Surface Miner Case Study Erfolgreiche Implemen

TOPICS
Nicole Prochnau
Successful Implementation of Innovative Technology
into an Existing Operation – Surface Miner Case Study
The implementation of new technology into an existing mining
operation can deliver a step change in operation and commercial
benefits. But it also comes along with risk. Integrating new technologies is connected to a number of challenges that could result
in the rejection of the innovative technology. Detailed planning,
robust project management, a good customer relationship and an
evaluation of meaningful Key Performance Indicators are main aspects to manage and overcome those risks. At the New Acland Coal
Mine in Queensland/Australia an innovative mining system, a Wirtgen Surface Miner, was recently adopted into the existing mining
fleet. This paper aims to give an overview of the structured trial
that was conducted to support the implementation of a Wirtgen
4200 SM at New Acland Coal Mine. The Wirtgen Surface Miner
was successfully implemented and has proven benefits in regards
to Health, Safety and Environmental performance, productivity,
particle size distribution, loss and dilution and unit costs. This
paper is a summary of the Master’s Thesis “Comparison of the
conventional mining process to the Surface Miner mining system
at New Acland Coal Mine.” conducted in conjunction with New
Acland Coal Mine, RWTH Aachen University and Wirtgen.
Erfolgreiche Implementierung innovativer Technologie
in einen bestehenden Tagebau – Surface Miner Fallstudie
Die Implementierung neuer Technologien in einen bestehenden
Bergbaubetrieb kann eine sprunghafte Veränderung für den Betrieb herbeiführen und somit kommerzielle Vorteile liefern. Dies
ist jedoch auch mit Risiken verbunden. Die Integration neuer
Technologien geht mit einer Reihe von Herausforderungen einher,
die zu einer Ablehnung der neuen Technologie führen können.
Detaillierte Planung, robustes Projektmanagement, eine gute
Kundenbeziehung und die Auswertung aussagekräftiger Leistungsindikatoren sind wesentliche Aspekte zur Steuerung und
Eliminierung von Risiken. Im Steinkohlentagebau New Acland in
Queensland/Australien wurde kürzlich ein innovatives Gewinnungsgerät, der Wirtgen Surface Miner, in die bestehende Gewinnungsflotte integriert. Dieser Bericht verschafft einen Überblick
über den strukturierten Prozess, der die Implementierung eines
Wirtgen 4200 SM Surface Miners im Tagebau New Acland unterstützt hat. Der Wirtgen Surface Miner wurde erfolgreich in
den bestehenden Betrieb integriert und hat Vorteile in Bezug
auf Gesundheits- und Arbeitsschutz, Umwelteinfluss, Produktivität, Korngrößenverteilung, Kohlenabbauverluste und Kohlenverdünnung sowie Abbaukosten nachgewiesen. Dieser Bericht
ist eine Zusammenfassung der Masterarbeit „Gegenüberstellung des kontinuierlichen Surface Miner Abbausystems zur
konventionellen Abbaumethode in dem New Acland Coal Tagebau“, die in Zusammenarbeit mit der New Acland Coal Mine,
der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH)
Aachen und der Wirtgen GmbH, Windhagen, verfasst wurde.
1
1
Introduction
In the past, it has often been observed that the implementation
of new technology into an operating environment can be unsuccessful due to a number of challenges. Job-specific and professional preparation is required to achieve adoption of new technology on a mine site.
The nature of the mining industry plays a relevant role, which
should not be neglected. The mining industry is a very traditional
industry that is often averse to change. Many miners operate their
mine sites with a “Never change a running system” attitude. For
Original Equipment Manufacturers (OEM) this means that besides mechanical performance of the equipment, other aspects
are essential to support the implementation of new technologies.
Whilst it requires more resources, it is important to demonstrate a
Einleitung
In der Vergangenheit wurde des Öfteren beobachtet, dass die Einführung neuer Technologien in einen laufenden Bergbaubetrieb
gescheitert ist aufgrund einer Reihe von Herausforderungen, die
nicht ausreichend bewältigt wurden. Auftragsspezifische, professionelle Projektvorbereitung ist erforderlich, um die Akzeptanz
neuer Technologien im Bergbaubetrieb zu erreichen.
Eine stark ausgeprägte Berufskultur ist kennzeichnend für die
Bergbauindustrie. Der Einfluss der Berufskultur auf eine erfolgreiche Umsetzung innovativer Projekte darf nicht vernachlässigt
werden. Die Bergbauindustrie ist eine sehr traditionelle Industrie,
in der Veränderungen oft abgelehnt werden. Viele Bergbauunternehmen führen ihre Betriebe mit einer „Never change a running
system“-Mentalität. Für Maschinenhersteller bedeutet dies, dass
Mining Report 152 (2016) No. 4
339
working system and proven benefits. Once a system is successfully
implemented in an operating environment, the industry will raise
interest in the technology. This paper outlines the approach that
was pursued during the implementation process of the Wirtgen
Surface Miner (WSM) 4200 SM at New Acland Coal Mine (NAC).
