Nr2ro2018 by Univ Petr

Revista Minelor Mining Revue PUBLICAŢIE INTERNAŢIONALĂ DESPRE MINERIT ŞI MEDIU Vol. 24 Nr. 2 / 2018 ISSN-L 1220 – 2053 / ISSN 2247 -8590

Publicat de Universitatea din Petroşani

REVISTA MINELOR - MINING REVUE COLECTIVUL EDITORIAL Editor şef: Prof.univ.dr.ing. Ilie ONICA Co-editori: Șef lucr.dr.ing. Paul Dacian MARIAN Lect. Lavinia HULEA Senior editori: Prof.univ.dr.ing. Dumitru FODOR Prof.univ.dr.ing. Nicolae ILIAŞ Prof.univ.dr.ing. Mircea GEORGESCU Comitetul ştiinţific: Prof. Iosif ANDRAS - Universitatea din Petroșani, România Dr.hab.ing. Marwan AL HEIB - Ecole des Mines de Nancy, INERIS, Franța Prof. Victor ARAD - Universitatea din Petroşani, România Dr.ing. Horea BENDEA - Politechnico di Torino, Italia Prof. Lucian BOLUNDUȚ - Universitatea din Petroşani, România Prof. Ioan BUD - Universitatea Tehnică Cluj-Napoca, România Prof. Mihai Pascu COLOJA - Universitatea de Petrol și Gaze din Ploiești, România Prof. Ştefan COVACI - Universitatea din Petroşani, România Prof. Eugen COZMA - Universitatea din Petroșani, România Prof. Nicolae DIMA - Universitatea din Petroşani, România Prof. Carsten DREBENSTEDT - TU Bergakademie Freiberg, Germania Prof. Ioan DUMITRESCU - Universitatea din Petroșani, România Dr.ing. George-Artur GĂMAN - I.N.C.D. INSEMEX Petroşani, România Prof. Ioan GÂF-DEAC - Universitatea Dimitrie Cantemir Bucureşti, România Dr.ing. Edmond GOSKOLLI - National Agency of Natural Resources, Albania Prof. Monika HARDIGORA - Technical University of Wroclaw - Polonia Prof. Andreea IONICĂ - Universitatea din Petroşani, România Prof. Alexandr IVANNIKOV - Moscow State Mining University - Rusia Prof. Oleg I. KAZANIN - National Mineral Resources University of Sankt Petersburg - Rusia Prof. Vladimir KEBO - Technical University of Ostrava - Rep. Cehă Conf. Charles KOCSIS - University of Nevada, Reno, S.U.A. Prof. Sanda KRAUSZ - Universitatea din Petroşani, România Prof. Maria LAZĂR - Universitatea din Petroşani, România Prof. Monica LEBA - Universitatea din Petroşani, România Prof. Per Nicolai MARTENS - RWTH Aachen University - Germania Prof. Roland MORARU - Universitatea din Petroşani, România Prof. Jan PALARSKI - Silesian University of Technology - Gliwice, Polonia Prof. George PANAGIOTU - National Technical University of Athens - Grecia Prof. Lev PUCHKOV - Moscow State Mining University - Rusia Prof. Pavel PAVLOV - University of Mining and Geology St. Ivan Rilsky Sofia - Bulgaria Prof. Sorin Mihai RADU - Universitatea din Petroşani, România Prof. Ilie ROTUNJANU - Universitatea din Petroşani, România Dr. Ing. Raj SINGHAL - Int. Journal of Mining, Reclamation and Environment - Canada Prof. Mostafa Mohamed TANTAWY - Assiut University - Egipt Prof. Mihaela TODERAȘ - Universitatea din Petroşani, România Prof. Lyuben TOTEV - University of Mining and Geology Sofia - Bulgaria Prof. Ingo VALMA - Tallin University of Technology - Estonia Conf. Ioel VEREȘ - Universitatea din Petroşani, România Prof. Yuriy VILKUL - Technical University of Krivoi Rog - Ucraina Prof. Işik YILMAZ - Cumhuriyet University - Turcia Acad. Dorel ZUGRĂVESCU - Institutul de Geodinamică al Academiei Române, România

CUPRINS

Dumitru FODOR Preocupări şi realizări la folosirea explozivilor pentru extragerea rocilor tari

Iuliana Veronica GHEŢIU Aspecte privind optimizarea transportului țițeiului prin conductele colector

Dan RĂDĂCINĂ, Lazăr AVRAM Optimizarea unor elemente de proiectare a garniturii de foraj

Georgeta Claudia NICULAE Aspecte privind proiectarea funcțională a filtrelor hidroacustice cu două camere de echilibrare

PREOCUPĂRI ŞI REALIZĂRI LA FOLOSIREA EXPLOZIVILOR PENTRU EXTRAGEREA ROCILOR TARI Dumitru FODOR* Exploatarea industrială a rocilor şi substanţelor minerale utile tari şi foarte tari se execută astăzi aproape exclusiv cu ajutorul explozivilor, recurgându-se la alte metode de extragere şi detaşare din masiv numai atunci când folosirea explozivilor cauzează fisurarea masivului şi în felul acesta are loc degradarea rocii. În ultimii ani s-au înregistrat progrese semnificative în studiul masivului de roci şi a proprietăţilor fizico-mecanice şi elastice ale acestora, în calitatea şi performanţele produselor de împuşcare întrebuinţate, în dezvoltarea tehnologiilor de împuşcare, precum şi în cea a

rezultatelor obţinute în urma efectuării împuşcărilor la suprafaţă sau în subteran. Au fost atinse performanţe deosebite în fabricarea explozivilor şi a mijloacelor de amorsare, ceea ce a dus la asigurarea realizării exploziilor secvenţiale şi la controlul atent al energiilor eliberate la declanşarea exploziilor. Principalii paşi necesari de parcurs în ingineria împuşcării, constau în proiectarea împuşcării, realizarea efectivă a acesteia pe teren şi în final analiza la frontul de lucru a rezultatelor obţinute, toate aceste trei etape putând constitui o aşa numită piramidă a optimizării împuşcării, fig.1.

Fig. 1 Piramida optimizării împușcării

* Prof.dr.ing. Universitatea din Petroșani

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2018

Planificarea şi proiectarea împuşcării reprezintă fundamentul piramidei în cadrul căreia prezentarea şi descrierea masivului de roci precum şi a caracteristicilor fizico-mecanice ale rocilor din front şi a frontului de lucru, în ansamblul său, sunt elemente de bază care trebuie luate în considerare. Studiul masivului de roci constituie un demers prealabil pentru realizarea unor lucrări care reclamă folosirea explozivilor şi fără de care nu se

poate face o proiectare şi dimensionare corectă a împuşcărilor. Trebuie cunoscute discontinuităţile din masiv ca şi originea acestora. Pe lângă discontinuităţile primare de origine magmatică, sedimentară şi metamorfică, trebuie cunoscute şi discontinuităţile de origine tectonică, cum sunt fracturile, faliile, fisurile de tracţiune etc, fig. 2.

Fig. 2 Discontinuități primare în masivele de rocă În cazul carierelor care exploatează roci magmatice şi metamorfice omogene afectate de discontinuităţi, avansarea fronturilor de lucru se va face perpendicular pe familiile de discontinuităţi principale, iar în carierele cu roci sedimentare, avansarea fronturilor de lucru se va realiza perpendicular pe planele de stratificaţie, fig. 3. În felul acesta se va asigura o bună stabilitate în timp a fronturilor de lucru. Este o necesitate fundamentală de a cunoaşte bine masivul de rocă care va fi extras cu ajutorul explozivilor pentru a găsi cea mai bună variantă de cuplare rocă-exploziv sau exploziv-rocă. Discontinuităţile din masiv prin numărul lor, al localizării şi dispunerii acestora influenţează conceperea şi realizarea schemelor de împuşcare. Distribuţia explozivului în masiv şi nivelul energetic al exploziilor trebuie să corespundă cu condiţiile geologice ale masivului şi cu caracteristicile fizico-mecanice ale rocilor. Iniţierea şi timpii de întârziere între declanşarea exploziilor diferitelor încărcături ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

trebuie să fie compatibili cu masa rocii şi cu încărcăturile de explozivi întrebuinţate. Este absolut necesară cunoaşterea cât mai detaliată pentru faza de proiectare a împuşcărilor proprietăţile fizico-mecanice ale rocilor care se împuşcă şi care vor influenţa performanţele exploziei. Cele mai importante proprietăţi fizicomecanice care au un rol important în forabilitatea şi detaşarea rocilor din masiv cu ajutorul explozivilor sunt: densitatea, greutatea volumetrică, porozitatea, compactitatea, rezistenţa de rupere la compresiune, întindere şi forfecare, tăria şi abrazivitatea. De asemenea trebuie ţinut seama de proprietăţile elastice evidenţiate prin modulul static şi dinamic de elasticitate, coeficientul lui Poisson şi modulul de deformaţie. Testările se fac în majoritatea covârşitoare a cazurilor în laboratoare de specialitate, pe probe de roci sub formă de carote cilindrice, obţinute din forajele executate în masiv după tehnica forajului cu carotaj mecanic continuu.

Fig. 3 Dispunerea fronturilor de lucru în cazul masivelor omogene cu discontinuități și în cazul masivelor stratificate (I – Masive omogene afectate de discontinuități; II – Masive stratificate) De asemenea, trebuie cunoscut foarte bine frontul de lucru în care se va face împuşcarea din punct de vedere al dispunerii rocilor şi al elementelor geometrice ale acestuia nominalizate prin extindere, înălţime, lăţime, înclinare etc. Conform complexităţii şi dificultăţilor geologice proprii fiecărui perimetru, şantier, mină sau carieră şi a importanţei şi temeiniciei studiilor făcute anterior, se disting trei faze de recunoaştere a masivului de roci, faze de complexitate crescândă. Studiul documentelor existente. De multe ori acest lucru este neglijat şi ca urmare se ajunge la cheltuieli materiale şi de forţă de muncă, precum şi la un consum mare de timp pentru a realiza ceva ce era deja făcut. În anumite cazuri, documentele existente se pot dovedi a fi suficiente pentru elucidarea iniţială a problemelor cu condiţia totuşi ca ele să fie confirmate printr-un studiu de teren făcut de specialişti în geologie şi geofizică. Studiul terenului realizat de specialişti. Această fază este esenţială pentru orientarea studiilor de detaliu necesare de înfăptuit asupra masivului. În anumite cazuri şi în special la realizarea unor lucrări de mică anvergură,

cercetările făcute pe teren de către un specialist pot fi suficiente şi ca urmare studiul masivului se încheie în această fază. Studii specifice de detaliu. Se poate afirma că ele sunt întotdeauna necesare mai ales în cazul minelor şi carierelor deoarece fazele anterioare nu permit cunoaşterea şi descrierea cu precizie suficientă a masivului de roci în care se va lucra cu explozivi. În acest caz, se recurge în general la măsurători geofizice, la efectuarea de foraje, la colectarea de probe şi la efectuarea diferitelor încercări de laborator şi ´in situ” pentru identificarea şi determinarea valorilor caracteristicilor fizico-mecanice ale rocilor. Trebuie cunoscute bine trăsăturile structurale ale masivului ce se va extrage, gradul de fisurare şi compactare a acestuia, reţeaua de fisuri din masiv şi modul de umplere a acestora cu material de cimentare şi legătură, condiţiile hidrogeologice etc. Caracteristicile rocilor joacă un rol major în toate aspectele legate de performanţele împuşcării. O primă consecinţă a unei bune cunoaşteri a masivului în ansamblu şi a rocilor constituente în detaliu, prin îmbunătăţirea cercetării

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2018

geologice folosind metode clasice şi geofizice moderne, va fi îmbunătăţirea proiectării şi a performanţelor lucrărilor de împuşcare. O corectă proiectare a împuşcării necesită informaţii detaliate asupra proprietăţilor şi comportamentului explozivilor şi a caracteristicilor şi comportării rocilor la împuşcare. Există şi dispunem de multe date despre primele două aspecte. Din păcate informaţiile despre caracteristicile rocilor sunt de multe ori incredibil de sărace. Acest lucru se datorează faptului că într-o serie de cariere şi mine, proprietăţile masivului de rocă şi a rocilor luate individual se modifică nu numai între treptele adiacente sau fronturile de lucru, ci şi între găurile de mină sau de sondă apropiate. În mod evident, o soluţie ar putea fi aceea a realizării unor analize a caracteristicilor rocilor în fiecare gaură de mină sau de sondă executată în masiv. Astăzi nu se face acest lucru, dar se speră că într-un viitor apropiat aceste analize vor deveni determinări de rutină în cadrul programului de foraj. Există deja producători de instalaţii de forat care pun la dispoziţia industriei foreze care culeg, stochează şi transmit o serie de informaţii cum ar fi: viteza de foraj, efortul de torsiune, efortul de împingere, deviaţia găurii de sondă etc. În prezent, există preocupări şi se dezvoltă software pentru a face corelaţii cât mai strânse între elementele menţionate , care pot fi culese de pe teren şi proprietăţile rocilor traversate prin lucrările de foraj. Acest lucru constituie un important pas înainte faţă de situaţia actuală, când, de obicei se culeg foarte puţine date din găurile forate pentru împuşcare. Realizarea forajelor de producţie constituie o operaţie dificilă şi costisitoare. Datele culese în timpul forării duc la o creştere relativ mică a costurilor, în schimb asigură: modificarea reţelei de amplasare a găurilor, dacă roca o impune, modificarea adâncimii sau lungimii găurii în funcţie de tăria şi continuitatea sau discontinuitatea formaţiunii care se împuşcă şi calculul cantităţii de exploziv pentru fiecare gaură în funcţie de roca care trebuie dislocată. În viitor, pentru caracterizarea exactă a masivului, instalaţiile de forat vor fi prevăzute atât cu senzori mecanici cât şi geofizici. Aceştia vor furniza informaţii despre masa de rocă în timp util. În mod deosebit vor permite evaluarea unor parametri, cum ar fi: rezistenţa rocilor, localizarea şi orientarea discontinuităţilor din masiv, afluxul de apă, limitele zonelor mineralizate şi variaţia conţinutului componenţilor utili, prezenţa şi natura intercalaţiilor sterile în corpurile mineralizate etc. Toate aceste informaţii vor fi utilizate ca intrări imediate într-un model matematic al împuşcării ce

