AUTOMATYCZNE WYKRYWANIE WTRĄCEŃ NIEURABIALNYCH PODCZAS URABIANIA KOPARKĄ WIELOCZERPAKOWĄ KOŁOWĄ PRZY UŻYCIU CZUJNIKA ELEKTROMAGNETYCZNEGO (EM) I GPS
AUTOMATIC DETECTION OF UNMINEABLE INCLUSIONS WHILE BUCKET WHEEL EXCAVATOR DIGGING, USING ELECTROMAGNETIC (EM) SENSOR AND GPS
Michael Galetakis, Antonios Vafidis, George Kritikakis, Vasileios Deligiorgis – Technical University of Crete, Greece
Theodore Michalakopoulos, George Apostolopoulos – National Technical University of Athens, Greece
Christos Roumpos, Fragkiskos Pavloudakis – Public Power Corporation SA, Greece –
W pracy opisano metodologię automatycznego wykrywania nieurabialnych wtrąceń podczas normalnej pracy koparki wielonaczyniowej (BWE) przy użyciu czujnika elektromagnetycznego (EM) i GPS. Ogólna metodologia obejmuje gromadzenie danych, wstępne przetwarzanie oraz ocenę. Opracowano dwa różne warianty oceny danych i wdrożono je w środowisku programowania Matlab. Stosunkowo prosty, zwany Simple Mode, oparty na statystycznej kontroli procesu i bardziej zaawansowany,zwany Advanced Mode, oparty na Position Prominence Index (PPI) oraz na Neural-Network based Pattern Recognition (NNPR). Utworzono i wykorzystano syntetyczne dane elektromagnetyczne (zarówno w trybie prostym, jak i zaawansowanym) do wszechstronnego testowania algorytmów. Uzyskane w warunkach terenowych dane pochodzące z czujnika EM (CMD2 z GF Instruments) i GPS przesuwanych na skarpie zabierki, zostały również przeanalizowano przy zastosowaniu ww. metodologii.
Tryb zaawansowany (Advanced Mode) zapewnia dokładniejsze wyniki niż tryb prosty (Simple Mode) w automatycznym wykrywaniu nieurabialnych inkluzji. Jest jednak wrażliwy na dokładność pozycjonowania i wymaga dostępu do danych czujnika elektromagnetycznego (EM) uzyskanych w kolejno wybieranych przez koparkę wielonaczyniową pasmach zabierki.
This work describes a methodology for the automatic detection of unmineable inclusions while bucket wheel excavator (BWE) digging, using electromagnetic (EM) sensor and GPS. The overall methodology consists of data collection, pre-processing and evaluation. Two different data evaluation approaches were developed and implemented in Matlab programming environment. A relatively simple one called Simple Mode, based on statistical process control and a more sophisticated one, called Advanced Mode, based on Position Prominence Index (PPI) and on Neural-Network based Pattern Recognition (NNPR).Synthetic electromagnetic data created and used (both in simple and advanced mode) for testing the algorithms extensively.
Real data, surveyed by moving the EM sensor (CMD2 of GF Instruments) and GPS against a mine slope, were examined with the proposed methodology as well. Advanced Mode provided more accurate results than Simple Mode in automatic detection of unmineable inclusions. However it is sensitive in positioning accuracy and it requires access to EM data acquired in successive bucket wheel cuts.
OPRACOWANIE SYSTEMU WNIOSKOWANIA ROZMYTEGO DLA UNIKNIĘCIA KOLIZJI KOPARKI WIELONACZYNIOWEJ KOŁOWEJ WYPOSAŻONEJ W CZUJNIKI ELEKTROMAGNETYCZNE (EM) Z WTRĄCENIAMI NIEURABIALNYMI
DEVELOPMENT OF A FUZZY INFERENCE SYSTEM FOR AVOIDING COLLISION OF BUCKET WHEEL EXCAVATOR EQUIPPED WITH ELECTROMAGNETIC (EM) SENSORS WITH HARD ROCK INCLUSIONS
Michael Galetakis, Antonios Vafidis, Anthoula Vasiliou, George Kritikakis, Vasileios Deligiorgis – Technical University of Crete, Greece
Theodore Michalakopoulos, George Apostolopoulos – National Technical University of Athens, Greece
Christos Roumpos, Fragkiskos Pavloudakis – Public Power Corporation SA, Greece –
W artykule zaprezentowano wyniki badań mających na celu opracowanie Systemu Wnioskowania Rozmytego (FIS), który będzie wspomagał operatora koparki wyposażonej w czujniki geofizyczne, aby uniknąć kolizji koła czerpakowego z twardymi formacjami skalnymi. Opracowany system FIS wykorzystuje prawdopodobieństwo wystąpienia nieurabialnej skały (oszacowanego na podstawie pomiarów czujnika geofizycznego) oraz dane operacyjne koparki w celu oszacowania ryzyka kolizji i urabialności wybieranych utworów. Cechy konstrukcyjne i użytkowe używanych koparek, a także stosowane praktyki górnicze zostały wykorzystane do modyfikacji struktury i zasad wnioskowania FIS oraz maksymalizacji wykorzystania istniejącej wiedzy faktycznej i empirycznej.