The NAC is an open cast coal mine located 35 km northwest
of Toowoomba in Queensland/Australia. The mine site is operated by New Acland Coal Pty Ltd., which is part of the New Hope
Group. It has been in operation since 2002. Annual production
rates are about 5 mt of saleable thermal coal.
The mine operates in a rural area and is a strong local employer with over 300 employees living in the local area and providing
significant economic contribution. The mine operates within strict
environmental limitations because of close proximity to adjacent
neighbours. Noise and dust emissions are especially relevant and
lower environmental impacts are desired. The coal is washed on
site and then is railed to the port of Brisbane for export.
The deposit at NAC consists of multiple coal seams ranging in
thickness from 0.3 m up to 3 m, interrupted by partings. In total,
the number of different plies exceeds 40, resulting in high importance of selective mining practises. Considering the challenging
geological conditions encountered at NAC, multiple thin coal and
parting bands, the operating principle of the WSM offered a potential solution to reduce the number of operating equipment and
deliver greater control and accuracy to the mining process (1).
The 4200 SM commenced mining at NAC in June 2014 and
has been operating in selective mining coal and partings. Operator training commenced in overburden. The decision to trial the
operation of a WSM in NAC was based around multiple expectations such as increased production rates, reduced mining unit
costs, better coal recovery delivered through less loss and dilution, improved Run-Of-Mine (ROM) coal quality, simplification
of the mining process and reduced environmental emissions.
To validate those expectations, a structured trial was conducted
from June to September 2014. The trial aimed at evaluating the
WSM performance against defined Key Performance Indicators
(KPI) (2).
2
Wirtgen Surface Miner Technology
Surface Miner technology has been used on mine sites for more
than 30 years. With about 500 machines sold worldwide, Wirtgen GmbH, Windhagen/Germany, is the market and technology
leader for Surface Miners. The direct-loading WSM cuts, crushes
and loads the material in one step and thereby replaces multiple
conventional mining steps. Depending on job requirements, the
WSM can also side-cast the cut material or even cut-to-ground.
The cut-to-ground option requires a different machine set up, i.e.
different drum housing, no conveyor system. WSMs are available
in different sizes (3). This paper focuses on the 4200 SM, which is
employed at NAC.
The 4200 SM weights about 200 t. The cutting drum, located in
the centre of the machine between front and rear tracks, is equipped
with cutting tools, i.e. picks that impact the material. Cutting tool
holders are mounted onto the drum in a job-specific layout. Number
of picks, pick spacing and pick design are a few of the parameters
that are designed to the conditions on the mine site and desired
project deliveries, e. g. particle size distribution or cutting rates (4).
340
Mining Report 152 (2016) No. 4
neben der mechanischen Geräteleistung auch andere Aspekte betrachtet werden müssen, um die Einführung neuer Technologien zu
unterstützen. Obwohl ein detaillierter Implementierungsprozess
einen erhöhten Ressourcenaufwand mit sich bringt, ist es wichtig,
in der Praxis Vorteile des innovativen Systems zu belegen. Sobald
ein System erfolgreich in mehreren Bergwerken integriert ist, steigt
das Interesse der Bergbauindustrie an der und ihr Vertrauen in die
neue Technologie. Im Folgenden wird die Herangehensweise bei
der Implementierung des Wirtgen Surface Miner (WSM) 4200 SM
im Tagebau New Acland Coal (NAC) beschrieben.
NAC ist ein Steinkohlentagebau in Queensland/Australien,
35 km nordwestlich von Toowoomba. Der Tagebau wird von der
New Acland Coal Pty Ltd. geleitet, die zur New Hope Group gehört.
Seit dem Jahr 2002 wird bei NAC Steinkohle gewonnen. Die Jahresförderung beträgt etwa 5 Mio. t Kraftwerkskohle.
Der Tagebau liegt an einem abgelegenen Standort und ist
mit über 300 Mitarbeitern aus der näheren Umgebung einer der
größten Arbeitgeber in der Region. Somit leistet NAC einen erheblichen Beitrag zur wirtschaftlichen Dynamik an diesem Standort.
Aufgrund eines unmittelbar angrenzenden Wohngebiets wird
NAC unter strengen Umweltauflagen betrieben. Vor allem Lärmund Staubemissionen sind kritisch und es wird angestrebt, diese
zu minimieren. Die Steinkohlenaufbereitungsanlage befindet sich
auf dem Tagebaugelände. Nach der Aufbereitung vor Ort wird die
Kraftwerkskohle per Zug nach Brisbane transportiert und dort im
Hafen auf Schiffe für den Export verladen.
Die Lagerstätte der NAC besteht aus mehreren Kohleflözen,
die eine Mächtigkeit von 0,3 bis 3 m aufweisen und von Zwischenmitteln unterbrochen sind. Insgesamt stehen mehr als 40 Flöze im
Abbaugebiet an. Die große Anzahl von Flözen führt zu hohen Anforderungen an eine selektive Gewinnung. Angesichts der herausfordernden Lagerstätteneigenschaften bot die Arbeitsweise des WSM
Potential zur Optimierung der Prozesskette bei NAC. Der Grundgedanke war, die Anzahl an Gewinnungsgeräten zu reduzieren und
dabei mehr Kontrolle über die Gewinnungsprozesse und eine höhere Genauigkeit bei der Kohlegewinnung zu erzielen (1).