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

va permite modificarea reţelei de amplasare a găurilor în fronturile de lucru. De asemenea, datele culese vor permite inginerului să calculeze încărcătura de exploziv pentru fiecare gaură individuală şi să recalculeze secvenţele temporale ale împuşcării, astfel încât să se ajungă la optimizarea procesului de împuşcare şi mai departe la optimizarea procesului de lucru în ansamblu. Ca urmare se va realiza o amplasare judicioasă a găurilor în fronturile de lucru în funcţie de caracteristicile rocilor, încărcarea corespunzătoare a acestora cu explozivi, efectul maxim şi controlul sigur al detonaţiei asupra masivului. Rezultatul unei împuşcări depinde în mare parte de calitatea găurilor executate, deci de tipul şi caracteristicile instalaţiilor destinate a realiza găuri pentru a fi încărcate cu explozivi. Pe de altă parte, faptul că energia explozivă este cu atât mai bine transmisă rocii cu cât explozivul umple mai complet gaura, ne duce la ideea de a accepta necesitatea realizării unor pereţi cât mai buni din punct de vedere calitativ ai găurii forate. Astăzi în marea majoritate a cazurilor găurile de mină sau de sondă, în cariere sau subteran, se realizează cu instalaţii de perforat, respectiv forat, care lucrează după sistemul rotativ sau rotopercutant. În practica mondială forajul în carierele de minereuri cu producţii mari şi foarte mari, se întrebuinţează forajul rotativ cu sape cu role, iar în carierele aşa zise de piatră cu producţii până la sute de mii de tone anual se foloseşte forajul rotopercutant cu percutorul afară sau în interiorul găurii de sondă, fig. 4. Important este alegerea celor mai potrivite metode şi instalaţii de forat, care se poate face utilizând drept ghid diagrama din fig. 5. Echipamentul de forare întrebuinţat şi metodologia de forare folosită sunt foarte importante în ansamblul procesului de împuşcare, deoarece găurile executate nu trebuie să prezinte deviaţii, sau, dacă acestea există, să fie cât mai mici posibil, fig. 6. Cercetarea şi urmărirea calităţii activităţii de forare trebuie să rămână un obiectiv prioritar al personalului tehnic de conducere şi control din mină sau carieră, pentru care este necesar să cunoască exigenţele în domeniu şi să le urmărească să fie realizate pe şantier în mod continuu. În plan economic trebuie reţinut faptul că forarea este destul de scumpă şi reprezintă aproximativ o treime din costul extragerii cu explozivi. În legătură cu materialele folosite, trebuie arătat că distingem două categorii de produse utilizate pentru realizarea lucrărilor de derocare cu ajutorul explozivilor şi anume: explozivi şi mijloace de amorsare. 5

Fig. 4 Vedere de ansamblu a instalațiilor de forat în cariere a – Instalație rotativă de mari dimensiuni de forat în marile cariere b – Instalație roto – percutantă de forat în cariere de roci utile

Fig. 5 Aplicațiile diferitelor metode de forare

Fig. 6 Operația de forare – diferite cauze care duc la devierea găurii de sondă 6

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2018

Explozivii furnizează energia pentru ruperea rocilor. Aici putem cita explozivii clasici dintre care nominalizăm trotilul granulat, dinamitele şi astralitele şi explozivii moderni care constau din amestecuri simple de azotat de amoniu şi motorină, explozivii sub formă de geluri explozive şi mai nou explozivii sub formă de emulsii. În Tabelul nr. 1 se prezintă compoziţia tip a principalilor explozivi industriali folosiţi în prezent în România. De obicei se utilizează explozivi care asigură simplitate şi siguranţă în folosire, afectarea minimă a mediului înconjurător, ruperea exactă a frontului de lucru şi costuri minime.

Pentru aprecierea capacităţii de dislocare a explozivilor şi a utilizării lor în condiţii de eficienţă şi securitate maximă este necesară cunoaşterea caracteristicilor termo-chimice, balistice, fizicochimice şi de siguranţă ale acestora. Sunt mulţi parametri care trebuie luaţi în considerare, dar cei mai importanţi de care trebuie să se ţină seama sunt: căldura, temperatura şi volumul gazelor de explozie, presiunea, energia specifică, viteza de detonare, aptitudinea explozivului de a transmite detonaţia, capacitatea de lucru, densitatea produsului şi de încărcare, higroscopicitatea, rezistenţa la apă etc.

Tabelul 1 Compoziţia tip a principalilor explozivi industriali ordinari folosiţi în România Denumire Categorie Compoziţie tip % exploziv Simplu Trotil 100% Trotil granulat Cu adausuri de Trotil 85% pulbere de aluminiu Pulbere de aluminiu 15% Nitroglicerină 20-90% Azotat de amoniu 30-60% Celuloză 1-5% Plastic sau gome Făină de lemn 2-6% Trinitrotoluen 0-7% Aluminiu 0-8% Dinamite Nitroglicerină 10-15% Azotat de amoniu 30-80% Celuloză 1% Pulverulente Făină de lemn 2-10% Sare 0-50% Turbă 0-5% Trinitrotoluen 10-15% Azotat de amoniu 65-85% Astralitele - Explozivi încartuşaţi pe bază Făină de lemn 0-5% de azotat de amoniu Stearat de calciu 1% Sare 0-20% Azotat de amoniu 94% Simplu Amestec de Motorină 6% azotat Azotat de amoniu 88-92% de amoniu Cu aluminiu Motorină 3-5% cu motorină Sensibilizator (aluminiu) 5-10% Apă 8-15% Azotat de amoniu, de sodiu sau de calciu 35-60% Geluri explozive Sensibilizant (exploziv, aluminiu, bile de sticlă etc.) 5-40% Diverşi ingredienţi pentru gelifiere 2-5% Apă 8-15% Azotat de amoniu mineral 70-80% Emulsii explozive* Motorină şi emulsifianţi 4-10% Sensibilizatori (chimici sau bile de sticlă) 0,2-5% * În ultimii ani au apărut şi emulsiile explozive îngreunate care faţă de emulsiile normale (amestecuri în diferite proporţii 20-80%, ANFO şi restul emulsie) mai conţin 5-15% aluminiu în compoziţie. Aluminiul este un hiperactivator de temperatură şi implicit de căldură de explozie.

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

De asemenea trebuie cunoscute bine produsele de amorsare, care au rolul de a iniţia detonaţia încărcăturilor de explozivi şi de a controla modul de eliberare a energiei explozive în decursul timpului. În grupa mijloacelor de iniţiere sunt cuprinse capsele detonatoare pirotehnice şi electrice, fitilul Bickford, fitilul detonant, relee pirotehnice, boosterele, sistemele de amorsare neelectrice şi sistemele de amorsare electronice,

care conţin substanţe explozive caracterizate printro sensibilitate ridicată şi care detonează foarte uşor sub acţiunea unei flăcări, scântei sau a unui şoc. În acest mod se formează unda dinamică de şoc sau impulsul de iniţiere a cărui energie provoacă detonarea încărcăturilor de substanţe explozive. Industria minieră dispune astăzi de o serie de sisteme de amorsare, prezentate în fig. 7.

Fig. 7 Sisteme de amorsare a încărcăturilor de explozivi folosite în cariere În prezent amorsarea cu capse pirotehnice şi fitil Bickford ca şi amorsarea clasică cu capse electrice folosind diferite scheme de amplasare a găurilor şi de legare a capselor între ele se aplică din ce în ce mai puţin. Au pătruns pe piaţă şi se folosesc aproape peste tot amorsarea cu fitil detonant şi relee pirotehnice, sistemele de amorsare neelectrice şi în ultimii ani amorsarea cu folosirea capselor electronice. Aceste două categorii de produse, după o lungă perioadă de stagnare, cunosc de câtva timp o

evoluţie foarte rapidă. După preocupările şi realizările obţinute până în prezent în domeniu, se poate afirma că în cel mai scurt timp se va ajunge la perfecţionarea şi diversificarea sorturilor de explozivi cu putere detonantă mărită, cu preţ redus şi siguranţă maximă la transport şi manipulare. În toate cazurile, explozivii întrebuinţaţi vor trebui apreciaţi după presiunea şi viteza de detonare care astăzi pot fi măsurate prin metode foarte precise, fig. 8.

Fig. 8 Presiunile și vitezele de detonare pentru principalii explozivi industriali

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2018

Iniţierea exploziilor se va realiza cu precizie absolută, întrucât în prezent dispunem de material adecvat acestui scop. Capsele electronice uşurează controlul secvenţial al detonării, care este un parametru critic cu efect direct asupra performanţelor împuşcării. Tehnicile de lucru cu ajutorul explozivilor aplicate în cariere sunt cu totul şi cu totul diferite faţă de cele folosite în subteran. Pentru prezentarea, discutarea şi folosirea tehnicilor de lucru cu explozivi trebuie cunoscut: mecanismul de rupere a rocilor prin explozie, schemele de amplasare a găurilor în fronturile de lucru, calculul parametrilor găurilor, a încărcăturii şi concentrării explozivului în găurile de front, modalităţile de amorsare care să permită iniţierea detonaţiei şi desfăşurarea acesteia în timp cu întârzieri precise între găuri şi grupuri de găuri.

Dispunerea găurilor în rânduri şi a acestora în zona de împuşcare are o importanţă vitală, întrucât prin împuşcare trebuie să se evite: o fragmentare inadecvată a masivului, o distribuţie slabă şi necorespunzătoare în masiv a energiei exploziei, aruncarea la mare distanţă faţă de front a rocilor împuşcate, fisurarea avansată a masivului în spatele frontului etc. În general, găurile de sondă se forează vertical sau cu o înclinare corespunzătoare unghiului de taluz al treptei. Amplasarea găurilor de sondă în lungul frontului se face pe unul sau mai multe rânduri, fig.9. Amplasarea pe rânduri multiple duce la o sfărâmare mai avansată a porţiunii de masiv din partea superioară a treptei, la reducerea cheltuielilor de amenajare a drumurilor de transport, la creşterea productivităţii excavatoarelor şi a instalaţiilor de forat, Fig. 10.

Fig. 9 Amplasarea găurilor de sondă pe treptele de extragere a – pe un rând; b – pe două rânduri; c – radial

Fig. 10 Eficacitatea amplasării pe mai multe rânduri a găurilor de sondă

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

Încărcarea găurilor cu explozivi trebuie să se facă mecanizat şi cât mai îngrijit posibil. Realizarea unor explozivi practic insensibili la frecare şi şoc a permis mecanizarea complexă a operaţiilor de preparare şi încărcare în găurile de sondă. De asemenea, pentru diminuarea cheltuielilor, burarea găurilor de sondă trebuie să fie făcută tot mecanizat cu utilaje şi materiale adecvate. Plasarea încărcăturilor de iniţiere se va face la nivelele calculate prin proiectare.

În practica curentă din cariere deosebim mai multe feluri în care sunt încărcate găurile de sondă cu explozivi: încărcarea în coloană continuă cu acelaşi fel de exploziv, încărcarea în coloană discontinuă dar folosind mai multe feluri de explozivi şi încărcarea în coloană discontinuă cu intervale de aer sau cu buraj între diferite porţiuni de încărcătură, fig. 11.

Fig. 11 Modalități de încărcare a găurilor de sondă cu explozivi I – Coloană continuă – un singur tip de xploziv; II - Coloană continuă – două tipuri de xploziv; III - Coloană dicontinuă – un singur tip de xploziv – buraj intermediar; IV - Coloană discontinuă – un singur tip de xploziv – un interval de aer; V - Coloană discontinuă – cu două porțiuni de buraj; VI - Coloană discontinuă – cu două intervale de aer. Monografia sau planul de împuşcare reprezintă un document esenţial pe care şeful minei, carierei sau şantierului trebuie să-l consulte şi să-l aprobe. În el sunt fixaţi parametrii principali ai schemei şi lucrărilor de împuşcare, cum ar fi: plasarea, adâncimea şi diametrul găurilor de mină sau de sondă, dimensiunile şi forma în plan a reţelei de amplasare a găurilor care se vor împuşca, natura, cantitatea şi repartizarea explozivului la fiecare gaură, felul iniţierii, secvenţele amorsării etc, Fig. 12. Toate aceste elemente se calculează având la bază modul de acţiune a exploziei în masiv şi interacţiunile complexe între parametrii împuşcării. 10

În ultimul timp au apărut pe piaţă o serie de programe electronice de calcul care uşurează munca şi măresc precizia rezultatelor. Dacă lipseşte unul din elementele mai sus menționate, planul împuşcării este incomplet, anumite puncte rămânând neelucidate sau nerezolvate. Este important să se noteze că un plan de împuşcare preconizat nu va fi aplicat de o manieră rigidă şi definitivă; dacă este cazul, el trebuie modificat pentru ca să se apropie cât mai mult posibil de rezultatele preconizate sau dorite.

