PL226064B1 - Sposob i uklad do wspomagania przeplywu mediow, podczas plukania rurociagow podsadzkowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do wspomagania przepływu wody technologicznej i mieszaniny podsadzkowej, podczas płukania rurociągów hydraulicznej instalacji podsadzkowej, stosowanej w procesie grawitacyjnego hydrotransportu mieszaniny do podsadzanej przestrzeni poeksploatacyjnej, w kopalniach głębinowych.

Przestrzeń poeksploatacyjną, po wydobyciu kopalin użytecznych w kopalniach głębinowych, wypełnia się między innymi podsadzką hydrauliczną, uzyskiwaną z materiału ziarnistego, zwykle piasku i wody technologicznej. Stosowane instalacje podsadzkowe wyposażone są najczęściej w zbiorniki materiału podsadzkowego i wody technologicznej, skrzynię podsadzkową, do której zmywany jest materiał podsadzkowy, lej podsadzkowy oraz rurociągi sieci podsadzkowej, których charakterystyki zapewniają grawitacyjny i turbulentny przepływ mieszaniny do podsadzanych miejsc.

Opisane w polskim patencie PL 117793 urządzenie do przenoszenia materiału podsadzkowego do wyrobiska górniczego pod ziemią, przewodami rurowymi za pomocą strumienia wody, w pionowej części zawiera rurę spadową dla materiału podsadzkowego i rurę do zatapiania materiału podsadzkowego. Poziomą część urządzenia stanowi rura mieszania i przewód tłoczny materiału podsadzkowego. Woda do zatapiania materiału podsadzkowego doprowadzana jest za pomocą przewodu ze zbiornika wody.

Urządzenie do dozowania mieszaniny podsadzkowej do odległych podsadzanych wyrobisk górniczych opisane w polskim patencie PL 167186, charakteryzuje się tym, że w pobliżu podsadzanego wyrobiska górniczego jest prowadzony silnie nachylony odcinek rurociągu podsadzkowego, powodujący zwiększenie w nim prędkości strugi podsadzki hydraulicznej, zaś w górnej jego części jest wprowadzony lejem zasypowym, pod kątem ostrym kamień kruszony podawany grawitacyjnie zsuwnią rurową. Nachylony odcinek rurociągu podsadzkowego jest podłączony swym górnym wlotem do dostawczego rurociągu podsadzkowego, transportującego z powierzchni kopalni podsadzkę hydrauliczną, natomiast swym dolnym wylotem do końcowego odcinka rurociągu podsadzkowego, transportującego mieszaninę podsadzki hydraulicznej z kamieniem kruszonym do wyrobiska górniczego. Zsuwnia rurowa kamienia kruszonego jest przyłączona od spodu poprzez stożkowaty wylot do leja zasypowego, zaś z góry poprzez przesyp kierunkowy do wysypu przenośnikowego kamienia kruszonego.

Znana z innego polskiego patentu PL143340 instalacja do wykonywania podsadzki złożona jest ze zbiornika materiału podsadzkowego, leja oraz rurociągów w szybach i na poziomach głębinowej kopalni. Instalacja ma ponadto, na wlocie do podsadzkowego leja, zbiorniki lotnych popiołów, połączone podajnikiem z mieszalnikiem oraz zbiornik flotacyjnych odpadów, połączony z ssącym króćcem pompy połączonej tłoczącym króćcem z mieszalnikiem, którego wylot połączony jest ze zbiornikiem podsadzkowej mieszaniny. Wylot ze zbiornika podsadzkowej mieszaniny połączony jest z zsypnią łączącą zbiornik popłuczkowego kamienia z podsadzkowym lejem.

Rurociągi w instalacjach podsadzkowych w kopalniach głębinowych, zwykle charakteryzujące się profilem zbliżonym do litery „L”, składają się z odcinka pionowego, zabudowanego w szybie lub otworze wiertniczym i z odcinka zabudowanego w wyrobiskach dołowych, zwykle poziomego. Z uwagi na konfigurację wyrobisk dołowych, którymi biegnie trasa rurociągu podsadzkowego, zdarzają się odcinki rurociągu o zmiennym nachyleniu, z których najmniej korzystne, dla prawidłowego przebiegu podsadzania wyrobisk, są wznoszące się części rurociągu przed jego wylotem do podsadzanego wyrobiska. W takim przypadku układ rurociągów podsadzkowych przyjmuje kształt litery „U”. Ma to znaczenie szczególnie w przypadku, tzw. „rurociągów długich”, kiedy długość odcinka rurociągu zabudowana w szybie jest znacznie mniejsza od dołowego odcinka „poziomego”, ponieważ powoduje obniżenie energii potencjalnej mediów w rurociągu, przy wzroście ich oporów przepływu.

