Novelty Structures stellt Ausrüstungen für Brechanlagen her, wie Brecher, mobile Brecher, Siebe, Förderbänder und Trichter.
In Bergbauanlagen ist das Layout von Brechanlagen sowie der zugehörigen Ausrüstung und Strukturen ein entscheidender Faktor, um Produktionsanforderungen zu erfüllen und gleichzeitig die Investitions- und Betriebskosten auf ein Minimum zu beschränken.
1. Einführung
Das Hauptziel bei der Gestaltung einer Brechanlage besteht darin, eine Installation zu schaffen, die nicht nur die erforderlichen Produktionskriterien erfüllt, sondern auch effizient und zu wettbewerbsfähigen Kosten arbeitet und gleichzeitig strenge Umweltvorschriften einhält. Darüber hinaus sollte die Errichtung zu angemessenen Kosten möglich sein, unter Berücksichtigung der steigenden Ausgaben für Ausrüstung, Energie und Bauarbeitskräfte.
Der Entwurfsprozess umfasst drei Hauptphasen: Verfahrensgestaltung, Geräteauswahl und Layout. Während die ersten beiden Phasen durch Produktionsanforderungen und Konstruktionsparameter bestimmt werden, kann das Layout durch Beiträge, Vorlieben und betriebliche Erkenntnisse verschiedener Interessengruppen beeinflusst werden. Zu diesen Interessengruppen gehören unter anderem das Ingenieurteam des Auftraggebers, Sicherheitsbeauftragte, Betriebs- und Wartungspersonal, Gerätehersteller und der beratende Ingenieur. Im Idealfall sollte der Berater sein Wissen und seine Erfahrung nutzen, um die spezifischen Anforderungen aller Beteiligten zu verstehen und ein ausgewogenes, praxisnahes, sicheres und kosteneffizientes Anlagendesign zu liefern.
2. Entwurfsparameter
Die wichtigsten Entwurfsparameter, die die Auswahl und Konfiguration von Brechanlagen bestimmen, sind:
- Produktionsanforderungen
- Investitionskosten
- Erzmerkmale
- Sicherheit und Umwelt
- Projektstandort
- Lebensdauer der Anlage/Erweiterungspläne
- Betriebserwägungen
- Wartungsanforderungen
- Klimabedingungen
2.1 Produktionsanforderungen
Typische Produktionsanforderungen sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.
Tabelle 1: Produktionsanforderungen
2.2 Investitionskosten
Daher ist es notwendig, die Installationskosten für Brecher auf Basis der Gerätekosten zuzüglich der folgenden direkten Kosten, einschließlich Baukosten, zu schätzen:
- Erdarbeiten
- Beton
- Stahlkonstruktion
- Architektonisch
- Mechanisch
- Elektrisch
- Messtechnik
Zusätzlich zu den oben genannten direkten Kosten können indirekte Kosten zwischen 40 und 60 % der direkten Kosten betragen und
umfassen:
- Baubegleitkosten
- Inbetriebnahme und Anlaufphase
- Transportkosten für Bauausrüstung
- Ersatzteile
- Steuern / Abgaben
- Ingenieurwesen, Beschaffung
- Kosten des Bauherrn (Umzug, Einstellung und Schulung von EPCM-Personal, Genehmigungen, Lizenzgebühren usw.)
Darüber hinaus ist es wichtig, einen Risikopuffer für unerwartete Ausgaben einzuplanen. Dieser Risikopuffer liegt in der Regel zwischen 10 und 20 % der Gesamtmenge aus direkten und indirekten Kosten. Der Planer muss ein umfassendes Verständnis der spezifischen Kostenkomponenten des Projekts haben.
2.3 Erzmerkmale
Die Beschaffenheit des Erzes spielt eine entscheidende Rolle sowohl bei der Auswahl der Brecher als auch beim gesamten Anlagendesign. Trockene Erze erfordern umfangreichere Maßnahmen zur Staubkontrolle und -absaugung, wie z. B. Staubeinhausungen um Siebe, Abdichtungen an Förderbandschürzen sowie Vakuum- und Reinigungsanlagen. Feuchte und klebrige Erze hingegen können Probleme wie Rutschenverstopfungen, verminderte Pufferkapazitäten und verringerte Lagerkapazität in Silos und Bunkern verursachen.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, ist es wichtig, dass Rutschen leicht zugänglich für Reinigungsarbeiten sind und dass Bunker, Silos und Tunnel über ausreichend große Austragsöffnungen verfügen. Falls möglich, sollten repräsentative Erzproben getestet werden, um die Fließeigenschaften zu bestimmen, da diese einen Einfluss auf die Auslegungsparameter haben.