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2018

Fig. 12 Parametrii nominalizați în monografia de împușcare cu găuri de sondă A – găuri de sondă verticale; B – găuri de sondă înclinate; W – anticipanta; a – distanța dintre găuri; b – distanța dintre rânduri; c – distanța de la marginea bermei superioare la primul rând de găuri; lsub – lungimea subadâncirii; lbur – lungimea burajului; lînc – lungimea coloanei de exploziv; lg – lungimea găurii de sondă; α – înclinarea taluzului; H – înălțimea treptei În tabelul nr. 2 se prezintă o variantă simplă şi uşor de aplicat pentru calculul parametrilor găurilor de sondă şi amplasarea acestora pe treaptă, folosită cu bune rezultate în realizarea monografiilor sau planurilor de împuşcare în carieră. În domeniul construcţiilor rutiere şi a căilor ferate, unde fiecare debleu nu reprezintă întotdeauna un volum foarte important, trebuie urmărite cu atenţie rezultatele primelor împuşcări şi acţionat cu rapiditate dacă se impun modificări în schema de împuşcare şi în sistemul de lucru. În urmă cu peste 50 de ani s-a pus problema găsirii unor metode de lucru în cazul folosirii

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

explozivilor în minerit şi în alte domenii de activitate care să ducă la obţinerea unor excavaţii bine profilate şi stabile, iar masivul de roci din jurul lucrării să fie cât mai puţin afectat. Cercetarea şi practica în domeniu au pus la punct o serie de împuşcări speciale, aşa numitele împuşcări de conturare dintre care amintim: predecupajul sau împuşcarea de prefisurare; împuşcarea cu pereţi netezi; împuşcarea de amortizare sau împuşcarea cu încărcături reduse; perforarea în linie;

Tabelul 2 Exemple de calcul a parametrilor găurilor de împuşcare şi a amplasării acestora pe treaptă PARAMETRII Valori Se folosite Formule matematice Rezultatele acceptă Sursa în folosite calculelor în Denumire Unitate Simbol calcule calcul 1 Înălţimea treptei m H dată 15,000 Diametrul găurii de 2 m D dată 0,381 împuşcare Înclinarea găurii de 3 împuşcare față de grade β dată 20,000 verticală AM14 Denumire exploziv dată AMFO 5 Energia explozivului cal/g Qexpl dată 885,000 Mec / 6 Metoda de încărcare dată Mec Man Densitatea 7 g/cm3 ρ dată 0,85 explozivului 8 Densitatea încărcăturii g/cm3 ∆ calculată ∆=(1÷1,1)ρ 0,935 3 9 Densitatea rocii g/cm γ dată 2,8 10 Raportul a/Wt m calculată 1,3 11 Subadâncirea m lsub calculată lsub= 0,3Wt 3,391 12 Lungimea burajului m lbur calculată lbur= 0,7Wt 7,9 8,00 Eroare de aliniere 13 m F calculată F= 0,05+0,017H 0,305 deviere foraj Linia de rezistenţă la vatră - teoretică

calculată

Q  W  D  expl   30 

11,303

11,50

Linia de rezistenţă la vatră - reală 16 Distanţa dintre găuri

Wtr

calculată

Wtr= W - F

10,998

calculată

a= m · Wtr

14,297

14,50

19,571

19,60

11,50

2,235

1,323

0,912

14 15

 H  lsub 

Lungimea găurii de împuşcare

calculată

Lg 

Linia de rezistenţă la vatră reală corectată

Wtrc

calculată

Wtrc

19 Volumul unei găuri

calculată

20 Volumul încărcăturii

Vînc

calculată

21 Volumul burajului Greutatea explozivului 22 din gaură 23 Energia eliberată 24 Volum de rocă obţinut 25 Greutatea rocii

calculată

πD2 Vg  Lg  4 πD2 Vînc   Lg  lbur  4 VB  Vg  Vînc

Gexpl

calculată

Gexpl = 1000·∆·Vînc

1236,544

Kcal m3 tone

Q VR GR

calculată calculată calculată

Q = Gexpl · Qexpl VR = a · Wt · H GR = VR · γ

1057245,12 2501,250 7003,500

26 Consum de exploziv

kg/m3

calculată

q

0,494

27 Consum de exploziv

kg/tonă

calculată

q'

0,177

cos Wtr  cos

G expl VR G expl GR

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2018

Folosirea acestor metode de lucru au o incidenţă directă asupra: securităţii muncii şi folosirii în timp a lucrării; stabilităţii şi întreţinerii lucrării în timpul folosirii acesteia; impactului vizual al zonei pe care o traversează lucrarea. Tehnica împuşcării cunoaşte astăzi noi domenii de aplicabilitate, printre care menţionăm: demolarea construcţiilor civile şi industriale, adâncirea şi lărgirea şenalelor navigabile, scoaterea cioatelor şi rădăcinilor arborilor, distrugerea gheţii etc. Din categoria lucrărilor mai sus menţionate sunt de reliefat în mod special lucrările de demolare care în etapa actuală de modernizare şi extindere a vechilor capacităţi productive, precum şi de urbanizare a localităţilor, ocupă o pondere din ce în ce mai mare. În principiu, în funcţie de necesităţi, trebuie demolate parţial sau în întregime construcţii civile sau industriale, iar în unele cazuri trebuie distruse numai anumite elemente constructive din zidărie, beton sau beton armat. Datorită consumului redus de timp şi forţă de muncă, precum şi cheltuielilor reduse, demolarea şi lărgirea şenalelor navigabile prin lucrări de împuşcare au devenit cele mai competitive metode de lucru asigurând în acelaşi timp şi un grad ridicat de securitate. Introducerea tehnicii împuşcării în aceste domenii a devenit în ultimul timp tot mai des aplicată şi în acelaşi timp tot mai complicată. Desimea construcţiilor şi apărarea lor împotriva fragmentelor de roci rezultate de la împuşcare, menţinerea în funcţiune a proceselor de producţie, menţinerea deschisă a circulaţiei imediat după împuşcare, protejarea seismică a obiectivelor învecinate, sunt doar câteva exemple de probleme şi situaţii ce se pun şi se cer a fi rezolvate în domeniul împuşcărilor speciale. Deci, pentru efectuarea fiecărei împuşcări, se întocmeşte un proiect tehnic de împuşcare, care pe lângă soluţia propriu-zisă, va cuprinde şi măsurile de siguranţă şi în special de protejare a mediului înconjurător. Fiecare construcţie reprezintă un caz special, aparte, calculul parametrilor de împuşcare adaptându-se fiecărei situaţii. Datorită faptului că în majoritatea cazurilor se lucrează în zone locuite, trebuie acordată o atenţie deosebită prevenirii accidentelor în rândul populaţiei civile. Încărcătura necesară pentru împuşcarea anumitor părţi constructive este dependentă de tipul explozivului utilizat, de materialul ce se împuşcă, de felul construcţiei care trebuie demolată şi de geometria plasării găurilor. Eficacitatea împuşcării este la rândul ei dependentă de raportul dintre parametrii geometrici: anticipantă, distanţa între

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

găurile aceluiaşi rând şi distanţa dintre rândurile de găuri, numărul şi mărimea încărcăturilor explozive, precum şi de felul burajului şi al iniţierii. Urmărirea şi controlul lucrărilor constituie pentru cadrele tehnice o sarcină la fel de importantă ca şi întocmirea monografiilor de împuşcare. De fapt, lor le revine îndatorirea de a efectua un anumit număr de verificări pentru a confirma şi garanta rezultatele pe care le vor obţine şi de a evita astfel anumite conflicte şi neînţelegeri cu conducerea întreprinderii sau şantierului. La începutul lucrărilor: examinează propunerile proiectantului şi a conducerii întreprinderii; se asigură de luarea în considerare a tuturor reglementărilor generale şi specifice în vigoare; verifică acordul cu privire la organizarea şi funcţionarea generală a şantierului; verifică şi îşi exprimă acordul asupra rezultatelor împuşcărilor experimentale. Pe parcursul efectuării lucrărilor: urmăreşte şi controlează împuşcările curente, predecupajul sau împuşcarea de netezire după caz; efectuează controlul materialului rezultat la împuşcare în vederea unei eventuale folosiri a acestuia; controlează profilul lucrării miniere sau a noului taluz rezultat după împuşcare; face controlul efectelor seismice al împuşcărilor şi a efectelor generale asupra mediului. Evaluarea rezultatelor împuşcărilor se face astăzi prin filmări rapide care permit înregistrarea modului de rupere şi de aruncare a rocilor de la front; zonele slabe din masiv de unde rocile sunt proiectate la distanţe foarte mari datorită suflului exploziei şi în faza finală aşezarea materialului sub formă de grămadă în faţa frontului. Fotoanaliza este una din cele mai recente metode, prin care imaginile fotografice ale rocilor împuşcate sunt analizate pe calculator prin tehnici de procesare a imaginilor. Filmările şi fotografiile pot fi utilizate pentru evaluarea rezultatelor exploziilor şi pentru compararea exploziilor între ele. Evaluarea generală a rezultatelor împuşcării poate fi făcută şi prin monitorizarea performanţelor încărcării, transportului şi sfărâmării mecanice a rocilor extrase. De asemenea, evaluarea procesului de împuşcare poate fi făcută şi prin analiza eficienţei echipamentului de executare a găurilor de mină sau de sondă şi a gradului de mărunţire a masivului împuşcat. Cei mai mulţi practicieni din domeniul extragerii rocilor tari cu explozivi sunt de părere că examinarea costului împuşcării sau a costului extragerii, care cuprinde forarea şi împuşcarea, nu trebuie să fie disociată de costul altor operaţii necesare de executat la frontul de lucru şi anume: mărunţirea secundară a blocurilor supragabaritice, încărcarea, transportul şi concasarea primară a rocii. 13

Sistemele contabile de urmărire şi evidenţă utilizate fac analiza economică pentru aceste operaţii greoaie şi complicată, încât până în prezent nici un studiu complet nu a fost făcut şi publicat în ţară pe această temă. Pentru cariere, acolo unde ţinerea evidenţei este mai precisă, costul principalelor operaţii de producţie (fără descopertă şi stocare-livrare) se situează între următoarele limite de variaţie faţă de costul total:  abataj (forare-împuşcare): 20-30%  încărcare: 10-15%  transport: 15-30%  concasare primară: 25-45%  spargerea supragabaritelor: 1-5% Valorile maxime corespund unor cazuri extreme. Costul total al extragerii în frontul de lucru variază bineînţeles de la o exploatare la alta în funcţie de: natura rocilor, metoda de extragere aplicată, concasarea sau nu a materialului la frontul de lucru, natura operaţiilor care se execută în aval etc. În carierele în care rocile se concasează, costul abatajului variază între 20-30% din costul total, în care forarea este aproximativ egală ca şi cost cu costul explozivului şi al operaţiei de împuşcare. Obiectivul principal al operaţiilor de forareîmpuşcare este acela de a realiza fragmentarea rocilor la granulometria necesară la preţurile cele mai scăzute posibil, respectând în acelaşi timp specificaţiile tehnice şi condiţiile de securitate impuse. Stabilirea şi aprobarea monografiei de împuşcare constituie prima etapă a procesului de producţie la extragerea minereurilor şi rocilor utile tari şi foarte tari din masiv. Operaţiile derulate la frontul de lucru constau în: forare, împuşcare,

mărunţirea supragabariţilor şi uneori chiar concasarea materialului, încărcarea şi transportul materialului la locul de depozitare. În orice exploatare minieră, forajul şi împuşcarea sunt primele două operaţii de bază care fac parte dintr-un sistem integrat de producţie şi acestea pot influenţa semnificativ rezultatele operaţiilor ce urmează atât din punct de vedere al productivităţii cât şi al costurilor. În fig. 13 se poate vedea că pe măsură ce fragmentarea va fi mai avansată se va mări costul de forare şi împuşcare şi se vor micşora costurile cu mărunţirea, încărcarea şi transportul. Curba, care rezultă prin adunarea celor două curbe 1 şi 2, prezintă un minim pe care toţi cei care se ocupă cu exploatarea rocilor tari îl caută. Prin urmare, forarea şi împuşcarea rocilor trebuie să fie studiate într-o viziune globală ţinând cont şi de restul operaţiilor la care va fi supus materialul extras din masiv în cadrul fluxului tehnologic. Un studiu realizat în mai multe cariere din străinătate care aveau drept obiectiv extragerea rocilor eruptive a arătat o variaţie a costurilor conform celor prezentate în fig. 14. În final se poate aprecia că introducerea unor noi tehnologii într-o unitate economică impune reducerea costurilor de exploatare pe de o parte, dar aduce pe de altă parte costuri suplimentare legate de achiziţionarea tehnologiei ca atare. Costul total al operaţiei de exploatare este costul tehnologiei plus costul exploatării. Nivelul economicităţii tehnologiei variază de la o mină la alta. Optimul tehnologiei pentru o mină este acela care dă costuri globale minime, aşa cum rezultă din fig. 15.

Fig. 13 Variația costurilor operațiilor efectuate la frontul de lucru în corelație cu gradul de fragmentare a rocilor

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2018

Fig. 14 Repartiția tipică a costurilor în carierele de roci tari

Fig. 15 Nivelul optim al tehnologiei miniere În mod concret, se poate arăta că în funcţie de condiţiile de lucru, de natura şi tăria rocilor ce trebuie dislocate, de metoda de exploatare aplicată, de elementele geometrice ale frontului de lucru etc., extragerea în minerit cu ajutorul explozivilor se face prin următoarele metode: extragerea cu explozivi amplasaţi în găuri de mină obişnuite, extragerea cu explozivi amplasaţi în găuri de sondă, extragerea cu explozivi amplasaţi în camere de minare şi extragerea combinată cu explozivi amplasaţi în camere de minare şi găuri de sondă. Exploatarea în cariere a zăcămintelor de substanţe minerale utile prin utilizarea energiei ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

explozivilor şi folosirea derocărilor pe şantierele de lucrări publice cu ajutorul explozivilor are un puternic impact negativ asupra mediului înconjurător. Intensitatea impactului este dependentă de cantitatea de exploziv întrebuinţată la o împuşcare, cea mai nefavorabilă situaţie înregistrându-se în cazul utilizării împuşcărilor masive cu utilizarea unor cantităţi foarte mari de exploziv. În esenţă impactul împuşcărilor asupra mediului înconjurător se materializează prin:  poluarea aerului cu praf şi gaze;  aruncarea rocilor de la frontul de lucru; 15



realizarea unei suprapresiuni în frontul undei aeriene de şoc;  producerea unui efect seismic, şi  poluarea fonică puternică sesizată prin vibraţii şi zgomot. Fiecare din aceste elemente au un anumit efect asupra mediului şi impune o serie de măsuri specifice pentru atenuarea impactului, astfel încât parametrii de influenţă să se înscrie în anumite limite acceptabile. Soluţiile şi măsurile luate pentru diminuarea gradului de poluare asupra mediului trebuie să satisfacă criteriul de costuri minime în condiţii de eficienţă maximă. Dincolo de consecinţele asupra construcţiilor industriale şi civile şi de o manieră mai generală asupra mediului înconjurător, utilizarea explozivilor a necesitat punerea la punct şi aprobarea în forurile legislative a unor reglementări foarte importante vizând în principal două obiective:  un obiectiv de securitate publică, în care se pune accent pe condiţiile de deţinere şi utilizare a explozivilor şi de protecţie în timpul lucrărilor de împuşcare;  un obiectiv de securitate individuală, pentru cei care manipulează explozivii întrucât atunci când are loc un accident, acesta este întotdeauna foarte grav. Reglementările în vigoare sunt importante şi trebuie cunoscute de fabricantul de explozivi, de cel care face transportul acestor materiale şi de utilizator. Închei cele prezentate până aici prin a spune că împuşcarea rocilor este şi va rămâne, măcar 2-3 decenii de aici înainte, metoda principală pentru derocarea rocilor tari, cu toate deficienţele şi dezavantajele pe care le prezintă. Ne aşteptăm ca peste 2-3 decenii, prin cunoaşterea mai bună a masivului de roci şi prin folosirea ultimelor realizări ale ştiinţei şi tehnicii miniere, operaţiunile de bază cum ar fi extragerea din masiv, încărcarea şi transportul rocilor tari şi foarte tari, ca şi prelucrarea acestora să se realizeze prin sisteme automatizate continuu. Cele mai multe utilaje care vor compune lanţul tehnologic vor fi concepute astfel încât să funcţioneze în mod continuu şi să asigure productivităţi mari şi o fiabilitate ridicată. Starea de funcţionare şi uzură a componentelor utilajelor va fi permanent controlată, ceea ce va permite eliminarea defecţiunilor neprevăzute şi a stagnărilor în procesul de producţie.

