FALLSTUDIE Bergbau

Maschinen mit mtu-Motoren bergen Schätze in der südafrikanischen Platinmine Modikwa

Veröffentlicht am 28 November 2016

Im Untertagebergbau werden sowohl den Bergleuten als auch den Maschinen höchste Leistungen über extrem lange Betriebszeiten abverlangt. Im durchgehenden Betrieb von 24 Stunden an sieben Tagen pro Woche stellen Strapazierfähigkeit und Effizienz die wichtigsten Bausteine für die Wirtschaftlichkeit dar. In der Platinmine von Modikwa, einer der größten Platinminen von Südafrika, finden sich einige Maschinen, die Herkulesaufgaben an Orten erle- digen, an denen sie kaum erwartet werden.In Tiefen von bis zu 800 Metern unter Tage arbeiten Sprenglochbohrer und Radlader mit MTUMotoren der Baureihe 900 und tragen mit ihrer Leistung, Robustheit und Effizienz wesentlich zur Wirtschaftlichkeit der Mine von Modikwa bei. Die hohen Leistungen werden mit minimalen Stillstandszeiten, geringem Kraftstoffverbrauch und niedrigen Emissionen erbracht.

Die mtu-Motoren der Baureihe 900 sind relativ neu, insbesondere im südafrikanischen Markt. Sie sind seit zweieinhalb Jahren in Sandvik-Fahrzeugen in Modikwa im Einsatz. In dieser Zeit haben sie andere Motoren in ihrer Klasse deutlich übertroffen.

Rudi Coetzee - leitender Ingenieur in Modikwa
Modikwa befindet sich in der Provinz Limpopo von Südafrika in weniger als 120 Kilometer Entfernung vom weltbekannten Krüger-Nationalpark. Die Region ist reich an Platinvorkommen. Die Modikwa-Mine ist ein Joint Venture zwischen African Rainbow Minerals und Anglo Platinum und gehört zum Bushveld-Komplex, der sich über eine Fläche von 14.278 Hektar erstreckt. Die Mine ist seit 2003 in Betrieb und spielt eine wesentliche sozialökonomische Rolle für Südafrika als größtes Platinerzeugerland der Welt. Mit insgesamt fünftausend Beschäftigten hat sie einen beträchtlichen Anteil am Bruttosozialprodukt (BSP) des Landes.
Die Mine besteht aus zwei Schächten — Nord und Süd — und liefert 240.000 Tonnen Platin im Monat. Es wird eine gemischte Bergbautechnik angewandt, mit mechanisierten Methoden für die Hauptlinien und konventioneller Abstützung mit der „Down-Dip- Methode“ im schmalen 60-Zentimeter-Gesteinsband. Der Abbau des Erzes erfolgt mit konventionellen Mitteln, es werden schienenlose Bergbaufahrzeuge eingesetzt, d.h. bereifte bzw. mobile Maschinen arbeiten unter Tage anstelle der früher vorwiegend üblichen Schienenfahrzeuge. Dies bietet eine höhere Flexibilität des Fuhrparks, da er nicht auf bestimmte Bereiche oder Ebenen der Mine beschränkt ist. Außerdem können dadurch die Maschinen viel schneller zwischen den Förderstellen hin- und herbewegt werden.

Es ist ein großer Vorteil für uns, dass ein MTUServicetechniker anwesend ist und uns beraten kann, welche Maßnahmen am Motor erforderlich sind, bevor dieser tatsächlich einen größeren Ausfall hat. Das Arrangement mit mtu wirkt sich günstig insbesondere auf die Motorenstillstandszeit und die Maschine

