Staubkontrolle bei Förderbändern an der Quelle

Die Fördertechnikexperten von Martin Engineering reagieren auf die neuen Staubemissionsvorschriften der US-Bergbausicherheitsbehörde MSHA (Mining Safety and Health Administration) und bieten einfache, sinnvolle Lösungen an, um die Vorschriften einzuhalten. Oftmals haben diese Regel­änderungen auch internationale Auswirkungen und dienen als Vorlage für ähnliche Maßnahmen weltweit. Die Ingenieure von Martin widmen sich seit Jahren der Reduzierung von Staubemissionen durch Förderbänder, indem sie Zubehör und technische Lösungen entwickeln, die die Sicherheit am Arbeitsplatz und die Produktionseffizienz verbessern. In diesem Artikel bieten die Experten von Martin Engineering praxiserprobte Ratschläge und Methoden, die seit Jahrzehnten messbare Ergebnisse für Bergwerke und Schüttgutverarbeiter auf der ganzen Welt geliefert haben.

Am 1. August 2024 traten die endgültigen MSHA-Vorschriften in Kraft. Die MSHA misst den persönlichen Staubgrenzwert (PEL) als zeitlich gewichteten Mittelwert (TWA) mit einem persönlichen Staubmessgerät, das von geschulten Arbeitnehmern während ihrer achtstündigen Schicht getragen wird. Das Volumen wird in Mikrogramm (μg) und Kubikmetern (m³) gemessen. Die endgültige Regelung legt einen neuen PEL-Wert von 50 μg/m³ für die Exposition während der gesamten Schicht, berechnet als 8-Stunden-TWA, und einen Auslösewert von 25 μg/m³ fest. Diese Normen gelten auch für Bergleute, bei denen eine Pneumokoniose (auch bekannt als „schwarze Lunge“) diagnostiziert wurde oder die erste Anzeichen einer solchen aufweisen.

Die MSHA verlangt von den Betreibern, Anlagen zu installieren oder zu reparieren für eine technische Überwachung zur Kontrolle oder Beseitigung von Staubquellen. Dies wird durch administrative Kontrollen (Schilder, Richtlinien usw.) ergänzt. Vorübergehende persönliche Schutzausrüstungen (PSA) sind ebenfalls erforderlich, wenn die Belastung über dem PEL-Wert liegt, werden aber nicht als langfristige Lösung angesehen.

Ladezonen von Förderbändern

Der Staub von Förderbändern entsteht größtenteils in den Belade- und Entladezonen. Passive Staubminderung bedeutet, dass keine Maschinen oder Elektrizität wie Luftreiniger, Pumpen oder HAVC benötigt werden. Zu den Strategien der passiven Staubreduzierung gehören:

Vollständig umschlossene Transferstellen: Die vollständige Umschließung der Belade-, Beruhigungs- und Absetzzonen hält den Staub zurück. Elemente wie Staubvorhänge und Staubbeutel kontrollieren den Luftstrom und fangen den Staub auf.

Kürzere oder schräge Beladung: Übergaberutschen, die den Aufprall der Ladung auf das Band minimieren, verringern die Turbulenzen und das Staubvolumen in der Ladezone. 

Gurtschulung: Die Gurtschulung beim Betreten und Verlassen der Ladezone sorgt für eine zentrierte Bandbeladung und minimiert die Materialverschiebung. Außerdem wird die Bandabweichung kontrolliert, so dass weniger Material verschüttet wird und weniger Staub auf der Strecke liegt.

Verhinderung des Durchhängens des Bandes zwischen den Tragrollen: Das Band kann sich zwischen den Tragrollen leicht absenken, wodurch Lücken entstehen, die Staub und Feinanteile freisetzen. Der Einsatz eines Aufprallwagens mit stoßdämpfenden Polyurethan-Stäben verringert die Belastung des Bandes und schafft eine gleichmäßige Band­ebene. Wiegen können sich über die gesamte Länge der Beruhigungszone erstrecken.