Concluzii Pentru desfăşurarea în condiţii de eficienţă şi securitate a lucrărilor de împuşcare este necesar a se cunoaşte condiţiile geologo-miniere în care se desfăşoară exploatarea, cerinţele de securitate impuse materialelor explozive şi mijloacelor de iniţiere ca şi influenţa unor factori externi asupra acestora, influenţa explozivilor asupra mediului înconjurător, precum şi aspecte ale eficienţei economice a lucrului cu explozivi. Cercetările întreprinse în ultimele decenii în domeniul împuşcării în minerit au avut drept rezultat introducerea în producţie a unor procedee şi metodologii de lucru care au dus la utilizarea întrun grad mai înalt a energiei substanţelor explozive, realizarea unor excavaţii profilate, obţinerea unor lucrări cu pereţi netezi şi stabili în diferite categorii de roci, intensificarea executării lucrărilor şi extragerii corpurilor de zăcământ, organizarea mai eficientă şi în flux continuu a procesului de producţie etc. Dezvoltarea continuă a tehnologiilor miniere este asigurată prin circulaţia rapidă a informaţiilor şi transpunerea lor imediată în practică. Bibliografie 1. Fodor, D. Ingineria împuşcărilor - Materiale şi tehnici de lucru, Editura Namaste Timişoara şi Corvin Deva, 2007 2. Fodor, D. Folosirea explozivilor în industrie, Editura Infomin Deva, 1998 3. Fodor, D. Aspecte economice ale lucrărilor de forare împuşcare, Revista Minelor nr. 2/1998 4. Fodor, D. Tehnologii speciale şi neconvenţionale pentru extragerea rocilor şi substanţelor minerale utile, Editura Infomin Deva, 2003 5. Singh, S.P. Blasting technology for the 21st century – Mining challenges of the 21st century, A.P.H. Publishing Corporation, New Delhi, 2000 6. Fodor, D. Folosirea explozivilor pentru extragerea rocilor tari, Revista Minelor nr.7/2008 7. Fodor, D. Știința și tehnica folosirii explozivilor în industrie, Editura AGIR, București, 2016

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2018

ASPECTE PRIVIND OPTIMIZAREA TRANSPORTULUI ȚIȚEIULUI PRIN CONDUCTELE COLECTOR Iuliana Veronica GHEŢIU* Rezumat Activitatea de transport a produselor petroliere reprezintă în prezent o componentă esențială în economie. Prezenta lucrare își propune optimizarea transportului țițeiului pentru un tronson de conductă colector care asigură transportul de la trei parcuri la un depozit central. În urma calculului hidraulic bazat pe ecuația fundamentală a mișcării fluidelor reale prin tuburi de curent au fost calculate: numărul de pompe necesar în fiecare parc, timpul de evacuare al producţiei de la fiecare parc, debitul de evcuare pentru fiecare parc şi presiunea maximă. Cuvinte cheie: activitate de transport, produse petroliere, conducta colector, parcuri de rezervoare 1. Introducere Activitatea de colectare, transport și depozitare a petrolului, a produselor petroliere și gazelor reprezintă în prezent o componentă esențială în economie. Creșterea rapidă a necesităților de alimentare cu energie primară și a consumului de produse realizate prin prelucrarea petrolului, cerințele din ce în ce mai complexe, cooperarea internațională în acest domeniu fac necesară o cunoaștere cât mai bună atât a problemelor fundamentale cât și a celor mai noi realizări. În contextul actual de piață, cu un preț nefavorabil al țițeiului care se estimează să persiste pentru o perioadă mai îndelungată, se au în vedere intensificarea programelor cu focus pe eficiență, proiectele de optimizare având prioritate. Prezenta lucrare își propune optimizarea transportului țițeiului pentru un tronson de conductă colector care asigură transportul țițeiului de la trei parcuri la un depozit central.

Din punct de vedere tehnologic, echiparea parcurilor de rezervoare constă în patru componente principale: - Container – Sistem pentru Colector; (fig 1) - Container – Sistem pentru Separatoare și Echipamente; (fig 2) - Container – Pompe; (fig 3) - Container – Sistem pentru Cabinele electrice și aparatura de comandă și control Sistemul de comandă și control al sistemului va fi proiectat pentru a îndeplini cerințele unei exploatări „fără operatori“ şi va fi proiectat pentru dimensiunea curentă a stației și garantează o operabilitate rapidă și ideală. Conductele colectoare sunt conducte cu ramificații care colectează țițeiul din parcurile de separatoare și îl transportă la depozitul central. Colectorul principal este de fapt un sistem de conducte montate în serie dar că pe fiecare tronson variază nu numai lungimile și diametrele interioare, dar și debitele.

Fig.1 Sistemul de măsurare pentru colector Fig.2 Sistemul de măsurare pentru separator

* Asist.dr.ing. U.P.G. Ploiești ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

stațiilor de pompare, în calculul de rezistență al conductei si pentru evaluarea investițiilor. Calculul hidraulic are la bază ecuația fundamentală a mișcării fluidelor reale prin tuburi de curent.

Fig.3 Sistemul de măsurare pentru pompă Calculul hidraulic al conductelor are ca scop determinarea simultană a presiunii de pompare si a diametrului interior al conductei. Cunoașterea presiunii inițiale este necesară pentru dimensionarea

2. Aspecte teoretice si experimentale Obiectivul lucrării este de optimizare a transportului prin înlocuirea parcurilor existente, de mari dimensiuni, în comparație cu nivelul de producție propriu-zis, cu sisteme moderne și de înlocuire a conductei colector, aceasta având durata de viață depășită. Pe baza datelor de şantier pentru parcurile luate în considerare se realizează proiectarea lucrărilor de înlocuire a conductei colector. În vederea atingerii acestui obiectiv s-a realizat calculul hidraulic şi mecanic al conductei colector dintre trei parcuri de rezervoare de depozitare titei şi depozitul central. Proprietățile țițeiului transportat sunt prezentate in tabelele 1 şi 2.

Tabel 1 Proprietățile țițeiului în unități de măsură de șantier Temp. Densitate Vâscozitatea Vâscozitea Punct Punct ˚C g/cm3 cinematică dinamică cong.țiței cong.rez. ˚C cSt cP ˚C 20 0,8870 38,93 34,530 30 0,8804 16,19 14,250 40 0,8738 11,54 10,080 +10 +30 50 0,8672 9,13 7,920 60 0,8606 6,97 6,000 Tabel 2 Proprietățile țițeiului în unități de măsură SI Temp. Densitate Vâscozitatea Vâscozitatea Punct Punct kg/m3 ˚C cinematică dinamică cong.țiței cong.rez. m3/s Pa.s ˚C ˚C 20 887,0 38,93·10-6 0,034530 +10 +30 30 880,4 16,19·10-6 0,014250 40 873,8 11,54·10-6 0,010080 50 867,2 9,13·10-6 0,007920 60 860,6 6,97·10-6 0,006000 Caracteristicile conductei colector de la parcuri către depozit sunt prezentate în tabelul 3, iar

Conținut parafină %gr

15,00

Conținut parafină %gr 15,00

schema de amplasare a parcurilor este prezentata în figura 4.

Tabel 3 Caracteristici conductă colector și presiunile de operare Tronson conductă Lungime [m] Diametru Presiune de operare [in] [atm] Parc 1 – Colector A 1.200,18 4 5 Colector A – Colector B 1.171,05 8 8 Colector B – Depozit 6.546,06 8 8 Parc 2 –Colector A 8,48 m 3 8 Parc 3 – Colector B 61,10 3 5

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2018

Fig. 4 Schema de amplasare a parcurilor Ĺ&#x;i depozitului central Pentru stabilirea unui program optim de pompare s-a ales varianta ĂŽn care pompeazÄ&#x192; pe rĂ˘nd fiecare parc Ĺ&#x;i s-a calculat numÄ&#x192;rul de pompe necesar ĂŽn fiecare parc, timpul de evacuare al producĹŁiei de la fiecare parc, debitul de evcuare pentru fiecare parc Ĺ&#x;i presiunea maximÄ&#x192;. Calculul numÄ&#x192;rului de pompe necesare ĂŽn fiecare parc, Npc đ?&#x2018;&#x201E; đ?&#x2018; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? = đ?&#x2018;&#x17E; đ?&#x2018;&#x2013; (1) đ?&#x2018;? Âˇ đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;§

unde Qi â&#x20AC;&#x201C; producĹŁia zilnicÄ&#x192; a parcurilor, m3;

Parc 1 2 3

qp â&#x20AC;&#x201C; debitul real al pompei m3/orÄ&#x192;; tz â&#x20AC;&#x201C; timpul zilnic de pompare, tz = 3 ore. Calculul timpului de evacuare al producĹŁiei de la fiecare parc, tev đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x2013; đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ł = (2) đ?&#x2018;&#x17E;đ?&#x2018;?Âˇđ?&#x2018; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?

Calculul debitului de evacuare, đ?&#x2018;&#x201E; đ?&#x2018;&#x17E;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ł = đ?&#x2018;&#x2013; đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ł

(3)

Rezultatele obĹŁiunte sunt prezentate ĂŽn tabelul 4

Tabel 4 Rezultate obČ&#x203A;inute pentru parcuri ProducĹŁia zilnicÄ&#x192; a NumÄ&#x192;r real Timp Debit evacuare, Presiunea 3 parcului, m pompe evacuare, ore m3/h maxima, bar 59,386 2 4 14,847 15,023 94,318 2 6 15,720 15,027 37,739 1 5 7,548 0,152

Dimensionarea conductelor de legÄ&#x192;turÄ&#x192; s-a realizat dupÄ&#x192; criteriul vitezei fluidului, viteza economicÄ&#x192; fiind ĂŽn jurul valorii de 1 m/s.

Rezultatele obĹŁinute sunt prezentate ĂŽn tabelul 5. Ă&#x17D;n urma analizei datelor obĹŁinute s-a ales programul de pompare prezentat ĂŽn figura 5.

Tabel 5 Rezultate obČ&#x203A;inute pentru tronsoanele de conductÄ&#x192; Tronson conductÄ&#x192; Diametru interior, mm Diametru exterior, inch Viteza maximÄ&#x192; a Č&#x203A;iČ&#x203A;eiului, m/s A â&#x20AC;&#x201C;B 74,7 3 1/2 0,996 B â&#x20AC;&#x201C; Depozit 74,7 3 1/2 0,996 Parc 1 - A 74,7 3 1/2 0,941 Parc 2 - A 74,7 3 1/2 0,941 Parc 3-Depozit 53,1 2 3/8 0,947

Fig. 5 Programul de pompare al parcurilor ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, PetroĹ&#x;ani, Romania

RelaĹŁiile de calcul folosite pentru a determina presiunea de pompare cÄ&#x192;tre depozitul central ĂŽn

situaĹŁia ĂŽn care fiecare parc va pompa conform graficului din figura 5 sunt prezentate ĂŽn tabelul 6. Rezultatele obĹŁiunte sunt prezentate in tabelul 7.

Tabel 6 RelaČ&#x203A;ii de calcul necesare determinÄ&#x192;rii presiunii de pompare MÄ&#x192;rimea Relatia de calcul Viteza ĹŁiĹŁeiului pe tronsoanele conductei colector NumÄ&#x192;rul Reynold pe conductele de legÄ&#x192;turÄ&#x192; Coeficientul de rezistenĹŁÄ&#x192; hidraulicÄ&#x192; pe conductele de legÄ&#x192;turÄ&#x192; Gradient de presiune corespunzator pierderilor prin frecare Presiunea la parc

Parc

4 Âˇ(đ?&#x2018;&#x17E;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Ł )

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A; = đ?&#x153;&#x2039; Âˇ(đ?&#x2018;&#x2018;

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;?đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2013; )Â˛

đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2019; = đ?&#x153;&#x2020;=

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A; Âˇđ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;˘đ?&#x2018;?đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2013;

0,3164 (đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2019;)0,25

iđ??żđ?&#x2018;&#x2013; =

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x161;

2 8Âˇđ?&#x2018;&#x17E;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x2013; Âˇđ?&#x153;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2013; Âˇđ??żđ?&#x2018;&#x2013; 2 đ?&#x153;&#x2039; Âˇđ?&#x2018;&#x201D; Âˇ đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2013;5

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;,đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2122; đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x; = đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013; + Ď Âˇ g Âˇ [ iđ??żđ?&#x2018;&#x2013; + đ??żđ?&#x2018;&#x2013; + (đ?&#x2018;?đ??ˇ - đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013; )]

Tabelul 7 Valorile calculate pentru optimizarea programului de pompare Interval Viteza NumÄ&#x192;rul Coeficientul de Gradient de orar de ĹŁiĹŁeiului pe Reynold pe rezistenĹŁÄ&#x192; presiune pompare tronsoanele conductele hidraulicÄ&#x192; pe corespunzator conductei de legÄ&#x192;turÄ&#x192; conductele de pierderilor prin collector, m/s legÄ&#x192;turÄ&#x192; frecare, m col lichid/m conductÄ&#x192; 8 - 12

0,941

2882,053

58,545

0,043

Presiunea la parc , bar

12,985

170,354 2

12 - 18

0,996

3051,542

64,70

0,043

15,027

188,751 3

18 - 21

0,478

1465,181

3. Concluzii Proiectarea sistemului de transport Ĺ&#x;i de depozitare este un calcul complex care are ĂŽn vedere realizarea unei scheme tehnice de transport Ĺ&#x;i depozitare astfel ĂŽncĂ˘t cheltuielile efectuate pentru aceasta sÄ&#x192; fie cĂ˘t mai reduse, dar cu un randament maxim. Calculul variantelor de pompare necesitÄ&#x192; o atenĹŁie deosebitÄ&#x192; deoarece trebuie sÄ&#x192; se ajungÄ&#x192; la o

0,051

52,274

0,152

variantÄ&#x192; cĂ˘t mai eficientÄ&#x192; din punct de vedere economic cĂ˘t Ĺ&#x;i din punct de vedere al timpului de pompare Ĺ&#x;i evacuare a produselor petroliere. Puterea necesarÄ&#x192; de pompare (tabelul 8) calculatÄ&#x192; pentru varianta aleasÄ&#x192;, adicÄ&#x192; un interval de pompare de 6 ore pentru fiecare parc, confirmÄ&#x192; optimizarea din punct de vedere tehnologic Ĺ&#x;i economic al transportului prin conducta colector.