This study aims to the development of a Fuzzy Inference System (FIS) that will guide the operator of a Bucket Wheel Excavator (BWE) equipped with geophysical sensors to avoid collision of the excavating buckets with the hard rock formations. The developed FIS uses the probability of occurrence of a hard rock formation (estimated from the measurements of the geophysical sensor) and the operational data of the BWE to estimate the risk for collision and the diggability of the excavated material. The structural and operational characteristics of the used BWEs as well as the applied mining practices were used to modify the structure and the inference rules of the FIS and to maximize the exploitation of the existing factual and experiential knowledge.
OCENA GEOFIZYCZNYCH METOD WYKRYWANIA TWARDYCH FORMACJI SKALNYCH W KOPALNIACH WĘGLA BRUNATNEGO WYKORZYSTUJĄCYCH KOPARKI WIELONACZYNIOWE KOŁOWE. PRZYPADEK KOPALNI WĘGLA BRUNATNEGO SOUTH FIELD, MACEDONIA, GREECE
ASSESSMENT OF GEOPHYSICAL METHODS FOR THE DETECTION OF HARD ROCK FORMATIONS IN LIGNITE MINES EMPLOYING BUCKET WHEEL EXCAVATORS. THE CASE OF SOUTH FIELD LIGNITE MINE, MACEDONIA, GREECE
Antonios Vafidis, George Kritikakis, Nikos Ecomonou, Michael Galetakis, Athanasia Soultana – Technical University of Crete, Greece
Theodore Michalakopoulos, George Apostolopoulos – National Technical University of Athens, Greece
Christos Roumpos, F. Pavloudakis – Public Power Corporation SA, Greece
W artykule przedstawiono wstępną ocenę możliwości zastosowania geofizycznych metod wykrywania formacji geologicznych o wysokiej odporności na skrawanie jak i wtrąceń nieurabialnych, podczas normalnej pracy koparek wielonaczyniowych kołowych. Ocena metod geofizycznych dla takich zastosowań została oparta na wynikach uzyskanych z przeglądu literaturowego, a także na symulacjach i testach terenowych. Testy terenowe przeprowadzono w kopalni South Field, Kozani w Grecji, gdzie przeprowadzono badania z wykorzystaniem metod elektrycznych, elektromagnetycznych i GPR. Symulacje przeprowadzono w 2D i 3D, w celu określenia odpowiedzi GPR w niejednorodnej strukturze geologicznej składającej się z kilku warstw litologicznych i wtrąceń skalnych o różnych rozmiarach na różnych głębokościach.
In this paper the preliminary evaluation of the potential of geophysical methods for the detection of geological formations of high cutting resistance and hard rock inclusions during the excavation by bucket wheel excavators (BWEs) is presented. The assessment of the geophysical methods for such applications was based on the findings obtained from the literature review, as well as on simulations and field tests. The field tests were conducted at South Field mine Kozani Greece and employed electrical, electromagnetic and GPR methods. Simulations were performed in 2D and 3D, in order to examine the response of GPR in a stratified geological structure consisting of several layers and boulders of various sizes at different depths.
MOŻLIWOŚCI POPRAWY WYDAJNOŚCI PRACY CIĄGŁYCH UKŁADÓW WYDOBYWCZYCH EKSPLOATUJĄCYCH UTWORY O NADMIERNYCH OPORACH URABIANIA
POSSIBILITIES FOR IMPROVING WORK EFFICIENCY OF CONTINUOUS SURFACE MINING SYSTEMS OPERATING IN ROCKS WITH EXCESSIVE DIGGING RESISTANCE
Christos Roumpos, Daphne Sideri, Fragkiskos Pavloudakis, Nestoras Kolovs – Public Power Corporation of Greece, General Division of Mines
Theodore Michalakopoulos, George Apostolopoulos – National Technical University of Athens, School of Mining and Metallurgical Engineering
Michael Galetakis, Antonios Vafidis – Technical University of Crete, School of Mineral Resources Engineering
Strategiczne długoterminowe planowanie i harmonogramowanie mają kluczowe znaczenie dla skutecznej działalności operacyjnej ciągłych układów w górnictwie odkrywkowym. Jest to złożony i wielobiegunowy problem optymalizacyjny, w którym ważnym zagadnieniem jest przestrzenny model geologiczno-górniczy złoża.
Występowanie w nadkładzie struktur geologicznych o nadmiernych oporach kopania wpływa na sprawność systemu wydobywczego i wymaga odpowiedniego planowania oraz optymalizacji harmonogramów. Tak jest również w przypadku kopalni South Field Mine, największej obecnie działającej kopalni węgla brunatnego Ptolemais w północnej Grecji, w której nadkład pokrywają warstwy konglomeratów i piaskowców o znacznych oporach urabiania.
