участках сильно трещиноватых и обводненных пород и зон шпреуштейнизации коэффициент фильтрации значительно выше и составляет 2,5 м/сутки. Средний расчетный коэффициент - 0,285 м/сут.

Зоны шпреуштейнизации, в пределах которых породы сильно разрушены, местами до глинистого состояния, достигают мощности до 20 м, имеют крутое падение и приурочены к ЮВ части месторождения. С ними сопряжены более мелкие до 0,5-3,0 м мощностью пологопадающие зоны широтного простирания. Трещинные воды имеют безнапорный характер, трещинно-жильные воды, приуроченные к зонам тектонических нарушений, обладают напором, выходы их зафиксированы в устье материально-ходовой штольни и транспортном тоннеле на отметках +430-+400 м абсолютной высоты. Мощность водоносного комплекса трещиноватых палеозойских пород на месторождении не установлена и условно принята 400 метров.

Статический уровень  подземных вод до начала эксплуатации месторождения находился на отметках + 460-480 м абсолютной высоты в устьевой части Апатитового Цирка, и на отметках 700-750 м в верховьях долин. Питание водоносных комплексов происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков. Режим подземных вод тесно увязан с климатическими факторами. По химическому составу подземные воды характеризуются как пресные (общая минерализация менее 1г/л), гидрокарбонатного натриевого типа, слабо щелочные. По отношению к бетону воды обладают выщелачивающей агрессивностью, по отношению к металлу - не коррозирующие.

Согласно  календарного графика развития в  пределах до 2010 года продолжается добыча руды на действующих добычных горизонтах месторождения Апатитовый Цирк 600, 530, 470 м вплоть до полной отработки имеющихся запасов. По мере исчерпания запасов, горизонты продлеваются по простиранию залежи с отработкой запасов месторождения Плато Расвумчорр под западным бортом карьера рудника Центральный.

В настоящее  время на гор. 310м частично построен водоотливный комплекс, по графику он будет пущен в эксплуатацию в 2009 г. При проходке будут использованы участковые насосные.

Основными добычными горизонтами в период до 2010 года являются горизонты 600, 530, 470 и 450м. Горизонты 600 м и 530 м располагаются в зоне аэрации. Начиная с горизонта 470м добыча руды ведется в сложных гидрогеологических условиях в зоне постоянного водонасыщения. Обводнение его будет происходить за счет трещинных и трещинно-жильных вод палеозойского водоносного комплекса, атмосферных осадков и вод весеннего снеготаяния поступающих в зону обрушения, площадь которой в 1995 г. составило 105 га. Продолжительность периода снеготаяния и атмосферных осадков - 3 месяца. Фактические водопритоки в подземный рудник приведены в табл. 1.7. Максимальный приток имел место в 1991 - 2000 м³/ ч. В межень водоприток сокращается до 65-90 м /ч.

До 2012 г. на гор. +310 м будет вестись проходка, а после 2012 г. начнутся очистные работы, тогда основной объем притока подземных вод будет сосредотачиваться на гор. 310 м, что обусловлено протяженностью отрабатываемых горизонтов и ростом зоны обслуживания.

Величины ожидаемых  водопритоков на гор. +310м (на полное развитие горизонта) приведены в табл. 1.2.

Обводнение  гор. +310 м будет происходить за счет трещинных и трещинно-жильных  вод палеозойского водоносного  комплекса и атмосферных осадков, поступающих в рудник через зону обрушения.

Прогнозные  водопритоки подземных вод и  атмосферных осадков в рудник рассчитаны методом гидрогеологической аналогии как средние максимальные и средние минимальные по данным фактических притоков в рудник за период с 1982 по 2000 год 

преведены в  таблице 1.5.

Среднемаксимальный  водоприток за этот период составил 1060 м³/ч, среднеминимальный 100 м³/ч.