Tabelul 8. Puterea necesarÄ&#x192; pentru pompare

Parc

Interval Interval Interval Total 08:00-12:00 12:00-18:00 18:00-23:00 614 29,155 29,155 901 43,476 43,476 P9 0,187 0,187 Total 29,155 43,476 0,187 73,088

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2018

Bibliografie 1. Bulău, L. Colectarea, transportul și depozitarea țițeiului multiplicat Institutul de Petrol și Gaze, Ploiești, 1978 2. Creţu, I., Stan, Al. Transportul fluidelor prin conducte. Aplicații și probleme - Editura Tehnică, București, 1984 3. Creţu, I., Soare, Al., și alții Probleme de hidraulică - Editura Tehnică, București, 1972 4. Creţu, I. Hidraulică generală și subterană - Editura didactică și pedagogică, București, 1983

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

5. Soare, Al., Rădulescu, R. Transportul și depozitarea hidrocarburilor – Editura U.P.G., Ploiești, 2004 6. Trifan, C., Albulescu, M., Neacșu, S. Elemente de mecanica fluidelor și termodinamică tehnică, Editura U.P.G., Ploiești, 2005; 7. Normativ departamental NR. 3915-94 Proiectarea și construirea conductelor colectoare și de transport gaze naturale 8. *** Confind, Fișe tehnice; 9. *** OMV Petrom, Memorii tehnice, documentații din șantier.

OPTIMIZAREA UNOR ELEMENTE DE PROIECTARE A GARNITURII DE FORAJ Dan RĂDĂCINĂ*, Lazăr AVRAM** Rezumat Proiectarea cu succes a unei garnituri de foraj presupune luarea în considerare, separat și în ansamblu, a următoarele aspecte majore: sonda – ca obiectiv de construcție; operațiunile – ca scenarii pentru încărcare cu solicitări mecanice, statice, dinamice și la oboseală a garniturii de foraj; capabilități tehnice - ca suport tehnologic pentru realizarea cu succes a operațiunilor propuse; factori de risc – ca suport în alegerea metodelor de eliminare/ reducere a acestora. În același timp, proiectarea garniturii de foraj trebuie privită în strânsă corelație cu exploatarea și inspecția ei. Aceasta, deoarece obiectivul major al proiectării îl constituie, în cele din urmă, menținerea integrității structurale a acesteia în cursul operațiunilor de așa manieră încât garnitura de foraj să asigure, în condiții de siguranță maximă, funcțiile pentru care a fost proiectată. Aceste aspecte constituie, în fapt, obiectul de studiu al prezentei cercetări. 1. Marcarea prăjinilor de foraj și a racordurilor speciale Dată fiind multitudinea producătorilor de prăjini de foraj și a racordurilor speciale, pe de o parte, precum și faptul că ele pot fi utilizate oriunde în lume, pe de altă parte, API prin specificația RP7G a conceput un sistem de marcare unitar și standard pentru prăjinile de foraj și racordurile speciale, făcând posibilă identificarea simplă si fără eroare a acestora. În plus, proprietarii acestor elemente își pot introduce propriul sistem de marcare, codificare ce ține mai mult de identificarea rapidă pentru acele elemente care necesită inspecții, reparații, sau care trebuie să fie retrogradate de la categoria inițială de rezistență. Practica recomandată și adoptată de majoritatea contractorilor de foraj rezidă în identificarea fiecărei bucăți de prăjină după cumpărare, printr-o serie de

caractere alfa numerice. Marcarea prăjinilor de foraj este importantă pentru că: - localizează posibile cauze generatoare de incidente tehnice; - previne și / sau minimalizează avaria garniturii de foraj în sondă; - avertizează asupra momentului de schimbare a poziției prăjinilor de foraj în cadrul garniturii de foraj; - dă posibilitatea înregistrării tipurilor de operațiuni efectuate de o prăjină de foraj, respectiv a tipului de solicitări la care aceasta a fost expusă; - determină viața prăjinii de foraj pentru o anumită clasificare a acesteia etc. În figurile 1 și 2 sunt prezentate, schematic, modalitățile de marcare a prăjinilor de foraj, respectiv de marcare și identificare a racordurilor speciale.

Fig.1 Marcarea prăjinilor de foraj [1]

* Drd.ing. DOSCO S.A. ** Prof.dr.ing. U.P.G. Ploiești

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2018

Fig.2 Marcarea și identificarea racordurilor speciale [1] 2. Elemente generale de proiectare și optimizare a garniturii de foraj În procesul de dimensionare a garniturii de foraj se pleacă de la premisa esențială că aceasta trebuie să-și păstreze, în totalitate, integritatea structurală și dimensională în timpul exploatării sale, asigurândse, în același timp, toate funcțiile pentru care este concepută. În fapt, dimensionarea garniturii de foraj reprezintă alegerea acelor dimensiuni, respectiv diametre interioare, exterioare, tipodimensiuni de racorduri, grade de oțel, lungimi de elemente ș.a., de așa manieră încât, ca urmare a solicitărilor mecanice existente în timpul exploatării, garnitura de foraj să fie permanent sub limitele admisibile ale solicitărilor mecanice simple sau / și combinate: tracțiune, compresiune, torsiune, încovoiere, presiune exterioară, presiune interioară, vibrații, coroziune și oboseală. În același timp trebuie să fie asigurată permanent integritatea structurală a acesteia. Pentru a putea proiecta cu succes o garnitură de foraj trebuie privite, separat și în ansamblu, următoarele aspecte majore: sonda – ca obiectiv de construcție; operațiunile – ca scenarii pentru încărcare cu solicitări mecanice, statice, dinamice și la oboseală a garniturii de foraj; capabilități tehnice - ca suport tehnologic pentru realizarea cu succes a operațiunilor propuse; factori de risc – ca suport în alegerea metodelor de eliminare/ reducere a acestora. Sonda – ca obiectiv de construcție În acest caz trebuie avute în vedere următoarele repere: - adâncimea sondei pe verticală; - deplasarea sondei pe orizontală; - intensitatea de deviere; - diametrele de foraj pe faze; - tipurile de sape de foraj propuse spre utilizare, inclusiv parametrii regimului de foraj recomandați: apăsare pe sapă, turație, debit, calitățile fluidului de foraj etc;

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

- fluidele de foraj utilizate pe faze de foraj: tipuri și proprietăți majore; - existența unor fluide corozive (H2S, CO2, NaCl, KCl2 etc.); - caracteristicile rocilor ce vor fi forate, pe faze de foraj; - tehnologia de foraj care se va utiliza; - rata de penetrare / timpul de foraj; - estimarea coeficienților de frecare în gaura liberă și în coloană; - gradientul presiunii din pori, gradientul presiunii de fisurare și gradientul geotermic. Operațiuni – ca scenarii pentru încărcare cu solicitări mecanice, statice, dinamice și la oboseală a garniturii de foraj: - foraj cu motor și/sau rotary la adâncimea finală, pe faze de foraj *; - sliding – foraj direcțional*; - circulație cu rotație deasupra tălpii pe fiecare fază de foraj*; - corectarea găurii descendent (cu masa rotativă)*; - corectarea găurii în sens ascendent (Top Drive System)*; - lărgirea găurii (intervale); - manevrarea garniturii (pull up weight și slack of weight) la talpă pe fiecare fază de foraj*; - lansarea lainerelor (cu sau fără rotație); - testarea stratelor cu garnitura de foraj (DST Drill Stem Test); - lansarea penelor de deviere și reluări de gaură / frezări de ferestre în coloană; - cimentarea lainerelor și/ sau a dopurilor de ciment speciale; - garnitura de foraj prinsă la puț – lucrul cu geala; - operațiuni de instrumentație și frezări; - lansarea packerelor și/ sau a altor dispozitive de talpă; - efectuarea TLC - carotaj electric cu garnitura de foraj; - carotajul mecanic continuu etc. * Scenarii de încărcare MANDATORII 23

Capabilități tehnice - ca suport tehnologic pentru realizarea cu succes a operațiunilor propuse: - instalația de foraj (sarcina maxima la cârlig; puterea troliului de foraj; tipul și capabilitatea mesei rotative; tipul și capabilitatea Top Drive System-lui; capacitatea substructurii; tipul, puterea și capabilitatea pompelor de foraj; tipul și capabilitatea instalației de prevenire a erupțiilor - BOP); - echipamente tehnologice de fund ce se vor folosi: tipuri, cerințe, capabilități și limitări (motoare de fund / turbine de foraj; stabilizatori, lărgitori; dispozitive de impact - geale și acceleratori; amortizoare de vibrații; reducători de moment de torsiune; carotiere mecanice; coloane lainer, agățătoare și lansatoare; scule de frezare și instrumentație). Factori de risc – ca suport în alegerea metodelor de eliminare / reducere a acestora: - riscuri de natură geologică: anomalii de presiune și temperatură, stress tectonic, falii și fracturi, săruri, H2S,CO2; - factori de natură financiară și logistică: echipamente necesare la preturi foarte mari sau care nu sunt disponibile la data derulării proiectului; - factori de natura umană: decizii improprii, subdimensionarea unor echipamente, omisiuni, subevaluare sau supraevaluare; - riscuri legate de prinderea garniturii de foraj gauri de cheie, prindere diferentiala, prindere mecanica, daramarea gaurii,obiecte metalice ramase sau scapate in sonda. Proiectarea unei garnituri de foraj implică optimizarea tuturor celor patru aspecte mai înainte prezentate, chiar dacă în practică, de multe ori, există situații contradictorii care trebuie rezolvate simultan. Proiectarea garniturii de foraj se face pe fiecare secțiune de foraj a sondei, fiind parte integrantă Proiectul Sondei. Este vorba de un proces iterativ, în sensul că se aleg componentele, se verifică pentru încărcările mecanice maxime, iar în situația în care condițiile de rezistență minimă admisibilă nu sânt satisfăcute, se realeg componente mai rezistente și apoi se verifică din nou. Procesul continuă până când respectivele condiții sunt atinse. [2] În același timp, proiectarea garniturii de foraj trebuie privită în strânsă corelație cu exploatarea și inspecția ei. Aceasta deoarece obiectivul major al proiectării îl constituie, în cele din urmă, menținerea integrității structurale a acesteia în cursul operațiunilor de așa manieră încât garnitura de foraj să asigure, în condiții de siguranță maximă, funcțiile pentru care a fost proiectată.

3. Mecanismele care stau la baza avariilor garniturii de foraj Conform standardului DS-1, Ediția 3 [2], există două mecanisme majore care conduc, în final, la deteriorarea/ avaria garniturii de foraj: suprasarcina și oboseala. Suprasarcina este un mecanism clasic abordat conform teoriilor din rezistența materialelor, componentele garniturii de foraj fiind proiectate să suporte în timpul exploatării încărcările mecanice anticipate. Această abordare, bazată pe modele matematice și formule teoretice, este de-acum binecunoscută și verificată cu succes în practică. Altfel spus, o proiectare bazată pe acest mecanism va da rezultate sigure [2]. Oboseala este un mecanism care, deși este demonstrat ca apariție în practică (cauzând foarte multe probleme), are un suportul teoretic mult mai puțin cunoscut. Fenomenul este indus de încărcări mecanice ciclice, care au loc pe perioade mari de timp, și care se accentuează extrem de repede în mediul coroziv prin apariția unor micro-fisuri inițiale în cadrul componentelor respective. Distrugerea unui element al garniturii de foraj cauzată de oboseală poate să apară chiar la valori de doar 10 – 20 % din limita de curgere a materialului respectiv.[2] Fenomenul de oboseală este deosebit de complex, el putând fi inițiat ca apariție în anumite puncte – concentratori de stress - iar apoi propagându-se exponențial și extrem de rapid, provocând avaria completă a componentei în cauză. Din acest motiv, mecanismul trebuie privit ca un proces cumulativ in timp. Ca urmare a complexității sale, acest mecanism este greu de anticipat cu exactitate și, drept urmare, modelarea matematică devine extrem de complexă și, de multe ori, inexactă. Având un impact major asupra rezistentei materialelor, oboseala este luata în considerare prin orice mijloace, astfel ca avariile provocate de acest fenomen să poate fi reduse cat mai mult posibil [2]. Factori de proiectare sau Factori de Siguranță în proiectare [2] Factorii de siguranță (în principal de tracțiune, torsiune, presiune interioara, presiune exterioara si flambaj) se aplică în proiectarea garniturii de foraj pentru satisfacerea unor limitări de proiectare. Factorii de siguranță sunt utilizați pentru fiecare element al garniturii de foraj astfel ca să existe, în timpul exploatării, suficientă margine (rezervă) pentru incarcarile mecanice la care este supusa garnitura de foraj. Factorul de siguranță la flambaj este utilizat pentru asigurarea unei rezerve suficiente în greutatea ansamblului de fund (BHA), de așa manieră încât să se evite flambarea garniturii de foraj și a Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2018

dispozitivelor de impact (geala), sub influența efortului de compresiune mecanică. În mod uzual acești Factori de siguranța au valori cuprinse între 1 și 1,3 (coeficienți cu valori mai mari înseamnă un proiect mai conservativ) [2].

Limitări de proiectare Limitările de proiectare sunt criterii pe care un proiect trebuie să le îndeplinească pentru ca proiectul să poată fi considerat sigur. Standardul DS-1, Ed. 3, recomandă două limitări de proiectare pentru suprasarcină: tracțiunea suplimentară minimă și factorul maxim de încărcare.