Thomas Phiri - Vertriebsleiter bei Sandvik Mining

Maschinen mit mtu-Motoren der Baureihe 900


Mit dem sechs Meter langen Ausleger, der bis zur Abbauwand reicht, bohren Sprenglochbohrer etwa fünf Zentimeter breite Löcher in das massive Gestein, um darin den Sprengstoff zu deponieren. Fällt der Sprenglochbohrer aus, geht die Produktion zurück. Und in einem Betrieb, der durchschnittlich 10 Millionen Rand — das ist etwa eine Million Euro — an jedem Tag verliert, an dem die Produktion ausfällt, gibt es im Hinblick auf Zuverlässigkeit und höchste Leistung keine Kompromisse. Der Bohrer gehört zu den wenigen Maschinen, die in der Modikwa-Mine auch dann unter Tage bleiben, wenn die Sprengung vorgenommen wird.
Die drei Sprenglochbohrer in den Schächten Nord und Süd bleiben eine ganze Woche unter Tage und werden bei Bedarf auch dort wieder betankt. Ein Sprenglochbohrer wird von einem mtu-Motor des Typs 4R 904 angetrieben. In Anbetracht der Entfernungen, die diese Maschine unter Tage zurücklegen muss — die einfache Entfernung vom Einfahren bis zur Abbauwand beträgt bis zu 4,5 Kilometer — beeindruckt die Maschine besonders durch die hohe Nennleistung des Motors von 129 Kilowatt bei 2.200 Umdrehungen pro Minute. Rudi Coetzee, leitender Ingenieur in Modikwa und verantwortlich für den gesamten Maschinenpark am Nordschacht, erläutert: „Die mtu-Motoren der Baureihe 900 sind relativ neu, insbesondere im südafrikanischen Markt. Sie sind seit zweieinhalb Jahren in Sandvik- Fahrzeugen in Modikwa im Einsatz. In dieser Zeit haben sie andere Motoren in ihrer Klasse deutlich übertroffen.“ Sandvik Mining South Africa hat einen umfassenden Service-Vertrag mit Anglo Platinum für die Wartung des Maschinenparks. Er erstreckt sich auf Muldenkipper und Radlader sowie Sprenglochbohrer und Ankerbohrwagen, die unter Tage beim Vortreiben der Mine eingesetzt werden.
Nachdem der Sprenglochbohrer seine Arbeit erledigt hat, wird Sprengstoff in die Abbauwand eingebracht, und anschließend erfolgt die Sprengung. Nach der Sprengung lädt der Radlader das Erz auf einen Muldenkipper, der es von der Abbauwand zu einem Förderband transportiert, mit dem es schließlich aus der Mine befördert wird. Einer der Muldenkipper wird von einem mtu-Motor des Typs 6R 926 C72 mit einer Nennleistung von 240 Kilowatt bei 2.200 Umdrehungen pro Minute angetrieben. Obwohl dies einer der kleineren Kipper der Mine ist, macht er seine geringere Größe durch seine Transportleistung wieder mehr als wett. Aus diesem Grund ist es äußerst wichtig, dass er möglichst lange bei möglichst hoher Transportleistung in Betrieb bleibt. Das wird in der Modikwa-Mine sehr deutlich, wie Rudi Coetzee erläutert: „Der mtu-Motor 926 bietet mit ca. 210 bis 240 Stunden Betriebszeit pro Monat eine herausragende Leistung. Die normale Betriebszeit liegt zwischen 110 und 180 Stunden, was immer noch ziemlich gut ist. Das ist auf jeden Fall ein großer Vorteil in einem Betrieb, der pro Stunde durchschnittlich bis zu einer Million Rand Umsatz mit diesen Maschinen macht.“

