Содержание статьи
- 1. Источники попадания металлолома в дробильное оборудование
- 2. Последствия попадания металла в дробилку
- 3. Системы магнитной сепарации
- 4. Металлодетекторы на конвейерных линиях
- 5. Механические системы защиты дробилок
- 6. Действия персонала при попадании металла
- 7. Профилактика и статистика инцидентов
- 8. Часто задаваемые вопросы
1. Источники попадания металлолома в дробильное оборудование
Проблема попадания металлических предметов в дробильное оборудование является одной из наиболее актуальных для горнодобывающих и горнообогатительных предприятий. Металлолом представляет серьезную угрозу для целостности дорогостоящего оборудования и может вызвать длительные простои производства.
Основные источники металлических включений связаны с различными этапами добычи и транспортировки горной массы. В процессе разработки месторождений открытым способом в карьерах металлические предметы попадают в общий поток перерабатываемого материала из нескольких источников.
| Источник металлолома | Описание | Типичные размеры | Частота попадания |
|---|---|---|---|
| Зубья ковшей экскаваторов | Изношенные или оторванные зубья горного оборудования | 150-400 мм | Высокая |
| Арматура из вскрышных пород | Металлические конструкции, присутствующие в горной массе | 100-500 мм | Средняя |
| Анкера взрывных работ | Металлические стержни от буровзрывных операций | 200-800 мм | Средняя |
| Фрагменты рельсов | Остатки железнодорожных путей карьерного транспорта | 300-1000 мм | Низкая |
| Звенья цепей | Детали погрузочно-транспортного оборудования | 50-200 мм | Средняя |
| Болты и гайки | Крепежные элементы горного оборудования | 30-100 мм | Высокая |
Практический пример
На одном из железорудных карьеров Курской магнитной аномалии был зафиксирован случай попадания в дробилку крупного дробления фрагмента зуба экскаватора массой около 18 килограммов. Металлический предмет проник в камеру дробления вместе с рудой после погрузки, когда изношенный зуб отломился от ковша при зачерпывании материала. Несмотря на работающую систему магнитной сепарации, предмет не был извлечен из-за своих размеров и положения в потоке породы.
Особую опасность представляют металлические предметы, которые попадают во взрывные скважины перед буровзрывными работами. После взрыва такие элементы могут деформироваться и принять форму, затрудняющую их обнаружение стандартными системами защиты.
2. Последствия попадания металла в дробилку
Попадание металлических предметов в камеру дробления приводит к серьезным последствиям, которые можно разделить на немедленные повреждения оборудования и долгосрочные негативные эффекты. Характер и масштаб повреждений зависят от массы металлического предмета, его формы, скорости движения конвейера и типа дробильного оборудования.
Виды повреждений дробильного оборудования
| Тип повреждения | Пораженные элементы | Характер дефекта | Время восстановления |
|---|---|---|---|
| Разрушение футеровки | Броневые плиты, конусы дробления | Сколы, трещины, отрыв отдельных элементов | 12-48 часов |
| Трещины корпуса | Станина, рама дробилки | Усталостные трещины, разрушение сварных швов | 72-120 часов |
| Повреждение валов | Приводной вал, эксцентриковый вал | Изгиб, разрушение подшипников | 48-96 часов |
| Поломка щек | Подвижная и неподвижная щека | Трещины, деформация рабочей поверхности | 24-60 часов |
| Износ опорных элементов | Опорное кольцо, чаша дробления | Выработка посадочных поверхностей | 36-72 часа |
Наиболее критичным последствием является образование трещин в корпусных деталях дробилки. Такие повреждения не всегда обнаруживаются сразу и могут развиваться со временем, приводя к катастрофическому разрушению оборудования в процессе дальнейшей эксплуатации.
Механизм повреждения при попадании металла
При попадании металлического предмета массой 15 килограммов в конусную дробилку возникают критические перегрузки рабочих органов. В процессе дробления на материал действуют усилия раздавливания, измеряемые сотнями килоньютонов. Недробимое металлическое тело не разрушается под этим давлением, что приводит к резкому возрастанию нагрузки на все элементы дробилки.
