Rudarsko-grañevinske mašine za otkopavanje stijenskih masa

1 UVOD 1.1 Značaj i razvoj rudarsko-grañevinskih mašina

Površinska eksploatacija mineralnih sirovina i radovi u oblasti

niskogradnje u savremenoj privredi predstavlja značajan segment materijalne proizvodnje. Ovi radovi obuhvataju veliki broj različitih aktivnosti vezanih za izgradnju i eksploaciju novih površinskih kopova i niskograñevinskih objekata te rekonstrukciju, adaptaciju i održavanje postojećih. Osnovne karakteristike ovih objekata su:

- nepokretnost površinskih rudarskih i grañevinskih objekata, odnosno objekat ostaje na mjestu izgradnje duži vremenski period;

- složenost i nedjeljivost objekta te nemogućnost prenošenja dijelova objekta na drugo mjesto;

- vremensko trajanje izgradnje, zavisno od tehnološkog procesa, klimatskih uslova i dr.;

- iskop i transport velikih količina stijenskih masa; - korištenje velikih količina materijala, npr. agregata, cementa, kreča i

dr. Grañevinarstvo, prema vrsti objekata, može se podijeliti u dvije osnovne

grupe: - visokogradnja (npr. stambene zgrade, industrijski i javni objekti i sl.) i - niskogradnja (npr. autoceste, željezničke pruge, mostovi, tuneli, brane

i sl.). Izgradnja i eksploatacija površinskih kopova mineralnih sirovina, te

objekata u visoko i niskogradnji, danas se gotovo ne mogu zamisliti bez angažovanja adekvatnih rudarsko-grañevinskih mašina, ureñaja i postrojenja. Izbor, eksploatacija i održavanje ovih mašina predstavlja jedan od najbitnijih faktora za efikasan rad površinskih kopova mineralnih sirovina i izgradnju grañevinskih objekata, odnosno realizaciju bilo kog projekta iz ovih oblasti. Da bi površinska eksploatacija mineralnih sirovina i grañevinarstvo bilježilo stalni napredak, neophodan je brži razvoj i usavršavanje tehičko-eksploatacionih karakteristika rudarsko-grañevinskih mašina, ureñaja i postrojenja (npr. brzina kretanja, veličina radnog organa, manevarska sposobnost i dr.). Na razvoj rudarsko-grañevinskih mašina u svijetu naročito je uticao povećan obim rudarsko-grañevinskih radova, zahtjev za skraćenje rokova izgradnje, zahtjev za većim kvalitetom i smanjenjem troškova eksploatacije i izgradnje, izvoñenje

Rudarsko-grañevinske mašine za otkopavanje stijenskih masa

2

radova u svim vremenskim uslovima i na kraju stalni rast troškova ljudskog rada.

Danas se ne mogu zamisliti ni najjednostavniji rudarski radovi na površinskim kopovima, kao i grañevinski radovi u oblasti visoko i niskogradnje bez korištenja odgovarajućih rudarsko-grañevinskih mašina, ureñaja i postrojenja. Kod većih grañevinskih projekata vrijednost angažovane grañevinske mehanizacije često dostiže i do 20 % svih investicionih ulaganja u taj projekat.

U cilju smanjenja učešća živog ljudskog rada, kao i rada čovjeka u

neadekvatnim radnim uslovima, sve više se koristi mehanizovano i automatsko (kompjutersko) upravljanje rudarsko-grañevinskim mašinama. Široka primjena elektronike i informacionih sistema omogućuje upravljanje kvalitetom i skladno spajanje ovih mašina u odreñenu tehnološku liniju, npr. tehnološke linije za:

- bagerovanje (kopanje i utovar), transport i odlaganje stijenskih masa na površinskim kopovima;

- pripremu kamenih (usitnjavanje, klasiranje i otprašivanje) agregata za proizvodnju betona i asfalta;

