AFCチェーン管理戦略は寿命を延ばし、計画外のダウンタイムを防止します
マイニングチェーンチェーンの太さは操業の成否を左右します。ほとんどの長壁式鉱山では、装甲切羽コンベア（AFC）に 42 mm 以上のチェーンを使用していますが、48 mm を使用している鉱山も多く、中には 65 mm ものチェーンを使用しているところもあります。直径が大きいほどチェーンの寿命が延びます。長壁式鉱山のオペレーターは、チェーンが使用停止になるまでに、48 mm サイズで 1,100 万トン以上、65 mm サイズで 2,000 万トンもの採掘量を予想しています。このような大きいサイズのチェーンは高価ですが、チェーンの破損で操業を停止することなく、1 つまたは 2 つのパネル全体を採掘できる場合は価値があります。しかし、管理ミス、取り扱いミス、不適切な監視、または応力腐食割れ（SCC）の原因となる環境条件によってチェーンが破損すると、鉱山は大きな問題に直面します。このような状況では、そのチェーンに支払った価格が意味をなさなくなります。
ロングウォールオペレーターが鉱山の状況に最適なチェーンを稼働させていない場合、計画外の操業停止が一度発生すれば、購入プロセスで得られたコスト削減が簡単に帳消しになる可能性があります。では、ロングウォールオペレーターはどうすれば良いのでしょうか？現場固有の状況を綿密に把握し、チェーンを慎重に選定する必要があります。チェーン購入後は、投資を適切に管理するために必要な時間と費用をさらに費やす必要があります。これは大きな利益をもたらす可能性があります。
熱処理は、チェーンの強度向上、脆性低減、内部応力緩和、耐摩耗性向上、あるいは加工性向上に効果があります。熱処理は高度な技術の一つであり、メーカーによって処理内容は異なります。製品の機能に最適な金属特性のバランスを得ることがその目的です。差熱処理チェーンは、パーソンズチェーンが採用する高度な技術の一つです。チェーンリンクのクラウン部分は摩耗に耐えられるよう硬さを保ちつつ、レッグ部分はより軟らかくすることで、使用時の靭性と延性を高めます。
硬度は摩耗に耐える能力であり、記号HBで表されるブリネル硬度またはビッカース硬度（HB）で表されます。ビッカース硬度のスケールは完全に比例関係にあるため、800HVの材料は100HVの材料の8倍の硬さになります。したがって、最も柔らかい材料から最も硬い材料まで、合理的な硬度スケールを提供します。硬度が約300までの低い値では、ビッカース硬度とブリネル硬度の結果はほぼ同じですが、硬度が高い値では、ボール圧子の歪みによりブリネル硬度の結果は低くなります。
シャルピー衝撃試験は、衝撃試験によって得られる材料の脆さの指標です。チェーンリンクの溶接部にノッチを付け、振り子の軌道上に置きます。試験片の破壊に必要なエネルギーは、振り子の振動の減少によって測定されます。
ほとんどのチェーンメーカーは、完全な破壊試験を実施するために、各バッチ注文から数メートルを節約しています。完全な試験結果と証明書は通常、50mのペアで出荷されるチェーンに同梱されています。この破壊試験では、試験力時の伸びと破断時の全伸びもグラフ化されます。
最適なチェーン
目的は、これらすべての特性を組み合わせて、次のパフォーマンスを含む最適なチェーンを作成することです。
• より高い引張強度
• 内側のリンクの摩耗に対する耐性が向上
• スプロケット損傷に対する高い耐性
• マルテンサイト割れに対する耐性が向上
• 靭性の向上
• 疲労寿命の延長
• SCC に対する耐性。
しかし、完璧な解決策は一つではなく、様々な妥協点があるだけです。降伏点が高いと残留応力が高くなる傾向があり、耐摩耗性を高めるために硬度を高くすると、靭性と耐応力腐食性が低下する傾向があります。