Современные конусные дробилки среднего дробления развивают скорость вращения эксцентрикового вала от 250 до 400 оборотов в минуту, при этом подвижный конус вращается вокруг своей оси со скоростью не более 15 оборотов в минуту. Амплитуда колебаний в зоне разгрузочной щели составляет около 30 миллиметров.
Заклинивание металлического предмета между конусами вызывает мгновенное увеличение потребляемого тока электродвигателя на 30-50 процентов, резкий рост вибрации корпуса и характерный металлический звук. Именно эти признаки служат сигналом для немедленной остановки оборудования.
Важно понимать, что последствия попадания металла не ограничиваются только механическими повреждениями. Длительный простой оборудования приводит к срыву производственных планов, необходимости проведения внеплановых ремонтов и значительным финансовым потерям для предприятия.
3. Системы магнитной сепарации
Магнитная сепарация является первой и наиболее эффективной линией защиты дробильного оборудования от попадания ферромагнитных металлических включений. Современные магнитные системы способны извлекать металлические предметы различных размеров из потока транспортируемого материала без остановки технологического процесса.
Типы магнитных сепараторов для защиты дробилок
| Тип сепаратора | Место установки | Глубина извлечения | Максимальная масса извлекаемых предметов |
|---|---|---|---|
| Подвесной электромагнит | Над конвейерной лентой на высоте 300-500 мм | До 450 мм | До 40 кг |
| Барабанный магнитный сепаратор | В головной части конвейера (место ссыпа) | Вся толщина слоя материала | До 25 кг |
| Магнитная плита с механической очисткой | Над лентой в зоне пересыпа | До 550 мм | До 100 кг |
| Саморазгружающийся сепаратор | Перед дробилкой на конвейере питания | До 400 мм | До 50 кг |
Подвесные магнитные сепараторы размещаются непосредственно над транспортерной лентой конвейера, питающего дробилку. Магнитное поле, создаваемое системой постоянных магнитов или электромагнитов, проникает в слой транспортируемого материала и притягивает ферромагнитные частицы к рабочей поверхности сепаратора.
Схема размещения магнитного сепаратора
Оптимальное расположение подвесного магнитного сепаратора предусматривает его установку на расстоянии 15-20 метров до загрузочной воронки дробилки. Это обеспечивает достаточное время для извлечения металлических включений из потока материала. Сепаратор подвешивается на высоте, позволяющей магнитному полю проникать на глубину транспортируемого слоя породы, которая на конвейерах дробильных комплексов обычно составляет от 300 до 500 миллиметров.
Эффективность магнитной сепарации
Эффективность работы магнитных систем зависит от нескольких факторов: магнитных свойств извлекаемых предметов, их размера и формы, скорости движения конвейерной ленты, толщины слоя материала и мощности магнитного поля.
| Параметр материала | Эффективность извлечения | Рекомендуемый тип сепаратора |
|---|---|---|
| Крупные металлические предметы (более 100 мм) | 95-98% | Подвесной сепаратор повышенной мощности |
| Средние включения (50-100 мм) | 92-96% | Комбинация подвесного и барабанного |
| Мелкие частицы (10-50 мм) | 85-92% | Барабанный сепаратор |
| Тонкие металлические элементы | 88-94% | Двойная магнитная система |
Важным преимуществом современных магнитных сепараторов на основе постоянных магнитов является отсутствие потребления электроэнергии для генерации магнитного поля. Гарантийный срок сохранения магнитных свойств таких систем составляет не менее 10 лет при условии соблюдения правил эксплуатации.
4. Металлодетекторы на конвейерных линиях
Металлодетекторы представляют собой вторую линию защиты дробильного оборудования и применяются для обнаружения как ферромагнитных, так и немагнитных металлических включений. В отличие от магнитных сепараторов, металлодетекторы не извлекают металл, а сигнализируют о его присутствии и инициируют автоматическую остановку конвейера.