In den meisten Bergbaubetrieben ändern sich die Erzmerkmale im Zeitverlauf, und es kann teuer sein, die nötige Flexibilität im Design vorzusehen, um diese Änderungen zu berücksichtigen. Manche Bauherren bestehen auf einer Minimierung der Anfangsinvestitionen, wobei Designanpassungen aus dem Betriebshaushalt finanziert werden. Diese Balance zu erreichen, ist jedoch nicht immer einfach.
2.4 Sicherheit und Umwelt
Sicherheitsaspekte sind ein grundlegender Bestandteil bei der Planung von Bergwerksanlagen. Brechanlagen müssen weltweit lokale und nationale Vorschriften einhalten.
In modernen Bergwerksanlagen umfassen Sicherheitsmaßnahmen den Einbau von Schutzverkleidungen um alle beweglichen Teile sowie Not-Aus-Leinen beidseitig an Förderbändern mit Personenverkehr. Die Instandhaltungsabteilung und der Sicherheitsbeauftragte sind dafür verantwortlich, dass diese Sicherheitsvorkehrungen ordnungsgemäß eingehalten werden. Eine kontinuierliche Sicherheitsunterweisung des Personals ist von größter Bedeutung und wird in den meisten Bergbaubetrieben streng überwacht.
Staubemissionen müssen den jeweils geltenden Vorschriften entsprechen. Planer müssen Geräte zur Staubeindämmung, -unterdrückung oder -absaugung berücksichtigen. Verschüttungen durch Austragseinrichtungen, Rutschen und Förderbänder sollten minimiert werden. Auffangsysteme können in Austragsvorrichtungen integriert, Rutschendesigns zur Minimierung von Verschüttungen optimiert und Förderbänder verbreitert werden, um z. B. mehr Spielraum durch verringerte Schürzenbreite zu schaffen. Schürzen sollten mindestens über drei Bandbreiten über die Beladungsstelle hinausgehen. Standardrichtlinien bieten Orientierung, jedoch sind oft projektspezifisch angepasste Übergaben notwendig. Saubere Anlagen verursachen in der Regel geringere Betriebskosten.
Brecher, Siebe und Staubabsaugventilatoren tragen häufig zu erhöhten Lärmbelastungen bei. Luftgekühlte Schmiersysteme erzeugen nicht nur Lärm, sondern können auch Ölverluste verursachen. Gut ausbalancierte, gleichmäßig beschickte Brecher, geschlossene Siebanlagen und mit Schalldämpfern ausgestattete Absaugventilatoren können akzeptable Lärmgrenzen einhalten. Umlaufendes Wasser kann zur Kühlung der Brecherschmierung verwendet werden.
2.5 Projektstandort
Das Design einer Brechanlage kann erheblich durch Faktoren wie Standort, Topographie, geotechnische Bedingungen, Abgeschiedenheit und Klima beeinflusst werden.
Die Baukosten sind in Regionen mit großer Höhe, kaltem Klima und abgelegenen Standorten in der Regel deutlich höher. Um die wirtschaftliche Tragfähigkeit solcher Projekte zu verbessern, werden häufig modulare und vormontierte Baugruppen außerhalb des Standorts gefertigt und dann an ihren endgültigen Einsatzort transportiert. Die lokalen Arbeitskosten spielen eine entscheidende Rolle bei der Auswahl der kosteneffizientesten Baumaterialien. Beispielsweise ist der Bau von Betonstrukturen in Mexiko wesentlich günstiger als in Alaska.
Abgelegene Projekte können Schwierigkeiten haben, Ersatzteile kurzfristig zu beschaffen. Daher sollten Brechanlagendesigns Flächen für Lagerung und Arbeitsbereiche für die Instandsetzung und Reparatur vor Ort vorsehen. Wann immer möglich, sollten Gerätehersteller dazu angeregt werden, Ersatzteile in der Nähe des Bergbaubetriebs vorzuhalten und zu liefern.
Der Zugang zu verlässlichen geotechnischen Informationen ist entscheidend für die Standortwahl und das Layout einer Brechanlage. Die Errichtung einer Primärbrechanlage auf festem Fels kann die Kosten für Beton und Stahlkonstruktionen senken und somit eine wirtschaftlichere Lösung bieten.