- proizvodnju betona i asfalta; - izradu prefabrikovanih elemenata (fabrike stanova) i sl. U savremene rudarsko-grañevinske mašine se instaliraju podsistemi za

prijem informacija, programi za upravljanje, izvoñenje, pamćenje, regulaciju, nadzor kvaliteta i drugo, što zavisi od nivoa automatizacije: npr. istovremena kontrola kvaliteta rada, nadzor o potrošnji pogonske energije, ispravnost rada mašina s uputama o otklanjanju nedostataka i analiza radnog učinka, daljinsko upravljanje i sl. Primjena ovih automatskih procesa pruža djelimično isključenje ili smanjenje psihofizičkih napora rukovaoca, budući da se poslovi nadzora, upravljanja, sinhronizacije i optimizacije izvode automatski. Nedostaci ovih automatskih sistema su visoka cijena mašine, te zahtjev za većim stepenom obučenosti servisera za poznavanje savremenih sistema elektronike.

Stalno povećanje obima rudarskih radova na površinskim kopovima i grañevinskih radova u oblasti nisko i visokogradnje, uslovilo je veoma intenzivan razvoj i usavršavanje tehnološko-eksploatacionih parametara rudarsko-grañevinskih mašina. Danas se na svjetskom tržištu mogu pronaći veoma široka lepeza različitih vrsta i tipova rudarsko-grañevinskih mašina, koje zadovoljavaju veoma stroge kriterijume u oblasti površinske eksploatacije mineralnih sirovina i radova u nisko i visokogradnji.

Rudarsko-grañevinske mašine za otkopavanje stijenskih masa

3

U bliskoj prošlosti kao i danas razvoj rudarsko-grañevinskih mašina vrši se u tri smjera razvoja:

- razvoj specijalnih mašina za velike rudarske i grañevinske organizacije, kada se ugovaraju veliki projekti, gdje se uz dobru organizaciju rada može ostvariti veliko iskorištenje, te ekonomičan rad ovih skupih mašina;

- razvoj standardnih mašina za izvoñenje većeg obima iskopa i transporta stijenskih masa (npr. buldozeri, hidraulični bageri, utovarivači, kamioni, drobilice i dr.), pri čemu se osigurava ekonomičan rad ovih mašina;

- razvoj višenamjenskih mašina za potrebe manjih rudarskih i grañevinskih organizacija, koji osiguravaju njihov ekonomičan rad, kao i ekonomičnost tih organizacija.

Osnovni tehnički zahtjevi koji se postavljaju pri razvoju novih rudarsko-grañevinskih mašina su: radni kapacitet; masa i gabariti (dimenzije); univerzalnost rada; radni vijek; brzina kretanja, prohodnost i stabilnost; tipizacija, unifikacija i normizacija, zahtjevi za odreñeni nivo automatizacije; tehnička zaštita i uslovi rada; klimatski uslovi korištenja; vrijeme za početak rada po dopremi i obratno; autonomnost kretanja i rada, gorivo, transport; pouzdanost u radu; raspoloživost (srednje vrijeme opravke); obučenost rukovaoca; obučenost radnika za održavanje; potrebni alati za održavanje i remont; mogućnost osiguranja rezervnih dijelova i drugi manje značajni zahtjevi.

1.2 Podjela rudarsko-grañevinskih mašina

S obzirom na raznovrsnost, složenost i obim rudarsko-grañevinskih

radova, u praksi se koristi veoma veliki broj različitih, često višenamjenskih rudarsko-grañevinskih mašina. Ove mašine se mogu efikasno koristiti kako za otkopavanje stijenskih masa na površinskim kopovima mineralnih sirovina, tako i za otkopavanje stijenskih masa u oblasti niskogradnje i drugim oblastima grañevinarstva. Zbog lakšeg izučavanja rudarsko-grañevinske mašine se mogu podjeliti prema:

- namjeni; - načinu rada; - stepenu univerzalnosti i - stepenu pokretljivosti.