Принцип работы конвейерных металлодетекторов
Металлодетектор создает электромагнитное поле в зоне контроля. При прохождении металлического предмета через это поле изменяются параметры электромагнитных колебаний, что регистрируется чувствительными датчиками. Система обработки сигнала анализирует характер изменений и при обнаружении металла подает команду на остановку конвейера.
| Тип металлодетектора | Конструктивное исполнение | Ширина зоны контроля | Чувствительность |
|---|---|---|---|
| Однопластинчатый | Плоский корпус под лентой конвейера | 300-2000 мм | Обнаружение объектов от 30 мм |
| Разборный | Модульная конструкция вокруг ленты | 400-1800 мм | Обнаружение объектов от 25 мм |
| Портальный | Рамная конструкция вокруг конвейера | 600-2000 мм | Обнаружение объектов от 20 мм |
Конвейерные металлодетекторы способны обнаруживать различные типы металлов: черные металлы и сплавы на основе железа, цветные металлы включая медь, алюминий, латунь, бронзу, а также нержавеющую сталь, которая не извлекается магнитными сепараторами.
Алгоритм работы системы обнаружения
Последовательность действий при срабатывании металлодетектора
При обнаружении металлического предмета система металлодетектора выполняет следующую последовательность действий:
1. Регистрация изменения электромагнитного поля - время обработки сигнала составляет 0,1-0,3 секунды
2. Подача команды на остановку конвейера - задержка не более 0,2 секунды
3. Включение звуковой и световой сигнализации - немедленно
4. Фиксация события в журнале регистрации - автоматически
При скорости движения конвейерной ленты 2 метра в секунду, металлический предмет перемещается на расстояние около 0,4-1,0 метра от момента обнаружения до полной остановки ленты, что необходимо учитывать при расчете расстояния установки металлодетектора от загрузочной воронки дробилки.
Современные металлодетекторы оснащаются системой автоматической самодиагностики, которая контролирует работоспособность датчиков и электронных компонентов. При обнаружении неисправности система подает предупредительный сигнал обслуживающему персоналу, предотвращая пропуск металлических включений из-за неработающего оборудования.
Интеграция металлодетекторов с другими системами
Наиболее эффективная схема защиты предусматривает комбинированное использование магнитной сепарации и металлодетекции. Магнитный сепаратор устанавливается первым по ходу движения материала и извлекает ферромагнитные включения, а металлодетектор размещается после сепаратора и контролирует наличие немагнитных металлов и тех ферромагнитных предметов, которые не были извлечены магнитной системой.
5. Механические системы защиты дробилок
Помимо систем обнаружения и извлечения металла, современные дробилки оснащаются встроенными механическими системами защиты, которые предотвращают критические повреждения оборудования в случае попадания недробимых тел в камеру дробления.
Конструктивные элементы защиты
| Система защиты | Тип дробилки | Принцип действия | Эффективность |
|---|---|---|---|
| Пружинная защита | Конусные дробилки | Подъем опорного кольца при перегрузке | Предотвращение поломки в 85% случаев |
| Гидравлические предохранители | Щековые дробилки | Отвод подвижной щеки при критических нагрузках | Защита от разрушения корпуса |
| Фрикционные муфты | Все типы | Проскальзывание при резком увеличении момента | Защита привода от поломки |
| Срезные болты | Роторные дробилки | Разрушение болта при перегрузке ротора | Предотвращение повреждения вала |
Система пружинной защиты конусных дробилок является наиболее распространенным механизмом предохранения от перегрузок. Когда в камеру дробления попадает недробимое тело, подвижная броня создает избыточное давление на неподвижную броню. Это приводит к подъему верхней части дробилки вместе с опорным и регулирующим кольцами, при этом пакет пружин сжимается.
Работа пружинной защиты
В конусной дробилке среднего дробления установлена система из восьми пружин с суммарным усилием сжатия 800 килоньютонов. При попадании металлического предмета диаметром 250 миллиметров система автоматически приподнимает опорное кольцо на высоту 30-40 миллиметров. После прохождения недробимого тела через разгрузочную щель пружины возвращают верхнюю часть дробилки в исходное положение без остановки оборудования. Время срабатывания защиты составляет 1-2 секунды.
Ручная выборка металла грейферным захватом
На некоторых предприятиях применяется дополнительный метод ручной выборки крупных металлических предметов с конвейерной ленты перед дробилкой. Специально обученный оператор визуально контролирует поток материала и с помощью грейферного захвата, установленного на мостовом кране или манипуляторе, извлекает видимые крупные металлические включения.