Proces podsadzania wyrobisk w praktyce składa się z szeregu operacji technicznotechnologicznych i obejmuje między innymi wygradzanie tamami wyrobisk oraz cykl lub cykle ich podsadzania, kończące się płukaniem rurociągów podsadzkowych.

Znany i stosowany cykl podsadzania przestrzeni poeksploatacyjnej rozpoczyna się od rozruchu, polegającego na wypełnieniu rurociągu podsadzkowego wodą technologiczną, po którym płynnie przechodzi się do wytwarzania mieszaniny podsadzkowej, sukcesywnie zwiększając ilość materiału podsadzkowego i zmniejszając ilość wody, dozowanych do skrzyni podsadzkowej, aż do uzyskania optymalnej gęstości mieszaniny. Wytworzoną mieszaninę podsadzkową grawitacyjnie transportuje się rurociągiem podsadzkowym, doprowadzającym materiał podsadzkowy do wybranego wyrobiska, bez przerwy między wymienionymi fazami cyklu podsadzania. Mieszanina podsadzkowa, transportowana

PL 226 064 B1 do górniczych wyrobisk, zdolna jest do przepływu w instalacji podsadzkowej do granicy jej płynności, a samoregulujące się natężenie przepływu grawitacyjnego w rurociągach wynika z własności reologicznych mieszaniny. Kiedy mieszanina podsadzkowa ma te same właściwości reologiczne w całym rurociągu, jej przepływ odbywa się bez zakłóceń. Pod koniec fazy podsadzania, przy stopniowym zmniejszaniu ilości dozowanego materiału podsadzkowego i zwiększaniu dozowanej wody, stopniowo obniża się gęstość mieszaniny podsadzkowej aż do zaprzestania dozowania materiału podsadzkowego, kończącego tą fazę cyklu podsadzania, przy czym proces przechodzenia do fazy płukania rurociągu trwa stosunkowo długo, nawet do 40% czasu przebiegu całego cyklu podsadzkowego. Następnie, bez przerwy przepływu mediów w rurociągu, płynnie przechodzi się do fazy jego płukania, celem zapewnienia prawidłowego przebiegu podsadzania przestrzeni poeksploatacyjnej w następnym cyklu. W wyniku zastępowania mieszaniny podsadzkowej wodą, w fazie płukania od wlotu zmniejsza się energia potencjalna mediów w rurociągu. W takim przypadku do grawitacyjnego przepływu mediów konieczne jest, aby ciśnienie słupa wody w pionowym odcinku rurociągu wraz ze stratami jej przepływu (pc), było wyższe od ciśnienia potrzebnego do tłoczenia mieszaniny w dołowym rurociągu „poziomym” (p_m), zgodnie z nierównością: p_c >p_m. Warunkiem skutecznego płukania rurociągu jest spełnienie nierówności, zgodnej z teorią Bernoulliego, określonej wzorem:

^Hi^- Pc ^{- g -} 7 ^{— L}oi^{- I}c > ^(Hi ^{— H)-} Pm ^{- g -} 7 + ^(Lo^—Lo)^{- I}e + ^pd ^(Pa) w którym H_i oznacza głębokość analizowanego punktu rurociągu, o najwyższym ciśnieniu (m), p_c - gęstość wody (kg/m ), g - przyśpieszenie ziemskie (m/s ), 7 - współczynnik sprawności hydrodynamicznej, L_oi - długość ekwiwalentna do głębokości analizowanego punktu (m), I_c - jednostkowe straty ciśnienia dla przepływu wody (Pa/m), H - hydrauliczna wysokość rurociągu od poziomu ₃ wylotu do poziomu wlotu (m), p_m - gęstość mieszaniny podsadzkowej (kg/m ), L_o - długość ekwiwalentna rurociągu, uwzględniająca jego średnice (m), I_e - jednostkowe straty ciśnienia dla przepływu mieszaniny podsadzkowej (Pa/m), p_d - ciśnienie dynamiczne mieszaniny na wylocie z rurociągu, p_d = 0,5 · p_m · v^_y (Pa), v_wy - prędkość przepływu mieszaniny na wylocie z rurociągu (m/s). Wzory powyższe odnoszą się do miejsca w rurociągu o najwyższej wartości ciśnienia roboczego, gdzie następuje zmiana kierunku rurociągu z pionowego lub nachylonego na poziomy.

