aplikasi roadheader di industri pertambangan dan tunneling H. Copur1, L. Ozdemir2, dan J. Rostami3 1 Mahasisa !as"asar#ana, 2 $irektur dan !ro%esor, dan 3 Mekanika &sisten !ro%esor 'arth (nstitute, Colorado )"hool o% Mines, *olden, Colorado, +-1
&)/R&0 Roadheaders menaarkan kemampuan ang unik dan %leksibilitas untuk penggalian lunak untuk %orm %ormasi asi keku kekuat atan an batua batuan n mene meneng ngah ah,, oleh oleh kare karena na itu, itu, se"a se"ara ra luas luas digu diguna naka kan n dalam dalam oper operas asii pertambangan dan tunneling baah tanah. (su penting dalam aplikasi roadheader sukses adalah kemamp kemampuan uan untuk untuk mengem mengemban bangka gkan n perkir perkiraan aan ang ang akurat akurat dan dapat dapat dianda diandalka lkan n dari dari kapasi kapasitas tas produksi mesin dan biaa sedikit terkait. Makalah ini mena#ikan dan membahas kara terbaru selesai pada Mekanika 'arth (nstitute o% Colorado )"hool o% Mines pada penggunaan data historis untuk digunakan sebagai model kiner#a prediktor. Model ini berdasarkan data lapangan ang luas ang dikumpulkan dari operasi roadheader berbeda dalam berbagai %ormasi geologi. Makalah ini #uga membahas perkembangan database ini dan persamaan prediksi kiner#a empiris ang dihasilkan berasal memperkirakan tari% pemotongan roadheader dan konsumsi bit. PENGANTAR
!enggunaan lebih luas dari sistem penggalian mekanik adalah tren ang ditetapkan oleh peningkatan tekanan pada industri pertambangan dan konstruksi sipil untuk men#auh dari metode drill dan ledakan konension konensional al untuk meningkatkan meningkatkan produktii produktiitas tas dan mengurangi mengurangi biaa. Man%aat Man%aat tambahan tambahan dari tamban tambang g mekan mekanis is melipu meliputi ti keaman keamanan an se"ara se"ara signi%ik signi%ikan an diting ditingkat katkan kan,, mengur mengurang angii persa persarat ratan an dukungan tanah dan personil ang lebih sedikit. 0euntungan ini ditambah dengan perangkat tambahan terbaru dalam kiner#a mesin dan kehandalan telah mengakibatkan penambang mekanik mengambil bagian lebih besar dari pasar batu penggalian. penggalian. Roadheaders adalah mesin baah tanah ang paling banak digunakan parsial %a"e penggalian untuk lembut untuk batu kekuatan media, terutama untuk batuan sedimen. Mereka digunakan untuk kedua pengembangan dan produksi di industri pertambangan so%t ro"k 4aitu. $ri%t utama pengangkutan, #alan raa, "rossluka, dll5 terutama di batubara, mineral industri dan batu eaporiti". $alam konstruksi sipil, mereka menemukan penggunaan ang luas untuk penggalian teroongan 4kereta api, #alan, saluran pembuangan, teroongan pengalihan, dll5 dalam kondisi tanah lunak, serta untuk pembesaran dan rehabilitasi berbagai struktur baah tanah. 0emampuan mereka untuk menggali hampir hampir setiap setiap pembuk pembukaan aan pro%il pro%il #uga #uga membua membuatt merek merekaa sangat sangat menarik menarik untuk untuk proe proekp kpro roek ek pertambangan dan konstruksi sipil mereka di mana berbagai ukuran pembukaan dan pro%il perlu dibangun. )elain mobilitas mobilitas tinggi dan %leksibilita %leksibilitas, s, roadheader roadheaderss umumna umumna sistem biaa modal ang rendah rendah dibandingkan dengan e6"aator mekanik ang paling lainna. 0arena pemotongan kepadatan daa ang lebih tinggi karena drum pemotongan ang lebih ke"il, mereka o%%er the "apabilit to e6"aate ro"ks harder and more abrasie than their "ounterparts, su"h as the "ontinuous miners and the borers.