2.6 Lebensdauer der Anlage/Erweiterungspläne
Die erwartete Lebensdauer einer Mine ist ein entscheidender Faktor bei der Auslegung jeder Brechanlage. Für langfristige Betriebe mit einer Dauer von drei bis acht Jahren ist ein sorgfältiger Ansatz in Bezug auf Design, Layout und Bauweise unerlässlich. Da Struktur und Einhausung der Brechanlage oft die größte Einzelkostenposition in einer Primärbrecheinheit darstellen, müssen diese Baukosten an die geplante Lebensdauer der Mine angepasst werden.
Für kurzfristige Einsätze sind mobile Brecher unter Umständen die beste Wahl, da sie eine Verlagerung und Wiederverwendung der Ausrüstung ermöglichen. Im Gegensatz dazu könnten Minen mit langer Lebensdauer wirtschaftlicher mit massiven Betonbauten und vollständig isolierten Einhausungen arbeiten. In Abwägungsstudien sollten kurzfristige Projekte geringere Investitionskosten priorisieren, während langfristige Anlagen auf niedrige Betriebskosten und einfache Wartung ausgelegt sein sollten.
Die Planung einer Erweiterung ist in nahezu allen Bergbauprojekten ein zentrales Thema – mit Ausnahme der sehr kurzfristigen. Selbst bei Minen mit nur fünf- bis sechsjähriger Laufzeit kann es notwendig sein, Maschinen auszuwählen, die künftige Kapazitätserhöhungen bewältigen können. Die Integration von Erweiterungsplänen bereits in der frühen Planungsphase ist in der Regel kostengünstiger, als erst im laufenden Betrieb über Erweiterungen zu entscheiden.
Betreiber suchen vermehrt nach Möglichkeiten, den Durchsatz von Primärbrechern zu erhöhen, insbesondere wenn größere Muldenkipper in die Grubenplanung oder den Betrieb eingebunden werden.
2.7 Betriebserwägungen
Planer sollten Einfachheit und Wirtschaftlichkeit priorisieren, um die Anlage einfach und kosteneffizient betreiben zu können. Viele Modifikationen und Ergänzungen lassen sich durch gesenkte Betriebskosten rechtfertigen.
Betriebsräume sollten als komfortabler, gut belüfteter Arbeitsplatz mit Zugang zu Trinkwasser und nahegelegenen Sanitäranlagen gestaltet sein. Bediener sollten eine klare Sicht auf alle Hauptkomponenten der Brechanlage haben, entweder direkt oder mithilfe von Kameras und Monitoren.
Obwohl Verschüttungen kaum vollständig vermeidbar sind, sollte das Layout der Anlage eine schnelle und effektive Reinigung ermöglichen. Entsprechende Reinigungsgeräte sollten ausreichend vorgesehen werden. Waschschläuche sind strategisch im gesamten Werk zu platzieren. Ausreichender Wasserdruck muss zur Verfügung stehen, um schwer zugängliche Stellen zu reinigen. Einige Betreiber reinigen ihre Brechanlagen regelmäßig vollständig, um Staubansammlungen an der Stahlkonstruktion und Ausrüstung zu verhindern, die sich sonst im Betrieb verteilen.
Förderbänder sollten in ausreichender Höhe über dem Boden verlaufen, um Zugang zu Verschüttungen mit Schaufeln oder Räumschildern zu ermöglichen.
Brecher, Rutschen und Förderbänder unterliegen starkem Verschleiß, und ihre Verschleißteile können sehr schwer sein. Um Wartungsarbeiten zu erleichtern, sollte das Gewicht manuell zu handhabender Ersatzteile möglichst gering gehalten werden. Monorails und Hebevorrichtungen können die Instandhaltung erheblich erleichtern.
2.8 Wartungsanforderungen
Um ihre Produktionsziele zu erreichen, sollten Anlagen wartungsfreundlich und gut zugänglich gestaltet sein. Eine Minimierung des Wartungsbedarfs ist entscheidend für eine höhere betriebliche Verfügbarkeit.
Geplante vorbeugende Wartung bei Brechanlagen umfasst mehrere wichtige Maßnahmen:
- Austausch von Brecherverschleißteilen.
- Austausch von Verschleißteilen an der Aufgabevorrichtung.
- Wartung der Öl- und Schmiersysteme.
- Regelmäßige Sichtprüfungen.
- Wartung der Siebdecks.
- Justierung der Förderbandschürzen.
- Reparatur von Förderbändern.
- Elektro- und Messtechnik-Anpassungen.
