POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

WYDZIAŁ GEOINŻYNIERII, GÓRNICTWA I GEOLOGII

PROJEKT INSTALACJI DO

WYKORZYSTANIA ODPADÓW W

TECHNOLOGII PODSADZANIA

WROCŁAW 2007/2008

SPECJALNOŚĆ…….

SEMESTR ………….

WYKONAŁ…………..

ZAŁOŻENIA

PROJEKTOWE

W istniejący układ wyrobisk górniczych scharakteryzowanych następującymi
wielkościami:

l

1

= ……………………………

l

2

= ……………………………

l

3

= ……………………………

l

4

= ……………………………

l

5

= ……………………………

l

6

= ……………………………

l

7

= ……………………………

l

8

= ……………………………

l

9

= ……………………………

l

10

= ……………………………

α

1

= ……………………………

α

2

= ……………………………

α

3

= ……………………………

α

4

= ……………………………

α

5

= ……………………………

α

6

= ……………………………

α

7

= ……………………………

α

8

= ……………………………

α

9

= ……………………………

α

10

= ……………………………

wprowadzić instalację podsadzkową i tak dobrać jej parametr oraz parametry

mieszaniny podsadzkowej aby zapewnić żądaną wydajność podsadzania:

Q

p

= ………………………

Średnica rurociągu podsadzkowego –

D

= ……………………………………

Rodzaj materiału podsadzkowego –

d

= ……………………………………….

Charakterystyka podsadzanego wyrobiska:

Długość ściany –

l

s

= ……………………………

Wysokość ściany –

h

s

= …………………………

Krok podsadzania –

k

p

= ………………………..

Obliczenia podstawowych parametrów podsadzania hydraulicznego należy

wykonać następującymi metodami:

 Metodą Adamka,

 Metodą Jariege’a,

 Metodą statystyczną,

 Metodą analityczno-empiryczną.

Dla zaprojektowanej instalacji podsadzkowej sporządzić profil hydrauliczny,

dokonać graficznej analizy pracy instalacji. Wyznaczyć zasięgi stref ciśnienia w

instalacji i obliczyć minimalne, dopuszczalne grubości ścianek rurociągu w

poszczególnych strefach ciśnień.

Ponad to należy zaprojektować następujące powierzchniowe urządzenia

podsadzkowe:
 Zbiornik materiałów podsadzkowych,
 Zbiornik wody podsadzkowej,
 Zestawy i sita zmywcze,
 Skrzynię i lej podsadzkowy.

Projekt powinien zawierać opis technologii podsadzania pustki poeksploatacyjnej.

PARAMETRY GEOMETRYCZNE

INSTALACJI PODSADZKOWEJ

Długością ekwiwalentną odcinka instalacji o danej średnicy D

i

nazywamy taką

zastępczą długość odcinka o średnicy odniesienia D

od

, którego opór hydrauliczny

jest równy oporowi odcinka rzeczywistego.

L

ekw

=a

i

· l

i

[m]

a

i

– współczynnik przeliczeniowy średnic rurociągu wyrażony wzorem:

5















i

od

i

D

D

a

gdzie: D

od

– średnica odniesienia

D

i

– średnica rurociągu

Dla metody Adamka i Jariege’a średnica odniesienia wynosi: D

od

= 0,150 [m]

Dla metody analityczno-empirycznej średnica odniesienia jest równa średnicy

ostatniego odcinka instalacji.

Jeżeli średnica odniesienia D

od

= 0,150 m, a średnica D

i

= 0,185 m to :

35

,

0

5

















i

od

i

D

D

a

l

ekw

= 0,35l

i

l

i

–rzeczywista długość odcinka instalacji

Dla D

i

= D

od

a

i

= l

l

ekw

= l

i

Całkowita różnica wysokości między wylotem a wlotem instalacji wynosi :

H = h

upi

- h

wzi

[m]

gdzie: h

i

=l

i

sin

i

[m]

METODA ADAMKA

Jest to metoda opracowana w oparciu o bilans energetyczny pracy

instalacji z uwzględnieniem uogólnionego prawa Bernouliego, oraz na

podstawie pomiarów parametrów przepływu mieszaniny podsadzkowej

w instalacjach przemysłowych o średnicy rurociągu 0,150 m.