Za izučavanje predmeta „Grañevinske mašine i ureñaji“ na Politehničkom fakultetu, kao i predmeta „Rudarske mašine za površinsku eksploataciju“ (Rudarske mašine I) na Mašinskom fakultetu Univerziteta u Zenici, izvršena je

Rudarsko-grañevinske mašine za otkopavanje stijenskih masa

4

podjela rudarsko-grañevinskih mašina za otkopavanje stijenskih masa prema radnim procesima koji se izvode na površinskim kopovima mineralnih sirovina i u oblasti niskogradnje na:

- mašine za bušenje – bušaće garniture; - diskontinuirane mašine za kopanje i utovar (bagerovanje) stijenskih

masa; - kontinuirane mašine za kopanje i utovar (bagerovanje) stijenskih

masa; - mašine za kopanje, transport i ravnanje stijenskih masa; - mašine za transport stijenskih masa.

1.3 Sistemi i vrste rudarsko-grañevinskih mašina za otkopavanje

stijenskih masa

Otkopavanje stijenskih masa na površinskim kopovima mineralnih

sirovina i u oblasti niskogradnje se mogu vršiti: - diskontinuiranim (cikličnim); - Kontinuiranim; - kombinovanim sistemima. Diskontinuirani (ciklični) sistemi otkopavanja stijenskih masa se

karakterišu ponavljanjem pojedinih radnih procesa s povremnim prekidima u toku samog ciklusa. Tipska tehnološka šema otkopavanja stijenskih masa (čvrstih i mekih) diskontinuiranim(cikličnim) sitemom, s osnovim vrstama rudarsko-grañevinskih mašina po radnim procesima na površinskim kopovima mineralnih sirovina i u oblasti niskogradnje, data je na slici 1 i u tabeli 1.

Slika 1. Tipska tehnološka šema otkopavanja čvrstih stijenskih masa diskontinuiranim (cikličnim) sistemom: 1. bušaća garnitura, 2. bager kašikar, 3. hidraulčni bager s dubinskom kašikom, 4. kamion, 5. buldozer, 6. greder

Rudarsko-grañevinske mašine za otkopavanje stijenskih masa

5

Tabela 1. Osnovne vrste rudarsko-grañevinskih mašina za izvoñenje radnih procesa u tehnološkoj šemi otkopavanja stijenskih masa Radni proces Osnovne rudarsko-grañevinske mašine

a) Tehnološke šeme sa diskontinuiranim sistemom a.1) Otkopavanje čvrstih stijena Priprema stijenske mase za utovar - Bušaće garniture

- Buldozeri sa riperom Bagerovanje (kopanje i utovar) - Bageri kašikari

- Bageri dreglajni - Hidraulični bageri - Utovarivači

Transport - Kamioni Odlaganje (planiranje) - Buldozeri

a.2) Otkopavanje mekih stijena Bagerovanje (kopanje i utovar) - Bageri kašikari

- Bageri dreglajni - Hidraulični bageri - Utovarivači

Transport Kamioni Odlaganje Buldozeri b) Tehnološke šeme s kontinuiranim sistemom Bagerovanje - Rotorni bageri

- Bageri vedričari Transport - Tračni transporteri Odlaganje - Odlagači c) Tehnološke šeme s kombinovanim kamionsko-tračnim sistemom Priprema stijenske mase za utovar (odnosi se na čvrtse stijene)

- Bušaće garniture - Buldozeri sa riperom

Bagerovanje (kopanje i utovar) - Bageri kašikari - Bageri dreglajni - Hidraulični bageri - Utovarivači

Diskontinuirani transport Kamioni Pretovar s diskontinuiranog na kontinuirani transport