Tabel 1. Factori de proiectare la Suprasarcină Factor Grup / Clasa de Proiectare Design Factori de Proiectare 1 2 Tensiune si Incarcari cmbo. >=1,25 >=1,15 Torsiune >=1,2 >=1,2 Factori de incarcare Maxima <=100% <=100% Suprasarcina Minima >=15% >=15% Categoria de Inspectie N/A >=3 Se recomandă patru limitări de proiectare pentru oboseală: rația rezistenței la încovoiere (BSR); rația rigidității maxime (SR); indexul maxim al curburii (CI); indexul stabilității maxime (SI).[2] Rația rezistentei la încovoiere (BSR) se aplică conexiunilor/ racordurilor de tip cep-mufă pentru prăjini grele sau componente cu rigiditate mare: motoare de fund, stabilizatori, lărgitori. Nu se aplică

3 >=1 >=1,2 <=100% >=15% 5

prăjinilor intermediare (HWDP) și prăjinilor de foraj, cu excepția cepului unei HWDP înșurubat în mufa de prăjină grea. Valorile BSR sunt calculate și tabelate pentru fiecare tip de conexiune corespondentă unui diametru de prăjină grea. Un BSR balansat, va avea ca efect o rezistenta la oboseală sporită pentru cepul și mufa racordului (fig.3).[2]

Fig. 3 Racord echilibrat Rația rigidității maxime (SR) se aplică la schimbarea suprafețelor secțiunilor pentru elementele ansamblului de fund (BHA) de la prăjini grele către prăjinile de foraj (nu se aplică la schimbarea secțiunilor prăjinilor de foraj) [2]. Indexul maxim al curburii (CI) se aplică la corpul prăjinilor de foraj care se rotesc în secțiuni de gaură de sondă curbe, și ia în considerare curbura găurii de sonda, diametrul și greutatea prăjinilor de foraj, gradul de otel, clasa de uzura și sarcina axiala în secțiunea studiată. Deoarece sarcina axială joacă

Factor sau limitare BSR SR CI SI DFBHA

un rol important în rezistența la oboseala, CI se calculează atât pentru scenariul foraj cât și la corectarea ascendentă (backreaming) [2]. Indexul stabilității maxime (SI) se aplică elementelor ansamblului de fund - prăjini grele și HWDP - care sunt în flambaj. Este o măsura cantitativă relativă a rezistenței la oboseală a ansamblului de fund aflat în starea de flambaj [2]. Sintetic, în tabelul 2 sunt prezentați coeficienții de siguranța și limitările de proiectare, iar în tabelul 3 - valorile recomandate BSR.

Tabelul 2. Factori de siguranță și limitările de proiectare [2] Grup proiectare 1 Grup proiectare 2 Grup proiectare 3

< = 5,5 < = 20000 < = 1000 > = 1,15

ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

Tabelul 2 < = 5,5 < = 10000 < = 600 > = 1,15

< = 3,5 < = 6000 < = 200 > = 1,2 25

Tabelul 3. Valori recomandate BSR [2] Diametrul nominal al prăjinilor grele, in Valori BSR tradiționale <6 2,25 - 2,75 6 – 7 7/8 2,25 - 2,75 =>8 2,25 - 2,75 4. Grupe sau clase de proiectare Reprezintă, în fapt, de o modalitate de simplificare a „filozofiei de proiectare” prin gruparea limitărilor de proiectare și a coeficienților de siguranță de așa manieră încât proiectele să poată fi comparate, iar garniturile de foraj să fie alocate unor tipuri specifice de proiecte (tabelul 4). În același timp, inspecțiile necesare garniturilor de foraj

Valori BSR recomandate 1,8 - 2,5 2,25 - 2,75 2,5 - 3,2

trebuie să fie conforme cu anumite tipuri de proiecte. În tabelul 5 este prezentată, sintetic, aplicarea coeficienților de siguranță și a limitărilor de proiectare (DS-1 TM, Ed.3). În Tabelul 6 sunt prezentați factorii și limitările de proiectare (DS-1 TM, Ed. 3) pentru trei grupuri de proiectare.

Tabelul 4. Aplicarea Grupelor/Claselor de Proiectare Cosideratii Grup / Clasa de Proiectare 1 2 3 Costul Avariei Scazut Mediu Ridicat Densitate Avarii Scazuta Medie Ridicata Toleranta la Risc a companiei Ridicata Medie Scazuta Tabelul 5. Aplicarea coeficienților de siguranță și a limitărilor de proiectare (DS-1, Ediția 3) [2] Obiectul proiectării Proiectare la suprasarcină Proiectare la oboseală Configurarea ansamblului de • Factorul de încărcare • Rația rezistentei la încovoiere fund (BHA) pentru rezistența • Suprasarcina tracțiunea minimă (BSR) structurală • Factori de siguranță la tracțiune și • Rația rigidității maxime (SR) torsiune • Indexul Stabilitatii (SI) Configurarea garniturii de foraj • Factorul de încărcare Indexul maxim al curburii (CI) • Suprasarcina tracțiunea minimă • Factori de siguranță la tracțiune și torsiune Tabelul 6. Factorii și limitările de proiectare (DS-1 Ed. 3) pentru trei grupuri de proiectare [2] Activitatea Coeficienți de siguranța sau limitări Grup de proiectare 1 2 3 Proiectare la suprasarcină

Proiectarea la oboseală

Program de inspecție

Factor de siguranță la tracțiune (DFT) Factor de siguranță la torsiune (DFTR) Factor de încărcare maximă Suprasarcina tracțiune minimă

> = 1,25

> = 1,15

>=1

> = 1,2

< = 100 % > =15 % Tabelul 2

< = 100 % > = 15 % Tabelul 2

Indexul stabilității maxime (SI) Indexul maxim al curburii (CI) Rația rigidității maxime (SR) Factor de siguranță pentru greutatea BHA (DF BHA)

< = 1000 < = 20000 < = 5,5

< = 600 < = 10000 < = 5,5

< = 200 < = 6000 < = 3,5

> = 1,15

> = 1,2

Categoria DS-1

N/A

> =3

Incizia maximă a penelor (% pereți adiacenți)

< = 10

<=5

Rația rezistenței la încovoiere (BSR)

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2018

În figurile 4; 5 și 6 sunt prezentate schemele fluxului de proiectare la solicitări mecanice Suprasarcini pentru garnitura de foraj, schema fluxului de proiectare la oboseală și localizarea celor patru limitări la oboseală în garnitura de foraj și BHA. [2].

Alegerea Coeficientilor de Siguranta Sau Incadrarea intr-o Categorie de Proiectare

Alegerea Limitarilor de Proiectare sau Incadrarea intr-o Categorie de Proiectare

Incadrare in Categoria de Poiectare sau Alegerea Coeficientilor de Siguranta

Configurarea Ansamblului de fund Inferior ( BHA Inferior )

Configurarea Ansamblului de Fund - BHA Defineste un program Torque & Drag

Selectarea tipului de BHA : Conventional sau pentru sonde cu inclinare mare

Specificarea Garniturii de Foraj Calculeaza incarcarile Garnitrii de Foraj

Configurarea BHA Superior

Configurare garnitura de foraj

Determinarea Incarcarilor in Garnitura de Foraj - Tractiune -Torsiune -Incarcari multi axiale

Aplicare Limitari de Proiectare: BSR SR CI SI

NO Limitari Acceptate ?

Compara incarcarile cu Capacitatile admisibile de incarcare a garniturii de foraj

Modifica Garnitura de Foraj si /sau si / sau Alti Factori

Proiectare la oboseala acceptabila

NU DA

NO Alternative optim acceptabile?

Este Cel Putin Suprasarcina Suprasarcina Minima

Proiectare optima la oboseala

Considera Recomandarile Specifice optime

Este cea mai mare valoare a incarcarii NO

< Valoarea Maxima de incarcare admisibila

Utilizeaza

Proiectare Corecta

Verificare / monitorizare rata de corozivitate a fluidului de foraj Masuri de inhibare a coroziunii

Fig.4 . Schema fluxului de proiectare la solicitări de suprasarcini in garnitura de foraj

Fig.5 Schema fluxului de proiectare la oboseală

Fig.6 Localizarea celor patru limitări la oboseală în garnitura de foraj și BHA [2] ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

5. Concluzii și propuneri • Marcarea prăjinilor de foraj este importantă, între altele, pentru că localizează posibile cauze generatoare de incidente tehnice, avertizează asupra momentului de schimbare a poziției prăjinilor de foraj în cadrul garniturii de foraj, dă posibilitatea înregistrării tipurilor de operațiuni efectuate de o prăjină de foraj, respectiv a tipului de solicitări la care aceasta a fost expusă etc. • În procesul de dimensionare a garniturii de foraj se pleacă de la premisa esențială că aceasta trebuie să-și păstreze, în totalitate, integritatea structurală și dimensională în timpul exploatării sale, asigurândse, în același timp, toate funcțiile pentru care este concepută. • Proiectarea garniturii de foraj trebuie privită în strânsă corelație cu exploatarea și inspecția ei. Aceasta deoarece obiectivul major al proiectării îl constituie, în cele din urmă, menținerea integrității structurale a acesteia în cursul operațiunilor de așa manieră încât garnitura de foraj să asigure, în condiții de siguranță maximă, funcțiile pentru care a fost proiectată.

• Conform standardelor actuale (DS-1, Ed. 3), se recomandă două limitări de proiectare pentru suprasarcini - tracțiunea suplimentară minimă și factorul maxim de încărcare - respectiv patru limitări de proiectare pentru oboseală: rația rezistenței la încovoiere (BSR); rația rigidității maxime (SR); indexul maxim al curburii (CI); indexul stabilității maxime (SI) [2] • Sunt prezentate schemele fluxului de proiectare la solicitări mecanice – Suprasarcini pentru garnitura de foraj, schema fluxului de proiectare la oboseală și localizarea celor patru limitări la oboseală în garnitura de foraj și BHA [2]. Bibliografie selectivă 1. *** API RP7G Ed.16, 1998 – Recommended Practice for Drill Stem Design and Operating Limits. 2. *** TH HILL Associates Inc. Standard DS-1 Ed.3 2004 – Drill Stem Design and Operations.

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2018

ASPECTE PRIVIND PROIECTAREA FUNCȚIONALĂ A FILTRELOR HIDROACUSTICE CU DOUĂ CAMERE DE ECHILIBRARE Georgeta Claudia NICULAE*

Rezumat: Lucrarea cuprinde aspecte privind proiectarea funcțională a unui filtrul hidroacustic cu două camere de echilibrare. În acest sens se prezintă algoritmul de calcul al gradului de amortizare a frecvențelor, apelând la analogia electric-hidraulic, pentru cazul unui filtru tip trece jos. Cuvinte cheie: zgomot, unde elastice, pompă hidrostatică, filtru hidroacustic. 1. Considerații privind generarea zgomotului în sistemele hidraulice Principalul responsabil pentru generarea zgomotelor în sistemele hidraulice este principiul funcţional-constructiv al generatorului hidrostatic (pompei hidrostatice) 1. Atâta timp, cât în sistemul hidraulic există o sursă generatoare de zgomot (pompă hidrostatică) acest zgomot va fi radiat prin toate mediile “cuplate” cu aceasta. Totuşi, la producerea de efecte degradante participă şi deficienţele (constructive, de montaj sau operare) existente la orice element component al sistemului hidraulic, care poate atrage după sine eşecul întregului sistem. În ceea ce privește principiul funcţional al pompelor hidrostatice acestea au la bază trecerea volum cu volum a lichidului din zona de aspiraţie în zona de refulare prin camere de volum variabil 2, 3, 11, 12, 13. Datorită conversiei energiei mecanice în energie hidraulică, preponderent potenţială de presiune (hidrostatică), care se produce la traversarea pompei, nivelul energiei specifice a lichidului va creşte de la aspiraţie către refulare. Conversia se produce în camerele de lucru ale pompei și îi revine organelor de pompare care pot fi: pistoane axiale sau radiale, palete, angrenaje etc. În aceste cazuri, debitul obţinut la refulare se determină prin însumarea debitelor instantanee realizate de camerele individuale de lucru. De asemenea, în majoritatea cazurilor, în lanțul cinematic al acționării unei pompe volumice se folosesc mecanisme bielă-manivelă sau mecanisme echivalente acestuia. Ca urmare, cinematica lichidului determină pentru debit un caracter pulsator (sinusoidal) realizat sub formă de impulsuri ale fluxului volumic 4. Impulsul fluxului volumic determină apariția unor oscilaţii care se propagă în mediu fluidic sub forma unor unde elastice. Propagarea acestor unde se realizează cu o viteză finită – dependentă de natura şi proprietăţile mediului fluidic – a cărei valoare este diferită de viteza de oscilaţie a diferitelor particule 5, 6, 2. Într-un mediu perfect rigid şi incompresibil, un impuls se transmite

* Șef lucr.dr.ing. U.P.G. Ploiești ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, Petroşani, Romania

instantaneu, nemodificat de la un element la altul. Într-un mediu elastic sau compresibil transmiterea impulsului este întârziată de inerţia şi elasticitatea elementelor deplasate. Mediile hidraulice, considerate de obicei incompresibile, au totuşi o anumită compresibilitate. Rezultă că, datorită compresibilităţii mediului hidraulic, va mai apare o neuniformitate prin generarea unor aşa numite “impulsuri” de compresibilitate sau de presiune 2, 4, 9, 10. Succesiunea generării celor două categorii de impulsuri sau unde elastice asociate evidenţiază legăturile de cauzalitate între debitul Q şi presiunea p. De asemenea, pentru a-şi realiza funcționalitatea o pompă trebuie să se constituie într-un component al unei instalații de pompare alcătuită din elemente constructive cuplate între ele. În aceste condiţii pot fi expuse riscului efectelor degradante, generate de neuniformitatea funcționării pompei volumice, fiecare element component al întregului sistem de pompare. Astfel apar ca specifice instalaţiilor de pompare hidraulice:  zgomotul transmis în mediul hidraulic;  zgomotul transmis în structură, care are ca sursă atât pompa, cât şi structurile cuplate cu aceasta;  zgomotul transmis în aer, care “se aude”. În ceea ce priveşte metodele pentru reducerea zgomotului, în practică pot fi utilizate diferite metode: conducte flexibile (furtunuri), filtre hidroacustice de interferenţă sau filtre hidroacustice active (acumulatoare hidropneumatic) 3. 2. Filtrul hidroacustic cu două camere de echilibrare Filtrul hidroacustic este un filtru pasiv a cărui funcționalitate se bazează pe principiul reflectării undei sonice. Se va analiza cazul unui filtru hidroacustic aflat în instalația de pompare deservită de o pompă hidrostatică, acționată de o mașină motoare cu caracteristică funcțională relativ rigidă (cu variații relativ mici ale vitezei unghiulare) 4, 5, 7, 8, 9, 10, 12. Pentru a se pune în evidenţă modul în care îşi realizează funcţiunile, se va apele la analogia electric-hidraulică și se va analiza varianta 29

unui filtru electric trece jos (format din bobine de Ĺ&#x;oc cu inductanĹŁÄ&#x192; mare L Ĺ&#x;i din condensatori de capacitate mare C). Bobinele de Ĺ&#x;oc nu lasÄ&#x192; sÄ&#x192; treacÄ&#x192; componenta alternativÄ&#x192; a curentului â&#x20AC;&#x201C; au o reactanĹŁÄ&#x192; foarte mare â&#x20AC;&#x201C; ĂŽn schimb aceastÄ&#x192; componentÄ&#x192; se ĂŽnchide prin condensatori â&#x20AC;&#x201C; care, pentru componenta alternativÄ&#x192; a curentului, opun o reactanĹŁÄ&#x192; micÄ&#x192;. Ă&#x17D;n funcĹŁie de valoarea acceptatÄ&#x192; pentru constanta de atenuare (a), ĂŽn intervalul de frecvenĹŁe corespunzÄ&#x192;tor benzii de blocare se obĹŁine, dupÄ&#x192; trecerea prin filtru, numai a unei componente cvasicontinue a curentului).