ROADHEADERS IN LAST 50 YEARS
Roadheaders ere %irst deeloped %or me"hani"al e6"aation o% "oal in the earl 7s. /oda, their appli"ation areas hae e6panded beond "oal mining as a result o% "ontinual per%orman"e in"reases brought about b ne te"hnologi"al deelopments and design improements. /he ma#or improements a"hieed in the last 7 ears "onsist o% steadil in"reased ma"hine eight, size and "utterhead poer, improed design o% boom, mu"k pi"k up and loading sstem, more e%%i"ient "utterhead design, metallurgi"al deelopments in "utting bits, adan"es in hdrauli" and ele"tri"al sstems, and more idespread use o% automation and remote "ontrol %eatures. &ll these hae led to drasti" enhan"ements in ma"hine "utting "apabilities, sstem aailabilit and the seri"e li%e. Ma"hine eights hae rea"hed up to 12 tons proiding more stable and sti%%er 4less ibration, less maintenan"e5 plat%orms %rom hi"h higher thrust %or"es "an be generated %or atta"king harder ro"k %ormations. . /he "utterhead poer has in"reased signi%i"antl, approa"hing 7 k8 to allo %or higher tor9ue "apa"ities. Modern ma"hines hae the abilit to "ut "rossse"tions oer 1m 2 %rom a stationar point. Computer aided "utterhead la"ing design has deeloped to a stage to enable the design o% optimal bit laout to a"hiee the ma6imum e%%i"ien" in the ro"k and geologi" "onditions to be en"ountered. /he "utting bits hae eoled %rom simple "hisel to robust "oni"al bits. /he mu"k "olle"tion and transport sstems hae also undergone ma#or improements, in"reasing attainable produ"tion rates. /he loading apron "an no be manu%a"tured as an e6tendible pie"e proiding %or more mobilit and %le6ibilit. /he ma"hines "an be e9uipped ith ro"k bolting and automati" dust suppression e9uipment to enhan"e the sa%et o% personnel orking at the heading. /he "an also be %itted ith laserguided alignment "ontrol sstems, "omputer pro%ile "ontrolling and remote "ontrol sstems alloing %or redu"ed operator sensitiit "oupled ith in"reased e%%i"ien" and produ"tiit. :igure1 shos a pi"ture o% a modern transerse tpe roadheader ith teles"opi" boom and bolting sstem.
*ambar1; & /ranserse Cutterhead roadheader 4Courtes o%
ukuran penampang, gradien 4hingga 2, kadangkadang 3 dera#at5, dan radius putar 4dapat membuat hampir = dera#at5. )elektiitas menga"u pada kemampuan untuk menggali berbagai bagian a#ah "ampuran di mana bi#ih dapat ditambang se"ara terpisah untuk mengurangi dilusi dan untuk meminimalkan penanganan limbah, baik berkontribusi terhadap peningkatan produktiitas. )e#ak roadheaders adalah mesin parsiala#ah, a#ah diakses, dan karena itu, pemotong dapat diperiksa dan diubah dengan mudah, dan dukungan atap dapat diinstal sangat dekat dengan a#ah. )elain ini, tingkat produksi ang tinggi dalam kondisi ang menguntungkan tanah, keamanan membaik, mengurangi dukungan tanah dan entilasi persaratan, semua mengakibatkan biaa penggalian berkurang adalah keuntungan penting lain dari roadheaders. atu kemampuan memotong keras roadheaders adalah %aktor pembatas ang paling penting ang mempengaruhi aplikasi mereka. Hal ini sebagian besar disebabkan oleh aus ang tinggi dialami oleh tarik bit dalam hard, batu abrasi%. Hari ini, tugas berat roadheaders dapat ekonomis memotong sebagian %ormasi batuan hingga 1 M!a 4> 1-.7 psi5 kekuatan unia6ial tekan 4?C)5 dan batu hingga 1@ M!a 4> 23. psi5 ?C) #ika #ointing menguntungkan atau tidur hadir dengan rendah nomor RA$. !eningkatan %rekuensi sendi atau kelemahan lain ro"k membuat galian batu lebih mudah karena mesin hana menarik atau robekan keluar blok bukanna memotong mereka. Jika batu ini sangat abrasi%, atau tingkat konsumsi pi"k lebih dari 1pi"k B