Метод ручной выборки является вспомогательным и не может заменить автоматические системы защиты. Человеческий фактор не позволяет обеспечить стопроцентную выборку металла, особенно при высокой производительности конвейерной линии, когда скорость движения ленты превышает 1,5 метра в секунду, а толщина слоя материала достигает 400-500 миллиметров.
6. Действия персонала при попадании металла
Несмотря на применение многоступенчатых систем защиты, полностью исключить попадание металлических предметов в дробилку невозможно. Поэтому критически важным является правильное реагирование обслуживающего персонала на инцидент и выполнение установленных процедур по извлечению металла и осмотру оборудования.
Признаки попадания металла в дробилку
| Признак | Характеристика | Требуемые действия |
|---|---|---|
| Характерный металлический звук | Резкий звон, лязг в камере дробления | Немедленная остановка дробилки |
| Резкий скачок тока электродвигателя | Увеличение потребляемого тока на 30-50% | Автоматическая остановка по защите |
| Повышение вибрации | Рост вибрации на корпусе дробилки | Контроль параметров, готовность к остановке |
| Срабатывание металлодетектора | Световая и звуковая сигнализация | Остановка питающего конвейера |
Порядок действий при обнаружении металла
Процедура извлечения металлического предмета из дробилки должна выполняться в строгом соответствии с технологической инструкцией предприятия. Общий алгоритм действий включает следующие этапы.
Первым шагом является немедленная остановка дробилки и питающего конвейера. Оператор должен перевести оборудование в режим аварийной остановки, нажав кнопку экстренного останова на пульте управления. Важно остановить также все вспомогательное оборудование: грохоты, конвейеры отвода готового продукта.
После полной остановки оборудования и снятия всех электрических блокировок начинается процесс извлечения металлического предмета. В зависимости от типа дробилки и расположения заклиненного металла применяются различные методы.
Извлечение металла из конусной дробилки
Для освобождения конусной дробилки от заклиненного недробимого тела используются специальные столики на станине и приливы на опорном кольце. Гидравлические домкраты устанавливаются на столики со стороны заклиненного предмета. Опорное кольцо приподнимается на высоту 30-40 миллиметров, после чего металлический предмет высвобождается и извлекается через люк разгрузки с помощью крана или лебедки. Если металл находится в верхней части камеры дробления, может потребоваться частичная разборка загрузочной воронки.
Осмотр дробилки после извлечения металла
После извлечения металлического предмета обязательно проводится тщательный осмотр дробилки на предмет повреждений. Осмотру подлежат все критические узлы и элементы оборудования.
| Осматриваемый элемент | Что проверяется | Допустимые дефекты |
|---|---|---|
| Футеровка камеры дробления | Наличие трещин, сколов, отрывов | Сколы глубиной до 10 мм |
| Корпус дробилки | Трещины на сварных швах и основном металле | Недопустимы любые трещины |
| Вал и подшипники | Осевое биение, люфты, нагрев | В пределах технической документации |
| Пружинная система | Деформация пружин, целостность креплений | Отсутствие остаточной деформации |
Все случаи попадания металла в дробилку должны фиксироваться в журнале эксплуатации с указанием даты и времени инцидента, характера и размеров металлического предмета, принятых мер по его извлечению, результатов осмотра оборудования и времени простоя. Эти данные необходимы для анализа эффективности систем защиты и планирования профилактических мероприятий.
7. Профилактика и статистика инцидентов
Эффективная профилактика попадания металла в дробильное оборудование основывается на комплексном подходе, включающем техническое обслуживание систем защиты, контроль состояния горного оборудования и анализ статистики инцидентов.
Статистические показатели
Согласно данным эксплуатации дробильных комплексов на крупных горнодобывающих предприятиях, частота попадания металлических предметов в дробилки зависит от эффективности работы систем защиты и условий эксплуатации горного оборудования.
Нормативные показатели попадания металла
Для карьеров с организованной системой магнитной сепарации и металлодетекции приемлемым показателем считается не более одного случая попадания металлических предметов в дробилку в течение месяца работы. Это соответствует практике эксплуатации на современных горнодобывающих предприятиях.
При высокой производительности дробильного комплекса и работе в несколько смен месячный объем переработки горной массы может достигать сотен тысяч тонн. Регулярное превышение нормативных показателей указывает на необходимость проверки и настройки систем защиты, а также усиления контроля состояния горного оборудования.