Uogólnione równanie Bernouliego dla cieczy rzeczywistych posiada

postać:

const.

h

2g

v

p

str

2













z

H – całkowita różnica wysokości instalacji między wlotem a wylotem [m],



m

- ciężar objętościowy mieszaniny podsadzkowej [T/m

3

],

- sprawność hydrodynamiczna instalacji,

 = 0,8 ÷ 0,88

L

ekw

– całkowita ekwiwalentna długość instalacji [m]

Rozporządzalne jednostkowe straty energetyczne przepływu mieszaniny

podsadzkowej w instalacji

obliczamy ze wzoru:

]

[

2

O

mH

L

H

I

ekw

m

E











Jednakowe

rzeczywiste

straty

energetyczne

przepływu

mieszaniny

podsadzkowej w instalacji o średnicy rurociągu 0,150 m w zależności od rodzaju

materiału podsadzkowego:


piasek d ≤ 2 mm



piasek + skała płonna d ≤ 14 mm



piasek + skała płonna d ≤ 50 mm

gdzie:

v

m

–

prędkość oporu mieszaniny podsadzkowej w rurociągu o średnicy

0,150 m [m/s]









]

/

[mH

10

9

,

2122

8

,

2057

1

,

58

13

2

4

2

m

O

v

I

m

m

m

E

































]

/

[mH

10

4

,

2170

6

,

2581

7

,

58

4

,

16

2

4

2

m

O

v

I

m

m

m

E

































]

/

[mH

10

5

,

3498

5

,

3381

6

,

64

3

,

19

2

4

2

m

O

v

I

m

m

m

E

























150

m

Erzecz

Erozp

v

I

I





dla D

i

≠ D

od

mod

2

2

4

4

v

D

v

D

od

mi

i











mod

2

v

D

D

v

i

od

mi

















kr

m

v

v 

Prędkość przepływu mieszaniny podsadzkowej w instalacji jest to taka minimalna

prędkość, poniżej której następuje osadzanie materiału podsadzkowego na dnie

rurociągu.

Jest to zarazem taka prędkość, przy której straty energetyczne przepływu osiągają

minimalną wartość.

Prędkość krytyczną

przepływu mieszaniny podsadzkowej w instalacji o średnicy

0,150 m w zależności od ciężaru objętościowego mieszaniny oblicza się z

następujących wzorów:


dla γ ≤ 1,3 T/m

3



dla 1,3 < γ ≤ 1,6 T/m

3



dla γ ≥ 1,6 T/m

3

[m/s]

04

,

5

284

,

1

491

,

8









d

v

kr

[m/s]

138

,

5

725

,

0

051

,

7









d

v

kr

[m/s]

231

,

5

147

,

0

519

,

5









d

v

kr

gdzie:
d – maksymalne uziarnienie
materiału

podsadzkowego

[mm]

Wskaźnik pewności ruchu mieszaniny podsadzkowej w instalacji

obliczamy

ze wzoru:

Minimalne wartości wskaźnika ruchu pewności w zależności od rodzaju materiału

podsadzkowego wynoszą:

 piasek M ≥ 1,1
 piasek + skała płonna M ≥ 1,2
 piasek + skała płonna M ≥ 1,3

1





kr

m

v

v

M

Natężenie przepływu mieszaniny podsadzkowej

w instalacji (wydajność

rurociągu):

]

/

[m

4

3600

3

2

h

v

D

Q

m

m









gdzie:

D – średnica rurociągu podsadzkowego [m],

V

m

- odpowiadająca danej średnicy prędkości przepływu.

Wydajność podsadzania hydraulicznego

obliczamy ze wzoru:

Q

p

= ·Q

m

[m

3

/h]

- wskaźnik efektywności podsadzania

=0,839(γ

m

-γ

w

)

γ

w

– ciężar właściwy wody podsadzkowej [T/m

3

]

METODA JARIEGE’A

Opracowana na podstawie pomiarów parametrów przepływu mieszaniny

podsadzkowej w instalacji o średnicy rurociągu równej 0,150 m.