W pracy przedstawiono ewolucję operacji wydobywczych w kopalni South Field Mine w odniesieniu do przestrzennego rozmieszczenia twardych materiałów skalnych. Dla strategicznego planowania kopalni opracowano model graficzny, który wykorzystywany jest do wyboru najlepszej alternatywy dla długoterminowego planu operacji wydobywczych.
Po różnych próbach w terenie, ostatecznie zdecydowano, że do urobienia twardych formacji skalnych zastosowana zostanie metoda kombinowana polegająca na połączeniu ciągłej i cyklicznej metodzie wydobycia.
Ponadto przedstawiono model geostatystyczny do interpolacji przestrzennej materiałów twardych skał, na podstawie kilku danych wiertniczych zebranych z terenu kopalni. Na koniec, wydajność koparek czerpakowych pracujących w miękkich i twardych skałach jest porównywana na podstawie statystycznej analizy danych operacyjnych
is a complex and multi-objective optimization problem, where the spatial model of the geological and mining characteristics
of the deposits is an important issue.
The occurrence of geological structures with excessive digging resistance in the overburden material of the deposits affects the efficiency of the mining system and requires appropriate mine planning and scheduling optimization. This is also the case of South Field Mine, the largest mine that is currently in operation in Ptolemais lignite-bearing basin, Northern Greece, where layers of conglomerates and sandstones with excessive digging resistance are present in the overburden strata.
In this work, the evolution of South Field Mine operation, in relation to the spatial distribution of hard rock materials in the mine is presented. For the strategic planning of the mine, a graphical model has been developed. This model is applied for the selection of the best alternative for the long-term planning of mining operations.
After various in-field tests, the combined use of continuous and conventional mining equipment (i.e. shovels and trucks) was finally decided to be applied for dealing with hard rock formations.
Furthermore, a geostatistical model is presented for spatial interpolation of hard rock materials, based on several drilling data collected from the mine area. Finally, the efficiencies of Bucket Wheel Excavators working in soft and hard rocks are compared based on a statistical analysis of operational data.
EKSPERYMENTALNY PROJEKT ZASTOSOWANIA METOD GEOFIZYCZNYCH W BADANIU PRZESTRZENNEGO ROZKŁADU TWARDYCH FORMACJI W CZOLE ZABIERKI URABIANEJ WIELONACZYNIOWĄ KOPARKĄ KOŁOWĄ
EXPERIMENTAL DESIGN FOR APPLYING GEOPHYSICAL METHODS IN INVESTIGATING THE SPATIAL DISTRIBUTION OF HARD FORMATIONS IN THE EXCAVATION FACE OF BUCKET WHEEL EXCAVATORS
Miltiades Triantafyllou, S. Pirtses, L. Myronidis, Christos Roumpos, Fragkiskos Pavloudakis – Public Power Corporation of Greece, General Division of Mines
Theodore Michalakopoulos, George Apostolopoulos – National Technical University of Athens, School of Mining and Metallurgical Engineering
Michael Galetakis, Antonios Vafidis – Technical University of Crete, School of Mineral Resources Engineering
Oszacowanie rozkładu przestrzennego twardych formacji skalnych ma kluczowe znaczenie dla planowania pracy wielonaczyniowej koparki kołowej (BWE). Można to osiągnąć, stosując metody geofizyczne w zestawieniu z danymi wiertniczymi i innymi kryteriami geologicznymi.
Głównym celem tej pracy było zaprojektowanie eksperckiego systemu monitorowania, mającego na celu wcześniejsze informowanie operatorów koparki wielonaczyniowej BWE o występowaniu wtrąceń twardych skał lub trudnych, a nawet nieurabialnych formacji geologicznych. W tym kontekście brano pod uwagę liczne ograniczenia techniczne, dotyczące głównie interferencji urządzenia pomiarowego z metalową konstrukcją koła czerpakowego i jego wysięgnika.
Ponadto przeprowadzono testy terenowe dotyczące działania systemu wykrywania twardych skał, który został zainstalowany na koparce BWE i działał w kilku miejscach w obrębie pięter nadkładowych w kopalni South Field Mine, Ptolemais w Grecji. Wybór zabierek wybranych do badań terenowych oparto na określonych kryteriach. Testy polowe przeprowadzono na skarpach czołowych wybieranych zabierek, w których wgłębienia z twardego kamienia zostały wcześniej szczegółowo odwzorowane, a także w innych, gdzie umiejscowienia twardych formacji były przed badaniem nieznane.
Zgodnie z otrzymanymi wynikami można stwierdzić, że zastosowanie układu detekcyjnego dla wykrywania zmian grubości twardych warstw skał jest zadowalające. Konieczne są jednak dalsze prace nad poprawą konstrukcji mocowania systemu detekcji, a także nad dokładnością urządzenia GPS, które monitoruje pozycję koła czerpakowego w czasie rzeczywistym.
The estimation of hard formations spatial distribution is critical for the planning of the Bucket Wheel Excavator’s (BWE) operation. It can be made by the application of geophysical methods in correlation to drilling data and other geological criteria.