Der 4200 SM Surface Miner wurde im Juni 2014 in Betrieb genommen und wird seitdem für die selektive Gewinnung von Kohle
und Zwischenmitteln eingesetzt. Die WSM-Geräteführerausbildung begann schon bei der Beseitigung des Deckgebirges. NAC’s
Entscheidung, den Einsatz eines WSM im Betrieb zu testen, war eng
verknüpft mit einer breiten Erwartungshaltung. Diese bezog sich
auf erhöhte Produktivität, reduzierte Abbaukosten, eine bessere Lagerstättenausnutzung aufgrund geringerer Kohlenabbauverluste,
geringere Kohleverdünnung und damit verbesserte Qualität der
Rohkohle, Vereinfachung des Gewinnungsprozesses und geringere Umweltbelastung. Um die Erfüllung dieser Erwartungen in der
Praxis zu bestätigen, wurde von Juni bis September 2014 eine detaillierte und strukturierte Studie durchgeführt. Diese diente der
Leistungsbewertung des WSM und basierte auf der Auswertung
definierter Leistungsindikatoren (2).
2
Wirtgen Surface Miner Technologie
Die Surface Miner Technologie wird seit über 30 Jahren im Bergbau angewandt. Die Wirtgen GmbH, Windhagen, ist der Markt- und
Technologieführer mit weltweit über 500 verkauften Surface Minern. Der WSM mit Direktverladeeinrichtung schneidet, bricht und
The conventional mining system at NAC is a discontinuous mining
system. It consists of Caterpillar D11 type dozers for rock breakage
and stockpiling and a Caterpillar 992G front-end wheel loader for
loading material onto 130 to 180 t payload size dump trucks.
Due to the challenging deposit characteristics, which require
selective mining of coal and partings, dozers play an important
role at NAC. This dozer assisted truck and shovel operation has
been well developed over the years at NAC. The dozer operators
have extensive experience and achieve good loss and dilution
figures. However, it was desired to improve deposit recovery and
achieve greater economic benefits by further reducing coal loss
and dilution.
The conventional mining system is a machine and labourintensive operation. The discontinuous, step-by-step mining
system results in multiple operational delays. Consequently, the
system efficiency is reduced compared to a continuous mining
system (1).
lädt das Material in einem Schritt und ersetzt somit mehrere konventionelle Arbeitsschritte. Je nach Projektanforderungen kann der
Direkverladungs-WSM auch im sogenannten Sidecast-Modus eingesetzt werden. Die alternative Cut-to-Ground-Ausführung erfordert einen Umbau des Surface Miners, z. B. anderes Walzengehäuse,
kein Förderband. WSM sind in unterschiedlichen Größen erhältlich
(3). Dieser Bericht konzentriert sich auf das 4200 SM-Modell, das
bei NAC eingesetzt wird.
Der 4200 SM wiegt ca. 200 t. Seine Schneidwalze befindet sich
in der Mitte zwischen dem vorderen und hinteren Raupenfahrwerk
und ist mit Meißeln, die das Material schneiden, ausgestattet. Die
Meißelhalter sind in einem einsatzspezifischen Layout auf der
Schneidwalze montiert. Meißelanzahl, Linienabstand und Meißeldesign gehören zu den Parametern, die speziell angepasst werden,
um gewünschte Anforderungen, z. B. Produktivität, Korngrößenverteilung, zu erfüllen (4).
Beim WSM mit Direktverladeeinrichtung sind die Meißel in einer Helixform angeordnet. Somit wird das Material in die Mitte der
Schneidwalze transportiert. Die Schnitttiefe kann individuell eingestellt werden, um dem Kohleflöz zu folgen. Hinter der Schneidwalze
befindet sich ein Abstreifschild, welches das geschnittene Material
auf den Primärförderer transportiert. Dieser leitet das Material auf
das höhenverstellbare und um 180° schwenkbare Abwurfband (3).
Dies ermöglicht eine einfache Beladung von Schwerlastkrafwagen
(SKW) und optimiert gleichzeitig den SKW-Füllfaktor. Des Weiteren
werden durch die Höhenverstellbarkeit des Abwurfbandes Staubemissionen minimiert. Der 4200 SM, der bei NAC im Einsatz ist, ist
ein WSM mit Direktverladeeinrichtung. Bei NAC belädt er SKW mit
einer Nutzlast von 130 bis 180 t. Der 4200 SM kann auch SKW einer
größeren Nutzlastklasse beladen.
