POLITECHNIKA ÅšL
SKA
WYDZIAA
INŻYNIERII MATERIAA
OWEJ I METALURGII
Kierunek: Zarządzanie i inżynieria produkcji
Rodzaj studiów: Niestacjonarne
Tadeusz WAWRZUSISZYN
Dawid TYBUSZEWSKI
Grzegorz KASPEREK
Budowa rurociągu głównego odwodnienia dla KWK Brzeszcze
KierujÄ…cy projektem:
mgr inż. A
ukasz Poloczek
Tychy, styczeń 2015
Budowa rurociągu głównego odwodnienia dla KWK Brzeszcze
Dla p. Dr inż. Jacek PIEPRZYCA
Zakres projektu:
- Charakterystyka rurociÄ…gu
- Podstawa obliczeń
- Obliczenia podpory
- Wyposażenie dodatkowe
- Wnioski
KierujÄ…cy projektem:
& & & & & & & & & & & & & & & & .
(tytuł/stopień naukowy, imię i nazwisko)
Tychy,& & & & & & & & & & & &
Spis treści
Spis oznaczeń i symboli ............................................................................................................. 4
1. Wstęp .................................................................................................................................. 5
1.1. Założenia projektu ....................................................................................................... 5
2. Charakterystyka rurociÄ…gu. ................................................................................................. 6
2.1. Warunki wykonania..................................................................................................... 7
2.2. Zabezpieczenie antykorozyjne .................................................................................... 8
3. Podstawa obliczeń............................................................................................................... 8
3.1. Materiały konstrukcyjne .............................................................................................. 9
3.2. Współczynniki bezpieczeństwa ................................................................................... 9
3.3. Naprężenia dopuszczalne ............................................................................................ 9
4. Obliczenia podpory P  1 (dwuteownik 400) ................................................................... 11
5. Wyposażenie dodatkowe.................................................................................................. 12
6. Wnioski ............................................................................................................................. 12
Literatura .................................................................................................................................. 13
Spis oznaczeń i symboli
k - naprężenia dopuszczalne
Rm - granica wytrzymałości na rozciąganie
n - współczynnik bezpieczeństwa
G - dÅ‚ugość rurociÄ…gu · masa rur
Gw - masa kołnierzy , kompensatora, rury wsporczej
g - przyspieszenie ziemskie
ps - ciśnienie statyczne
pud - ciśnienie uderzenia fali e" 0,25
po - ciśnienie obliczeniowe
h - różnica wysokości w metrach
- gęstość właściwa przepływającego czynnika
B - szerokość szczeliwa m metrach
- współczynnik tarcia szczeliwa o rurę bagnetową
Ft - obciążenie wywołane oporem tarcia kompensatora dławikowego
Fr - obciążenie odcinka rurociągu wywołane masą własną
Fpk - obciążenie wywołane ciśnieniem przepływającego czynnika na powierzchnię
czołową rury kompensatora
Fp - Obciążenie podpory pośredniej rurociągu
Dz - średnica zewnętrzna
Dw - średnica wewnętrzna
Mg - moment gnÄ…cy
- naprężenia dopuszczalne
g max
wx - wskaz
nik wytrzymałości przekroju
4
1. Wstęp
Nasz projekt jest odpowiedziÄ… na zapotrzebowanie kopalni brzeszcze. KWK
Brzeszcze zaplanowała remont rurociągu głównego odwodnienia DN 250 . Remont polegać
ma na wymianie pomp i demontażu i montażu nowego rurociągu wraz z podporami w miejsce
starego rurociągu w szybie i częściowo na poziomie. Rurociąg ten łączy ze sobą dwie
pompownie. Pompownia na poz. 700m pompuje wodÄ™ kopalnianÄ… na poz.400m i dalej na
powierzchniÄ™. RurociÄ…g z poz. 700 na poz. 400 jest zabudowany w szybie AVIII, dalej
biegnie na poziomie 400 do pompowni , skÄ…d przez szyb A II wychodzi na powierzchniÄ™.
Długość rurociągu na poziomie 400 wynosi 370m, co daje nam łączną sumę 1070 m rur.
Poziom 400 jest wyłączony z ruchu. Wydobycie na tym poziomie zakończone zostało 9 lat
temu. Na chwilę obecną łączna długość wyrobisk na tym poziomie wynosi 5600m.