Im Design sollten Überkopfkräne vorgesehen werden, um den Ausbau und Austausch von Brecherverschleißteilen zu erleichtern. Für Kegel- und Gyrationsbrecherwellen sowie Förderwellen sind geeignete Stützkonstruktionen einzuplanen. Für Kegelbrecherschüsseln ist ausreichend Ablagefläche vorzusehen. Einige Betreiber halten ein komplettes Ersatzsieb für größere Wartungen bereit. Transportwagen, Schwenkkräne und Zugpunkte sollten in das Design integriert werden, um die Wartung zu erleichtern. Öl- und Schmiersysteme sollten zentralisiert und für einfache automatische Ölwechsel ausgelegt sein, idealerweise mit gut belüfteten zentralen Schmiermittelräumen. Beispielsweise sollte eine Reihe von Fein-Kegelbrechern über eine zentrale Ölannahmestation mit Leitungen zu und von jedem Schmierpaket verfügen, um schnelle und einfache Ölwechsel zu ermöglichen.
Förderkopftrichter sollten so gestaltet werden, dass sie nicht nur über Inspektionsöffnungen, sondern über begehbare Türen zugänglich sind. Wechselzonen für Förderbänder sollten vorhanden sein, und das Wartungspersonal sollte freien und schnellen Zugang zu den Siebdecks für Paneelwechsel haben.
Die Zusammenarbeit mit Siebherstellern ist entscheidend, um sicherzustellen, dass Abdeckungen den effektiven Zugang bei Wartungsarbeiten ermöglichen. Screening facilities must meet strict dust emission
Siebstationen müssen strenge Anforderungen an Staubemissionen erfüllen
2.9 Klimabedingungen
Die Planung einer Brechanlage für den Betrieb bei Kälte oder in Wüstenregionen stellt besondere Herausforderungen dar, insbesondere wenn die Anlage ganzjährig betrieben werden soll.
Jahreszeitliche Schwankungen können die Feuchtigkeit des Erzes erheblich beeinflussen, was Anpassungsfähigkeit im Anlagendesign erfordert, um wechselnden Materialflusseigenschaften gerecht zu werden. Höhere Feuchtigkeitsgrade können steilere Entnahmewinkel erfordern, und Materialboxen („Stone Boxes“) sollten so ausgelegt sein, dass Verstopfungen verhindert werden. Auch die Ausstattung der Brechanlage muss an klimatische Veränderungen anpassbar sein. Beispielsweise können Siebdecks so konzipiert werden, dass sie durch Verwendung von Drahtgewebe in der Regenzeit und Kunststoffgittern in der Trockenzeit die Produktion aufrechterhalten. Die Auswahl des Siebdecktyps kann saisonal und materialabhängig erfolgen, um den Materialdurchsatz durch die Öffnungen zu maximieren.
Das lokale Klima beeinflusst auch die Art der notwendigen Einhausung der Anlage. In milderen oder wüstenartigen Klimazonen werden viele Brecher mit einer offenen Front installiert und sind häufig überhaupt nicht eingehaust. Die Ausführung von Anlagenstrukturen und Einhausungen sollte an die klimatischen Bedingungen und die betrieblichen Anforderungen des Standorts angepasst sein.
3. Fazit
Ein gut durchdachtes Anlagenlayout ist entscheidend, um während der Lebensdauer einer Mine das richtige Gleichgewicht zwischen Investitions- und Betriebskosten zu erzielen. Gebäude, Infrastruktur und Hauptausrüstungen stellen die primären Kostentreiber einer Brechanlage dar. Die Aufgabe des Konstrukteurs besteht darin, ein Layout zu entwerfen, das den Auslegungskriterien, dem Verfahrensfließbild und der ausgewählten Ausrüstung in einer möglichst kosteneffizienten Konfiguration entspricht. Niedrige Strukturkosten, einfache Wartung und Bedienbarkeit sowie die Berücksichtigung bewährter Verfahren und Fortschritte bei Fertigung und Montage sind essenziell. Der Input eines erfahrenen Anlagenbau-Ingenieurs im Bergbau kann dabei von großem Wert sein.
Obwohl sich Brechkreisläufe und Nebenanlagen über die Jahre nur geringfügig verändert haben, bleibt das Prinzip „Keep It Simple“ (Halte es einfach) eine bewährte Strategie beim Anlagenbau. Manche mögen sich fragen, warum sich das Design von Materialrutschen seit Jahrzehnten kaum verändert hat – die Antwort ist einfach: Die traditionellen, bewährten Methoden liefern weiterhin die besten Ergebnisse. Dennoch sollte man nicht davon ausgehen, dass ein Layout, das bei einer Mine gut funktioniert, bei einer anderen gleichermaßen effektiv oder überhaupt umsetzbar ist.
Novelty Structures liefert verschiedene Komponenten für Brechanlagen:
| Mobiler Brecher | Primär-Brecher | Siebe | Förderer |
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