W przypadku „rurociągów długich”, zwłaszcza ze wznoszącą końcówką, opory przepływu mediów mogą być większe od ich energii potencjalnej. Prowadzi to do zmiany przepływu turbulentnego w laminarny i sedymentacji mieszaniny podsadzkowej, a w efekcie do utworzenia się korka podsadzkowego, skutkującego zatkaniem rurociągu. W konsekwencji, dla uniknięcia możliwości wystąpienia niepożądanych skutków, takimi rurociągami przesyła się mieszaninę podsadzkową o stosunkowo ₃ małej gęstości optymalnej, ustalonej eksperymentalnie, wynoszącej np. około 1 400 kg/m³.

W celu zapewnienia przepływu mieszaniny podsadzkowej w instalacjach kopalni głębinowych, w których rejon podsadzany jest bardzo oddalony od pionowego odcinka rurociągu, znane jest użycie pomp do hydrotransportu mieszaniny podsadzkowej, wpiętych bezpośrednio do poziomego odcinka rurociągu, wspomagających jej przepływ.

Nie są znane z literatury przedmiotu, ani z przemysłowego stosowania, instalacje podsadzkowe z dodatkowym układem wspomagającym płukanie, podłączonym bezpośrednio do rurociągu podsadzkowego blisko wlotu do rurociągu.

Istota sposobu wspomagania przepływu mediów podczas płukania rurociągów, w znanej instalacji podsadzkowej, polega na tym, że po zatrzymaniu dozowania materiału podsadzkowego i wypełnieniu skrzyni podsadzkowej wodą technologiczną, kończących fazę podsadzania, odcina się zaworami zasilanie rurociągu podsadzkowego od strony skrzyni podsadzkowej i rozpoczyna fazę płukania rurociągu, realizowaną z użyciem układu do ciśnieniowego wspomagania przepływu mediów, z którego przy otwartych zaworach tego układu, przy pomocy pompy, tłoczy się wodę technologiczną do rurociągu na jego wlocie, pod ciśnieniem wytworzonym pompą wodną, powiększonym o wartość ciśnienia wynikającego z różnicy wysokości poziomów wody w zbiorniku wody technologicznej i w skrzyni podsadzkowej.

Zgodnie ze sposobem, wodę pod zwiększonym ciśnieniem tłoczy się do rurociągu podsadzkowego, co powoduje wzrost ciśnienia czynnego, zapewniającego przepływ mediów zgodnie z teorią Bernoulliego, wyznaczonego ze wzoru, dla miejsca w rurociągu, w którym następuje zmiana kierunku ich przepływu z pionowego lub nachylonego na poziomy:

Pt ⁺ (Hp + Hi) -pc· g · 7 - [(Lz ⁺ Lt)· a— > (Hi- H)· pm · g · 7 ⁺ (Lo - Loi) -Ie ⁺ Pd

[Pa]

PL 226 064 B1 w których wielkości wynikające ze wspomagania przepływu mediów oznaczają: p_t - ciśnienie tłoczenia pompą wodną (Pa), H_p - wysokość słupa naporowego (m), L_z - długość rurociągu zasilającego pompę (m) L_t - długość rurociągu tłocznego (m), a - współczynnik przeliczeniowy długości rurociągów przedmiotowego układu na długość ekwiwalentną, uwzględniający ich średnice w odniesieniu do średnicy rurociągu podsadzkowego.

Układ do ciśnieniowego wspomagania przepływu mediów podczas płukania rurociągu podsadzkowego według wynalazku, stanowi uzupełnienie znanej hydraulicznej instalacji podsadzkowej w kopalniach głębinowych, zawierającej, co najmniej zbiorniki wody technologicznej i materiału podsadzkowego oraz skrzynię podsadzkową, połączoną przez lej z rurociągiem podsadzkowym, doprowadzającym mieszaninę materiału podsadzkowego do podsadzanego wyrobiska. Przy czym w instalacji tej system doprowadzania wody do skrzyni podsadzkowej ze zbiornika wody technologicznej oraz doprowadzania mieszaniny podsadzkowej do rurociągu podsadzkowego, wyposażony jest w dodatkowe zawory odcinające jego zasilanie.