Utrzymywane są tylko ze względu na pompownię. Nasza firma opracowała projekt budowy
nowego rurociągu , bezpośrednio z poziomu 700m na powierzchnię, co pozwoli w przyszłości
na trwałą likwidację poz. 400.
1.1. Założenia projektu
Nasz zakład jest w stanie przeprowadzić wymianę rurociągu wraz z podporami. Biorąc
pod uwagę fakt ,że dostęp do szybu jest bardzo ograniczony i są to tylko dwie zmiany robocze
weekendowe, rurociąg nie będzie skręcany z rur 6-cio metrowych, jak to wcześniej było
wykonywane przez oddział szybowy kopalni lecz będą opuszczane przy pomocy kołowrotu
Kuba -10 spawane ze sobą ciągi rur o długości ok. 30m. Przy użyciu tej technologii jesteśmy
w stanie budować 6m rurociągu więcej tygodniowo. Pozwoli to również na użycie mniejszej
liczby połączeń kołnierzowych. Utrudnieniem będzie zakup ( w tym przypadku dopływ wody
wynosi ponad 1 m3)1 trzech pomp o większej wysokości podnoszenia . Koszty z tym
związane będą częściowo pokryte z oszczędności pozyskanych z odstąpienia z demontażu
rurociÄ…gu na poziomie 400. Odcinek ten zostanie w zlikwidowanych wyrobiskach.
1
Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy,
prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach
górniczych
5
Szyb AVIII Szyb AII
Poz.400
POMPOWNIA
pompownia
Poz.500
Poz.700
POMPOWNIA
pompownia
Rys.1 Schemat budowy rurociÄ…gu ; nowy rurociÄ…g stary rurociÄ…g
2. Charakterystyka rurociÄ…gu.
Rurociąg będzie zabudowany północnej części szybu, w osi klatki
wielkogabarytowej. Wykonany będzie z rur walcowanych bez szwu ł273x12 mm i ł273x22
mm ze stali P235 . Rurociąg będzie podparty za pomocą rur wsporczych na podporach
stałych .Podpory pośrednie zlokalizowane będą na głębokościach 87m,174m , 261m, 348m,
435m, 522m, 609m, a podpora główna na 696m. Podpory pośrednie wykonane będą z
dwuteowników 400, a podpora główna z blachownicy 1000 (spawanej , wzmacnianej
żebrami) . Na dz
wigarach pomocniczych stałych( 2x dwuteownik 360) zabudowane będą rury
wsporcze. Pod podporami stałymi pośrednimi zabudowane będą kompensatory dławikowe.
Konstrukcje prowadzące rurociąg rozmieszczone będą co 12 metrów. Pod zrębem
6
umiejscowiony zostanie przepływomierz elektroniczny oraz zasuwa. Nad wlotem do
poziomu 700 m zabudowana będzie zasuwa.
2.1. Warunki wykonania
Odcinki rur będą ze sobą spawane o długości 16-30m do których na obu końcach
przyspawane będą kołnierze z szyjką na ciśnienie nominalne 1,6-10 MPa. Rurociąg będzie
montowany z dołu do góry. W związku z tym dz
wigary pomocnicze podpór stałych zostaną
zabudowane przed przystąpieniem do montażu kolejnego odcinka rurociągu, natomiast
konstrukcje prowadzące będą montowane sukcesywnie w trakcie montażu.
Rury będą cięte z użyciem palnika acetylenowo-tlenowego na długości ok. 6m . Przy pomocy
kołowrotu Kuba -10 wstawiane będą na stanowisko formowania ciągów zabudowane 5 m pod
zrębem szybu. Opuszczany odcinek zostanie zamocowany w obejmie montażowej , a lina
kołowrotu uwolniona. Następny wprowadzany odcinek będzie spawany do poprzedniego.
Proces ten będzie powtarzany aż do uzyskania pożądanej długości . Uformowany w ten
sposób ciąg rur opuszczony zostanie przy pomocy kołowrotu w miejsce zabudowy.
Konstrukcje prowadzące będą kotwione do obudowy szybu kotwami W1/320.