4 Implementation Process
3
3
Conventional Mining System at New Acland Coal Mine
When considering the potential benefits of the WSM, it is important to note that for the operating and commercial improvements to be delivered, NAC needed to embrace a whole new mining process to apply the surface mining technology. The solution
was not just about buying a machine. With a process change
comes risk and uncertainty, and for this reason a four-month trial
was conducted to not only demonstrate the performance of the
4200 SM but to identify and solve implementation issues. Evaluating the impacts on the whole mining process is essential for
achieving the best system output.
The 4200 SM initiated a step change at NAC. The impacts of the
new mining system had to be identified and monitored. Project
management followed the Deming cycle (i.e. PDCA cycle) management method (Figure 1) (5). Sound project management involved the following steps:
1. Plan – detailed project planning;
2. Do – conducting trial: measuring and monitoring of performance data;
3. Check – understanding the impacts on the whole mining process (positive and negative); identifying benefits for the operation and
4. Act – adjusting and improving machine performance: identify
and solve issues at an early stage.
Konventionelles Abbausystem im Tagebau New Acland
Das konventionelle Gewinnungssystem bei NAC arbeitet diskontinuierlich und besteht aus Planierraupen des Typs Caterpillar D11
zum Reißen und Zusammenschieben des Gesteins sowie einem
Caterpillar 992G Radlader zum Verladen des Materials auf SKW mit
einer Nutzlast von 130 bis 180 t.
Aufgrund der komplexen Lagerstättenbeschaffenheit, welche
die selektive Gewinnung von Kohle und Zwischenmittel erfordert,
spielten Reißraupen in den vergangenen Jahren eine bedeutende
Rolle im Gewinnungsprozess bei NAC. Dieses konventionelle Abbausystem wurde über viele Jahre entwickelt und verbessert. Die Planierraupenfahrer sind sehr erfahren und erzielen geringe Kohlenabbauverluste sowie eine niedrige Kohlenverdünnung. Dennoch wird
bei NAC angestrebt, die Lagerstättenausnutzung zu verbessern und
die Verunreinigung durch Zwischenmittel weiter zu verringern.
Das konventionelle Abbausystem ist verbunden mit einem großen
Personalaufwand und einem hohen Geräteeinsatz. Wegen seiner diskontinuierlichen Arbeitsweise führt es zusätzlich mehrfach zu Verzögerungen im Gewinnungsprozess. Folglich ist die Systemeffizienz im
Vergleich zu einem kontinuierlichen Gewinnungssystem geringer (1).
4 Implementierungsprozess
Um die Vorteile des WSM für den Tagebau NAC zu beurteilen,
ist es wichtig zu beachten, dass seine Implementierung positive Einflüsse auf andere Prozesse in der Gesamtprozesskette hat.
Um die bestmöglichen Resultate zu erzielen, ist es notwendig,
Mining Report 152 (2016) No. 4
341
TOPICS
On the direct-loading machine, the tool holders are mounted
in a helix layout to transport the material into the middle of the
drum. The cutting depth can be adjusted to follow the coal floor.
A scraper is located behind the cutting drum and from there the
material is transported onto a primary conveyor. It transfers the
material onto the discharge conveyor, which is height adjustable
and can be slewed 180 ° (3). This enables easy truck loading whilst
minimising dust emission and optimising truck fill factors. The
4200 SM operating at NAC is a direct-loading machine. Trucks
with a payload of 130 to 180 t are allocated to the machine at
NAC. Larger trucks can also be loaded by the 4200 SM.
die Prozesse auf den Einsatz des WSM abzustimmen. Für NAC
bedeutete dies, dass der WSM nicht lediglich ein Abbaugerät in
der existierenden Prozesskette ersetzen würde, sondern vielmehr
eine Veränderung der gesamten Prozesskette darstellt. Mit Veränderungen gehen auch Risiken und Ungewissheiten einher. Aus
diesem Grund wurde die Implementierung des WSM bei NAC von
einem viermonatigen Versuch begleitet, der nicht nur ausschließlich darauf abzielte, die Leistung des WSM zu analysieren, sondern auch Implementierungsprobleme zu lösen. Die Auswertung
des Einflusses des WSM auf die gesamte Prozesskette ist essentiell, um bestmögliche Projektergebnisse zu erzielen.
Fig. 1. PDCA cycle. // Bild 1. PDCA Zyklus.
Mine sites tend to operate with a “Silo mentality” with communication barriers between the different divisions (operations, technical services, maintenance, processing plant, corporate office).
For the successful implementation of new technology, it is important to take a whole-of-process view. This whole-of-process approach requires cooperation between the divisions, which can be
a balancing act. Addressing potential barriers at an early project
stage is essential to maximise success. Project planning for the
implementation of a step process change begins well in advance
before the arrival of the machine onsite. The timeline of the NAC
project is shown in Figure 2.