メーカーは、より長く使用でき、過酷な条件にも耐えるチェーンの開発に絶えず取り組んでいます。腐食環境に対応するため、チェーンに亜鉛メッキを施すメーカーもあります。また、COR-Xチェーンも選択肢の一つです。これは、特許取得済みのバナジウム、ニッケル、クロム、モリブデン合金で作られており、応力腐食割れ（SCC）に強いチェーンです。このソリューションのユニークな点は、耐応力腐食特性がチェーンの冶金組織全体に均一に備わっており、チェーンが摩耗してもその効果が変化しないことです。COR-Xは、腐食環境下におけるチェーン寿命を大幅に延ばし、応力腐食による故障を事実上排除することが実証されています。試験の結果、通常のチェーン（DIN 22252）と比較して、破断力と作動力が10%、ノッチ衝撃が40%、SCC耐性が350%向上していることが確認されています。
COR-X 48mmチェーンは、廃止されるまでにチェーン関連の故障なく1,100万トンを稼働させた事例があります。また、BHPビリトンのサンファン鉱山でジョイ社が最初に設置したOEMブロードバンドチェーンには、英国製のパーソンズCOR-Xチェーンが使用されており、その耐用年数中に切羽から最大2,000万トンを輸送したと言われています。
チェーンの寿命を延ばすための逆チェーン
チェーンの摩耗の主な原因は、各垂直リンクがドライブスプロケットに出入りする際に、隣接する水平リンクの周りを回転することです。この動きは、リンクがスプロケット内を回転する際に、リンクの一面の摩耗を増加させます。そのため、使用済みのチェーンの寿命を延ばす最も効果的な方法の一つは、チェーンを180度回転させて逆方向に回すことです。これにより、リンクの「未使用」面が活用され、摩耗するリンク領域が減少し、チェーンの寿命が長くなります。
様々な理由によりコンベアへの負荷が不均一になると、2本のチェーンの摩耗が不均一になり、片方のチェーンがもう片方よりも早く摩耗することがあります。ツインアウトボードアセンブリの場合のように、2本のチェーンの片方または両方に摩耗や伸びが不均一になると、フライトが不整合を起こしたり、駆動スプロケットの周りを回転する際に同期がずれたりすることがあります。また、2本のチェーンの片方が緩むことでも、同様の現象が発生することがあります。この不均衡な状態は、運転上の問題を引き起こすだけでなく、駆動スプロケットの過度の摩耗や損傷につながる可能性があります。
システム張力調整
取り付け後にチェーンの摩耗率が制御され、摩耗による両方のチェーンの伸びが制御された同等の速度で行われるようにするには、体系的な張力調整およびメンテナンス プログラムが必要です。
メンテナンスプログラムでは、メンテナンス担当者がチェーンの摩耗と張力を測定し、摩耗が3%を超えた時点でチェーンを交換します。このチェーン摩耗の程度が実際に何を意味するかを理解するためには、200mの長壁切羽において、チェーン摩耗が3%の場合、1ストランドあたり12mのチェーン長増加を意味することを覚えておく必要があります。また、メンテナンス担当者は、デリバリースプロケットとリターンスプロケット、およびストリッパーが摩耗または損傷している場合は交換し、ギアボックスとオイルレベルを点検し、定期的にボルトの締め付け状態を確認します。
適切なプリテンションレベルを計算する確立された方法があり、これらは初期値を決定するための非常に有用なガイドとなります。しかし、最も信頼性の高い方法は、AFCが全負荷状態で作動している際に、チェーンがドライブスプロケットから離れる様子を観察することです。チェーンがドライブスプロケットから離れる際に、最小限のたるみ（2リンク分）が見られるはずです。このようなレベルに達したら、プリテンションを測定・記録し、その面の将来の動作レベルとして設定する必要があります。プリテンションの測定値は定期的に取得し、外れたリンク数を記録する必要があります。これにより、差動摩耗や過度の摩耗の発生を早期に警告することができます。
曲がったフライトは、速やかにまっすぐにするか交換する必要があります。曲がったフライトはコンベアの性能を低下させるだけでなく、バーがボトムレースから外れてスプロケットに飛び乗る可能性があり、チェーン、スプロケット、そしてフライトバーに損傷を与える可能性があります。
ロングウォール作業者は、摩耗したり損傷したチェーンストリッパーに常に注意する必要があります。摩耗したり損傷したりすると、たるんだチェーンがスプロケット内に残り、詰まりや損傷を引き起こす可能性があります。