Constructiv, filtrul hidroacustic (fig. 1) reprezintÄ&#x192; un sistem de camere de echilibrare, legate ĂŽntre ele cu Č&#x203A;evi drosel [5,7,8]. Dimensiunile geometrice ale elementelor separate ale sistemului sunt mici ĂŽn comparaČ&#x203A;ie cu lungimea undei care se propagÄ&#x192; de la ele Č&#x2122;i, ĂŽn aceste condiČ&#x203A;ii se admite cÄ&#x192; tubul drosel de conexiune joacÄ&#x192; rolul de masÄ&#x192; acusticÄ&#x192;, iar volumul camerei joacÄ&#x192; rolul de elasticitate acusticÄ&#x192;. Aceste douÄ&#x192; elemente formeazÄ&#x192; celula filtrului acustic.

x3 x3

x1 x1 x0 x0

x4 x4

x2 x2

RR PP

LH LH ll

CH CH

LH LH ll

CH CH

Fig.1 Filtrul hidroacustic format din douÄ&#x192; camere de echilibrare Č&#x2122;i douÄ&#x192; Č&#x203A;evi drosel Ă&#x17D;n figura 1 s-au notat cu đ?&#x2018;Ľ1,2,3,4 â&#x20AC;&#x201C; debitul ce trece prin secČ&#x203A;iunea respective, đ??żđ??ť coeficientul de inertanČ&#x203A;Ä&#x192; (masa acusticÄ&#x192;), đ?&#x2018;&#x2122; lungimea Č&#x203A;evii drosel, đ?&#x2018;&#x2026; rezistenČ&#x203A;a ondulatorie acusticÄ&#x192;, đ??śđ??ť coeficientul de capacitanČ&#x203A;Ä&#x192; hidraulicÄ&#x192; (elasticitatea acusticÄ&#x192;) si đ?&#x2018;? presiunea.

i2 i2

i1 i1

L1 L1

C1 C1

Complexitatea fenomenologicÄ&#x192; a propagÄ&#x192;rii undelor prin acest sistem hidraulic poate fi studiatÄ&#x192; prin folosirea analogiei electric-hidraulic Č&#x2122;i aplicare ecuaČ&#x203A;iei lui Lagrange pentru fluxul care execute oscilaČ&#x203A;iile. Sistemul hidraulic reprezentat ĂŽn figura 1 are trei grade de libertate, iar omologul sÄ&#x192;u electric este reprezentat ĂŽn figura 2.

i3 i3

i4 i4

L2 L2

C2 C2

Fig.2 Omologul electric al filtrului hidroacustic cu douÄ&#x192; camere Ă&#x17D;n figura 2 s-au folosit notaČ&#x203A;iile: đ?&#x2018;&#x2013;1,2,3,4 â&#x20AC;&#x201C; intensitatea curentului electric prin ramura respectivÄ&#x192; a circuitului, đ??ż â&#x20AC;&#x201C; inductanČ&#x203A;a circuitului analog, đ??ś â&#x20AC;&#x201C; capacitatea electricÄ&#x192;, đ?&#x2018;&#x2026; â&#x20AC;&#x201C; rezistenČ&#x203A;a ondulatorie acusticÄ&#x192;. EcuaČ&#x203A;ia lui Lagrange pentru fluxul care executÄ&#x192; oscilaČ&#x203A;iile se poate scrie, ĂŽn cazul general, sub forma: đ?&#x153;&#x2022;(đ??¸đ?&#x2018;? â&#x2C6;&#x2019;đ??¸đ?&#x2018;? ) đ?&#x153;&#x2022; đ?&#x153;&#x2022;đ??¸đ?&#x2018;? 1 đ?&#x153;&#x2022;đ??ˇ ( ) â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x153;&#x2022;đ?&#x2018;Ľ + 2 đ?&#x153;&#x2022;đ?&#x2018;Ľ đ?&#x153;&#x2022;đ?&#x2018;Ą đ?&#x153;&#x2022;đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;&#x203A; đ?&#x2018;&#x203A; đ?&#x2018;&#x203A;

=đ?&#x2018;?

(1)

unde: đ??¸đ?&#x2018;? este energia cineticÄ&#x192; a lichidului comprimat care trece prin tubul drosel; 1

đ??¸đ?&#x2018;? = 2 đ??żđ??ť đ?&#x2018;Ľ 2

(2)

CorespunzÄ&#x192;tor analogiei electro-hidraulicÄ&#x192;, aceastÄ&#x192; energie cineticÄ&#x192; este: 1 đ??¸đ?&#x2018;? = đ??ż đ?&#x2018;&#x2013; 2 (3) 2 đ??¸đ?&#x2018;? â&#x20AC;&#x201C; energia potenČ&#x203A;ialÄ&#x192; a camerei de echilibrare; đ??¸đ?&#x2018;? =

1 đ??¸ 2 đ?&#x2018;Ľ 2 đ??śđ??ť

(4)

đ??¸ â&#x20AC;&#x201C; este modulul de elasticitate al ansamblului mediu hidraulic- oČ&#x203A;el (se determinÄ&#x192; ĂŽn funcČ&#x203A;ie de modulul de elasticitate al mediului hidraulic đ??¸1 , modulul de elasticitate longitudinal al oČ&#x203A;eluluial oČ&#x203A;elului đ??¸đ?&#x2018;&#x153; , diametrul Č&#x203A;evii drosel d Č&#x2122;i grosimea de perete a conductei de presiune h): đ??¸ đ??¸ = đ?&#x2018;&#x2018;1đ??¸1 (5) 1+

â&#x201E;&#x17D; đ??¸đ?&#x2018;&#x153;

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2018

CorespunzÄ&#x192;tor analogiei energia potenČ&#x203A;ialÄ&#x192; este:

electric-hidraulic,

1 đ?&#x2018;&#x17E;2

đ??¸đ?&#x2018;? = (6) 2 đ??ś đ?&#x2018;&#x17E; este sarcina electricÄ&#x192;, iar đ??ś este capacitatea electricÄ&#x192; đ??ˇ â&#x20AC;&#x201C; energia sonicÄ&#x192; (deoarece la ieČ&#x2122;irea din camera, rezistenČ&#x203A;a poate cuprinde partea activÄ&#x192;, atunci propagarea undelor elastic decurge cu o oarecare absorbČ&#x203A;ie a energiei sonice đ??ˇ). đ??ˇ = đ?&#x2018;&#x2026; đ?&#x2018;Ľ2 (7) đ?&#x2018;&#x203A; â&#x20AC;&#x201C; este numÄ&#x192;rul de coordonate independente. ConsiderĂ˘nd cÄ&#x192; fluxul pulsant care ajunge la camera de echilibrare reprezintÄ&#x192; suma fluxurilor care ajung ĂŽn capacitanČ&#x203A;Ä&#x192; Č&#x2122;i inertanČ&#x203A;Ä&#x192; hidraulicÄ&#x192; a sistemului, iar pentru oscilaČ&#x203A;iile sinusoidale staČ&#x203A;ionare, simbolul de diferenČ&#x203A;Ä&#x192; parČ&#x203A;ialÄ&#x192; ĂŽn raport đ?&#x153;&#x2022; cu timpul (đ?&#x153;&#x2022;đ?&#x2018;Ą) se poate ĂŽnlocui cu đ?&#x2018;&#x2014; đ?&#x153;&#x201D;, se poate exprima fluxul volumic de fluid la pompÄ&#x192; pe rezistenČ&#x203A;ele corespunzÄ&#x192;toare rezistenČ&#x203A;ei filtrului cu douÄ&#x192; camera de echilibrare: đ?&#x2018;&#x2039;0 =

đ?&#x2018;?2đ?&#x2018;&#x2DC; [(đ?&#x2018;§1 +đ?&#x2018;§2 )(đ?&#x2018;§3 +đ?&#x2018;§4 )+(đ?&#x2018;§3 đ?&#x2018;§4 )] đ?&#x2018;§1 đ?&#x2018;§3 đ?&#x2018;§4 +đ?&#x2018;§1 đ?&#x2018;§2 (đ?&#x2018;§3 +đ?&#x2018;§4 )

(8)

đ?&#x2018;?2đ?&#x2018;&#x2DC; este valoarea maximÄ&#x192; a pulsaČ&#x203A;iilor presiunii la pompÄ&#x192; prevÄ&#x192;zutÄ&#x192; cu douÄ&#x192; camere de echilibrare. 1 đ?&#x2018;§1 = (9)

3. Determinarea gradului de amortizare â&#x20AC;&#x201C; aplicaČ&#x203A;ie Se analizeazÄ&#x192; cazul unei instalaČ&#x203A;ii de pompare ĂŽn care este folosit un filtru hidroacustic cu douÄ&#x192; camere de echilibrare analog unui filtru electric trece jos: ď&#x201A;ˇ generatorul hidrostatic este de tipul pompÄ&#x192; cu pistonaČ&#x2122;e axiale F 112 cu 7 pistoane; ď&#x201A;ˇ se foloseČ&#x2122;te un ulei hidrostatic cu densitatea đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x153;&#x152; = 900 â &#x201E; 3 Č&#x2122;i modulul de elasticitate đ?&#x2018;&#x161; đ??¸1 = 1500 đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x17D;; ď&#x201A;ˇ volumul unei camera de echilibrare: đ?&#x2018;&#x2030; = 0,005 đ?&#x2018;&#x161;3; ď&#x201A;ˇ diametrul Č&#x203A;evii drosel: đ?&#x2018;&#x2018; = 0,0065 đ?&#x2018;&#x161;; ď&#x201A;ˇ lungimea Č&#x203A;evii drosel: đ?&#x2018;&#x2122; = 0,163 đ?&#x2018;&#x161;; ď&#x201A;ˇ diametrul conductei de presiune: đ??ˇ = 0,013 đ?&#x2018;&#x161;; ď&#x201A;ˇ grosimea de perete a conductei de presiune: â&#x201E;&#x17D; = 0,0025 đ?&#x2018;&#x161;; NumÄ&#x192;rul impulsurilor presiunii N corespunzÄ&#x192;tor unei rotaČ&#x203A;ii complete, se determinÄ&#x192; ĂŽn funcČ&#x203A;ie de numÄ&#x192;rul de pistoane z ale pompei, astfel: đ?&#x2018; = 2 đ?&#x2018;§ â&#x2021;&#x2019; đ?&#x2018; = 14 FrecvenČ&#x203A;a pulsaČ&#x203A;iilor de presiune este:

đ?&#x2018;&#x2014; đ?&#x153;&#x201D;đ??śđ??ť1

đ?&#x2018;§2 = đ?&#x2018;&#x2014; đ?&#x153;&#x201D;đ??żđ??ť1 1 đ?&#x2018;§3 = đ?&#x2018;&#x2014; đ?&#x153;&#x201D;đ??ś

(10) (11)

đ?&#x2018;&#x201C; = đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;? â&#x2021;&#x2019; đ?&#x2018;&#x201C; = 14 â&#x2C6;&#x2122; đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;? unde đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;? este turaČ&#x203A;ia pompei â&#x20AC;&#x201C; pentru acest studiu

đ?&#x2018;§2 = đ?&#x2018;&#x2026; + đ?&#x2018;&#x2014; đ?&#x153;&#x201D;đ??żđ??ť2

(12)

đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;? = 231

đ??ť2

Se folosesc relaČ&#x203A;iile (9)-(12), ĂŽn relaČ&#x203A;ia (8) Č&#x2122;i se considerÄ&#x192; cazul egalitÄ&#x192;Č&#x203A;ii coeficienČ&#x203A;ilor de capacitanČ&#x203A;Ä&#x192; đ??śđ??ť Č&#x2122;i a coeficienČ&#x203A;ilor de inertanČ&#x203A;Ä&#x192; đ??żđ??ť , se determinÄ&#x192; valoarea maximÄ&#x192; a pulsaČ&#x203A;iilor presiunii la pompÄ&#x192; đ?&#x2018;?2đ?&#x2018;&#x2DC; : đ?&#x2018;?2đ?&#x2018;&#x2DC; =

đ?&#x153;&#x201D;đ??ż2 đ??żđ??ť đ?&#x2018;&#x2026; 2đ??ż đ?&#x2018;&#x2026; â&#x2C6;&#x2019; +đ?&#x2018;&#x2014; ( đ??ť â&#x2C6;&#x2019; 2 đ??ť2 ) đ??śđ??ť đ?&#x153;&#x201D;2 đ??ś2 đ??śđ??ť đ?&#x153;&#x201D; đ??ś đ??ť đ??ť

3đ??żđ??ť 1 2đ?&#x2018;&#x2026; â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x153;&#x201D;2 đ??ż2đ??ť â&#x2C6;&#x2019; 2 2 +(đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x2026;đ??żđ??ť â&#x2C6;&#x2019; 2 2 ) đ??śđ??ť đ?&#x153;&#x201D; đ??śđ??ť đ?&#x153;&#x201D; đ??śđ??ť

đ?&#x2018;&#x2039;0 (13)

Ă&#x17D;n lipsa camerelor de echilibrare valoarea presiunii la pompÄ&#x192; este: đ?&#x2018;?0 = đ?&#x2018;&#x2026; đ?&#x2018;&#x2039;0 (14) Raportul de transmitere a impulsurilor de presiune (cĂ˘nd este conectat filtrul hidroacustic) reprezintÄ&#x192; raportul: đ?&#x2018;?2đ?&#x2018;&#x2DC; đ?&#x2018;?0