4.1 Project team and cooperation
At NAC, a project team consisting of a Project Mining Engineer,
Wash Plant Superintendent, Maintenance Superintendent, Operations Superintendent and Safety Training Superintendent was
dedicated to the WSM trial. This project team ensured that communication between the different divisions started right from
the beginning and continued throughout the implementation
period. An important outcome of this commitment was that the
KPIs of the WSM trial were not only limited to productivity and
mechanical availability, but also addressed impacts across the
Der 4200 SM stellt eine wesentliche Veränderung bei NAC dar,
und die Auswirkungen auf den Gesamtprozess mussten identifiziert und überwacht werden. Das Projektmanagement folgte
der Deming-Managementmethode (5), auch Deming-Zyklus oder
PDCA-Zyklus genannt (Bild 1). Folgende Schritte wurden vom Projektmanagement verfolgt:
1. Planen „Plan“- detaillierte Projektplanung.
2. Durchführen „Do“- Versuche fahren: Messen und Überwachen
von Leistungsdaten.
3. Prüfen „Check“ – Auswirkungen auf den Gesamtprozess ermitteln (positiv und negativ): Vorteile für den Tagebau identifizieren.
4. Agieren „Act“ – modifizieren und verbessern der Geräteleistung: Probleme im frühen Stadium erkennen und an einer Lösung arbeiten.
Bergbauunternehmen tendieren häufig zum sogenannten „SiloDenken“. Der Begriff „Silo-Denken“ beschreibt Kommunikationsbarrieren zwischen den verschiedenen Abteilungen (Gewinnung,
Planung, Wartung, Aufbereitungsanlage, Unternehmenszentrale). Für eine erfolgreiche Implementierung neuer Technologien
ist es wichtig, eine gesamtheitliche Prozessbetrachtung durchzuführen. Dies erfordert die Zusammenarbeit der einzelnen
Unternehmensbereiche, was ein Balanceakt sein kann. Die Adressierung potentieller Erfolgsbarrieren in einem frühen Projektstadium ist unerlässlich zur Maximierung des Projekterfolgs. Die
Planung einer sprunghaften Prozessveränderung beginnt weit
im Vorfeld der Inbetriebnahme des Geräts. Die Zeitleiste in Bild 2
veranschaulicht die WSM-Implementierung bei NAC.
4.1 Projektteam und Zusammenarbeit zwischen NAC und Wirtgen
Fig. 2. Timeline 4200 SM implementation process at NAC.
Bild 2. Zeitleiste zur WSM-Implementierung bei NAC.
Photos/Fotos: Wirtgen
342
Mining Report 152 (2016) No. 4
NAC hat ein Projektteam gebildet, bestehend aus einem Bergbauingenieur, dem Aufbereitungsanlagenleiter, dem Wartungsund Instandhaltungsleiter, dem Gewinnungsleiter sowie dem
Gesundheits- und Arbeitsschutzbeauftragten. Durch die Zusammensetzung des Projektteams wurde die ständige Kommunikation zwischen den Abteilungen ab Beginn des Projekts gewährleistet. Eine wichtige Aufgabe des Projektteams war die Entwicklung
aussagekräftiger Leistungsindikatoren für das WSM-Projekt.
Durch die Zusammenarbeit der Abteilungen wurde erreicht, dass
die Leistungsindikatoren nicht ausschließlich auf Produktivität
und mechanische Verfügbarkeit beschränkt waren, sondern die
gesamte Prozesskette berücksichtigten. Die Korngrößenverteilung wurde z. B. in die Leistungsindikatoren aufgenommen, um
4.2 Machine modifications
The WSM was tailored to mine-site specifications and arrived at
NAC in May 2014. The machine was delivered in accordance to industry expectations and standards, i. e. “Guideline for Mobile and
Transportable Equipment for Use in Mines” (MDG 15) and was
commissioned on site within two weeks of arrival.
4.3 Mine Planning
The step change derived from the WSM had impacts on mine
planning. The different mining system required some adjustments to the traditional block mining system.
The WSM mines cutting lanes alongside each other. At the end
of each cutting lane, the SM cuts its own ramp and turns around
180 degrees to start the next lane. The cutting lane length is a
major parameter influencing productivity. With increasing cutting lane lengths, the fraction of operating time spent turning
around decreases whilst actual cutting time increases. To enable
an efficient WSM operation, it is recommended to operate the
4200 SM in blocks of more than 300 m.
The conventional mining system at NAC is operated in 150 m
x 150 m blocks. The implementation of the WSM required some
preparation prior to arrival of the machine on site. At NAC, multiple traditional mining blocks were added together in a row to
a mining area of up to 600 m, allowing the WSM to operate efficiently. Creating cutting lengths of more than 300 m was essential to assess the WSM performance under desired preconditions
in regards to the working area layout. The preparation of the
WSM working area was an important part of the implementation
process and was initiated and accounted for in the mine planning
months before the trial began. Figure 3 shows a working area of
the 4200 SM at NAC during the trial period.
4.4Structured Trial
Proven benefits of the WSM system was key to the success of the
project. Thus, a detailed evaluation of the WSM performance was
required for the adaptation of the WSM at NAC. An in-depth trial
program was designed around KPIs and formed an essential part
mögliche Auswirkungen auf die Aufbereitungsanlage und Feinpartikelanteile in der Rohkohle zu bewerten (6).