m3, maka penggalian roadheader biasana men#adi tidak ekonomis karena perubahan bit sering digabungkan dengan peningkatan getaran mesin dan biaa pemeliharaan. )ebuah #umlah ang signi%ikan dari upaa telah ditempatkan selama bertahuntahun pada peningkatan kemampuan roadheaders untuk memotong hard ro"k. )ebagian besar upaa ini telah ber%okus pada perubahan struktural dalam mesin, seperti peningkatan berat badan, %rame kaku dan kekuasaan "utterhead lebih. u#i "oba lapangan ang luas dari mesin ini menun#ukkan baha alat potong masih titik terlemah dalam penggalian hard ro"k. 0e"uali peningkatan drastis di"apai dalam kehidupan bit, pemotongan batu benar keras masih di luar ilaah kemungkinan dengan roadheaders. umi Me"hani"s (nstitute 4'M(5 dari Colorado )"hool o% Mines telah mengembangkan teknologi "utter baru, Mini$is" Cutter, untuk menerapkan kemampuan pemotongan hard ro"k dari pemotong dis" pada roadheaders, serta #enis lain e6"aator mekanik 4Ozdemir et al, 1==75. /es laboratorium skala penuh dengan "utterhead melintang standar menun#ukkan baha Mini$is" Cutters dapat meningkatkan kemampuan roadheaders untuk penggalian hard ro"k sambil memberikan perubahan "utter dan pemeliharaan penghentian lebih rendah. teknologi "utting baru ini memegang #an#i besar untuk aplikasi pada roadheaders untuk memperluas kemampuan mereka ke penggalian ekonomis batuan keras. )elain itu, dengan menggunakan pemotong minidis", konsep drum ang penambang telah dikembangkan oleh 'M( untuk aplikasi untuk pengembangan tambang hard ro"k. )ebuah gambar dari penambang gendang selama pengu#ian laboratorium skala penuh ditun#ukkan pada *ambar2
FIELD KINERJA DATABASE
prediksi kiner#a merupakan %aktor penting untuk aplikasi roadheader sukses. (ni berkaitan umumna dengan pilihan mesin, tingkat produksi dan estimasi biaa sedikit. keberhasilan penerapan teknologi roadheader untuk setiap operasi pertambangan menatakan baha perkiraan ang akurat dan dapat diandalkan dikembangkan untuk tingkat produksi di"apai dan biaa sedikit menertaina. )elain itu, adalah sangat penting baha desain bit dan tata letak "utterhead dioptimalkan untuk kondisi batuan ang akan dihadapi selama penggalian. prediksi kiner#a meliputi penilaian tingkat pemotongan seketika, tingkat konsumsi bit dan peman%aatan mesin untuk unit geologi ang berbeda. /ingkat pemotongan sesaat 4(CR5 adalah tingkat produksi selama aktu ang sebenarna pemotongan, 4ton atau m3 B pemotongan #am5. Memilih tingkat konsumsi menga"u pada #umlah pi"ks berubah per satuan olume atau berat batu digali, 4mengambil B m3 atau ton5. peman%aatan mesin adalah persentase aktu ang digunakan untuk penggalian selama proek umi Mekanika (nstitute o% Colorado )"hool o% Mines bersamasama dengan $epartemen !ertambangan ?niersitas /eknik (stanbul telah membentuk database ang luas terkait dengan kiner#a bidang roadheaders dengan tu#uan mengembangkan model empiris untuk akurat dan /abel(; 0lasi%ikasi (n%ormasi dalam database (:ORM&/(O *RO?!
$'/&(L)
/peBpurpose o% e6"aation 4roada, raila, seer, mining galler, et".5, *eneral (n%ormation "ontra"tor, oner, "onsultant, lo"ation, starting and "ompletion date, et".
Manu%a"turer, "ondition o% the roadheader 4ne, re%urbished, dire"t reuse5, spe"i%i"ations o% roadheader, ma"hine eight, "utterhead poer and diameter, Roadheader (n%ormation bit number and tpe, an"illar e9uipment 4automati" pro%ile "ontrol, ater spras, grippers, et".5
'6"aation length, depth, and gradients, dimensions o% e6"aation pro%ile, /e"hni"al and Operational operator e6perien"e, "utting se9uen"e at the %a"e, dail and eekl mining (n%ormation hours, mu"k ea"uation sstem, ground support sstem, et".