The main objective of this work was to design an expert monitoring measurement system, intended to inform in advance the BWE operators for the occurrence of hard rock inclusions or difficult or even non-diggable geological formations. In this framework, numerous technical limitations were taken into consideration, regarding mainly the interference of the measuring device with the metal structure of the bucket wheel and its boom.
Moreover, field tests were carried out regarding the operation of the hard rocks detection system, which was installed on a BWE that operated in several locations within the overburden strata of South Field Mine, Ptolemais, Greece. The selection of the measuring excavation face positions was based on specific criteria. Field tests were performed in excavation faces where the hard rock inclusions had been mapped in detail, as well as in others where the locations of the hard formations were unknown.
According to the results of these tests, the response of the detection system to the variations of hard rock layers thickness is satisfactory. However, further work is required for improving the rigidity of the detection system, as well as the accuracy of the GPS device that monitors the position of the bucket-wheel in real time.
WYMAGANIA SYSTEMU WCZESNEGO WYKRYWANIA TWARDYCH FORMACJI SKALNYCH W ODKRYWKOWYCH KOPALNIACH WĘGLA BRUNATNEGO
REQUIREMENTS OF A HARD FORMATIONS EARLY DETECTION SYSTEM IN OPENCAST LIGNITE MINES
Theodore Michalakopoulos, George Apostolopoulos, Petros Kofakis, Alexandros Voulgarakis, Maria Menegaki,
G. Amolochitis – Mining Engineering Department, National Technical University of Athens, Greece
Michael Galetakis – School of Mineral Resources Engineering, Technical University of Crete, Greece
Christos Roumpos – Public Power Corporation SA, Greece
Jednym z częstych problemów, które należy rozwiązać przy wydobywaniu złóż węgla brunatnego, jest występowanie spoistych materiałów o wysokiej wytrzymałości mechanicznej w stosunku do innych utworów tworzących nadkład. Problem ten ma szczególne znaczenie w Europie, gdzie złoża węgla brunatnego są eksploatowane w dużych odkrywkowych kopalniach wykorzystujących wielonaczyniowe koparki kołowe (BWE) jako maszyny podstawowe. Często trudne lub nawet niemożliwe jest urobienie tych twardych inkluzji przy pomocy tych koparek. Jeśli lokalizacja wtrąceń została wcześniej określona poprzez rozpoznanie, są one zwykle urabiane z użyciem materiałów wybuchowych. Często jednak zdarzają się przypadki nie wykrycia takiej struktury do momentu, gdy koło urabiające koparki już w nie uderzy.
Aby umożliwić zareagowanie na ten problem, konieczne jest otrzymanie wyraźnego ostrzeżenia o obecności twardych inkluzji. Jednak niemożliwe jest wykrycie wszystkich twardych inkluzji obecnych w złożu węgla konwencjonalnymi metodami poszukiwawczymi, takimi jak wiercenie i modelowanie geologiczne. Nawet wyniki wyjątkowo rozległego projektu poszukiwawczego będą miały wysoki poziom niepewności.
Innym podejściem jest skupienie się na obszarze, na którym może wystąpić faktyczny problem, a mianowicie w zabierce, w której koparka wielonaczyniowa pracuje. Możliwość rozpoznania kilku pasm przed czołem zabierki i wykrycia twardych wtrąceń, pozwoliłaby na uniknięcia uderzenia w nie organu urabiającego koparki. Można to osiągnąć, opracowując system zainstalowany bezpośrednio na koparce, który będzie prowadził ciągły monitoring w przodku zabierki i pozwoli na wyprzedzające wykrycie twardych wtrąceń za pomocą odpowiednich metod geofizycznych, ostrzegając w ten sposób przed potencjalnymi problemami.
W niniejszym artykule przedstawiono wymagania i elementy takiego Systemu, oparte na typowej budowie geologicznej, specyfikacjach maszyn podstawowych, zastosowanych metodach pracy oraz ograniczeniach dostępnych metod geofizycznych.
One of the frequent problems that needs to be addressed when mining coal deposits is the occurence of cohesive materials of high mechanical strength in relation to the other materials of the series. This problem is of particular importance in Europe where lignite deposits are exploited in large opencast mines utilizing Bucket Wheel Excavators (BWEs) as the main means of excavation. Often it is difficult or impossible to excavate these hard inclusions with BWEs. If their location has been determined by exploration in advance, they are usually blasted. But it is not uncommon to discover them when it is too late, that is when the BWE actually digs into them.
To proactively address this problem a clear forward warning for the presence of hard inclusions is required. However, it is impossible to detect all hard inclusions present in a coal deposit by conventional exploration methods, like drilling and geological modeling. Even the results of an exceptionally extensive exploration project would have a high level of uncertainty.
A different approach is to focus on the area where the actual problem may take place, namely the excavation face where the BWE is digging. If one could “see” a few cuts ahead of the face and detect hard inclusions, digging into them would be avoided. This can be achieved by developing a system mounted on the BWE, continuously surveying the excavation face and detecting in advance hard inclusions by using appropriate geophysical methods, thus warning for potential problems.
In this paper the requirements and components of such a system are presented, based on the typical geologic setting, the specifications of the excavating equipment, the employed working methods, and the limitations of the available geophysical methods.
