Projeto de ventilação secundária da mina

Secundário ventilação de minas tem sido prejudicada pela disponibilidade de ventiladores que satisfazem muitos fatores operacionais concorrentes. O requisito, às vezes legislado, de volume adequado para a face de trabalho, a minimização da escavação necessária para encaixar o ventilador secundário selecionado e os requisitos de energia de várias fases operacionais não foram, no passado, satisfeitos com apenas um sistema. O novo sistema que está sendo introduzido supera todos esses requisitos concorrentes em uma unidade simples, com o bônus adicional de ser muito durável, sem perda de desempenho quando ocorre desgaste no rotor.

Situação operacional existente

Vários estudos descobriram que entre 42% e 49% dos custos de energia da mineração estão associados a ventilação de minasdependendo do tipo de mina e do equipamento utilizado. Se observarmos o detalhamento geral da potência instalada do ventilador secundário em relação aos ventiladores de ventilação primária, a proporção é de cerca de 2:1. Assim, os custos totais de energia da ventilação secundária representam cerca de 25% dos custos gerais de energia da mineração. É interessante observar que o custo de operação de um ventilador axial típico de dois estágios versus o custo de compra e o custo geral de manutenção do mesmo ventilador em um período de 10 anos, a divisão será, de forma conservadora, da ordem de 40:1.

O ventilador axial de ventilação secundária atualmente disponível tem uma curva de serviço em um determinado momento. Em geral, isso pode ser alterado manualmente dentro dos parâmetros de potência do motor, mas requer uma pequena interrupção e a remoção do ventilador para fazer os ajustes de inclinação.

À medida que os dutos de ventilação da bolsa ficam mais longos, o ar fornecido diminui até o ponto em que o ar inadequado é fornecido à superfície de trabalho. Isso é exacerbado por equipamentos subterrâneos que colocam resistência adicional na direção e reduzem ainda mais o ar fornecido na face de trabalho. Normalmente, esse déficit é corrigido com a instalação de um ventilador adicional no sistema para superar as perdas no sistema de mangas, mas isso tem um custo de produção, pois o cabeçote precisa ser desligado para instalar o segundo ventilador. Isso também significa que o cabeçote é abastecido com ar excessivo nos trechos mais curtos, com desperdício de energia do ventilador.

Os acionamentos de velocidade variável, em suas várias formas, aumentam a gama de funções, mas isso é limitado e o excesso de velocidade geralmente não é possível para um impulsor axial padrão. Há muitas desvantagens na instalação de um ventilador com um acionamento de velocidade variável, como foi destacado em um artigo3 que mostra grandes problemas de fadiga com a variação de velocidade dos ventiladores. Outros problemas incluem o fato de que os VSDs geralmente não são considerados confiáveis em ambientes subterrâneos e precisam de resfriamento para manter a classificação IP do gabinete. A carga de calor do acionamento de velocidade variável também deve ser levada em conta. A outra principal desvantagem é que a alteração da velocidade de um impulsor pode levar à excitação de uma frequência natural do impulsor ou da pá, o que resultará em uma falha muito prematura do ventilador.

Impacto nos custos e na conformidade da ventilação secundária

Comumente, os caminhões subterrâneos têm uma potência nominal do volante superior a 560 kW (751 hp). Isso, combinado com uma potência de carregadeira de 350 kW (470 hp), aumentou o requisito de ventilação secundária. Usando a regra comum de 0,05 m3/s de ar por quilowatt de potência nominal do motor para fins de conformidade4 , isso equivale a 45 m3/s (95.000 cfm) de ar necessário em uma área onde um caminhão está sendo carregado. Para conseguir isso com um ventilador axial de palhetas tradicional de 1400 mm (55"), são necessários dois estágios e uma pressão de saída inferior a 2500 Pa. Isso é equivalente a ter menos de 150 m de duto padrão de 1400 mm (55") instalado em um ventilador duplo de 110 kW (147 hp). Isso também pressupõe que não haja furos no duto. No entanto, na maioria das minas, não é possível instalar um duto de 1400 mm em uma unidade de minério e, portanto, ele é reduzido para 1220 mm (48"). Isso, combinado com o vazamento, provou ser um problema constante para o setor.

A maioria dos ventiladores secundários está funcionando com pressões de saída bem acima de 3500 Pa (0,5 psi). Um ventilador duplo de 110 kW funcionando a 3500 Pa consome 190 kW e produz cerca de 42 m3/s na saída do ventilador e 40 m3/s na face. Isso está a 5 m3/s de distância de estar em conformidade. Um ventilador duplo de 90 kW funcionando a 3500 Pa consome 165 kW e produz cerca de 38 m3/s na saída do ventilador e 35 m3/s na face. Isso está a 10 m3/s de distância de estar em conformidade. Um ventilador que consome 190 kW com um preço de eletricidade de 15 c/kWh custará $249.660 por ano para funcionar. Isso é muito dinheiro para pagar e ainda assim estar a mais de 11-30% de distância da conformidade. Uma mina média tem cerca de 15 ventiladores secundários. Isso representa um consumo total de $3.744.900 por ano e ainda não está em conformidade com mais de 10%.

Solução de ventilação secundária

O Ventilador axial de alto rendimento foi projetado com o setor de mineração em mente. Seu impulsor fabricado em aço de alta pressão está na vanguarda da tecnologia e permite a operação em pressões anteriormente consideradas impraticáveis para um ventilador axial. Além disso, é possível prolongar a vida útil do impulsor, mesmo nos ambientes mais adversos, em comparação com os ventiladores axiais tradicionais.