Das NAC-Projektteam arbeitete eng mit dem Team von Wirtgen zusammen. Das Projektteam von Wirtgen bestand aus einem Projektmanager mit langjähriger Bergbauerfahrung, einem
Produktbetreuungsberater, einem Service Manager sowie einer
Masterarbeitsstudentin der Fachrichtung Rohstoffingenieurwesen und erhielt Hilfe von der Designabteilung, der Produkt­
unterstützungsabteilung und der Serviceabteilung in der Fabrik
in Deutschland. Darüber hinaus erhielt das Projekt besondere
Unterstützung durch die Unternehmensführungen von Wirtgen
Australia und der Fabrik. Für die Durchführung einer großangelegten Korngrößenverteilungsanalyse wurde ein vierköpfiges
Projektteam von Wirtgen über zwei Monate bereitgestellt. Durch
die Unterstützung des Projekts hat Wirtgen das Implementierungsrisiko für NAC reduziert.
Das Verständnis der Prozesse zur Gewinnung und Aufbereitung der Steinkohle bei NAC war der Schlüssel für die geplante
Herangehensweise, die darauf abzielte, die gesamte Prozesskette
zu betrachten und zu evaluieren. Dies erforderte die stetige Präsenz des Projektteams vor Ort, um einen umfassenden Einblick in
den Gesamtprozess zu erhalten.
4.2 Gerätespezifikationen
Der WSM wurde auf einsatzspezifische Anforderungen modifiziert und ist im Mai 2014 bei NAC angekommen. Er wurde entsprechend den lokalen Industriestandards ausgeliefert, d. h. entsprechend der „Guideline for Mobile and Transportable Equipment for
Use in Mines” (MDG 15). Nach Ankunft bei NAC konnte der WSM
innerhalb von zwei Wochen in Betrieb genommen werden.
4.3 Abbauplanung
Die wesentliche Veränderung, die die Implementierung des WSM
mit sich bringt, hatte auch Auswirkungen auf die Abbauplanung.
Um das neue WSM-System effizient zu implementieren, waren
Anpassungen der traditionellen Blockabbaumethode nötig.
Der WSM baut das Material in parallelen Bahnen nebeneinander ab. Am Ende jeder Bahn schneidet der WSM eine Rampe und
wendet auf der Ebene, um die nächste Bahn abzubauen. Die Länge des Abbaufelds ist ein entscheidender Parameter im Hinblick
auf die Produktivität. Mit zunehmender Abbaulänge wird ein
geringerer prozentualer Anteil der Betriebszeit für das Wenden
in Anspruch genommen, während sich der Anteil der Schneidzeit
erhöht. Um den effizienten Einsatz des WSM zu gewährleisten,
wird empfohlen, den 4200 SM in Abbaufeldern mit einer Länge
größer als 300 m einzusetzen.
Die normale Blockgröße bei NAC beträgt 150 m x 150 m. Die
Implementierung des WSM benötigte einige Vorbereitungen der
Abbauplanung vor dem ersten Betriebseinsatz. Es wurden mehrere traditionelle Abbaublöcke in einer Reihe freigelegt, um eine
Abbaulänge von bis zu 600 m für den WSM-Einsatz zur Verfügung
zu stellen, um seine Leistungsfähigkeit unter idealen Einsatzbedingungen zu testen. Das Einplanen des Abbaufelds für den WSM
war ein essentieller Bestandteil des Implementierungsprozesses,
der einige Monate vor dem Beginn der WSM-Studie in der Abbauplanung berücksichtigt wurde. Das Abbaufeld des WSM bei NAC
ist in Bild 3 dargestellt.
Mining Report 152 (2016) No. 4
343
TOPICS
whole process chain. An example is the Particle Size Distribution
(PSD) and particularly fines generation. This KPI was included because personnel from the wash plant wanted to evaluate the impact of different PSD on the washing process (6).
The NAC project team worked together closely with the Wirtgen project team, which consisted of a Project Manager with extensive mining experience, Product Support Advisor, Service Manager, a mining engineering Master’s student and support from the
design, product support and service departments at the factory in
Germany. Additionally, there was a strong commitment from the
top management of Wirtgen Australia and the factory. For the conduction of a large scale PSD trial, a four-man project team from
Wirtgen was allocated to NAC for two months. With the strong
commitment to the trial, Wirtgen reduced the risk for NAC.
Familiarisation with the overall mining practices was key to
the whole-of-process approach. Therefore, being present on the
mine site and spending time in the pit was necessary for the
whole-of-process evaluation. The site presence allowed the development of a high level understanding of the mining operation.
4.4 Leistungstest
Der Schlüssel zur erfolgreichen Implementierung
des WSM bestand darin, seine Vorteile in der Praxis nachzuweisen. Deshalb war eine detaillierte
und strukturierte Analyse seiner Leistung erforderlich, um eine Integration in die bestehenden
Gewinnungsprozesse zu erreichen.