SZYBKA METODA KONTROLI CZOŁA ZABIERKI ZA POMOCĄ NARZĘDZI GIS / GPS W KOPALNIACH ODKRYWKOWYCH
QUICK INSPECTION METHOD FOR WORKING FACES IN OPEN PITS USING GIS/GPS TOOLS
Ramona Elena Kiss, Stela Dinescu, Florin Faur, Izabela Maria Apostu – University of Petrosani, Romania
Kopalnie odkrywkowe węgla brunatnego zajmują duże powierzchnie terenu. Stosowane maszyny podstawowe urabiające oraz zwałujące, jak również ciągi transportowe osiągają znaczne rozmiary, dlatego osoby zarządzające kopalnią muszą rejestrować dużą ilość danych podczas codziennych/cotygodniowych/miesięcznych inspekcji. Ponadto, maszyny tworzące układ technologiczny kopalni są krytycznymi punktami kontrolnymi, które przemieszczają się wraz z postępem frontu roboczego. Artykuł omawia metodę i procedurę wykorzystania smartfonów z GPS do robienia zdjęć w terenie, które następnie nakładane są na plan kopalni oraz na mapy. Autorzy proponują tani sposób, aby pomóc osobom dozoru w rejestrowaniu i przetwarzaniu danych cyfrowych, graficznych oraz informacji w działaniach inspekcyjnych i sprawozdawczych. Dzięki temu mogą zapisywać wytyczone trasy, zgłaszać i rejestrować stan planowanych działań jak i zauważone zmiany niepożądane. Umożliwiają między innymi: przybliżoną ocenę postępów frontów nadkładowych i węglowych, stabilności skarp, zarejestrowanie występowania intruzji skalnych, stanu wód gruntowych, stanu i obciążenia zasobów maszynowych oraz ludzkich. Korzystanie z klasycznego smartfona, map Google, geotagowania oraz ArcGis i ich skorelowane z istniejącymi cyfrowymi schematami kopalni, jest przydatne do tworzenia raportów i podejmowania decyzji dotyczących kontroli procesu wydobycia.
Lignite open pit mines have large extent, the excavating and stacking equipment are far one from other, the conveying equipment ale very long, so, the face / mine managers have to record a big amount of data when making daily/weekly/monthly inspections. Also, they are critical inspection points, which are moving with the face’s advance. The paper deals with a method and procedure of using smart phones with GPS for taking photos, which are after inspection geo-referenced on the mine plan and on the maps. The authors propose a cheap method, for assist the managers to record and process these digital, image, graphic data and information in their inspection / reporting activity. This enables them to follow the same path , to record state of art, to remark and record the normal modifications and unwanted ones. Also a rough estimation of overburden and lignite excavating progress, slope stability, occurrence of hard intrusions, ground water situation, stock of raw material and spare parts, state of equipment, degree of occupation of staff, a.s.o. Using the classical Smartphone, Google maps, Geotagging and ArcGis correlated with existing digital schematic mine plans, is useful for making reports and prepare the next decisions of process control.
KONCEPCJA NUMERYCZNYCH METOD OBLICZENIOWYCH DO ANALIZY WARUNKÓW PRACY KOPAREK WIELONACZYNIOWYCH
THE CONCEPT OF THE NUMERICAL COMPUTING METHODS FOR ANALYSIS OF OPERATIONAL CONDITIONS OF BUCKET WHEEL EXCAVATORS
Kamil Szewerda- Instytut Techniki Górniczej KOMAG, Gliwice, Poland
Modernizacja i rozwój wielonaczyniowych koparek, stosowanych w kopalniach odkrywkowych, wymaga identyfikacji ich stanów pracy oraz analizy wpływu obciążeń koła czerpakowego na obciążenia poszczególnych węzłów konstrukcji. W artykule przedstawiono możliwości zastosowania nowoczesnych metod obliczeniowych w celu analizy obciążenia poszczególnych podzespołów nadwozia koparki, a także do analizy ich drgań. Zastosowanie symulacji numerycznych umożliwia przeprowadzenie analizy zarówno w stanach normatywnej pracy jak i w stanach awaryjnych. Dodatkowo technika symulacji równoległych umożliwia przeprowadzenie symulacji pracy koparki przy dowolnej charakterystyce obciążenia poszczególnych czerpaków, oraz związanego z tym sposobu obciążenia elektrycznych silników napędowych. Kolejną korzyścią zastosowania metod numerycznych jest możliwość przeprowadzenia symulacji sposobu działania układów sterowania poszczególnymi podzespołami koparki. Zaprezentowano także wybrane wyniki symulacji numerycznych przeprowadzonych z zastosowaniem uproszczonego przestrzennego modelu geometrycznego zbudowanego w ramach projektu BEWEXMIN.
