Mijnbouw

Wat is de mijnbouwsector?

De mijnbouwsector omvat de exploratie, winning en verwerking van minerale grondstoffen (zoals steenkool, aardolie, metalen, enz.) om te voorzien in de vraag naar energie, industriële materialen en infrastructuurontwikkeling.

Mijnbouw omvat de winning van natuurlijk voorkomende vaste (bijv. steenkool en mineralen), vloeibare (bijv. ruwe olie) of gasvormige (bijv. aardgas) mineralen. Dit omvat ondergrondse of dagbouwmijnbouw, mijnexploitatie en alle bijbehorende verwerkingsactiviteiten die doorgaans op of nabij de mijnlocatie plaatsvinden – zoals breken, malen, verrijken en behandelen – met als doel de grondstoffen voor te bereiden. Het omvat ook essentiële verwerking voor de productie van verhandelbare producten. Activiteiten zoals waterwinning/zuivering/distributie, geologisch onderzoek en bouwkunde zijn uitgesloten.

Industrieclassificatie (gebaseerd op GB/T4754-2017)

De mijnbouwsector wordt als volgt ingedeeld:

•Steenkoolwinning en -verwerking: De winning en verwerking van steenkool.

•Aardolie- en aardgaswinning: Winning van ruwe olie en aardgas, zowel op land als op zee.

•Mijnbouw van ferro- en non-ferrometalen: Winning van ferrometalen (ijzer, mangaan, chroom) en non-ferrometalen (koper, lood, zink, enz.).

•Niet-metaalmijnbouw: Winning van niet-metaalhoudende mineralen zoals zand, grind en chemische ertsen.

•Ondersteunende activiteiten voor de mijnbouw: het leveren van technische ondersteuning en logistieke diensten voor de winning van grondstoffen.

•Overige mijnbouw: Omvat gespecialiseerde grondstoffen zoals geothermische energie en mineraalwater.

Structuur van de industriële keten

De waardeketen van de mijnbouw omvat exploratie, winning, verwerking (bijv. ertsbewerking, smelten) en recycling van grondstoffen, en levert daarmee de basisgrondstoffen voor industriële systemen.

Operationele uitdagingen in de mijnbouw

De mijnbouw is een belangrijk toepassingsgebied voor kleppen en pijpleidingen, waar zware bedrijfsomstandigheden direct van invloed zijn op de selectie, het ontwerp en de levensduur van pijpleidingen. Hieronder volgt een systematische analyse van de uitdagingen voor pijpleidingen in de mijnbouw, aan de hand van vier dimensies, met ondersteunende gegevens en voorbeelden:

I. Mediumeigenschappen: hoge hardheid, sterke slijtage, meerfasenstroming

•Materiaalhardheid en deeltjesgrootte:

Ertssoorten:Metaalertsen (Fe, Cu, Pb-Zn) hebben doorgaans een hoge Mohs-hardheid (6-8). Niet-metaalertsen (fosfaat, fluoriet) zijn zachter (Mohs 3-5), maar het afvalmateriaal bevat vaak onzuiverheden met een hoge hardheid, zoals kwarts.

Deeltjesverdeling:Verpulverd erts: 10-50 mm; Afval: 0,1-5 mm; Gemalen erts: <0,074 mm (transport van poeder).

Impacteffect:Grote deeltjes (>20 mm) veroorzaken "groeven" bij hoge stroomsnelheden; kleine deeltjes (<5 mm) veroorzaken "groeven". Gecombineerd verkorten ze de levensduur van pijpleidingen aanzienlijk.

•Overgedragen mediastatus:

Vaste stof-vloeistofstroom (slurry):Bij natte verwerking kan het vaste-stofgehalte van de slurry oplopen tot 30-60% (bijvoorbeeld bij koperflotatieresiduen). Vloeibare dragers (water/chemicaliën) versnellen de erosie van de deeltjes.

Gas-vaste stofstroom:Bij droge verwerking/stofbeheersing zorgen luchtsnelheden van 15-30 m/s ervoor dat fijne deeltjes (kolen-/ertsstof) 3-5 keer erosiever zijn dan in een slurry.

Corrosiviteit:Slurries die sulfiden bevatten (bijvoorbeeld pyriet) vormen zure media (pH <4) onder vochtige omstandigheden, waardoor metaalcorrosie wordt versneld.

II. Bedrijfsomgeving: Extreme omstandigheden en complexiteit

•Temperatuur en druk:

Temperatuurschommeling:Ondergronds: 5-35°C; Maalinstallaties (mechanische verwarming): >50°C; Hydrothermale afzettingen: >80°C.

Impact van druk:Pompen met een opvoerhoogte van 100-300 m (druk van 1-3 MPa). Plotselinge drukveranderingen in bochten versterken de impact van de deeltjes.

•Mechanische trillingen en installatiebeperkingen:

Trillingsbronnen:Breekmachines en kogelmolens (frequentie 10-50 Hz, amplitude 2-10 mm) maken pijpverbindingen los en veroorzaken vermoeidheidsscheuren aan de lasranden.

Ruimtebeperkingen:Smalle ondergrondse tunnels vereisen scherpe bochten (radius R ≤ 5D), waar de slijtage 5-8 keer hoger is dan in rechte stukken.

III. Apparatuurcondities: hoge belasting en continu bedrijf

•Parameters van het transportsysteem:

Stroomsnelheid en -debiet:Grof erts: 3-5 m/s; fijne slurry: 1,5-3 m/s. Capaciteit per leiding: 1000-3000 m³/h, wat hoge druk- en slijtvastheid vereist.

Vervoersafstand:Dagbouw: enkele kilometers; ondergrondse mijnbouw: 500-2000 meter. Grote afstanden veroorzaken cumulatieve slijtage.

•Start-stopcycli en onderhoud:

Veel fietsen:Procesaanpassingen op basis van de ertsgehalte leiden tot 10-20 start- en stopmomenten per dag. Tijdelijke drukstoten (waterslag) kunnen 2-3 keer de werkdruk bereiken.

Korte onderhoudsperiodes:Door de hoge productiecontinuïteit worden jaarlijkse stilstanden beperkt tot minder dan 15 dagen, waardoor snelle vervanging van pijpleidingen noodzakelijk is.