NAC und Wirtgen vereinbarten entsprechend
aussagekräftige Leistungsindikatoren, die einen
wesentlichen Bestandteil des Implementierungsprozesses bildeten (Bild 4). Die Leistungsindikatoren wurden vertraglich festgehalten und zielten darauf ab, die Auswirkungen auf die gesamte
Fig. 3. Working area of the 4200 SM at NAC. // Bild 3. Abbaufeld des 4200 SM bei NAC.
Prozesskette bei NAC zu analysieren. In den Leistungsindikatoren spiegelt sich die Betrachtung
of the implementation process (Figure 4). Since the whole procder Gesamtprozesskette wider. Viele Leistungsindikatoren sind
ess of both mining systems had to be evaluated and compared
in Relation zum kontinuierlichen Abbausystem formuliert, z. B.
against each other a Master’s Thesis project was developed.
der Indikator für den Feinpartikelanteil in der Rohkohle: „Fine coal
Meaningful KPIs were defined in the contract to analyse the imgeneration less than 2 mm not to exceed limitation of dozer/loapact on the overall mining process at NAC. The whole-of-process
der system” (2).
view is reflected in the KPIs. Most KPIs refer to the CM system
Die Leistungsindikatoren können in Geräteleistung, Umweltemployed at NAC. The KPI for fines generation, e. g. was defined
einfluss, Gesundheits- und Arbeitsschutz sowie Wirtschaftlichas “Fine coal generation less than 2 mm not to exceed limitation
keit und Downstream-Auswirkungen kategorisiert werden. Um
of dozer/loader system” (2).
das Anlernen der unerfahrenen Geräteführer in der ImplementieThe KPIs can be categorised into Performance, Health, Safety
rungsphase zu berücksichtigen, wurden die Leistungsindikatoren
and Environment (HSE) and Financial and Downstream Impact. At
in den ersten drei Monaten der Anlaufphase mit einem prozentuNAC, operators without previous WSM experience were trained
alen Abschlagfaktor multipliziert.
to operate the WSM. A ramp up was applied to some KPIs to account for that training.
Über vier Monate wurde die Leistung beider Abbausysteme gemessen und miteinander verglichen mithilfe von:
During a period of four months, performance of both mining sys• Literaturrecherchen,
tems was measured and compared against each other, with the
• theoretischen Berechnungen,
help of:
• historischen Betriebsdaten,
• literature research;
• Lärm- und Vibrationstests,
• theoretical calculations;
• Korngrößenverteilungsanalysen,
• historical operations data;
• einem Berichtssystem,
• noise and vibrations testing;
• Zeitstudien,
• large scale PSD trial;
• Feldversuchen sowie
• reporting system;
• Beurteilungsgesprächen und Umfragen.
• time studies;
• in-field trials and
5 Ergebnisse
• interviews and surveys.
Das WSM-System führt zu einer signifikanten Reduktion der benötigten Abbaugeräte, um die gewünschte Produktion zu erreichen. Dies ist auf die kontinuierliche Arbeitsweise des WSM und
5 Outcomes
seine hohen Produktionsraten zurückzuführen. Die Analyse beiThe continuous cutting and loading system of the WSM and high
der Gewinnungssysteme unter Berücksichtigung verschiedener
production rates result in a significant reduction of operating
Betriebsbedingungen ergab, dass im WSM-System etwa 70 % wemachinery. Considering different operating conditions, the asniger Geräte im Einsatz sind, im Vergleich zum konventionellen
sessment revealed that about 70 % less machines are required in
Abbausystem bestehend aus Planierraupen und Radladern (1).
the WSM system compared to the conventional ripping, stacking
Die Bewertung von Gesundheits-, Arbeits- und Umweltschutz
and loading system (1).
beider Systeme ergab, dass der 4200 SM die Auswirkungen auf
The analysis of the HSE impacts of both mining systems outdie Umwelt verringert. Dies ist hauptsächlich auf die verringerte
lined that the 4200 SM system shows decreased impact on the
Anzahl an Abbaugeräten zurückzuführen. Dies führt auch zu geenvironment. Mainly, this is attributed to less machinery used in
ringeren Vibrationen, Lärm-, Staub- und Kohlenstoffdioxidemissithe mining process. Less working equipment results in reduced
onen. Der Kraftstoffverbrauch pro Volumen abgebauten Materials
noise, vibration, dust, and carbon emission. The fuel usage per
ist etwa 68 % niedriger, wenn das WSM-System eingesetzt wird,
volume mined material is around 68 % lower with the WSM, inwas eine enorme Reduzierung der Kohlenstoffdioxidemissionen
dicating an immense reduction in carbon emission. Positive er-
344
Mining Report 152 (2016) No. 4
Fig. 4. Meaningful KPIs. // Bild 4. Wichtige Leistungsindikatoren.
gonomics impacts were also identified. The noise and vibration
isolated, swivel-mounted operator cab of the 4200 SM and the
180° rotatable operator seat reduces the exposure to whole-bodyvibration and eliminates the need to twist in the seat (1).