Pretovarna stanica

Kontinuirani transport Tračni transporteri Odlaganje Odlagač

Rudarsko-grañevinske mašine za otkopavanje stijenskih masa

6

Kontinuirani sistemi se karakterišu kontinuiranim izvoñenjem radnih procesa bagerovanja (kopanje i utovar), transporta i odlaganja stijenskih masa. Ovi sistemi se mogu primijeniti samo u mekim stijenama, odnosno u stijenama koje rotorni nbager ili bager vedričar može direktno kopati. Tipska tehnološka šema za otkopavanje stijenskih masa kontinuiranim procesima data je na slici 2. U tabeli 1. dati su osnovni radni procesi i osnovne vrste kontinuiranih rudarsko-grañevinskih mašina i postrojenja za otkopavanje mekih stijenskih masa. Kod kontinuiranih sistema stijenska masa se predaje od jedne mašina prema drugoj s odreñenom brzinom i konstantnim ritmom, ostvarujući pri tome kontinuirano izvoñenja svih radnih procesa. Slika 2. Tehnološka šema otkopavanja mekih stijenskih masa kontinuiranim sistemom: 1. rotorni bager za otkopavanje otkrivke, 2. pokretna utovarna kolica, 3. otkopni transporter, 4. pretovarni buner, 6. magistrani transporter, 7. pretovarni pokretn ransporter, 8. odlagališni transporter, 9. pokretna pretovarna kolica, 10. odlagač, 11. bager za otkopavanje mineralne sirovine, 12. transportna komunikacija za transport mineralne sirovine

Kombinovani sistemi karakterišu se istovremenim korištenjem diskontinuiranih (cikličnih) i kontinuiranih sistema, odnosno rudarsko-grañevinskih mašina. Na dubokim površinskim kopovima najčešće se koristi kombinovani sistemi transporta stijenskih masa i to kombinacija kamionsko-tračnih sistema. Kamionski sistemi se koriste u radnoj zoni, a tračni sistemi od pretovarne stanice do konačne destinacije, odnosno otkrivke do odlagališta, a

Rudarsko-grañevinske mašine za otkopavanje stijenskih masa

7

minearlne sirovine do privremene deponije. Na slici 3. data je tehnološka šema kombinovanih kamionsko-tračnih sistema transporta otkrivke i uglja na površinskom kopu.

Slika 3. Tehnološka šema otkopavanja stijenske mase otkrivke i uglja s korištenjem kombinovanog kamionsko-tračnog sistema transporta: 1. hidraulični bager, 2. kamion, 3. pretovarna stanica za otkrivku, 4. sistem tračnih transportera, 5. odlagač, 6. pretovarna stanica za ugalj, 7. sistem tračnih transportera za ugalj

Na nekim površinskim kopovima, kao i u oblasti niskogradnje moguće je korištenje i drugih vidova proizvodnih procesa za otkopavanje stijenskih masa:

- beztransportni proizvodni proces s korištenjem bagera dreglajna, koji vrše prebacivanje, najčešće otkrivke u otkopane prostore površinskog kopa ili neposredno pored gradilišta u oblasti niskogradnje (slika 4);

- proizvodni procesi s korištenjem skrepera koji vrše samostalno kopanje, utovar, transport i odlaganje (slika 5);

- proizvodni procesi s korištenjem bagera kontinuiranog dejstva u sistemu s transportnim mostovima, pokretnim tračnim transporterima i drugim sredstvima transporta i odlaganjem kontinuiranim postrojenjima (odlagačima) (slika 6);

- drugi specijalni proizvoni procesi s korištenjem kombinacija rudarsko-grañevinskih mašina. 1.4 Osnove izbora rudarsko-grañevinskih mašina za otkopavanje

stijenskih masa

Za otkopavanje stijenskih masa na površinskim kopovima i u oblasti niskogradnje vrši se izabor optimalnog kompleta rudarsko-grañevinskih mašina za bušenje minskih bušotina (ako se radi o čvrstom stijenskom masivu),

Rudarsko-grañevinske mašine za otkopavanje stijenskih masa

8

utovarnih, transportnih, odlagališnih i pomoćnih mašina. Sve te mašine moraju biti meñusobno usaglašne po kapacitetima i tehničko-tehnološkim parametrima.