Rys 2. Stanowisko formowania ciągów
7
2.2. Zabezpieczenie antykorozyjne
Elementy rurociągu oraz konstrukcje wsporcze należy zabezpieczyć przez pokrycie
ich powłokami malarskimi. Powierzchnie przeznaczone do malowania powinny być
oczyszczone do 3 stopnia czystości wg. PN-70/H-97050. Do zastosowania proponowany jest
zestaw ftalowy , zgodny z tabelą nr 4 , przy założeniu II (średniego) stopnia agresywności
korozyjnej środowiska kopalnianego2 .
Zestaw ftalowy:
1) Farba ftalowa modyfikowana do gruntowania przeciwrdzewna chromianowa
tiksotropowa symbol SWA 3221-018-XX0 KTM 1313-221-13X-XXX
-ð jedna warstwa o gruboÅ›ci 60 µm
-ð czas do malowania kolejnej warstwy 2 -21 dni
2) Emalia ftalowa dla okrętownictwa nadwodna I malowanie ;
symbol: SWA 3262-053-XX0 KTM 1313-262-13X-XXX
-ð dwie warstwy o gruboÅ›ci 35 µm każda
-ð czas do malowania kolejnej warstwy 1-10 dni
3) Emalia ftalowa modyfikowana do okrętownictwa nadwodna II malowanie
symbol: SWA 3262-054-XX0 KTM 1313-262-13X-XXX
-ð dwie warstwy o gruboÅ›ci 35 µm każda
-ð czas do malowania kolejnej warstwy 1 doba
Wymagana caÅ‚kowita grubość powÅ‚ok 200 µm.
3. Podstawa obliczeń
Obliczenia wykonuje się dla rurociągu głównego odwodnienia prowadzonego od
lunety na poziomie 700 m do zrębu szybu. Dz
wigar główny każdej podpory wykonany z
profili walcowanych jest wmurowany do obudowy szybu, natomiast dz
wigary pomocnicze
wykonane również z profili walcowanych będą jednym końcem wmurowane a drugim
wsparte na dz
wigarze głównym. Na dz
wigarach pomocniczych będzie zabudowana rura
2
BN-74/1071-04 Mikroklimat kopalniany  Oznaczanie szybkości korozji i klasyfikacja agresywności
korozyjnej względem stali węglowej zwykłej jakości.
8
wsporcza. Obliczenia rurociągu oraz podpór przeprowadzono zgodnie z zasadami
projektowania3 .
3.1. Materiały konstrukcyjne
stal S355JR o Rm = 490 MPa
podpór
stal S235 o Rm= 380 MPa
rur stal P235T o Re = 235 MPa
śrub stal o Rm= 500MPa i Re= 400 MPa
Obudowa szybu beton kl. B 154 o Rc = 11,3 MPa
3.2. Współczynniki bezpieczeństwa
-ð dla konstrukcji podpór
n e" 5,o (dla środowiska mokrego korozyjnego)
-ð dla rur
x1 = 1,8 (dla rur z zaświadczeniem jakości materiału)
3.3. Naprężenia dopuszczalne
(3.3.1)
Gdzie:
k - naprężenia dopuszczalne
Rm - granica wytrzymałości na rozciąganie
n - współczynnik bezpieczeństwa
-ð dla konstrukcji podpór
k1 = = 76,0 MPa
k2 = = 98,0 MPa
-ð dla rur
k3 = = = 130,6 MPa
Obciążenie odcinka rurociągu wywołane masą własną dla podpory nr 1 zabudowanej na
poziomie 87 m. (Fr)
3
PN-G-05011:1997 RurociÄ…gi szybowe. Zasady projektowania .
4
Zygmunt Kawecki, Zasady projektowania kopalń, Śląskie Wydawnictwo Techniczne, Katowice 1993
9
(3.3.2)
Gdzie:
G - dÅ‚ugość rurociÄ…gu · masa rur
Gw - masa kołnierzy , kompensatora, rury wsporczej
g - przyspieszenie ziemskie
Fr = 86 · 152,9 + (111 + 92 + 78 )· 9,81 ·10-6 = 0,132 MN
Ciśnienie obliczeniowe w miejscu zabudowy kompensatora (po)
(3.3.3)
Gdzie:
ps - ciśnienie statyczne
pud - ciśnienie uderzenia fali e" 0,25
(3.3.4)
Gdzie:
h - różnica wysokości w metrach
- gęstość właściwa przepływającego czynnika kg/m3
ps = 88 · 1000 · 9,81 · 10-6 = 0,86 MPa
pud = 0,25 · 0,86 = 0,22 MPa
po = 0,86 + 0,22 = 1,08 MPa
Obciążenie wywołane oporem tarcia kompensatora dławikowego podczas
wydłużania lub skracania ( Ft)
(3.3.5)
Gdzie:
Dz - średnica zewnętrzna
B - szerokość szczeliwa m metrach wg. tab. nr 6.