*eologi"al origin, number and "hara"ter o% geologi"al zones, hdrogeologi"al Ro"k Mass (n%ormation :or 'a"h Ro"k Done
"onditions, ro"k mass "lassi%i"ations, RA$, bedding properties, #oint set
properties 4orientation, spa"ing, roughness, %illing, et".5
Ro"k "uttabilit properties, unia6ial and tensile strength, e lasti"it modulus, (nta"t Ro"k (n%ormation sur%a"e hardness, te6ture 4porosit, mineral B 9uartz "ontent E grain sizes, :or 'a"h Ro"k Done mi"ro%ra"tures, et".5, abrasiit properties, et".
Cutting rates, bit and holder "onsumption, roadheader utilization and !er%orman"e Re"ords
aailabilit, energ "onsumption, aerage and best adan"e rates
:or 'a"h Ro"k Done
4shi%tlBdailBeeklBmonthl5, ma#or obstru"tions to e6"aation operation, dontime analsis 4roadheader related stoppages, ba"kup sstem stoppages, ground and support stoppages, et".5
prediksi kiner#a ang handal. database berisi data lapangan dari berbagai proek pertambangan dan konstruksi sipil di seluruh dunia dan men"akup berbagai roadheaders dan kondisi geoteknik ang berbeda. Metode prediksi kiner#a empiris pada prinsipna didasarkan pada pengalaman masa lalu dan interpretasi statistik dari se#arah kasus direkam sebelumna. ?ntuk mendapatkan data lapangan ang dibutuhkan dalam %ormat ang dapat digunakan dan bermakna, lembar pengumpulan data disiapkan dan dikirim ke kontraktor utama, pemilik, konsultan, dan produsen roadheader. )elain itu, data dikumpulkan dari literatur ang tersedia pada kiner#a roadheader dan melalui kun#ungan ang sebenarna untuk situs peker#aan. ?paa pengumpulan data ini terus. database meliputi enam kategori in%ormasi, seperti ang ditun#ukkan pada /abel(. !arameter geologi dalam database terdiri umumna dari massa batuan dan si%at batuan utuh. si%at massa batuan ang paling penting dan relean ang terdapat dalam database men"akup atu Aualit !enetapan 4RA$5, ketebalan selimut, pemogokan dan dip set sendi dan kondisi hidrologi. )i%at batuan utuh adalah kekuatan uniaksial tekan, kekuatan tarik, konten kuarsa, tekstur dan abrasiit. :ormasi batuan dibagi men#adi zona terpisah untuk meminimalkan ariasi dalam data kiner#a mesin untuk menediakan analisis ang lebih akurat. (ni #uga menederhanakan klasi%ikasi properti untuk setiap zona dan analisis data kiner#a lapangan.
!arameter roadheader utama termasuk adalah #enis mesin 4"raler dipasang, terlindung5, berat mesin, #enis "utterhead 4aksial, melintang5, listrik "utterhead, desain "utterheadhantaman, #enis booming 4tunggal, ganda, teleskopik, diartikulasikan5, dan tambahan ang peralatan 4aitu *rippers, pro%iling otomatis, bimbingan laser, sedikit pendinginan dan penindasan debu dengan #et air, dll5.
!arameter operasional umumna mempengaruhi kiner#a e6"aator melalui peman%aatan mesin. !arameter operasional ang paling penting termasuk dukungan tanah, "adangan sistem 4transportasi, #alur utilitas, poer suppl, surei, dll5, peraatan tanah 4drainase air, grouting, pembekuan, dll5, tenaga ker#a 4ketersediaan dan kualitas5, dan organisasi proek 4mana#emen, #am shi%t, pasokan bahan, dll5. KINERJA PREDIKSI
$alam studi sebelumna 4Copur et al, 1==F5, ia menarankan baha alihalih mengembangkan model prediksi kiner#a uniersal, model terpisah untuk geologi dan mesin kondisi ang berbeda 4dengan klasi%ikasi dan normalisasi berikutna dari data lapangan5 harus dikembangkan untuk meningkatkan akurasi dan keandalan prediksi kiner#a. metodologi ini disa#ikan dan dibahas dalam makalah ini untuk /ingkat sesaat Cutting 4(CR5 dan it Rate 0onsumsi 4CR5. Roadheader dan #enis "utterhead, asal massa batuan dan #enis batu ang digunakan sebagai parameter klasi%ikasi pokok. 0ekuatan unia6ial tekan 4?C)5, daa "utterhead 4!5, roadheader berat 485 dan diameter "utterhead 4!J05 digunakan sebagai parameter normalisasi.