Slika 4. Tehnološka šema beztransportnog sistema otkopavanja stijenskih masa na površinskom kopu uglja: 1. bager dreglajn na otkrivci, 2. bager kašikar na uglju, 3. kamion za transport uglja

Slika 5. Tehnološka šema otkopavanja stijenskih masa u usjeku skreperom: 1. otkop skrepera, 2. odlagalište, 3. trasa kretanja skrepera

Slika 6. Tehnološka šema otkopavanja stijenske mase s korištenjem rotornog bagera i transporto-odlagališnog mosta: 1. rotorni bager, 2. transportno-odlagališni most

Rudarsko-grañevinske mašine za otkopavanje stijenskih masa

9

Izbor kompleta rudarsko-grañevinskih mašina za odreñene eksploatacione uslove predstavlja složen proces, vazano za različite varijante sistema eksploatacije s mogućnosti korištenja različitih vrsta i tipova rudarsko-grañevinskih mašina. Osnovni faktori koji utiču na izbor optimalnih vrsta i tipova rudarsko-grañevinskih mašina u konkretnim uslovima eksploatacije svrstani su u osnovne grupe:

- prirodni; - tehničko-tehnološki; - ekonomski faktori.

Prirodni faktori imaju odlučujući uticaj na izbor rudarsko-grañevinskih

mašina u konkretim uslovima eksploatacije, odnosno radne sredine u koje spadaju: fizičko-mehaničke osobine; oblik, dimenzije i uslovi zalijeganja; hidrološki i hidrogeološki uslovi; klimatski uslovi; topografija terena; vrsta i namjena stijenske mase i dr.

U prvom koraku izbora se utvrñuju potencijalne vrste rudarsko-

grañevinskih mašina za izvoñenje osnovnih radnih procesa u usvojenoj tehnološkoj šemi otkopavanja stijenskih masa. U ovom koraku se sužava izbor osnovnih rudarsko-grañevinskih mašina na dvije ili tri realne mogućnosti.

Izbor optimalnih vrsta i tipova rudarsko-grañevinskih mašina u usvojenoj

tehnološkoj šemi vrši se u drugom koraku, a prema tehničko-tehnološkim i ekonomskim faktorima:

Tehničko-tehnološki faktori utiču na izbor optimalnih rudarsko-grañevinskih mašina na površinskom kopu i u oblasti niskogradnje kroz: vijek eksploatacije i potrebni kapacitet; intenzitet razvoja radne zone u planu i po visini (dubini); mogućnost nabavke odgovarajućih vrsta i tipova mašina; mogućnost snadbijevanja pogonskom energijom; lokacija i zapremina odlagališta i dr.

Kapacitet i vijek eksploatacije površinskog kopa ima odlučujući uticaj na

izbor osnovnih parametara strukture rudarsko-grañevinskih mašina u koje spadaju: zapremina kašike otkopno-utovarne mašine i nosivost kamiona kod diskontinuiranih (cikličnih) sistema, odnosno zapremina vedrica kod kontinuiranih bagera, te širina i brzina kretanja trake transportera kod kontinuiranih sistema. S povećanjem kapaciteta, po pravilu se biraju rudarsko-grañevinske mašine većih kapaciteta, ukoliko nema drugih ograničenja, npr. selektivno otkopavanje, ograničeni razvoj radne zone u planu i po visini (dubini) i dr.

Rudarsko-grañevinske mašine za otkopavanje stijenskih masa

10

Ekonomski faktori utiču na izbor optimalnih rudarsko-grañevinskih mašina na površinskom kopu i u oblasti niskogradnje kroz: investiciona ulaganja, eksploatacione troškove, produktivnost rada, kreditne uslove nabavke mašina i dr. Svaki od navedenih faktora u konkretnim uslovima može imati odlučujući ili drugostepeni uticaj.