Таблица .5

Расчетные величины ожидаемых водопритоков на гор. 310 м

за  счет подземных вод и инфильтрации атмосферных осадков

1.2. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РУДНИКА РАСВУМЧОРР

Расвумчоррский  рудник эксплуатируется с 1954 года. Первоначально  добыча руды производилась открытыми  работами. В 1963 году был введен в  эксплуатацию подземный рудник. В  настоящие время рудник производит работы на трех действующих нагорных горизонтах +600 м, +530 м,+470 м. В стадии строительства находится горизонт +310 м. Первая очередь начнет очистные работы на отметке +450м во втором полугодии 2004 года. В связи, с чем при запланированном росте производительности в 2012 году рудник достигнет максимальной производительности 4,5 млн.т. и должен работать на данном показателе до 2030года.

Основной объект капитального строительства  – это конвейерный комплекс, с помощью которого будет доставляться на поверхность руда, добытая на 422-м 45-м горизонтах. В конце этого года будет сдан комплекс надшахтных сооружений вспомогательного ствола №2 с главной вентиляторно-калориферной установкой. Ежегодно на рудник все больше и больше поступает новой техники, преимущественно – импортное высокопроизводительное оборудование.

В 2009 году плановая производительность рудника составляет 3 млн. 300 тыс. Вся руда добывается только подземным способом, поскольку карьер закончил эксплуатацию в 2005 году. На основании разработанного в ОАО «Апатит» технико-экономического обоснования развития рудно-сырьевой базы, руднику в ближайшей перспективе предстоит осуществлять ежегодную добычу руды в объемах от 3,5 до 4 млн. тонн.

1.2.1. Вскрытие месторождения

Месторождение «Апатитовый Цирк», отрабатываемое Расвумчоррским рудником, в нагорной части вскрыто горизонтальными штольнями на гор. +430м, + 440 м, + 470 м, + 530 м, + 600 м и в глубинной части - вертикальными стволами (вспомогательный №1, вспомогательный №2, Восточный вентиляционный), пройденными с поверхности до гор. + 431 м. От стволов пройдены квершлаги к месторождению на гор. + 470 м, + 530 м, + 600 м. Горизонт + 450 м вскрыт двумя автосъездами с отметки + 470 м.

Буро-доставочные подэтажи рудника связаны между собой  уклонами и транспортными выработками  с выездами на поверхность на отметке + 605 м и на гор. + 450 м.

Кроме того, гор. + 470 м связан лифтовым восстающим с гор. + 530 м. Горизонты + 530 м и + 600 м сообщаются также  лифтовым восстающим. Руда с гор. + 530 м выдается по рудоспускам №3 и  №4, с гор. + 470 м - по рудоспускам №2 и №4 на капитальную штольню гор. +431 м, служащую для транспортировки руды на обогатительные фабрики.

Материально-ходовая штольня  на гор. + 440 м служит для перевозки  людей на Расвумчоррском и Центральном  рудниках, прокладки коммуникаций (фидерные сети, сжатый воздух, вода).

Штольни на гор. + 470 м, + 530 м, + 600 м служат для завозки материалов и оборудования на горизонты и  для стока рудничных вод в  ручей Кристальный; на гор. + 450 м завозка  осуществляется по автосъездам.

1.2.2. Подготовка месторождения

Проходка откаточных выработок осуществляется с помощью  буровых кареток «Minimatik», погрузочных машин «TORO».

Проходка вертикальных выработок выше 10 м осуществляется с помощью КПВ и секционным взрыванием. Проходка всех остальных  выработок на руднике осуществляется с помощью буровых кареток «Minimatik», погрузочных машин «TORO», а также ручных перфораторов и скреперных лебёдок ЛС-30 с ёмкостью скрепера от 0,5 - 0,75 м³.

Откатка руды производится электровозами 2КТ-14 в вагонах ВГ-4,5 на опрокиды. Состав состоит из 5 - 10 вагонов.

Для исключения перемешивания  руды и пустой породы от проходки горных выработок рудоспуски №3, №4 и №2 используются разновременно с раздельной выдачей объемов горной массы. Верхние  горизонты отрабатываются подэтажной системой разработки с применением торцевого выпуска. Бурение скважин при этой системе производится установками «SOLO» и «Simba». Доставка руды осуществляется погрузочно-доставочными машинами TORO-400E и TORO-400D. Отработка блоков ведётся подэтажами высотой 25-30 м.