.23 6 4R!(5
R!( ! 6 8 B ?C) $imana,
(CR )eketika /ingkat Cutting, m3 B hr R!( roadheader (ndeks !enetrasi
?C) ?nia6ial 0uat /ekan, M!a
8 Roadheader erat, metrik ton ! Cutterhead !oer, k8 e asis dari Logaritma &lam ersamaan ini dapat digunakan dalam prediksi (CR untuk penggalian batu eaporiti" dengan roadheaders melintang. Hal ini #uga dapat digunakan untuk pemilihan roadheaders untuk penggalian di eaporites untuk memenuhi tingkat target produksi. Memperluas database dan menerapkan parameter normalisasi lainna dapat lebih meningkatkan akurasi hubungan ini, tugas saat ini sedang berlangsung. !erlu di"atat baha karena batuan eaporiti" biasana besar tanpa kehadiran sendi atau patah tulang, setiap batu parameter massa, seperti RA$, dikeluarkan dalam proses normalisasi. Jelas, untuk %ormasi batuan menun#ukkan tingkat tinggi #ointing atau rekah, RA$ ang akan diharapkan untuk memainkan peran utama dalam kiner#a mesin, seperti ang dibahas sebelumna. 0')(M!?L& 'aluasi dan analisis data ang dikumpulkan dalam database kiner#a lapangan roadheader telah berhasil menghasilkan satu set persamaan ang dapat digunakan untuk memprediksi tingkat sesaat "utting 4(CR5 dan tingkat konsumsi bit 4CR5 untuk roadheaders. )ebuah hubungan ang baik ditemukan ada antara kedua parameter dan kekuatan mesin 4!5, berat 485 dan batu kuat tekan 4?C)5. !ersamaan dikembangkan untuk parameter ini sebagai %ungsi dari !, 8 dan ?C). persamaan ini ditemukan terutama berlaku untuk batuan lunak asal eaporati". &nalisis saat ini sedang diperluas untuk men"akup batu keras dengan atau tanpa sendi untuk membuat persamaan ang lebih uniersal. $i batu bersendi, nilai RA$ akan digunakan sebagai ukuran karakteristik massa batuan dari sudut pandang roadheader "uttabilit. Hal ini diakini baha upaa ini akan mengarah pada perumusan kiner#a roadheader model prediksi ang akurat ang dapat digunakan dalam #enis batuan ang berbeda di mana roadheaders se"ara ekonomi berlaku. R':'R')( ilgin, ., Iazi"i, )., dan 'skikaa, )., 1==@, )ebuah model untuk memprediksi kiner#a roadheaders dan palu dampak dalam driages teroongan, (nt. 'uro"k K=@ )mp., 27 )eptember, /orino Copur, H., Rostami, J., Ozdemir, L., dan ilgin, ., 1==F, )tudi tentang 0iner#a !rediksi Roadheaders erdasarkan $ata idang !ertambangan dan /unneling !roek, (nt. - /ambang Mekanisasi dan Otomatisasi )mp., risbane, &ustralia, pp. -&1-&F eil, $. M., Rostami, J., Ozdemir, L., dan *erts"h, R., 1==-, 0onstruksi dan memperkirakan teknik untuk pengembangan baah tanah dan produksi menggunakan roadheaders, !ertemuan /ahunan ?0M, !hoeni6, &rizona Ozdemir, L, Rostami, J., dan eil, $. M., 1==7, roadheader !embangunan untuk Hard Ro"k !ertambangan, ?0M !ertemuan /ahunan, @= Maret, $ener, Colorado