Bedingungen für die Motoren über Tage und unter Tage


Bei hohen Temperaturen und einer ansehnlichen jährlichen Niederschlagsmenge täuschen die üppigen subtropischen Bedingungen über die Härten der Umgebung unter Tage hinweg. In diesem Teil von Limpopo gehen die Temperaturen im Sommer auf bis zu 42 °C hoch und fallen im Winter auf durchschnittlich -2 °C ab. Während der Regenzeit können in diesem Gebiet mehr als 200 Millimeter Regen innerhalb von 24 Stunden fallen. Darüber hinaus ist es in Anbetracht von 21 in Betrieb befindlichen und weiteren 16 geplanten Minen nicht erstaunlich, dass dies eines der Gebiete mit den meisten Blitzeinschlägen in Südafrika ist.
Alles, was unter Tage geschieht, ist extrem. Schwere Maschinen manövrieren in engsten Räumen. Die Umgebung ist verschleißend und aggressiv. Der Lärm ist ohrenbetäubend, die Temperaturen erreichen bis deutlich über 40 °C — verstärkt durch die Abwärme der schwer arbeitenden Motoren. Staub beeinträchtigt die Motorenleistung, und in den neu erschlossenen Bereichen stellen Wasseransammlungen das größte Problem dar. Wasser dringt aus dem Untergrund durch Sickerung und aufgrund eines hohen Grundwasserspiegels ein. Darüber hinaus fällt beim Bohrprozess Wasser an. Es ist nicht ungewöhnlich, dass ein mtu-Servicetechniker bei der Wartung eines Fahrzeugs unter Tage im knietiefen Wasser arbeitet. „Es ist äußerst wichtig, dass die mtu-Motoren der Baureihe 900 zuverlässig arbeiten, unabhängig von den Bedingungen unter Tage“, erläutert Rudi Coetzee. „Die größte Herausforderung stellen die Temperaturunterschiede und damit verbundene mögliche Probleme dar.“ Da es sich bei der Mine um ein geschlossenes System handelt, muss kalte Luft zwangsweise von der Oberfläche durch die Mine geblasen werden. Darüber hinaus ist es äußerst wichtig, so wenig Kraftstoff wie möglich zu verbrennen und den Ausstoß des dabei entstehenden Kohlenmonoxids zu begrenzen, das durch Gebläse aus der Mine hinausbefördert werden muss. „Diese Herausforderungen werden berücksichtigt, wenn es um die Auswahl von Maschinen und Gerät für die Arbeit unter Tage geht“, sagt der leitende Ingenieur.

Kraftstoffverbrauch — niedrig und effizient


Am meisten begeistern Rudi Coetzee die automatisierten Funktionen der mtu-Motoren der Baureihe 900, das heißt, die Fähigkeit der Motoren, sich unter Tage selbständig zu regeln. Auf die Frage, welche Funktionen für die Kraftstoffeffizienz am wichtigsten sind, antwortet Coetzee ohne zu zögern: „Da die Motoren ihre Drehzahl selbst verringern können, führt dies automatisch zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch. Außerdem startet der Motor einfach nicht, wenn nicht die korrekte Ölmenge eingefüllt wurde.“ Coetzee sieht die großen Vorteile der automatischen Leerlaufsteuerung. Der Motor kann auf eine Leerlaufzeit von zehn Minuten eingestellt werden, während das Fahrzeug beispielsweise auf das Erz wartet. Der Motor reduziert seine Leistung selbst, fährt sich selbst herunter, verbraucht damit weniger Dieselkraftstoff und erzeugt weniger Abgas. „Je weniger Abgas und Hitze sie erzeugen, umso kühler ist die Mine unter Tage. Darüber hinaus reduziert ein niedriger Kraftstoffverbrauch die Kosten pro transportierter Tonne Material in Modikwa, und das ist sehr wichtig“, sagt Coetzee.

mtu-Automatisierungssystem


Die Motorsteuereinheit — das Engine Control Module (ECM) — der beiden mtu-Motorentypen 904 und 926 ermöglicht die präzise Interaktion zwischen zentralen Motorsystemen. Dadurch, dass wesentliche Informationen am Motor über einen längeren Zeitraum gesammelt, erfasst und analysiert werden, lassen sich die Lebensdauer, die Motorenleistung, die Betriebsleistung in der Mine und eine ganze Reihe anderer Faktoren enorm verbessern. Das System verhindert somit Verschleißerscheinungen, die zu hohen Kosten und einem früheren Austausch des Motors führen könnten. Es verbessert auch die Planbarkeit, indem es sicherstellt, dass es der Minenbetrieb oder Personal nicht beeinträchtigt werden, macht es einfacher, die erforderliche Wartung zu bestimmen und reduziert so die Stillstandszeiten für den Betrieb in Modikwa.
Die langfristige Zuverlässigkeit der Motorenfunktionen stellt sicher, dass die mtu-Motoren über ihre gesamte Lebensdauer so wirtschaftlich, sauber und leistungsstark bleiben wie im Neuzustand. Das System kann die Messwerte der Sensoren mit Sollwerten vergleichen, um eine optimale Motorenleistung zu erreichen. Dies gewährleistet, dass der Motor im Hinblick auf Kraftstoffverbrauch, Emissionen und Leistung ein konstantes Verhalten über die gesamte Lebensdauer aufweist, denn das Motormanagementsystem sorgt dafür, dass verschleiß- und umgebungsbedingte Veränderungen kompensiert werden. Thomas Phiri, Vertriebsleiter bei Sandvik Mining, sieht die Vorteile in Bezug auf die Wartung: „Das ECM hilft bei der Prognose. Wir können voraussagen, wann der Motor gewartet werden muss und gleichzeitig angeben, welche Maßnahmen erforderlich sind, welche Komponenten ausgetauscht werden müssen, und welche neuen Komponenten benötigt werden, um die Lebensdauer des Motors zu verlängern. Anhand des Betriebsverlaufs der Maschine kann sich mein Team zusammensetzen und planen, welche Arbeiten am Motor durchgeführt werden müssen.“
Es ist auch eine leistungsfähige Schutzfunktion vorhanden, die sicherstellt, dass der Motor nicht zu stark belastet wird. „Der Schutz wird in Form von Sensoren realisiert, welche die Kühlmitteltemperatur und die Motortemperatur melden. Steigt die Temperatur in ungewöhnlicher Form an, erzeugt das ECM eine Störmeldung, und wenn diese ignoriert wird, reduziert der Motor seine Leistung und schützt sich so vor Zerstörung oder Beschädigung.