Modernisation of bucket wheel excavators, used in opencast mines, requires identifying their operational condition and analysis of the impact of bucket wheel loads to individual structure nod’s load. Possibilities to apply state-of-the-art numerical computing methods to analyse the load to individual subassemblies of the excavator as well as to analyse their vibrations are presented. The use of numerical simulations enables analysis, both in normal operation and in emergency conditions. In addition, co-simulation technique allows simulation of the excavator operation with any load characteristic of individual buckets, as well as the associated load method for electric driven motors. Another advantage of using numerical methods is the ability to simulate the operation of control systems of individual excavator components. Selected results of numerical simulations using a simplified spatial geometric model built as part of the BEWEXMIN project are also presented.
OCENA ZMĘCZENIOWA ELEMENTÓW WYSIĘGNIKA WIELONACZYNIOWEJ KOPARKI KOŁOWEJ W ASPEKCIE ICH WYTRZYMAŁOŚCI
FATIGUE ASSESSMENT OF BWE BOOM MEMBERS AND JOINTS IN ORDER TO ASSESS THEIR REMAINING LIFETIME
Florin Vîlceanu, Iosif Andraș, Maria Lazăr – University of Petroșani, Romania
W artykule opisano metodę ustalania wytrzymałości zmęczeniowej elementów składowych wysięgnika wielonaczyniowej koparki kołowej w oparciu o miejscowe utwardzenie powierzchni. Wzrost twardości wraz z liczbą cykli zmiennego obciążenia wyznaczono na podstawie pomiarów krytycznych elementów wysięgników koparek pracujących w rumuńskich kopalniach odkrywkowych. Twardość in situ w punktach krytycznych analizowanej struktury została skorelowana z wiekiem wielonaczyniowej koparki kołowej. Przedstawiono uzyskane wyniki stopnia zmęczenia elementów wzdłuż wysięgnika i niektórych zależności wynikających z wieku, który jest skorelowany z liczbą cykli, liczbą godzin pracy, ilością wykopanego materiału. Przedstawiono również korelację wieku koparek z ogólną liczbą usterek i liczbą usterek związanych z konstrukcją nośną.
The paper deals with a new method to establish the fatigue resistance of the constitutive elements of BWE boom (members and joints) based on local surface hardening. The hardness increase with the number of variable load cycles was determined on samples collected from critical parts of BWE boom elements, and, based on this, the in situ hardness in critical points of the analysed structure has been correlated with the age of the BWE. In this manner, we obtain an image of the degree of fatigue along the boom and some dependencies of as a function of the age (which is correlated with the number of cycles, number of working hours, quantity of excavated material) on a fleet of BWE-s with different age. The age of the BWE-s has been also correlated with the number of faults and number of faults involving the load carrying structure.
OPORY WYSTĘPUJĄCE PODCZAS EKSPLOATACJI GRUNTÓW WIELONACZYNIOWYMI KOPARKAMI KOŁOWYMI
RESISTANCES OCCURRING DURING THE EXPLOITATION OF SOILS WITH BUCKET WHEEL EXCAVATORS
Adam Bajcar, Marek Onichimiuk, Marian Wygoda, Anna Nowak Szpak – “Poltegor-Instytut” Instytut Górnictwa Odkrywkowego, Wrocław, Poland
Jednym z zadań międzynarodowego projektu badawczego BEWEXMIN: ,,Praca koparek kołowych w warunkach występowania w urabianym ośrodku utworów o nadmiernych oporach urabiania jak i wtrąceń nieurabialnych” jest opracowanie systemu monitorowania wytężenia ustroju nośnego wielonaczyniowej koparki kołowej. W artykule zestawiono i opisano opory związane z urabianiem gruntów wielonaczyniowymi koparkami kołowymi, które były podstawą budowy systemu oraz opracowano metody oceny zagrożeń uszkodzenia ustroju nośnego w czasie rzeczywistym w oparciu o rejestrowane sygnały.
One of the aims of the project BEWEXMIN Bucket wheel excavators operating under difficult mining conditions including unmineable inclusions and geological structures with excessive mining resistance’is the development of a load and fatigue monitoring system for bucket wheel excavator’s superstructures. The article describes resistances associated with exploitation of soils with bucket wheel excavators, which were the basis for the development of a system for assessing the risks of damage to the excavator’s superstructures in real time based on recorded signals.
POMIARY IN-SITU WYSIĘGNIKÓW WIELONACZYNIOWYCH KOPAREK KOŁOWYCH W KOPALNIACH CEO Z WYKORZYSTANIEM TENSOMETRÓW I AKCELEROMETRÓW
IN SITU MEASUREMENTS REGARDING THE BWE BOOM USING ACCELEROMETERS AND STRAIN GAUGES AT BWEs OPERATING IN CEO OPEN PITS
Maria Lazar, Iosif Andras – University of Petrosani, Romania
Mircea Risteiu – University of Alba Iulia, Romania
Ionut Predoiu – Oltenia Energy Complex, Romania
Wysięgnik wielonaczyniowej koparki kołowej jest złożoną strukturą definiowaną przez technologię pracy koparki. W celu zmniejszenia stosunku waga/sztywność oraz występowania przenośnika taśmowego wysięgnik jest zaprojektowany jako konstrukcja kratownicowa. Jej elementy są poddawane silnym obciążeniom, które ze względu na ich cykliczny charakter z wysoką składową losową prowadzą do awarii spowodowanych przeciążeniem lub zmęczeniem konstrukcji. Niniejszy artykuł przedstawia pomiary terenowe wykonane w ostatnich latach na wielonaczyniowych koparkach kołowych pracujących w kopalniach CEO za pomocą tensometrów oraz akcelerometrów. Pomiary te zostały zamontowane w krytycznych punktach wysięgnika, a pomiary zostały wykonane zarówno podczas normalnej pracy koparki jak i podczas realizacji scenariuszy obciążenia. Zarejestrowane dane zostały poddane obróbce w celu uzyskania wykresów widmowych.