チェーン管理はインストール中に開始されます
フェースラインを真っ直ぐに保つことの重要性は、いくら強調してもし過ぎることはありません。フェースアライメントに少しでもずれがあると、フェース側とゴブ側のチェーンの張力差が生じ、摩耗が不均一になる可能性があります。これは、チェーンが「馴染む」期間を経るにつれて、新しくフェースが形成された部分でより発生しやすくなります。
デファレンシャルの摩耗パターンが一度形成されると、修復は事実上不可能です。多くの場合、チェーンの摩耗が緩み、デファレンシャルの状態は悪化し続け、さらにたるみが生じます。
劣悪なフェース ラインで稼働すると、サイドごとの張力に過度のばらつきが生じ、悪影響が生じることは、数字を見れば明らかです。例として、1,000 フィートの長壁で 42 mm の AFC チェーンを使用し、片側に約 4,000 個のリンクがあるとします。リンク間の摩耗による金属の除去はリンクの両端で発生すると仮定します。チェーンには 8,000 箇所があり、駆動時やフェースでの振動、衝撃荷重、腐食攻撃による影響で、リンク間の圧力によって金属が摩耗します。したがって、1/1,000 インチの摩耗ごとに、長さが 8 インチ増加します。不均一な張力によって引き起こされる、フェース側とゴブ側の摩耗率のわずかな差は、すぐにチェーンの長さの大きなばらつきにつながります。
スプロケットに同時に2つの鍛造部品を取り付けると、歯形の過度な摩耗につながる可能性があります。これは、駆動スプロケットの確実な位置が失われ、リンクが駆動歯上で滑ってしまうためです。この滑走動作によりリンクが削られ、スプロケット歯の摩耗速度も上昇します。摩耗パターンが一度確立されると、摩耗は加速する一方です。リンクの切断の兆候が見られたらすぐに、スプロケットを点検し、必要に応じて交換してください。損傷がチェーンを破壊する前に交換する必要があります。
チェーンのプリテンションが高すぎると、チェーンとスプロケットの両方に過度の摩耗が発生します。チェーンのプリテンションは、最大負荷時にチェーンが過度に緩まない値に設定する必要があります。このような状況では、スクレーパーバーが「弾き飛ばされる」可能性があり、スプロケットから外れたチェーンが束になってテールスプロケットを損傷するリスクがあります。プリテンションが高すぎると、チェーンのインターリンク摩耗とドライブスプロケットの摩耗という2つの明らかな危険が生じます。
チェーンの過度の張力は致命的になる可能性がある
よくある傾向として、チェーンを張りすぎてしまうことが挙げられます。定期的にプリテンションをチェックし、チェーンの緩みを2リンクずつ取り除くことが重要です。2リンク以上緩んでいる場合は、チェーンが緩みすぎていることを示します。また、4リンク取り除くとプリテンションが高すぎて、リンク間の摩耗が激しくなり、チェーンの寿命が著しく短くなります。
歯面アライメントが良好であると仮定すると、片側の予張力の値は、反対側の予張力の値を1トン以上超えることはありません。適切な歯面管理により、チェーンの寿命全体を通じて、差圧が2トン以下に抑えられることが保証されます。
インターリンクの摩耗による長さの増加（誤って「チェーンの伸び」と呼ばれることもあります）は 2% まで許容され、新しいスプロケットでも動作可能です。
チェーンとスプロケットが互いに摩耗し、互換性が維持されている場合、インターリンクの摩耗の程度は問題になりません。しかし、インターリンクの摩耗は、チェーンの破断荷重と衝撃荷重への耐性を低下させます。
インターリンクの摩耗を測定する簡単な方法は、ノギスを用いて5つのピッチ区間で測定し、チェーンの伸びチャートに当てはめることです。一般的に、インターリンクの摩耗が3%を超えるとチェーンの交換時期が検討されます。保守的なメンテナンス担当者の中には、チェーンの伸びが2%を超えることを好まない人もいます。
適切なチェーン管理は設置段階から始まります。慣らし期間中に徹底的なモニタリングを行い、必要に応じて修正を加えることで、チェーンの長寿命化とトラブルフリーを実現します。
（提供：エルトン・ロングウォール
投稿日時: 2022年9月26日