Kundendienst


mtu arbeitet nach dem Grundsatz des Austauschservices und geht beim Austausch eines Motors von einer Stillstandszeit von acht bis 24 Stunden aus. Wenn dies nicht ordentlich geplant wird, kann eine Maschine zwei Wochen stillstehen und auf Ersatzteile warten, was hohe Kosten verursacht. Dies ist einer der Gründe, weshalb Service für Coetzee ein so wichtiges Thema ist, und ein guter Kundendienst ist für ihn ein Faktor, der seine Arbeit erleichtern kann. „Das herausragende und wichtigste Kriterium für die Auswahl eines Motors oder einer Maschinenbaureihe ist der Kundendienst. Wir müssen wissen, dass die Firma, mit der wir zu tun haben, bereit und in der Lage ist, uns 24 Stunden an sieben Tagen die Woche zu unterstützen, denn unser Betrieb läuft durchgehend. Selbst an Weihnachten oder Neujahr machen wir keine Pause, es ist eine Produktionsanlage, die 365 Tage im Jahr arbeitet. mtu war eine der wenigen Firmen, die uns dabei unterstützt und Personal für diese Zeiten zur Verfügung stellt.“
Zur Zeit ist mtu ständig vor Ort, mit einem Vertreter pro Schacht, täglich von Montag bis Freitag. Deren Aufgaben bestehen darin, die Maschinen zu prüfen und warten, Daten herunterzuladen und Ersatzteile zu liefern. Darüber hinaus sind die MTUKundendienstmitarbeiter 24 Stunden täglich in Bereitschaft. Phiri kann sich daher besser auf andere Aufgaben konzentrieren, und er versichert: „Es ist ein großer Vorteil für uns, dass ein mtu-Servicetechniker anwesend ist und uns beraten kann, welche Maßnahmen am Motor erforderlich sind, bevor dieser tatsächlich einen größeren Ausfall hat. Das Arrangement mit mtu wirkt sich günstig insbesondere auf die Motorenstillstandszeit und die Maschinenkosten aus. Darüber hinaus findet ein Wissenstransfer von mtu zu Servicetechnikern von Sandvik Mining sowie zu Minenfahrzeugführern und Handwerkern statt. Aus dem Blickwinkel von Sandvik hilft dies dabei, den Kunden zufrieden zu stellen.“
Wenn ein Motor in Modikwa unter Tage ausfällt, wird mtu gerufen, und das Problem muss innerhalb einer vorgegebenen Frist behoben werden. „Unser Ziel ist stets, dass die Maschinen innerhalb von zwei Stunden wieder in Betrieb gehen können“, sagt Phiri. Früher wurden mtu-Techniker aus dem 360 Kilometer entfernten Johannesburg gerufen. Inzwischen wurde in der Kleinstadt Burgersfort in 20 Kilometer Entfernung von der Mine ein lokaler Servicestützpunkt von mtu eingerichtet, der den Service und das Engagement für Sandvik noch weiter verbessert.