The boom of BWE is a very complex structure, dictated by its functions in operation of the excavator. In the simplest approach, it can be considered as an arm of an R-R robotic manipulator, having at distal extremity the working element, i.e. the bucket wheel,being fixed at proximal extremity by a joint to the turret, which, at its turn is articulated to the infrastructure which includes the undercarriage (travelling mechanism). In order to reduce the weight/stiffness ratio and to include the on board conveyer, the boom is generally embodied as a lattice – truss structure. The constitutive elements i.e. the members and joints are subject to severe loads, which due to their cyclical variable character with a high random component, lead to failures which are caused by overloading and/or fatigue. The actual paper deals with the field measurements performed in past years on several BWEs from CEO open pits, including acceleration measurements and stress measurements using strain gauges. Both kind of sensors-accelerometers and strain gauges were mounted on several critical points of the boom, and the measurements were performed both in normal operation and in some loading-operating scenarios. The recorded data were postprocessed in order to obtain spectral graphs in order to obtain information about the influence of different excitation sources on the boom elements behaviour.
RENOWACJA CZERPAKÓW WIELONACZYNIOWYCH KOPAREK KOŁOWYCH W KOPALNI MÁTRAI ERŐMŰ SA
EXPERIENCE IN RENEWAL BWEs BUCKET AT MÁTRAI ERŐMŰ SA OPEN PIT
Ladányi Gábor, Zoltán Virág – University of Miskolc, Department of Geotechnical Equipment, Hungary
Department of Geotechnical Equipment od dwóch dekad zajmuje się badaniami i rozwojem zębów, czerpaków oraz innych aktywnych elementów różnych maszyn podstawowych. Aktualne badania służą rozwiązaniu problemów związanych z pracą koparek wielonaczyniowych kołowych w nadkładzie zawierającym piaskowce. W wyniku pracy w takim środowisku, a co za tym idzie, zwiększonych sił skrawania, czerpaki koparek ulegają odkształceniom. Zmiana geometrii procesu cięcia skały, która jest rezultatem renowacji czerpaków prowadzi do nieoptymalnego urabiania skutkującego zwiększoną ilością awarii. Przeprowadzone badania, przedstawione w niniejszym artykule, doprowadziły do opracowania wytycznych nowej, lepszej metody renowacji czerpaków.
The Department of Geotechnical Equipment is involved since two decades in research and development of teeth, buckets and other active parts of different kinds of mining excavators. The actual study is devoted to reveal new difficulties arising when excavating in the sandstone as overburden rock, mainly regarding the buckets of bucket wheel excavators. As a consequence of the increased cutting forces, the buckets suffer deformations. In case of the change of cutting geometry, as a result of renewal (strengthening) of buckets, the winning becomes no-optimal and there will be more breakdowns. The investigations made and reported in the actual paper led to provide guidelines for a better renewal method of buckets.
OPTYMALNA TECHNOLOGIA BADAŃ SKAŁ TRUDNO URABIALNYCH W ZAGŁĘBIU WĘGLOWYM MOST
OPTIMUM METHODOLOGY OF HARD STRUCTURES RESEARCH IN THE MOST BASIN CONDITION
Michal Řehoř, Vlastimil Moni – Brown Coal Research Institute, j. s. c., Czech Republic
Brown Coal Research Institute jest partnerem projektu realizowanego w ramach Funduszu Badawczego Węgla i Stali „Praca koparek kołowych w warunkach występowania w urabianym ośrodku utworów o nadmiernych oporach urabiania jak i wtrąceń nieurabialnych”. Problematyka rozpoznania geologicznego stanowi ważną część projektu. Artykuł krótko podsumowuje sytuację geologiczną zagłębia, wydobycie węgla i parametry geotechniczne skał. Główną uwagę poświęcono optymalnej metodologii badań geologicznych i geofizycznych skał trudno urabialnych.
The Brown Coal Research Institute is the participant of the European Commission – Research Fund for Coal and Steel project “Bucket wheel excavators operating under difficult mining conditions including unmineable inclusions and geological structures with excessive mining resistance” The geological problems are the important part of the project solving. The article briefly summarises geological situation of the Most Basin, situation of coal mining and geotechnical parameters of hard rocks. The main attention is devoted to the optimum methodology of geological and geophysical survey of hard rocks.