Finacially, the 4200 SM demonstrated reduced overall mining
costs. The reduced mining costs are related to the reduction in operating machines, which lowers fuel and labour costs. On average
the 4200 SM operated with around 60 % lower unit costs throughout the range of operating conditions. The evaluation of coal loss
and dilution revealed better deposit recovery with the WSM system, resulting in additional cash flow (7). Further cost savings were
indicated in the Coal Handling and Processing Plant (CHPP). The
power consumption of the CHPP is reduced when processing WSM
coal due to less dilution, i.e. cleaner ROM coal, and more consistent
PSD incorporating less fines and less oversized particles (1).
6 Summary
The four-month WSM trial was a resounding success to demonstrate the operational characteristics of the 4200 SM in a multi
seam selective mining environment. Robust project management
starting well ahead before machine arrival on site resolved potential implementation issues. Good communication and cooperation between the New Hope Group, the project team at NAC,
Wirtgen Australia and the Wirtgen factory in Germany allowed
problem solving from the cradle and maximising project success.
The detailed evaluation of meaningful KPIs enabled Wirtgen and
NAC to demonstrate the success of the WSM system and identify
its impact on the whole mining process.
References / Quellenverzeichnis
(1) Prochnau, N.; Carter, R. and Volk, H.: Improving performance in thin
seam open cut mining – Application of pick based cutting technology. In: Proceedings Coal Operators‘ Conference 2016, University of
Wollongong, Australia, pp 500 – 509.
(2) Wirtgen Australia: Hiring contract. Emu Plains, 2014.
(3) Wirtgen GmbH: Wirtgen Surface Mining Manual, Windhagen, 2010,
pp 10-203.
(4) Williams, J.; Mendelawitz, D.; Castle M.: Applicability of using
Wirtgen Surface Miners as a mining tool. In: Iron Ore Conference,
The Australasian Institute of Mining and Metallurgy, Perth 2007,
pp 427 – 432.
6 Zusammenfassung
Die viermonatige WSM-Studie war ein Erfolg, der die Eignung
des 4200 SM für die selektive Gewinnung von Kohle und Zwischenmitteln bei schwierigen Lagerstättenverhältnissen in der
Praxis bewiesen hat. Durch solides Projektmanagement wurden
anfängliche Implementierungsprobleme im frühen Stadium erkannt und gelöst. Die Projektplanung begann bereits lange bevor
das Abbaugerät im Tagebau angekommen ist. Gute Kommunikation und enge Zusammenarbeit zwischen der New Hope Group,
dem Projektteam bei NAC, Wirtgen Australia und der Wirtgen
GmbH in Deutschland waren Schlüsselelemente, um potentielle Probleme frühzitig zu beseitigen und den Projekterfolg zu
maximieren. Die detaillierte Auswertung wichtiger Leistungsindikatoren ermöglichte es für Wirtgen und NAC, den Erfolg des
WSM-Systems zu demonstrieren und die Auswirkungen auf die
Gesamtprozesskette zu identifizieren.
(5) Kretschmann, J.: Führung von Bergbauuntemehmen. Wissenschaftsverlag Mainz, Aachen, 2000. S. 44 – 53.
(6) Ranft, H. and Klein, A.: Guideline for surface miner PSD analysis.
Wirtgen GmbH, Windhagen, 2014.
(7) Heinrichs, J.: E-Mail communication, November 2014.
Author / Autor
Nicole Prochnau M. Sc.,
Projekt Engineer at Wirtgen Australia Pty. Ltd., Acland/Australia
Mining Report 152 (2016) No. 4
345
TOPICS
bewirkt. Weiterhin wurden positive Auswirkungen auf die Ergonomie in der Fahrerkabine ermittelt. Die Fahrerkabine des WSM ist schwenkbar
sowie geräusch- und vibrationsisoliert. Der Fahrersitz kann um 220° gedreht werden. Der WSM
verringert somit die Einwirkung von Ganzkörperschwingungen und beseitigt die Notwendigkeit,
sich im Sitz umdrehen zu müssen (1).
In Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit wurde
ermittelt, dass die Abbaukosten des WSM-Systems geringer sind als die des konventionellen
Abbausystems. Dies resultiert aus der geringeren
Anzahl an Abbaugeräten, die zu niedrigeren Kraftstoff- und Lohnkosten führen. Im Durchschnitt
sind die Abbaukosten des WSM etwa 60 % geringer als die des konventionellen Abbausystems
unter Berücksichtigung unterschiedlicher Betriebsbedingungen. Die Begutachtung der Kohlenabbauverluste
und Kohlenverunreinigung ergab eine bessere Lagerstättenausbeute mit dem WSM-System, was zusätzlichen Umsatz generiert
(7). Wegen der besseren Qualität der Rohkohle aufgrund geringerer Verunreinigung der Kohle mit Zwischenmitteln und der
gleichmäßigeren Korngrößenverteilung mit weniger Fein- und
Überkorn verringert sich darüber hinaus der Stromverbrauch der
Aufbereitungsanlage (1).