O ventilador é fornecido com um sistema Performance On Demand (POD) instalado na entrada do ventilador. Ele permite que o ventilador seja regulado desde requisitos de vazão muito baixa até mais do que o dobro do ponto de funcionamento de um ventilador axial de palhetas tradicional.

O dispositivo POD oferece um novo nível de controle sobre os ventiladores de ventilação secundários que antes só estava parcialmente disponível com acionamentos de velocidade variável caros e de alta manutenção. O sistema Performance On-Demand permite que a operação do ventilador seja alterada se a resistência for modificada por qualquer motivo. Isso garantirá que todas as áreas de trabalho continuem recebendo o fluxo de ar necessário. Além disso, o POD pode ser aberto para jateamento e pode aumentar o fluxo de ar em até 30 m3/s adicionais, o que pode resultar em uma grande redução dos tempos de reentrada, proporcionando um impacto econômico direto. O controlador Performance On-Demand é regulado na partida para a inflação da bolsa de ventilação, portanto, nem sempre são necessárias partidas suaves. Também não são necessários acionadores de partida.

Depois de projetar o novo ventilador axial de alto rendimento patenteado pela Minetek, percebeu-se rapidamente que benefícios adicionais significativos poderiam ser obtidos com um nível de automação. A ideia de que um operador de carregadeira pararia e alteraria as configurações do ventilador, bem como abriria e fecharia válvulas, era falha. Portanto, o sistema Mine Air Control (MAC) foi projetado para unir o sistema de ventiladores com automação completa.

Sistema de controle de ar de mina (MAC) da Minetek

O sistema MAC consiste em um controlador inteligente em cada painel de partida do ventilador que controla a saída em cada cabeçalho. Para isso, ele recebe sinais dos medidores de fluxo e usa reguladores para alterar o fluxo na face. Todo o sistema MAC foi projetado para ter como padrão um fluxo predefinido em qualquer direção.

O sistema MAC recebe um sinal de um sistema de rastreamento para alertar sobre qualquer maquinário que esteja entrando em um cabeçalho. No entanto, o padrão para qualquer direção ativa é ter um pequeno fluxo nominal acima da quantidade necessária para que o pessoal entre na direção. Isso garante sua segurança e permite que o maquinário entre diretamente no rumo. Sem esse fluxo nominal, o maquinário precisaria esperar na entrada para evacuar qualquer fumaça ou gás. Um sistema simples de rastreamento por RFID pode ser usado ou integrado a um sistema pré-existente.

Analisando os custos anteriores e introduzindo um cronograma típico para as atividades em um título de desenvolvimento, o sistema High Output Mine Air Ventilation fornecerá mais de 50 m3/s a 400 m quando necessário, mas consumirá apenas um total de cerca de $118.493 em energia por ano para as atividades típicas de um título de desenvolvimento. Considerando o total médio da mina de 15 ventiladores gêmeos secundários de 110 kW, a economia de energia seria de $1.967.505 por ano.

O sistema é simples quando usado em declives ou cabeçalhos únicos. Tudo o que é necessário é um medidor de vazão próximo à face e o controle do POD para garantir que a quantidade correta de ar seja fornecida para o equipamento no cabeçote.

Quando introduzimos mais cabeçalhos, as coisas começam a ficar mais complexas, com diferentes equipamentos em diferentes cabeçalhos e a pressão do sistema aumentando e diminuindo à medida que o equipamento regula diferentes cabeçalhos. Com o uso de um sistema RFID, o sistema de regulagem patenteado de todos os cabeçalhos torna-se fácil de gerenciar, pois cada equipamento tem um valor atribuído a ele e, assim, a demanda é controlada e o ventilador aumenta e reduz a carga com base na demanda em tempo real na mina.

Abaixo estão vários cenários de vários títulos possíveis com Minetek Air fãs.

Ventilador axial de alta potência para ventilação secundária

O ventilador axial de alta potência da Minetek tem outras vantagens em comparação com os ventiladores axiais gêmeos de Ø1400 mm (55") padrão do mercado. O ventilador Minetek gera até 11 dB menos ruído do que um ventilador gêmeo de Ø1400 110kW para o mesmo fluxo de volume. O diâmetro total do ventilador Minetek é ligeiramente menor do que o de um axial de estágio duplo de Ø1400, mas é 40% mais curto em comprimento e 10% mais leve. Ele também é instalado da mesma forma que todos os ventiladores secundários de ventilação da mina.

Os ventiladores axiais convencionais podem sofrer muito com o desgaste das pás. Uma redução de apenas 1 mm na ponta da pá devido ao desgaste pode ter um efeito significativo na parte de alta pressão da curva do ventilador. Isso se traduz em um ponto de estol reduzido e, portanto, a chance de falha devido ao estol aumenta à medida que o comprimento do duto fica maior. O Minetek High Output Axial não é afetado pelo desgaste das pás e funcionará de acordo com os pontos de serviço originais sem ajustes.

O ventilador axial de alta potência da Minetek economizará dinheiro na operação e garantirá a conformidade com todos os requisitos regulamentares. O ventilador Minetek High Output tem uma faixa operacional muito grande em comparação com um ventilador axial padrão e, portanto, é muito versátil para operações em minas subterrâneas.