WYNIKI BADAŃ MATERIAŁOWYCH ELEMENTÓW TNĄCYCH WIELONACZYNIOWYCH KOPAREK KOŁOWYCH
NEW RESULTS OF CUTTING BODIES OF EXCAVATORS MATERIAL RESEARCH
Vlastimil Moni, Michal Řehoř, Tomáš Miletič, Jaromír Tauber- Brown Coal Research Institute j. s. c., Czech Republic
Celem tego artykułu jest prezentacja pierwszych wyników projektu nr TH03020368 z programu EPSILON pt. „The optimisation of the shape and material of ground and mining machines research”. Głównym tematem tego artykułu jest optymalizacja kształtu zęba, a przede wszystkim optymalizacja materiałów wykorzystywanych do produkcji elementów tnących maszyn górniczych. Badania te są niezbędne dla zwiększenia efektywności procesu wydobywczego w warunkach zagłębia Most.
The target of this article is the presentation of the first results of the project No. TH03020368 from the programme EPSILON titled „The optimisation of the shape and material of ground and mining machines research“. The main topic of this article is the optimization of the tooth shape and primarily the optimization of the materials used for manufacturing of cutting bodies of the ground and mining machines. This research is necessary for increasing of efficiency of mining process in conditions of the Most Basin.
KOMPLEKSOWE TESTOWANIE RÓŻNYCH TYPÓW WIELONACZYNIOWYCH KOPAREK KOŁOWYCH PRACUJĄCYCH W ZAGŁĘBIU WĘGLOWYM MOST
COMPLEX TESTING OF DIFFERENT TYPES OF EXCAVATORS IN THE MOST BASIN CONDITION
Vlastimil Moni, Michal Řehoř, Petr Klouda – Brown Coal Research Institute j. s. c., Czech Republic
Brown Coal Research Institute jest uczestnikiem projektu realizowanego w ramach Funduszu Badawczego Węgla i Stali „ Praca koparek kołowych w warunkach występowania w urabianym ośrodku utworów o nadmiernych oporach urabiania jak i wtrąceń nieurabialnych”. Głównym problemem badawczym podnajmowanym przez VUHU jest kompleksowe testowanie różnych typów koparek. W artykule podsumowano wyniki badań koparek SchRs 1550-4×30/K109, KU 800.7 i KK 1300.
The Brown Coal Research Institute is the participant of the European Commission – Research Fund for Coal and Steel project “Bucket wheel excavators operating under difficult mining conditions including unmineable inclusions and geological structures with excessive mining resistance”. The main research problem of VUHU is complex testing of different types of excavators. The article briefly summarises the results of complex testing of SchRs 1550-4×30/K109, KU 800.7 and KK 1300 excavators.
WYTYCZNE DO PROJEKTOWANIA MASZYN GÓRNICTWA ODKRYWKOWEGO ORAZ MASZYN I URZĄDZEŃ PRZEŁADUNKOWYCH
GUIDELINES FOR THE DESIGN OF OPENCAST MINING MACHINES AND MATERIAL HANDLING EQUIPMENT
Eugeniusz Rusiński, Tomasz Dobosz, Przemysław Moczko, Damian Pietrusiak – Wroclaw University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Machine Design and Research, Wrocław, Poland
Maszyny podstawowe górnictwa odkrywkowego oraz maszyny przeładunkowe pełnią istotne role w wielu gałęziach przemysłu (górnictwo i przetwórstwo skalne, przemysł energetyczny, inne) na całym świecie. Fakt ten spowodował, iż powstały różne opracowania zawierające wytyczne do projektowania tego rodzaju obiektów. Najważniejsze z nich, które zostaną omówione szerzej w prezentowanym artykule, to norma australijska (AS), niemiecka (DIN) oraz norma ISO. Przedstawione zostaną wady i zalety poszczególnych z nich, a przede wszystkim to jakie konsekwencje pociąga za sobą stosowanie wybranej normy. Autorzy przedstawiają również samodzielnie opracowane rozwiązania i zalecenia wykraczające poza zakres wskazany w wymienionych normach.
MONITORING WGŁĘBNY – KIERUNKI ROZWOJU I ZASADA UNIKALNOŚCI
IN-DEPTH MONITORING – DIRECTIONS OF DEVELOPMENT AND THE PRINCIPLE OF UNIQUENESS
Kamil Piróg – „Poltegor-Instytut” Instytut Górnictwa Odkrywkowego, Wrocław, Poland
W artykule przedstawiono system monitoringu wgłębnego, jego elementy składowe oraz praktyczne zastosowania. Część artykułu poświęcona jest nowym kierunkom rozwoju systemu oraz głównej zasadzie obowiązującej przy jego projektowaniu – zasadzie unikalności. Dokonano również krótkiej charakterystyki zachowania się górotworu zagrożonego osuwiskiem i wpływu tego zachowania na prace systemu.
The article presents the in-depth monitoring system, its components and practical applications. Part of the article is devoted to new directions of the system development and the main principle of designing it – the principle of uniqueness. A short characterisation of the behaviour of the rock mass at risk of landslide and the impact of this behaviour on the system’s work has also been made.