Natężenie przepływu mieszaniny podsadzkowej

(wydajność rurociągu)

obliczamy ze wzoru:

]

/

[m

886

3

646

,

0

h

L

H

Q

ekw

m

















Wydajność podsadzania hydraulicznego

obliczamy ze wzoru:

]

/

[m

848

3

702

,

0

h

L

H

Q

ekw

p

















gdzie:
H - całkowita różnica wysokości instalacji podsadzkowej [m],
L

ekw

– całkowita ekwiwalentna długość instalacji [m].

Uzyskane tą metodą wyniki odnoszą się do max. zagęszczenia mieszaniny

podsadzkowej co oznacza, że γ

m

=1,7÷1,9 T/m

3

METODA

STATYSTYCZNA

Opracowana na podstawie pomiarów wydajności podsadzania za pomocą instalacji

przemysłowych o średnicy rurociągu równej 0,185 m, przy przepływie mieszaniny o

ciężarze objętościowym γ

m

=1,3÷1,8 T/m

3

.

Wydajność podsadzania hydraulicznego Q

p

w zależności od rodzaju materiału

podsadzkowego obliczamy ze wzoru:
•

dla piasku i skały płonnej d  14 mm

•

dla piasku i skały płonnej d  50 mm

•

dla piasku

]

/

[m

9

,

1162

3

134

,

0

h

e

Q

H

L

p







gdzie:

H – całkowita różnica wysokości instalacji podsadzkowej [m],

L – całkowita rzeczywista długość instalacji podsadzkowej [m].

]

/

[m

9

,

5008

3

-1,59

h

H

L

Q

p

















]

/

[m

65

5

,

925

3

h

H

L

Q

p







METODA

ANALITYCZNO- EMPIRYCZNA

Opracowana w oparciu o bilans energetyczny pracy instalacji podsadzkowej oraz na

podstawie pomiarów parametrów przepływu mieszaniny w instalacjach

laboratoryjnych i przemysłowych.

Jednostkowe rozporządzalne straty energetyczne

przepływu mieszaniny

podsadzkowej w instalacji:

]

/

[mH

2

m

O

L

H

I

ekw

m

E







[m]

1









n

n

i

i

ekw

l

a

L

gdzie:

Jednostkowe rzeczywiste straty energetyczne przepływu mieszaniny

podsadzkowej w instalacji

, w zależności od rodzaju materiału podsadzkowego

obliczamy ze wzoru:


piasek i skała płonna:



piasek:

]

/

[mH

746

,

2

10

764

2

2

6

m

O

v

D

c

D

I

m

v

m

E















gdzie:
v

m.

– prędkość przepływu mieszaniny podsadzkowej w instalacji [m/s],

D – średnica rurociągu podsadzkowego [m],
c

v

– koncentracja objętościowa mieszaniny podsadzkowej.

m

s

m

s

w

m

v

v

v

c

















gdzie:


s

– ciężar właściwy materiału podsadzkowego [T/m

3

],



m

– ciężar objętościowy mieszaniny podsadzkowej [T/m

3

]



w

– ciężar właściwy wody [T/m

3

]

]

/

[mH

962

,

1

10

764

2

2

6

m

O

v

D

c

D

I

m

v

m

E















WYZNACZENIE ZASIĘGU STREFY CIŚNIEŃ





[at]

10

max

a

I

H

p

E

m

S











gdzie:

H

S

- długość pierwszego odcinka instalacji [m],

γ

m

- optymalny ciężar objętościowy mieszaniny z metody Adamka [T/m

3

],

I

E

- jednostkowe straty przepływu według metody Adamka [mH

2

O/m],

a-współczynnik przeliczeniowy średnic dla metody Adamka.

Obliczenie rzutu poziomego Lp

[m]

cos

1









n

i

i

i

l

Lp



gdzie:
l

i

- długość kolejnych odcinków instalacji,

α

i

- kąty odchylenia od poziomu kolejnych odcinków instalacji.

