POLITECHNIKA WROCŁAWSKA
WYDZIAŁ GEOINŻYNIERII, GÓRNICTWA I GEOLOGII
PROJEKT INSTALACJI DO
WYKORZYSTANIA ODPADÓW W
TECHNOLOGII PODSADZANIA
WROCŁAW 2007/2008
SPECJALNOŚĆ…….
SEMESTR ………….
WYKONAŁ…………..
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
= 0,35l
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