Opis patentowy opublikowano: 30.12.1978 97220 MKP E21f 15/00 Int. C1.2 E21F 15/00 CLY \ llNIA Ur-edu Pjieatowego liW.t| liiilHi»wi Twórcy wynalazku: Zbigniew Naporowski, Gabriel Kedzierski, Wladyslaw Magiera Uprawniony z patentu: Kombinat Górniczo-Hutniczy Miedzi, Zaklady Badawcze i Projektowe Miedzi „Cuprum", Wroclaw (Polska) Sposób obnizania cisnienia mieszaniny w instalacjach podsadzki hydraulicznej, szczególnie w glebokich kopalniach Dziedzina techniki. Wynalazek dotyczy sposobu obnizania cisnienia roboczego mieszaniny podsadz¬ kowej w instalacjach podsadzki hydraulicznej, a szczególnie w instalacjach posiadajacych dlugie odcinki pionowe.Stan techniki. Stosowanie podsadzki hydraulicz¬ nej przy wybieraniu kop"alin uzytecznych, których eksploatacja przesuwa sie systematycznie na coraz wieksza glebokosc powoduje, ze instalacje pod¬ sadzkowe posiadaja coraz dluzsze odcinki pionowe.W instalacjach tych wystepuja duze cisnienia mieszaniny, wprost proporcjonalne do dlugosci od¬ cinka pionowego oraz do róznicy ciezaru wlasci¬ wego i jednostkowych strat energetycznych prze¬ plywajacej tym odcinkiem mieszaniny podsadz¬ kowej.Duze cisnienie mieszaniny stwarza znaczne trud¬ nosci w prawidlowej eksploatacji instalacji pod¬ sadzkowej powodujac rozrywanie rur, nieszczel¬ nosc na zlaczach oraz wplywa na wzrost kosztu podsadzania, a tym samym calkowitego kosztu eksploatacji górniczej. Dotychczasowe kierunki roz¬ wiazan tego problemu pomimo wielu propozycji i prób nie znalazly praktycznego zastosowania.Rozwiazanie wedlug patentu polskiego nr. 54209 przewiduje na przyklad zastosowanie poziomej hy¬ draulicznej bocznicy oporowej podlaczonej do pio¬ nowego rurociagu podsadzkowego nad poziomem eksploatacyjnym. Mieszanina podsadzkowa prze¬ plywajac przez bocznice redukuje swoja energie 80 o wartosc strat energetycznych zuzytych na poko¬ nanie oporów ruchu w bocznicy, czyli na tarcie miedzyczasteczkowe mieszaniny oraz scieranie ru¬ rociagu. Rozwiazanie to narzuca potrzebe wykona¬ nia wyrobisk korytarzowych na odpowiednim po¬ ziomie nad poziomem eksploatacyjnym. Wykonanie takich wyrobisk przeznaczonych specjalnie na zlo¬ kalizowanie w nich bocznicy oporowej jest bardzo klopotliwe i wymaga duzych nakladów inwesty¬ cyjnych. W niektórych przypadkach, jak na przy¬ klad w nowych kopalniach rud miedzi, usytuowa¬ nie dodatkowych wyrobisk w odpowiednim miejscu nad poziomem eksploatacyjnym ze wzgledu na warunki hydrogeologiczne jest praktycznie nie¬ mozliwe.Inne rozwiazania wedlug patentu nr. 58854 po¬ lega na zabudowaniu w szybie lub jego bezposred¬ nim sasiedztwie zarnknietego zbiornika zaopatrzo¬ nego w rurociag doprowadzajacy mieszanine z po¬ wierzchni, rurociag odpowietrzajacy mieszanine oraz rurociag odprowadzajacy odpowietrzona mie¬ szanine do podsadzanego wyrobiska. Z zasady pracy tego urzadzenia wynika, ze w rurociagu do¬ prowadzajacym wystepuje swobodne spadanie mie¬ szaniny podsadzkowej co powoduje kilkakrotnie intensywniejsze zuzycie rurociagu na tym odcin¬ ku. Równiez usytuowanie zbiornika w szybie lub jego bezposrednim sasiedztwie jest z reguly utrud¬ nione ze wzgledów technicznych i technologicz¬ nych, a w wielu wypadkach nawet niemozliwe. 97 22097 220 3 Istota wynalazku. Niedogodnosci dotychczas pro¬ ponowanych rozwiazan, które uniemozliwialy ich szerokie praktyczne zastosowanie, zostaly usuniete w rozwiazaniu wedlug niniejszego wynalazku, któ¬ ry eliminuje trudnosci realizacji dotychczasowych rozwiazan.Istota sposobu obnizania cisnienia mieszaniny w instalacji podsadzki hydraulicznej, szczególnie w glebokich kopalniach, polega na takim zróznico¬ waniu srednicy pionowego odcinka, w którym na¬ stepuje nadmierny przyrost cisnienia w stosunku do srednic pozostalych odcinków instalacji, aby w wyniku tego zróznicowania srednica odcinka pio¬ nowego byla zawsze mniejsza od hydraulicznie ekwiwalentnej srednicy pozostalych odcinków in¬ stalacji podsadzkowej.Uzyskuje sie to przez: — zmiane rur -podsadzkowych