đ?&#x153;&#x201D;đ??ż (đ??żđ??ť đ?&#x153;&#x201D;2 đ??śđ??ť â&#x2C6;&#x2019;1)+đ?&#x2018;&#x2014; đ?&#x2018;&#x2026;đ??ť (đ??żđ??ť đ?&#x153;&#x201D;2 đ??śđ??ť â&#x2C6;&#x2019;2) 2 â&#x2C6;&#x2019;1)+đ?&#x2018;&#x2014; đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x2018;&#x2026;đ??ś (đ??ż đ?&#x153;&#x201D;2 đ??ś â&#x2C6;&#x2019;2) (3 đ??żđ??ť đ?&#x153;&#x201D;2 đ??śđ??ť â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x153;&#x201D;4 đ??ż2đ??ť đ??śđ??ť đ??ť đ??ť đ??ť

(15) Partea realÄ&#x192; a expresiei (15) este: 2 Ď&#x2030; LH ) R

(LH Ď&#x2030;2 CH -1)2 +(

(LH Ď&#x2030;2 CH -2)2 p2k â&#x2C6;&#x161; = 2 -1)2 +(Ď&#x2030;RC )2 (L Ď&#x2030;2 C -2)2 p0 (3 LH Ď&#x2030;2 CH -Ď&#x2030;4 L2H CH H H H

(16) ISSN-L 1220-2053 / ISSN 2247-8590 Editura Universitas, PetroĹ&#x;ani, Romania

đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;Ą đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x203A;

= 3,85

đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;Ą đ?&#x2018;

đ?&#x2018;&#x201C; = 14 â&#x2C6;&#x2122; đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;? â&#x2021;&#x2019; đ?&#x2018;&#x201C; = 53,85 đ??ťđ?&#x2018;§ Iar pulsaČ&#x203A;ia oscilaČ&#x203A;iilor presiunii va fi: ÎŠ = 2đ?&#x153;&#x2039; đ?&#x2018;&#x201C; â&#x2021;&#x2019; ÎŠ = 338,333 đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2018;/đ?&#x2018; Coeficientul de capacitanČ&#x203A;Ä&#x192; hidraulicÄ&#x192; al unei camere de echilibrare este: đ?&#x2018;&#x2030; đ?&#x2018;&#x2030; đ?&#x2018;&#x161;5 đ??śđ??ť = = â&#x2021;&#x2019; đ??śđ??ť = 3,457 â&#x2C6;&#x2122; 10â&#x2C6;&#x2019;12 đ??¸1 đ??¸ đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2018; đ??¸1 1+ đ??¸ â&#x201E;&#x17D; đ?&#x2018;&#x153; Coeficientul de inertanČ&#x203A;Ä&#x192; hidraulicÄ&#x192; al unei Č&#x203A;evi drosel este: đ??¸đ?&#x2018;&#x2122; đ??¸đ?&#x2018;&#x2122; đ?&#x2018; đ?&#x2018; 2 đ??żđ??ť = 2 = â&#x2021;&#x2019; đ??żđ??ť = 5,0206 â&#x2C6;&#x2122; 106 3 đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;?đ?&#x2018; đ?&#x153;&#x2039; đ?&#x2018;&#x2018;2 đ??¸đ?&#x2018;&#x2122; 4 đ?&#x153;&#x152; unde đ?&#x2018;&#x2020; este aria secČ&#x203A;iunii transversale a Č&#x203A;evii drosel, đ?&#x2018;&#x2020; = đ?&#x2018;?đ?&#x2018;

este

đ?&#x153;&#x2039; đ?&#x2018;&#x2018;2 ; 4

viteza

lucru, đ?&#x2018;?đ?&#x2018; =â&#x2C6;&#x161;

đ??¸đ?&#x2018;&#x2122; đ?&#x153;&#x152;

sunetului

prin

fluidul

;

RezistenČ&#x203A;a ondulatorie a conductei de presiune este: đ??¸ đ??¸ đ?&#x2018; đ?&#x2018; 2 9 đ?&#x2018;&#x2026;= = â&#x2021;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2026; = 8,439 â&#x2C6;&#x2122; 10 đ??š đ?&#x2018;?đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x161;5 2 đ?&#x153;&#x2039; đ??ˇ â&#x2C6;&#x161;đ??¸đ?&#x2018;&#x2122; 4 đ?&#x153;&#x152; 31

Gradul de amortizare se determinÄ&#x192; cu relaČ&#x203A;ia (16): đ?&#x2018;?2đ?&#x2018;&#x2DC; = 0,4893 = 48,93% đ?&#x2018;?0 AceastÄ&#x192; valoare a gradului de amortizare aratÄ&#x192; cÄ&#x192; 51,07% din frecvenČ&#x203A;ele joase sunt filtrate, restul de 48,93% sunt lÄ&#x192;sate sÄ&#x192; treacÄ&#x192;.

3. Ene, C.D. OpĹŁiuni privind introducerea filtrelor hidroacustice (FHA) ĂŽn sistemele hidrostatice. Ă&#x17D;n: LucrÄ&#x192;rile Sesiunii de ComunicÄ&#x192;ri Ĺ&#x17E;tiinĹŁifice â&#x20AC;&#x153;Industria de Petrol Ĺ&#x;i Gaze Prezent Ĺ&#x;i PerspectivÄ&#x192;â&#x20AC;&#x153;, IPG, PloieĹ&#x;ti, mai, 1992. 4. Hiks, J.E., Grant, T.R. Acoustic filter controls recip pumps pulsation. Ă&#x17D;n: The Oil and Gas Journal, nr.1, 1979.

4. Concluzii 1. Simplitatea, accesibilitatea tehnologicÄ&#x192;, costul redus, eliminarea totalÄ&#x192; a riscului de defectare Č&#x2122;i eficienČ&#x203A;a (considerĂ˘nd gradul de amortizare), constituie argumente ĂŽn favoarea introducerii filtrului hidroacustic ĂŽn sistemele hidraulice; 2. Filtrul hidroacustic reprezintÄ&#x192; o soluČ&#x203A;ie care se poate utiliza pentru reducerea zgomotelor ĂŽn cazul sistemelor de pompare ce deservesc instalaČ&#x203A;ii de lungimi mari; 3. Introducerea acestui element suplimentar ĂŽn componenČ&#x203A;a unui sistem hidraulic conduce la introducerea unei rezistenČ&#x203A;e suplimentare; interesant este de determinat randamentul hidraulic al acestei construcČ&#x203A;ii. 4. Gradul de amortizare este dictat de geometria filtrului, de tipul constructiv - funcČ&#x203A;ional al generatorului hidrostatic, de caracteristicile mediului hidraulic folosit. Bibliografie 1. *** Noise Control Hydraulic Systems. Firma Vikers. 2. Ene, C.D., Niculae, G.C. CercetÄ&#x192;ri privind introducerea filtrelor hidroacustice (FHA) pentru combaterea zgomotului din instalaČ&#x203A;iile hidraulice. Sesiunea anualÄ&#x192; de comunicÄ&#x192;ri Č&#x2122;tiinČ&#x203A;ifice a catedrei de mecanicÄ&#x192; tehnicÄ&#x192; Č&#x2122;i mecanisme â&#x20AC;&#x201C; SIMEC, Universitatea TehnicÄ&#x192; de ConstrucČ&#x203A;ii BucureČ&#x2122;ti, 2009.

5. Hristev, A. MecanicÄ&#x192; Ĺ&#x;i acusticÄ&#x192;. BucureĹ&#x;ti, Editura DidacticÄ&#x192; Ĺ&#x;i PedagogicÄ&#x192;, 1982. 6. ProkeĹĄ, J. Parametrische Schwingungen Antrieben. Ă&#x17D;n: Ă&#x2013;ď&#x20AC;ŤP, 3, 1971.

hydrostatischen

7. Paidoussis, M.P. e.a. Parametric Resonance of Flexibile Stender Cylindres in Harmonically Perturbed Axial Flow. Ă&#x17D;n: Transactions of the ASME, 12, 1980. 8. Haarhaus, M., Haas, H.J. Untersuchung neuer Wege zur GerĂ¤uschmminderung bei Axialkolbeneinheiten (I,II). Ă&#x17D;n: Ă&#x2013;ď&#x20AC;ŤP, nr.2 Ĺ&#x;i 3, 1985. 9. Schulz, E.H. Theoretische Grundlagen zum Entwurf einer Kolbenpumpe mit einem pulsationsfreien FĂśrderstrom. Ă&#x17D;n: Ă&#x2013;ď&#x20AC;ŤP, nr.6, 1985. 10. Ĺ&#x17E;tefÄ&#x192;nescu, S. Filtre. BucureĹ&#x;ti, Editura TehnicÄ&#x192;, 1987. 11. Cartianu, Gh. e.a. Semnale,circuite Ĺ&#x;i sisteme. BucureĹ&#x;ti, Editura DidacticÄ&#x192; Ĺ&#x;i PedagogicÄ&#x192;, 1980. 12. Stanomir, D. Sisteme electro-acustice. CĂ˘mpul, radiaĹŁia transducĹŁia. BucureĹ&#x;ti, Editura TehnicÄ&#x192;, 1984.

Ĺ&#x;i

13. SÄ&#x192;vescu, M. e.a. Semnale, circuite Ĺ&#x;i sisteme. Probleme. BucureĹ&#x;ti, Editura DidacticÄ&#x192; Ĺ&#x;i PedagogicÄ&#x192;, 1981.

Revista Minelor / Mining Revue - nr. 2 / 2018

Scop şi obiective Revista Minelor publică lucrări de cercetare originale și avansate, noi evoluții și studii de caz în inginerie minieră și tehnologii ce vizează tehnici noi și îmbunătățite, adaptate, de asemenea, pentru aplicații civile. Revista acoperă toate aspectele legate de minerit, problemele de mediu și tehnologii legate de exploatarea și prelucrarea resurselor minerale, topografie, calculatoare și simulare, de îmbunătățirea performanțelor, controlul și imbunătățirea costurilor, toate aspectele de îmbunătățirea securitatii muncii, mecanica rocilor și comunicația dintre minerit și legislație. Problemele de mediu, special identificate, includ: evaluarea și autorizarea impactului asupra mediului; tehnologii minere și de preparare; gestionarea deșeurilor și practicile de reducere la minimum a deșeurilor; închiderea minelor, dezafectarea și regenerarea; drenajul apelor acide. Problemele miniere ce urmează să fie acoperite, includ: proiectarea lucrărilor miniere de suprafață și subterane (economie, geotehnică, programarea producției, ventilație); optimizarea și planificarea minelor; tehnologii de foraj și pușcare; sisteme de transport al materialelor; echipament minier. Calculatoare, micro-procesoare și tehnologii bazate pe inteligență artificială utilizate în minerit sunt, de asemenea, abordate. Lucrările au o gamă largă și interdisciplinară de subiecte. Editorii vor lua în considerare lucrări și pe alte teme legate de minerit și mediu. Toate articole de cercetare publicate în acest jurnal, sunt supuse recenziei riguroase, bazată pe screening-ul inițial al redacției și recenzori independenți. Domenii de interes: Explorări miniere,Proiectare şi planificare minieră, Perforare şi împuşcare, Topografie minieră, Excavare, transport, depozitare, Mecanica rocilor în minerit, Drenaj minier, Calculatoare, procesoare şi tehnologii de inteligenţă artificială folosite în minerit,Tehnologia informaţiei în minerit, Mecanizare, automatizare şi roboţi minieri, Fiabilitatea, mentenanţa şi performanţa globală a sistemelor de exploatare, Tehnologii în curs de dezvoltare în industria minieră, Interacţiunea dintre minerale, sisteme, oameni şi alte elemente ale ingineriei miniere, Simularea sistemelor miniere, Sănătate şi securitate în domeniul minier, Evaluarea impactului asupra mediului, Economia mineralelor, Sisteme de producţie în ingineria minieră, Evaluarea riscurilor şi managementul activităţilor miniere, Dezvoltare durabilă în minerit Colectiv editorial: Luminiţa DANCIU - Universitatea din Petroşani Radu ION - Universitatea din Petroşani Nicolae Ioan VLASIN - INCD INSEMEX Petroşani

Autorii au responsabilitatea datelor prezentate în lucrare. Lucrările nepublicate nu vor fi returnate. © Copyright Editura UNIVERSITAS Petroşani / Revista Minelor - apare trimestrial Contact editorial Pentru informaţii vă rugăm să vă adresaţi: Ilie ONICA, e-mail: onicai2004@yahoo.com sau Radu ION, e-mail: radu_ion_up@yahoo.com Adresa: Universitatea din Petroşani, str. Universităţii nr. 20, 332006 Petroşani, Romania Tel+40254 / 542.580 int. 259, fax. +40254 / 543.491 Citarea din revistă este permisă cu menţionarea sursei. Cont: RO89TREZ36820F330800XXXX C.U.I. 4374849 Trezoreria Petroşani http://www.upet.ro/reviste.php ISSN-L 1220 – 2053 ISSN 2247-8590 Revista Minelor a fost indexată de către Consiliul Naţional al Cercetării Ştiinţifice din Învăţământul Superior (CNCSIS) în categoria B+ Tiparul: Tipografia Universităţii din Petroşani

Instrucţiuni de redactare • Lucrările se redactează folosind programul MS Word (sau echivalent). • Pagina are următoarele setări: Format A4, Sus/Jos/Stânga/Dreapta - 2cm, Header/Footer - 1,25 cm • Fontul folosit esteTimes New Roman. • Lucrările trebuie să conţină un rezumat de max 150 words şi 4 cuvinte cheie. • Titlul se scrie centrat, cu majuscule, 14p. După titlu se lasă un rând liber 12p, apoi se notează autorii centrat, italic, 12p, numele cu majuscule. Afilierea autorilor se trece ca şi notă de subsol. • Textul propriu zis se scrie cu caractere de 11p, pe două coloane egale de mărime 8,1cm. Titlurile de capitole se trec fără aliniat, bold, iar titlurile de subcapitole fără aliniat bold, italic. După titlurile de capitole şi subcapitole se lasă un rând liber. Aliniatele de la începutul paragrafelor au mărimea 0,7cm. • Tabelele pot fi inserate în coloane sau pe întreaga lăţime a paginii, după caz, în funcţie de mărime. Titlul tabelului se scrie deasupra acestuia, 11p, italic, iar textul tabelului se scrie cu caractere de 11p • Figurile pot fi inserate în coloane sau pe întreaga lăţime a paginii, după caz, în funcţie de mărime. Descrierea figurii se scrie sub aceasta, 11p, italic.. • Referinţele bibliografice se scriu cu caractere de 10p. • Nu se inserează numere de pagină.