Analisi di affidabilità del sistema di fornitura di aria compressa nelle miniere sotterranee

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 6836 (2023) Citare questo articolo

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Nonostante il costo elevato e la bassa efficienza, l’aria compressa viene utilizzata principalmente nelle miniere sotterranee per operazioni di estrazione, sollevamento e lavorazione dei minerali. I guasti ai sistemi di aria compressa non solo minacciano la salute e la sicurezza dei lavoratori, ma contribuiscono anche a un controllo inefficiente del flusso d'aria e bloccano tutte le apparecchiature che funzionano con aria compressa. In condizioni così incerte, i gestori delle miniere si trovano ad affrontare la grande sfida di fornire abbastanza aria compressa e, pertanto, la valutazione dell’affidabilità di questi sistemi è essenziale. Questo articolo mira ad analizzare l'affidabilità del sistema di aria compressa utilizzando l'approccio di modellazione di Markov come caso di studio, miniera di rame di Qaleh-Zari, Iran. Per raggiungere questo obiettivo, è stato costruito il diagramma dello spazio degli stati considerando tutti gli stati rilevanti per tutti i compressori nella sala compressori principale della miniera. Sono stati calcolati il ​​tasso di guasto e di riparazione di tutti i compressori principali e di riserva per tutte le possibili transizioni tra gli stati per ottenere la probabilità che il sistema si trovi in ​​ciascuno degli stati. Inoltre, per studiare il comportamento di affidabilità è stata considerata la probabilità di guasto in qualsiasi periodo di tempo. I risultati di questo studio mostrano che esiste una probabilità del 31,5% che il sistema di fornitura di aria compressa sia in condizioni operative con due compressori principali e uno di riserva. La probabilità del sistema che due compressori principali rimangano in funzione senza guasti per un mese è del 92,32%. Inoltre, la durata stimata del sistema è di 33 mesi quando almeno un compressore principale è attivo.

Sia la potenza idraulica che quella pneumatica sono ampiamente utilizzate per fornire energia alle attrezzature minerarie. Nonostante il costo elevato e la bassa efficienza, l’aria compressa viene ancora utilizzata principalmente in diverse apparecchiature come raccoglitrici di perforazione, pompe, ventilatori, luci di turbine, gru, trasportatori, caricatori ed escavatori. Inoltre, viene solitamente utilizzato per le operazioni di ventilazione delle porte e per la spruzzatura di acqua per la riduzione della polvere. I compressori devono essere attivi continuamente per mantenere la pressione del sistema adeguata. Il sistema di fornitura di aria compressa è uno dei sistemi che consumano più energia nella miniera e contribuisce per circa il 20–40% al consumo energetico totale della miniera1. Come qualsiasi altro sistema, i compressori d'aria sono formati da diverse parti tra cui serbatoi (deposito d'aria), tubi flessibili, tubi, cavi, ecc. Queste parti sono regolarmente esposte a distrazioni ed erosioni. Esiste la possibilità di rivelare il danno prima che si verifichi qualsiasi tipo di erosione. Tuttavia, qualsiasi guasto del sistema di fornitura di aria compressa espone gli operatori e le apparecchiature a un elevato livello di rischio per la sicurezza.

L'uso di compressori volumetrici (compressori a vite e a pistone), in grado di fornire aria compressa ad alta pressione, è per lo più di routine nelle operazioni minerarie sotterranee. Affidarsi a un solo compressore è altamente rischioso poiché, in primo luogo, dipendere da un solo compressore può portare alla capacità di fornire il flusso d'aria pressurizzato necessario e, in secondo luogo, il guasto del dispositivo potrebbe non trovarci altra alternativa. Pertanto è razionale utilizzare alcuni altri compressori in parallelo. Il numero di questi compressori può essere determinato in base al flusso d'aria necessario e anche alla mancanza di perdita d'aria. In caso di guasto di un compressore principale, un compressore di riserva verrà sostituito immediatamente per fornire la stessa quantità di aria compressa e dovrà essere utilizzato fino alla riparazione di quello principale e quindi nuovamente al sistema. Pertanto, la determinazione dell'affidabilità dell'intero sistema è molto importante per la sicurezza e l'economia del prodotto e dipende fortemente dalla conoscenza della probabilità di guasto dei compressori. Pertanto, avere un numero sufficiente di compressori attivi e di riserva aumenta l'efficienza del sistema per quanto riguarda tutti gli aspetti di ottimizzazione.