Układ, będący przedmiotem wynalazku, charakteryzuje się tym, że zawiera wielostopniową pompę, zasilaną od wlotu ze zbiornika wody technologicznej rurociągiem, zawierającym zawór odcinający. Wylot pompy połączony jest rurociągiem tłocznym, wyposażonym w zawór odcinający, z rurociągiem podsadzkowym. Przy czym rurociąg tłoczny podłączony jest do rurociągu podsadzkowego, za lejem podsadzkowym, przy użyciu rozgałęźnika, którego połączenie z lejem, wyposażone jest w zawór odcinający. Korzystnie zawory odcinające układu mają elektryczny lub elektromagnetyczny napęd.

W układzie, płukanie rurociągu podsadzkowego odbywa się pod ciśnieniem wytworzonym pompą wodną, powiększonym o wartość ciśnienia wynikającego z różnicy wysokości poziomów w zbiorniku naporowym wody technologicznej i w skrzyni podsadzkowej, po zaprzestaniu dozowania materiału podsadzkowego i uruchomieniu układu wspomagania, tłoczącego wodę do płukania rurociągu.

W wyniku wspomagania przepływu mediów podczas płukania rurociągu ciśnienie czynne w rurociągu staje się większe od oporów ich przepływu. Sposób wspomagania przepływ mediów w fazie płukania rurociągów, istotnie skraca czas fazy płukania rurociągów oraz zmniejsza ilość zużywanej wody. Zaletą sposobu jest to, że umożliwia natychmiastowe zaprzestanie dozowania materiału podsadzkowego do instalacji podsadzkowej, bez zakłóceń przepływu mediów w rurociągu, co dotychczas nie było możliwe.

Zastosowanie układu ciśnieniowego wspomagania przepływu mediów w fazie płukania rurociągu, umożliwia stosowanie mieszanin podsadzkowych o większych gęstościach, nawet o gęstości oko₃ ło 1 800 kg/m³, co nie tylko istotnie zwiększa skuteczność podsadzania wyrobisk, ale również przyczynia się do skrócenia czasu ich likwidacji oraz zmniejszenia zużycia wody do wytworzenia mieszaniny podsadzkowej. Ponadto dzięki układowi znacznie ogranicza się zużycie wody, koniecznej do płukania, a dodatkowo redukuje ryzyko powstawania awarii, związanych z występowaniem „korków podsadzkowych”.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania, na rysunku, na którym fig. 1 uwidacznia układ, będący przedmiotem wynalazku, w instalacji podsadzkowej wyłączony z pracy w fazie podsadzania, fig. 2 - ten sam układ w instalacji podsadzkowej włączony do pracy w fazie płukania.

P r z y k ł a d 1

Sposób wspomagania przepływu mediów podczas płukania rurociągów podsadzkowych, realizuje się w znanej instalacji podsadzkowej, wyposażonej dodatkowo w układ wspomagania przepływu mediów, łączący początek rurociągu podsadzkowego 1 z wyniesionym zbiornikiem wody technologicznej 2.

W fazie podsadzania, mieszaninę podsadzkową 3 uzyskuje się w skrzyni podsadzkowej 4, z materiału podsadzkowego 5, dozowanego podajnikiem taśmowym 6 i z wody technologicznej 7, doprowadzanej ze zbiornika 2, rurociągiem 8 z zaworem odcinającym 9, zakończonym dyszami natryskowymi 10. Mieszaninę 3 przez lej podsadzkowy 11, zakończony zaworem odcinającym 12, wprowadza się do rurociągu podsadzkowego 1 i transportuje hydraulicznie do podsadzanego wyrobiska. Po zakończeniu fazy podsadzania, charakteryzującej się zatrzymaniem dozowania materiału podsadzkowego 5 i wypełnieniu skrzyni 4 wodą technologiczną 7, odcina się zaworem 12 zasilanie rurociągu podsadzkowego 1 od strony skrzyni 4 oraz zaworem 9 dopływ wody 7 do skrzyni 4 i jednocześnie włącza się do pracy układ do ciśnieniowego wspomagania przepływu mediów. Fazę płukania rurociągu 1, przy pomocy układu rozpoczyna się uruchomieniem pompy 13 oraz otwarciem zaworów 14 i 15. W fazie płukania rurociągu 1, wodę 7 ze zbiornika 2 doprowadza się do wlotu wielostopniowej pompy 13

PL 226 064 B1 rurociągiem 16, przez otwarty zawór 14. Wodę z pompy 13 rurociągiem 17, przez otwarty zawór 15, tłoczy się do rurociągu podsadzkowego 1, przez rozgałęźnik 18, zabudowany w rurociągu 1 za lejem podsadzkowym 11 i zaworem 12.