zabudowanych w juz istniejacych instalacjach w odcinku piono¬ wym, na rury o mniejszej srednicy, — zmiane rur podsadzkowych, w niektórych lub wszystkich odcinkach instalacji za wyjatkiem odcinka pionowego, na rury o srednicy wiek¬ szej, — zmiane rur podsadzkowych w odcinku piono¬ wym na rury o srednicy mniejszej przy równo¬ czesnej zmianie rur w innych odcinkach na rury o srednicy wiekszej.Zastosowanie jednego z wymienionych warian¬ tów uzaleznione jest od wielkosci o jaka nalezy obnizyc cisnienie mieszaniny podsadzkowej oraz mozliwosci uzyskania rur o wyznaczonych sred¬ nicach, przy czym predkosc mieszaniny podsadz¬ kowej w zadnym odcinku instalacji nie powinna byc mniejsza od predkosci krytycznej przy której nastepuje osiadanie transportowanych cial stalych na dnie rury.Przez mozliwosc uzyskania rur o wyznaczonych srednicach, rozumie sie mozliwosc zakupu rur o srednicach wyznaczonych wedlug ponizszych wzo¬ rów sposród aktualnie produkowanych w danym kraju lub mozliwosc uruchomienia produkcji ta¬ kich rur.Hydraulicznie ekwiwalentna srednice, dla odcin¬ ków instalacji o róznej dlugosci i srednicy rze¬ czywistej, wyznacza sie nastepujacym wzorem: i = n _l_ = y ji_ D5e .Al D5i i = I gdzie: L — sumaryczna dlugosc odcinków o dlugosci lj i = n i róznych srednicach Di; L = N li, m, i = n De — srednica hydraulicznie ekwiwalentna, m.Wartosc cisnienia mieszaniny podsadzkowej w najnizszym punkcie odcinka pionowego jest tym mniejsza im mniejszy jest stosunek srednicy od¬ cinka pionowego do ekwiwalentnej srednicy pozo¬ stalych odcinków instalacji.Stosunek tych srednic wyznaczany jest za pomo¬ ca wzoru: D*s = h[y(H —h) + p] D*e L(h«Y— P) 40 45 50 55 60 gdzie: Ds — srednica odcinka pionowego, m, De — srednica hydraulicznie ekwiwalentna in¬ stalacji podsadzkowej z wylaczeniem od¬ cinka pionowego, m, h — dlugosc odcinka pionowego, m, H — róznica niwelacyjna wlotu i wylotu insta¬ lacji podsadzkowej, m, Y — ciezar wlasciwy mieszaniny podsadzkowej, T/m3, p — cisnienie mieszaniny podsadzkowej w naj¬ nizszym punkcie odcinka pionowego, m slupa HjO, L — dlugosc instalacji podsadzkowej zmniejszo¬ na o dlugosc odcinka pionowego, m.Sposób wedlug wynalazku nadaje sie do stoso¬ wania zarówno przy projektowaniu nowych, jak tez w trakcie eksploatacji juz istniejacych insta¬ lacji podsadzki hydraulicznej. Sposób ten pozwala na praktyczne i dowolne redukowanie cisnienia mieszaniny w instalacji podsadzkowej.Przyklad realizacji wynalazku. Przedmiot wyna¬ lazku jest dokladniej wyjasniony w oparciu o przy¬ kladowe obliczenie parametrów instalacji podsadz¬ kowej, która uwidoczniono równiez na rysunku, przedstawiajacym schemat tej" instalacji podsadzki hydraulicznej w rzucie pionowym.Przyjeto nastepujace dane: H = 1100 m h = 1000 m Y = 1,8 T/m8 h = 1500 m 12 = 1000 m 13 = 1200*m Di = 0,185 m D2 = 0,170 m D3 = 0,185 m W zwiazku z powyzszym na rysunku liczbami 1, 2, 3, 4, 5 oznaczono poczatek lub koniec odcin¬ ka instalacji o okreslonej rzeczywistej srednicy Di.Srednica ekwiwalentna dla tej instalacji podsadz¬ kowej na dlugosci od punktu Z do 5 czyli dla su¬ my odcinków li + 12 + I3 wynosi: 13 Di + la D52 D«3 D5e De = 0,180 m.W przypadku stosowania tradycyjnego ukladu instalacji podsadzkowej, to znaczy gdyby instalacja zbudowana byla z rur o jednakowej srednicy za¬ równo w pionie jak i w poziomie, maksymalne ci¬ snienie mieszaniny podsadzkowej w instalacji wy¬ nosilaby: h»rH P = h'Y- h + L p = 1379 m slupa H20 czyli p ^ 138 kG/cm2 Zalozono, ze maksymalne cisnienie robocze mie¬ szaniny podsadzkowej nie powinno przekraczac 60 kG/crri2 czyli 600 m slupa H2Q. Przyjeto wa¬ riant dostosowania srednicy Ds rur odcinka piono¬ wego do istniejacej instalacji podsadzkowej na od¬ cinku od szybu do podsadzanej pustki o .srednicy ekwiwalentnej De = 0,180 m.Srednica Ds rur odcinka pionowego powinna wy¬ nosic: - D5s h[Y(H-h)+p] D*e L [h • Y ; p] Ds ^ 0,127 m Mozna przyjac rury o srednicy wewnetrznej Ds np. 0,125 m.97 220 6 PL