title: Αξιοπιστία συστήματος καθοδηγούμενης εξόρυξης σε εκσκαφέα καδοτροχού
title: Reliability of a bucket-wheel excavator guidance system
Creators: name: Δεληγιωργης Βασιλειος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2020

description: Η ελαχιστοποίηση του μοναδιαίου κόστους παραγωγής και η αύξηση της ασφάλειας κατά την εξόρυξη αποτελούν αναγκαίους παράγοντες για την αξιοποίηση οριακά εκμεταλλεύσιμων κοιτασμάτων. Στην επίτευξη του στόχου αυτού εκτιμάται ότι η προηγμένη αυτοματοποίηση των εξορυκτικών διαδικασιών μπορεί να προσφέρει σημαντικά.
Στη διατριβή αυτή αναλύεται η λειτουργία μιας πειραματικής ενόργανης μετρητικής διάταξης για την ανέπαφη αναγνώριση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας των γεωλογικών σχηματισμών κατά την εξόρυξη. Η εξόρυξη πραγματοποιείται με εκσκαφέα καδοτροχού και αφορά γεωλογικούς σχηματισμούς των υπερκείμενων λιγνιτικού κοιτάσματος με έντονη παρουσία σκληρών σχηματισμών. Στόχος είναι να εξεταστούν οι δυνατές επιλογές για την ελαχιστοποίηση της διακινδύνευσης κατά την εξόρυξη. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της ανάπτυξης ενός συστήματος καθοδήγησης του εκσκαφέα σε πραγματικό χρόνο μέσω της δημιουργίας μηνυμάτων – οδηγιών προς τον χειριστή για την αποφυγή σύγκρουσης των κάδων του εκσκαφέα με σκληρούς σχηματισμούς που μπορεί να δημιουργήσουν σημαντικά προβλήματα-βλάβες.
Για τη βελτίωση της αξιοπιστίας του συστήματος χρησιμοποιείται η μέθοδος FMECA (Failure mode, effects and criticality analysis) προκειμένου να εντοπιστούν τα σημεία που χρήζουν αλλαγών-βελτιώσεων σε διάφορες φάσεις του κύκλου ζωής του συστήματος. Η ευελιξία της μεθόδου FMECA και η δυνατότητα προσδιορισμού της αποτελεσματικότητας της διασκόπησης, την καθιστούν κατάλληλη για αυτό τον σκοπό. Πιο συγκεκριμένα η μέθοδος χρησιμοποιείται για τη διασφάλιση της εφαρμογής της σωστής διαδικασίας διασκόπησης του μετώπου κατά την εξόρυξη και τον εκ των προτέρων προσδιορισμό των κατάλληλων παραμέτρων εκσκαφής.
Για την καλύτερη ανάλυση του συστήματος το οποίο, αποτελείται τόσο από υλικά εξαρτήματα όσο και από διαδικασίες, επιλέχθηκε η περιγραφή αυτού και των υποσυστημάτων του βάσει των σταδίων της αυτοματοποίησης. Το σύστημα αναλύεται σειριακά ξεκινώντας από τη διαδικασία της διασκόπησης για τον λεπτομερή διαχωρισμό των διαφορετικών γεωλογικών ιδιοτήτων των σχηματισμών και καταλήγει στις επιπτώσεις τόσο στα εξαρτήματα του εξοπλισμού όσο και στη διαδικασία της εκσκαφής. Η παραπάνω προσέγγιση αποτελεί βασικό στοιχείο του όρου «μεταλλευτική ακριβείας» ο οποίος προτείνεται για την περιγραφή της αυτοματοποίησης σε εξορυκτικά συστήματα και κυρίως της διαδικασίας της εκσκαφής.
Με βάση τα αποτελέσματα της ανάλυσης αξιοπιστίας με μέθοδο FMECA εκτιμάται ότι η κατασκευή ενός αντίστοιχου βιομηχανικού πρωτοτύπου θα έχει βελτιωμένη απόδοση, ενώ με την επιλογή αποφάσεων από τον χειριστή οι οποίες ακολουθούν τις συμβουλές που παράγονται αυτοματοποιημένα σε πραγματικό χρόνο, η εξορυκτική διαδικασία θα βελτιωθεί σημαντικά.
description: The reduction of production cost and the enhancement of the mining safety are essential factors for the exploitation of the marginally mineable deposits. The advanced automation of the mining processes is considered the most promising solution to attain these goals.
In this dissertation the operation of an experimental system measuring contactless the electrical conductivity of geological formations during extraction is analyzed. The experimental system was installed to a bucket-wheel excavator that is used for the excavation of the overburden of a lignite deposit. This overburden includes hard formations which are difficult to be excavated by bucket-wheel excavators and the contact of buckets with these hard formations must be avoided. The final scope is to investigate the appropriate measures for risk mitigation during the mining procedure. This is achieved with the development of a real-time guidance system for the excavator in order to avoid collision of the buckets with hard formations.
For the reliability enhancement of this system, FMECA (Failure mode, effects and criticality analysis) method is used in order to detect the most vulnerable parts of the system at different phases of its life cycle. The flexibility of the method and the feature of detection are suitable for the accomplishment of this target. More specifically the method is used for the assurance of the implementation of the suitable procedure of bench face reconnaissance during the excavation, and for the determination of the appropriate excavation parameters in advance.
For an accurate reliability analysis, the system and its subsystems (consisting of hardware and processes) are defined in accordance to the stages of automation. The system is serially analyzed and the analysis begins from the accurate separation of the different geologic formation attributes and ends with the consequence to the mining equipment and the excavation process. This approach is related to the term “precision mining” which is proposed mainly for the definition of this type of automation in excavation.
Based on the results of the FMECA reliability analysis of the examined experimental system, it is anticipated that the corresponding industrial prototype will have better performance. The real-time consultation will aid operator to make the right decisions and the overall excavation process will be improved significantly.