Ciśnienie czynne wspomaganego przepływu mediów podczas płukania stanowi sumę wartości ciśnienia pochodzącego od pompy wodnej i wartości ciśnienia słupa naporowego wynikającego z różnicy wysokości poziomów wody w zbiorniku 2 i w skrzyni podsadzkowej 4.

P r z y k ł a d 2

Układ do wspomagania przepływu mediów podczas płukania rurociągu podsadzkowego zabudowany jest w znanej instalacji podsadzkowej i łączy początek rurociągu podsadzkowego 1 z wyniesionym zbiornikiem wody technologicznej 2.

Układ współpracuje ze znaną instalacją podsadzkową, wyposażoną między innymi w skrzynię podsadzkową 4 z podajnikiem taśmowym 6 materiału podsadzkowego 5, do której ze zbiornika 2 wody technologicznej 7, rurociągiem z zaworem odcinającym 5, zakończonym dyszami natryskowymi 10 doprowadzana jest woda technologiczna 7. Skrzynia podsadzkowa 3 połączona jest z lejem podsadzkowym 11, zakończonym zaworem 9, odcinającym dopływ mediów do rurociągu podsadzkowego 1.

Układ, będący przedmiotem wynalazku zawiera rurociąg zasilający 16, z zaworem 14, którym ze zbiornika 2 doprowadzana jest woda technologiczna 7, do wielostopniowej pompy 13, z której rurociągiem tłocznym 17, zaopatrzonym w zawór 15, tłoczona jest woda 7, do rurociągu 1, przez rozgałęźnik 18, zabudowanym w rurociągu 1, za lejem 11 i zaworem 12. Korzystne jest, aby zawory 14 i 15 układu wspomagającego oraz zawory 9 i 12 były wyposażone w elektryczne lub elektromagnetyczne napędy 19.

Claims (4)

1. Sposób wspomagania przepływu mediów, podczas płukania rurociągów podsadzkowych, polegający na płukaniu rurociągów podsadzkowych, w znanej instalacji podsadzkowej, znamienny tym, że po zatrzymaniu dozowania materiału podsadzkowego (5) i wypełnieniu skrzyni (4) wodą technologiczną (7), kończących fazę podsadzania, odcina się zaworem (12) zasilanie rurociągu podsadzkowego (1) od strony skrzyni podsadzkowej (4) i rozpoczyna fazę płukania rurociągu (1), realizowaną z użyciem układu do ciśnieniowego wspomagania przepływu mediów, z którego przy otwartych zaworach (14) i (15) przy pomocy pompy (13), tłoczy się wodę technologiczną (7) do rurociągu (1) na jego wlocie, pod ciśnieniem wytworzonym pompą wodną (13), powiększonym o wartość ciśnienia wynikającego z różnicy wysokości poziomów wody w zbiorniku (2) wody technologicznej (7) i w skrzyni podsadzkowej (4).

2. Układ do wspomagania przepływu mediów, podczas płukania rurociągu podsadzkowego, będący uzupełnieniem znanej hydraulicznej instalacji podsadzkowej, funkcjonującej w kopalniach głębinowych, znamienny tym, że zawiera wielostopniową pompę (13), zasilaną wodą technologiczną (7) ze zbiornika (2) rurociągiem zasilającym (16) z zaworem odcinającym (14), której wylot połączony jest rurociągiem tłocznym (17), wyposażonym w zawór odcinający (15), z rurociągiem podsadzkowym (1), za pośrednictwem rozgałęźnika (18), usytuowanego za lejem podsadzkowym (11) i zaworem (12).

3. Układ, według zastrz. 2, znamienny tym, że przystosowany jest do współpracy ze znaną, hydrauliczną instalacją podsadzkową, zawierającą co najmniej zbiornik wody (2) oraz skrzynię podsadzkową (4), połączoną przez lej (11), z rurociągiem podsadzkowym (1), doprowadzającym mieszaninę podsadzkową (3) do podsadzanego wyrobiska, przy czym w instalacji tej system doprowadzania wody technologicznej (7) do skrzyni podsadzkowej (4) ze zbiornika (2) oraz doprowadzania mieszaniny podsadzkowej (3) do rurociągu podsadzkowego (1), wyposażony jest w dodatkowe zawory odcinające.

4. Układ, według zastrz. 2, znamienny tym, że zawory odcinające (9, 12, 14 i 15), na rurociągach zasilających i tłocznych, wyposażone są w elektryczne lub elektromagnetyczne napędy (19).