Niedrigere Bandgeschwindigkeiten

Viele Quellen empfehlen Bandgeschwindigkeiten von 2 m/s oder weniger, um die Staubentwicklung zu reduzieren. Bei niedrigeren Bandgeschwindigkeiten muss jedoch die Bandbreite erhöht werden, um die gleichen Tonnen pro Stunde zu befördern, was zu einem Dilemma zwischen Kapitalkosten und Betriebskosten führt. Die Klassifizierung und Definitionen von Schüttgütern der Conveyor Equipment Manufacturers Association (CEMA) (ANSI/CEMA 550-2003) listet verschiedene Eigenschaften von Schüttgütern auf, die von niedrigeren Bandgeschwindigkeiten profitieren: 

B-1: Belüftung – Fluidität

B-6: Abbaubare Größe – Ausfall

B-8: Staubig

B-20: Sehr leicht und flauschig

Abstand der Tragrollen und Bandspannung

Wenn die Bandspannung so geregelt wird, dass der Durchhang zwischen den Tragrollen minimiert wird, verringert sich die Anzahl der Austrittsstellen für flüchtige Verunreinigungen und Staub, die durch Materialverwirbelung und Spritzer entstehen. Spritzer sind Material, das sich nach dem Aufprall auf das Band während des Beladens verteilt. Materialverwirbelung ist die Bewegung von Partikel zu Partikel, die durch die Veränderung des Schüttgutprofils beim Lauf über die Tragrollen entsteht. Je höher die Bandspannung ist, desto geringer ist der Verwirbelungs-Verlust.

Ähnlich wie bei der Luftverwirbelung durch Aufprall verliert das Schüttgut, das sich über die Tragrollen bewegt, bei einer kritischen Geschwindigkeit den Kontakt mit dem Band an der Tragrolle und wird in die Luft geschleudert, wo es mit etwas geringerer Geschwindigkeit auf das Band zurückfällt und Staub freisetzt. Eine häufige Vorgabe ist, den Banddurchhang zwischen den Tragrollen auf 1 % zu begrenzen. 

Der Abstand der Tragrollen ist entscheidend für die Kontrolle des Banddurchhangs. Um Lücken zu vermeiden, aus denen Staub und Emissionen austreten können, und um ein gleichmäßiges Bandprofil in der Ladezone zu erhalten, sollten die Tragrollen so dicht wie möglich beieinander liegen. Außerhalb der Ladezone gibt CEMA einige Empfehlungen, die auf dem Volumen und der Gurtbreite basieren.

Bewährte Praxis: Das System einkapseln

Die Menge an Staub, die in die Luft gelangen kann, ist direkt proportional zum Volumen und zur Geschwindigkeit des Luftstroms durch die Übergabestelle. Wenn die Öffnungen in der Schurre auf das praktische Minimum beschränkt sind, wird der eintretende Luftstrom eingeschränkt. Eine sinnvolle Strategie zur Staubkontrolle besteht darin, das Material kurz nach dem Austrag zu erfassen und den Strom so dicht wie möglich zu halten, um die induzierte Luft zu reduzieren. Bei verlängerten Gehäusen werden doppelte Schürzen verwendet, um das Gehäuse abzudichten, und es werden Staubvorhänge verwendet, um den Luftstrom zu kontrollieren und zu ermöglichen, dass sich der Staub wieder im Materialstrom absetzt.

Fazit

Die Übergabestellen von Förderanlagen wurden in der Vergangenheit eher entworfen als konstruiert. Konstruktionswerkzeuge und Software zur Modellierung des Materialflusses helfen bei der Reduzierung der Staubemissionen in der Entwurfsphase der Übergabestellen. Die Art und Weise, wie das Förderband betrieben und gewartet wird, hat ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf die Staubentwicklung und -freisetzung. Bei der anfänglichen Planung von Fördersystemen liegt der Schwerpunkt in der Regel auf der Maximierung der Produktion. Experten empfehlen den Betreibern jedoch, Machbarkeitsstudien darüber durchzuführen, wie die Förderanlagen Staub erzeugen und freisetzen, um die Luftqualität und die Sicherheit am Arbeitsplatz zu verbessern und gleichzeitig die betriebliche Effizienz zu steigern.