1.2.3. Вентиляция

Проветривание подземного рудника «Расвумчорр» осуществляется от трёх главных вентиляторов: ВЦ-5; ВЦ-32; ВОКД-1,8.

Вентиляторная ВЦ-5 расположена на поверхности  гор. +640 м, оборудована двумя (резервным  и рабочим) вентиляторами с реверсивными устройствами. Вентиляторная ВЦ-5 проветривает гор. + 600 м, восточные фланги гор. +530 м, +470м.

Вентиляторная ВЦ-32 расположена на поверхности  гор. +590 м, оборудована двумя (резервным  и рабочим) вентиляторами с реверсивными устройствами.

Вентиляторная ВОКД-1,8 расположена на поверхности гор. +450 м в устье МХШ гор. + 440 м, оборудована двумя (резервным и рабочим) вентиляторами, ре-версия осуществляется путём изменения вращения электродвигателя. Вентиляторная ВОКД-1,8 проветривает гор. +440 м и +450 м.

Исходящие струи с проходческих работ выдаются по вентиляционным восстающим на вышележащие горизонты, за счёт общешахтной депрессии и с помощью блоковых вентиляторов.

На руднике  установлено 10 блоковых вентиляторов для проветривания рабочих мест на добыче руды и проходке горных выработок.

1.2.4. Подземный транспорт

Транспортировка руды и породы по горизонту +600 м осуществляется по южному откаточному штреку №1 к  рудоперепускным восстающим №1 и  №2. Из них ее перепускают на горизонт +530 м. После разгрузки порожняковые составы направляются по Южному откаточному штреку в орты и панельные штреки.

На горизонте +530 м производится откатка руды из очистных блоков гор. +530 м по транспортному  штреку №2 к рудоспуску №2. Порожняковый состав направляется по транспортному штреку №1 в откаточные орты и панельные штреки рабочих блоков.

Составы с породой  от проходческих работ с гор. +600 м  и +530 м предполагается разгружать в  один из имеющихся рудоспусков №3 и №4 до их погашения горными работами с гор. +470 м.

Схема транспорта руды по гор. +450 м осуществляется из очистных блоков по транспортному штреку №11 к рудоспускам «Апатитового Цирка» №1-4 с выдачей ее на Расвумчоррский тоннель (гор. +431 м.) и погрузкой в думпкары. Далее железнодорожным транспортом производиться доставка ее на обогатительную фабрику.

1.2.5. Электроснабжение рудника

Электроснабжение  рудника осуществляется от системы  «Колэнерго» Мурманской области. Электроэнергия подается 3-фазным током промышленной частоты 50 Гц, напряжением 35 кВ до подстанции №351, расположенной на промплощадке рудника.

На подстанции №351 установлено 2 трансформатора мощностью  по 16000кВ и один 5600 кВ, понижающие напряжение с 35 кВ до 6 кВ.

Для обеспечения  энергией промышленных объектов и бытовых  помещений, расположенных на промплощадке рудника, на подстанции №351 установлены силовые трансформаторы мощностью 1000 кВА (2шт) и 630 кВА (2шт), понижающие напряжение с 6 кВ до 0,4 кВ. От подстанции №351 непосредственно напряжением 6 кВ получают электроэнергию воздушные компрессоры с мощностью электродвигателей 630 кВт.(8шт.)

От подстанции №351 электроэнергия по кабельным ЛЭП, напряжением 6 кВт передается на центральные понизительные подстанции (ЦПП), расположенные на гор. +600 м, +530 м, +470 м и +450 м и в ТП-1А (капитальная штольня гор.+431 м).

От ЦПП электроэнергия передается кабельными линиями 6 кВт на участковые понижающие подстанции (УПП) от которых осуществляется питание низковольтных потребителей в подземном руднике. От АТП-500/275 (автоматических тяговых подстанций), установленных в ЦПП, осуществляется питание контактной сети подземного рудника напряжением 250 В постоянного тока.