- współczynnik tarcia szczeliwa o rurę bagnetową ( dla sznura bawełnianego
Å‚ojowanego 0,25)
Ft = 3,14 · 0,273 · 0,120 · 0,25 · 1,08 = 0,028 MN
Obciążenie wywołane ciśnieniem przepływającego czynnika na
powierzchnię czołową rury kompensatora (Fpk)
(3.3.6)
Gdzie:
Dw - średnica wewnętrzna
10
Fpk = (0,2732 + 0,2502) · 1,08 = 0,010 MN
Obciążenie podpory pośredniej rurociągu wynosi (Fp)
(3.3.7)
Fp = 0,132 + 0,028  0,010 = 0,15 MN = 1500 daN
4. Obliczenia podpory P  1 (dwuteownik 400)
Fp = 1500 daN
a1 = 4810mm
b1 = 1580 mm
l = 6390 mm
Wx = 1460 daN/cm3
(4.1)
RA= = 370,89 [daN]
(4.2)
RB = 1500  370,89 = 1129,11 [daN]
(4.3)
11
Mg = 44110,95 [daNcm]
(4.4)
=
g max
= = 30,21 [daN/cm2]
g max
n = =
Zastosowany dwuteownik spełnia założony współczynnik bezpieczeństwa.
5. Wyposażenie dodatkowe
Na poziomie 700 m do istniejącego układu kolektorów zostanie zabudowana zasuwa
średniociśnieniowa z zaworem obiegowym Pn 100. Do zasuwy zostanie wpięty nasz rurociąg.
Posłuży ona do odcięcia rurociągu w szybie w przypadku wymiany pompy lub remontu
kolektorów. Dzięki zaworowi obiegowemu będzie można wyrównać Ciśnienie przed i za
zasuwą lub też spuścić wodę z odcinka zabudowanego w szybie. Na zrębie szybu zostanie
zabudowana zasuwa bez zaworu na ciśnienie 1,6 Mpa.
Pod każdą rurą wsporczą zabudowany zostanie kompensator dławikowy. Kompensatory tego
typu służą do kompensacji dużych wydłużeń osiowych , niwelują naprężenia w rurociągach
powstałe w skutek oddziaływania czynnika (np. ciepłownicze). Około 10 metrów pod zrębem
szybu zostanie zabudowany przepływomierz elektromagnetyczny. Pozwoli on na stałą
kontrolę przepływu wody a co za tym idzie pracy pompy.
6. Wnioski
Wybierając nasze rozwiązanie w przyszłości zakład będzie przystosowany do likwidacji
nieużywanego poziomu. Co za tym idzie obniży to zaangażowanie w jego utrzymywanie, a
mianowicie : trzy zmianowy charakter obsługi pompowni, dobowe kontrole składu atmosfery,
okresowe kontrole rurociągów ppoż. , obudowy itp. Utrzymywanie starych wyrobisk będzie
wiązało się ze zwiększonymi nakładami finansowymi związanymi z przebudową
niszczejących chodników. Jest to rozwiązanie nie chwilowe, doraz
ne lecz pozwala myśleć
przyszłościowo.
12
Literatura
[1.] RozporzÄ…dzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r. w sprawie
bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego
zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych
[2.] BN-74/1071-04 Mikroklimat kopalniany  Oznaczanie szybkości korozji i
klasyfikacja agresywności korozyjnej względem stali węglowej zwykłej jakości.
[3.] PN-G-05011:1997 RurociÄ…gi szybowe. Zasady projektowania.
[4.] Zygmunt Kawecki, Zasady projektowania kopalń, Śląskie Wydawnictwo Techniczne,
Katowice 1993
13