WYZNACZANIE STREFY CIŚNIEŃ

CIĄG PIONOWY

H

a =

H

s

25/p

max

dla p

max

>25 at

H

b

= H

s

39/p

max

dla p

max

>64at

H

c

=H

s

-H

a

-H

b

dla 64< p

max

 100at

CIĄG POZIOMY

L

A

= L

p

25/p

max

dla p

max

>25at

L

B

=L

p

39/p

max

dla p

max

> 64at

L

C

=L

p

–L

A

–L

B

dla 64 <p

max

 100at

Wyznaczenie minimalnej dopuszczalnej grubości ścianek

rurociągu w poszczególnych strefach ciśnień

[mm]

2

10

3

min

r

i

i

k

D

p

g









gdzie:

p

i

- maksymalne ciśnienie w danej strefie, [at]

D

i

-średnica rurociągu, [m]

k

r

- dopuszczalne naprężenia rozciągające, [kG/cm

2

]

k

r

mieści się w przedziale 900 ÷ 1200 kG/cm

2

PŁUKANIE

INSTALACJI PODSADZKOWEJ

METODA ADAMKA

Jednostkowe rozporządzalne straty energetyczne przepływu wody w instalacji

obliczamy ze wzoru:

]

/

[mH

2

m

O

L

H

I

ekw

w

E







Jednostkowe rzeczywiste straty energetyczne przypływu obliczamy ze
wzoru:

]

/

[mH

10

8

,

42

2

4

2

150

m

O

V

I

W

EW









Porównując oba równania wyznaczamy V

W

[m/s]

10

8

,

42

4

2

ekw

W

W

L

H

V













Obliczenie czasu płukania rurociągu podsadzkowego t

pł

[s]

W

pł

V

L

t 

gdzie:

L-całkowita rzeczywista długość instalacji [m],

V

W

- prędkość przepływu wody [m/s]

Zużycie wody do płukania instalacji V

pł

.

]

[m

4

3

2

pł

W

pł

t

V

D

V











Czas podsadzania pustki poeksploatacyjnej

[h]

p

pustki

p

Q

V

t 

gdzie:

V

pustki

- objętość wyrobiska (pustki) do podsadzania,

V

pustki

=l

S

· h

S

· k

P

[m

3

]

gdzie:

l

S

,h

S

,k

P

- parametry podsadzanego wyrobiska

l

S

- długość ściany [m],

h

S

- wysokość ściany [m],

k

P

- krok podsadzania [m]

Q

P

- optymalna wydajność podsadzania wg metody Adamka.

Całkowity czas podsadzania

T

P

= t

P

+2·t

pł

POWIERZCHNIOWE

URZĄDZENIA PODSADZKOWE

ZBIORNIK MATERIAŁÓW PODSADZKOWYCH

Wymaganą pojemność zbiornika materiałów podsadzkowych V

ZMP

oblicza się ze

wzoru:

V

ZP

= ω · Q + Z [m

3

]

gdzie:

Q- dobowe zapotrzebowanie materiałów podsadzkowych liczone ze wzoru:











k

i

Pi

Si

Si

k

h

l

Q

1

gdzie: k – liczba punktów odbioru mieszaniny podsadzkowej

Z - zapas przeciwpożarowy

ω= f (Q, m, Q

Pśr

)

gdzie:

m - współczynnik zwiększający pojemność zbiornika zależny od długości drogi

transportu materiału podsadzkowego do kopalni

Q

Pśr

-średnia wydajność podsadzania [m

3

/h]

]

/

[m

1

3

1

h

Q

k

Q

k

i

Pi

Pśś









gdzie:

Q

P

- z metody Adamka

MINIMALNA POJEMNOŚĆ ZBIORNIKA MATERIAŁÓW

PODSADZKOWYCH

V

Zmpmin

gdzie:

Q

zm

- zmianowe zapotrzebowanie materiałów podsadzkowych [m

3

]

zp

zm

n

Q

Q 

V

Zmpmin

=2·Q

zm

[m

3

]

n

zp

- liczba zmian podsadzkowych

ZBIORNIK WODY PODSADZKOWEJ

Pojemność zbiornika wody podsadzkowej przy poborze wody z własnego ujęcia

V

Zwp

V

Zwp

= 0,166·n

o

·Q+e·Z [m

3

]

gdzie:

n

o

- teoretyczna liczba zestawów zmywczych























k

n

O

5

,

0

Q

Q

2

,

1

16

1

P

gdzie:

Q- dobowe zapotrzebowanie materiałów podsadzkowych [m

3

],

Q

Pśr

- średnia wydajność podsadzania [m

3

/h],

k- liczba punktów odbioru mieszaniny

e - stosunek objętościowy wody do materiału podsadzkowego w mieszaninie

V

V

w

m

m

s

S

W

C

C

1

V

V

e





















POJEMNOŚĆ ZBIORNIKA WODY PODSADZKOWEJ PRZY

POBORZE WODY Z OSADNIKÓW WÓD DOŁOWYCH

V

Zwp

V

Zwp

=V

1

+0,2 · k · Q

Pśr

+e · Z [m

3

]

gdzie:

V

1

- pojemność zbiornika zależna od:

V

1

=f (Q

W

, t)

Q

W

- dobowe zapotrzebowanie wody podsadzkowej

]

[m

2

)

1

(

3

1

1





















k

i

pli

pi

vi

k

i

mi

W

V

t

C

Q

Q

ZESTAWY ZMYWCZE.

ILOŚĆ ZESTAWÓW ZMYWCZYCH W PODSADZKOWNI

PRACUJĄCEJ DLA POTRZEB JEDNEJ KOPALNI

n = n

O

+z

O

gdzie:

n

O

- teoretyczna liczba zestawów zmywczych

z

O

- rezerwa zestawów zmywczych zależna od Q

m

Całkowita głębokość skrzyni podsadzania w zależności od rodzaju leja zmywczego

wynosi:

SKRZYNIA PODSADZKOWA

Użyteczną pojemność skrzyni podsadzkowej obliczamy ze wzoru:

V

SP

= ε · Q

Pmax

· (0,6+e) [m

3

]

gdzie:

ε- współczynnik zależny od sposobu regulacji dopływu mieszaniny do leja

podsadzkowego.

Q

Pmax

- maksymalna wydajność podsadzania [m

3

/h],

e- stosunek wody do materiału podsadzkowego w mieszaninie

Dla leja pionowego:

H = h + 1 [m]

gdzie:

h - użyteczna głębokość skrzyni podsadzkowej zależna od natężenia przepływu

mieszaniny podsadzkowej Q

m

Dla leja nachylonego:

H = h + l + 1 [m]

gdzie:

l - użyteczna wysokość leja podsadzkowego

CZĘŚĆ

TEORETYCZNA

Opis technologii podsadzania hydraulicznego:

 organizacja procesu podsadzania,

 tamowanie podsadzanego wyrobiska,

 wytwarzanie mieszaniny podsadzkowej,

 rozpoczynanie i kończenie podsadzania,

 kontrola procesu podsadzania,

 płukanie instalacji podsadzkowej,

 odprowadzanie i oczyszczanie wody podsadzkowej.

CZĘŚĆ

GRAFICZNA

Wymagane rysunki i schematy:

 profil geometryczny instalacji podsadzkowej,

 metoda graficzna wyznaczania prędkości przepływu mieszaniny

podsadzkowej,

 graficzna analiza pracy instalacji podsadzkowej,

 zasięg stref ciśnienia instalacji podsadzkowej,

 schemat zbiornika podsadzkowego,

 schemat podsadzanego wyrobiska,

 przekroje podsadzanego wyrobiska

PRZYDATNA LITERATURA

1. R. Adamek: Podsadzanie wyrobiska górniczego, skrypt Politechniki

Śląskiej nr 1088, Gliwice 1983r;

2. M. Krysik – Podsadzka hydrauliczna w górnictwie, Wydaw."Śląsk",

1981 -231 s; Katowice.

3. Poradnik Górnika – tom II, III, IV, (odpowiednie rozdziały).

4. T. Bielewicz, B. Prus, J. Honysz: Górnictwo – cz. II, Śląskie

Wydawnictwo Techniczne, Katowice 1994r.

DZIĘKUJĘ