Программа профилактических мероприятий
| Мероприятие | Периодичность | Ответственные | Ожидаемый эффект |
|---|---|---|---|
| Проверка магнитной силы сепараторов | Еженедельно | Механик участка | Поддержание эффективности извлечения на уровне 95% |
| Калибровка металлодетекторов | Ежемесячно | Служба КИПиА | Обнаружение металла от 25 мм |
| Осмотр зубьев экскаваторов | Ежедневно | Машинист экскаватора | Снижение случаев отрыва зубьев на 70% |
| Ревизия пружинной защиты дробилки | Ежеквартально | Механическая служба | Надежное срабатывание защиты |
| Анализ журнала инцидентов | Ежемесячно | Главный механик | Выявление систематических проблем |
Особое внимание следует уделять контролю состояния сменного оборудования горных машин. Изношенные зубья ковшей экскаваторов являются одним из основных источников металлолома в потоке горной массы. Регламентированная замена зубьев до достижения критической степени износа значительно снижает риск их отрыва и попадания в дробилку.
Внедрение системы мониторинга работы дробильного оборудования в режиме реального времени позволяет оперативно выявлять отклонения параметров работы, которые могут указывать на попадание металла или неисправность систем защиты. Современные системы включают контроль потребляемого тока, вибрации, температуры подшипников и других критических параметров с передачей данных на центральный пульт управления.
8. Часто задаваемые вопросы
Эффективность магнитной сепарации зависит от нескольких факторов. Во-первых, магниты притягивают только ферромагнитные материалы, к которым относятся железо и некоторые его сплавы. Цветные металлы, такие как медь, алюминий, латунь, а также нержавеющая сталь не обладают ферромагнитными свойствами и не извлекаются магнитными системами. Во-вторых, глубина проникновения магнитного поля ограничена. При толщине слоя транспортируемого материала более 500 миллиметров металлические предметы, находящиеся в нижней части слоя, могут не попасть в зону действия магнитного поля. В-третьих, на эффективность влияет форма металлического предмета: плоские листовые элементы притягиваются легче, чем сферические объекты такой же массы. Наконец, скорость движения конвейерной ленты также имеет значение - при скорости более 3 метров в секунду время нахождения металла в магнитном поле может быть недостаточным для надежного захвата.
Регламент технического обслуживания металлодетекторов включает несколько уровней проверок. Ежедневно оператор должен проводить визуальный осмотр оборудования и проверку работоспособности с помощью тестовых образцов металла. Еженедельно выполняется очистка датчиков от пыли и загрязнений, которые могут снижать чувствительность системы. Ежемесячно служба контрольно-измерительных приборов и автоматики проводит полную калибровку металлодетектора, настройку чувствительности и проверку системы сигнализации. Ежеквартально необходима проверка электрических соединений, состояния кабелей и креплений датчиков. При работе в условиях повышенной запыленности и влажности периодичность обслуживания может быть увеличена. Производители современных металлодетекторов оснащают их системами самодиагностики, которые автоматически контролируют работоспособность и сигнализируют о необходимости обслуживания.
Наиболее опасными являются скрытые повреждения, которые не обнаруживаются при визуальном осмотре, но развиваются в процессе дальнейшей эксплуатации. К ним относятся микротрещины в корпусных деталях дробилки, которые со временем могут привести к катастрофическому разрушению. Особенно критичны трещины в сварных швах, соединяющих основные узлы корпуса. Также опасны повреждения подшипниковых узлов - даже небольшая деформация посадочных поверхностей приводит к нарушению центровки, повышенной вибрации и быстрому выходу подшипников из строя. Повреждения футеровки, хотя и заметны при осмотре, могут быть недооценены - локальное разрушение броневых плит изменяет геометрию камеры дробления, что приводит к неравномерной нагрузке на соседние участки и их ускоренному износу. Деформация вала дробилки считается критическим повреждением, так как даже небольшой изгиб вызывает биение, которое быстро разрушает все сопряженные детали.
Полностью исключить попадание металлических предметов в дробилку технически невозможно, однако современные многоступенчатые системы защиты позволяют снизить вероятность инцидента до минимума. Комплексный подход включает установку магнитных сепараторов, металлодетекторов, визуальный контроль материала перед загрузкой и регулярное техническое обслуживание горного оборудования. Даже при идеальной работе всех систем защиты всегда существует вероятность попадания металлического предмета нестандартной формы или состава, который не будет обнаружен. Поэтому дробилки оснащаются встроенными механическими системами защиты от перегрузок, которые предотвращают критические повреждения при попадании недробимых тел. Задача эксплуатационного персонала состоит не в полном исключении инцидентов, а в их минимизации до уровня, при котором они не оказывают существенного влияния на производительность и техническое состояние оборудования.
Время извлечения металлического предмета из дробилки зависит от типа оборудования, размера и расположения заклиненного металла. В простых случаях, когда металл находится в верхней части камеры дробления и легко доступен через загрузочную воронку, извлечение с помощью крана занимает от 30 минут до 1 часа, включая время на остановку оборудования, снятие блокировок и последующий осмотр. Если металлический предмет заклинен в средней или нижней части камеры дробления конусной дробилки, требуется подъем опорного кольца гидравлическими домкратами, что увеличивает время до 2-4 часов. В сложных случаях, когда необходима частичная разборка дробилки для доступа к заклиненному металлу, простой может составлять от 6 до 12 часов. Дополнительное время требуется на обязательный осмотр всех узлов дробилки после извлечения металла, проверку футеровки, корпуса, валов и подшипников. При обнаружении повреждений время простоя увеличивается на период выполнения ремонтных работ.
Магнитные сепараторы эффективно извлекают только ферромагнитные материалы, к которым относятся железо, сталь, чугун и некоторые сплавы на их основе. Цветные металлы не обладают ферромагнитными свойствами и свободно проходят через магнитное поле. К таким металлам относятся медь и ее сплавы (бронза, латунь), алюминий и его сплавы, титан, цинк, свинец, олово. Нержавеющая сталь, широко применяемая в горном оборудовании, также не притягивается обычными магнитами из-за особенностей кристаллической структуры, хотя и содержит железо. Магний и его сплавы являются немагнитными. Для обнаружения цветных металлов и нержавеющей стали необходимо использовать металлодетекторы, которые работают на принципе регистрации изменения электромагнитного поля и способны обнаруживать любые электропроводящие материалы независимо от их магнитных свойств.
Скорость движения конвейерной ленты оказывает существенное влияние на работу систем обнаружения и извлечения металла. Для магнитных сепараторов критическим параметром является время нахождения металлического предмета в зоне действия магнитного поля. При скорости ленты до 2 метров в секунду обеспечивается достаточное время для надежного захвата металлических включений массой до 40 килограммов. При увеличении скорости до 3-4 метров в секунду эффективность извлечения снижается, особенно для тяжелых предметов, которым требуется больше времени для отрыва от основного потока материала. Для металлодетекторов высокая скорость конвейера создает проблему с точностью определения положения обнаруженного металла - при скорости 3 метра в секунду и времени реакции системы 0,5 секунды металлический предмет перемещается на 1,5 метра от момента обнаружения до остановки ленты. Поэтому на высокоскоростных конвейерах металлодетектор необходимо устанавливать на значительном расстоянии от дробилки, чтобы гарантировать остановку до попадания металла в камеру дробления.
Комбинированное использование магнитной сепарации и металлодетекции обеспечивает максимальный уровень защиты дробильного оборудования благодаря взаимному дополнению возможностей этих систем. Магнитный сепаратор работает непрерывно и автоматически извлекает ферромагнитные включения из потока материала без остановки конвейера, обеспечивая высокую производительность. Металлодетектор, установленный после сепаратора, выполняет функцию контроля и обнаруживает те металлические предметы, которые не были извлечены магнитом - цветные металлы, нержавеющую сталь, а также крупные ферромагнитные объекты, которые по каким-либо причинам прошли через магнитное поле. Статистика показывает, что такая комбинация снижает количество случаев попадания металла в дробилку на 98-99% по сравнению с системами без защиты. Дополнительным преимуществом является возможность анализа данных от обеих систем для оценки эффективности работы магнитного сепаратора и своевременного выявления снижения его характеристик. Затраты на установку и обслуживание комбинированной системы многократно окупаются за счет предотвращения аварийных простоев и дорогостоящих ремонтов дробильного оборудования.
