устройство герметизации шпуров

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ГЕРМЕТИЗАЦИИ ШПУРОВ, содержащее герметизатор, выполненный в виде центральной трубки с охватывающей ее уплотнительной эластичной втулкой и смонтированным на выходном конце трубки обратным клапаном, инъекционную трубку, связанную соединительной резьбой с центральной трубкой герметизатора, и винтовой механизм распора, включающий распорную трубу, охватывающую инъекционную трубку, отличающееся тем, что винтовой механизм распора снабжен нажимной гайкой, установленной посредством рабочей резьбы на центральной трубке герметизатора и воздействующей непосредственно на эластичную втулку, а распорная труба снабжена торцовой головкой, контактирующей с нажимной гайкой с возможностью передачи крутящего момента, при этом рабочая и соединительная резьбы герметизатора выполнены противоположного направления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в технологии упрочнения неустойчивых горных массивов нагнетанием скрепляющих составов.

Известно устройство, содержащее неизвлекаемую трубчатую заглушку (т.е. герметизатор) в виде трубчатого элемента, на который надет герметизирующий элемент из эластичного материала. На трубчатый элемент навинчен стопорный элемент с раскрепляющимся конусом и распорными вкладышами. Заглушка вводится в шпур с помощью загрузочной (т.е. инъекционной) трубки, последняя резко дергается назад, при этом распорные вкладыши врезаются в стенки шпура. Распор стопорного элемента производится вместе с распором герметизирующего элемента с помощью натяжного элемента путем вращения загрузочной трубки.

Недостатки этого устройства - ненадежность распора и фиксации герметизатора в шпурах с нестабильным диаметром и с недостаточной прочностью стенок, что типично при бурении шпуров в сильно нарушенном угольном массиве, а также сложность конструкции герметизатора и его дороговизна для одноразового применения.

Известен герметизатор для уплотнения кольцевого пространства шпура, состоящий из уплотняющей штанги с установленной на ней сжимаемой манжетой, расположенной между контропорой и зажимной втулкой. В качестве зажимного устройства штанга в области зажимной втулки имеет отрезок резьба с натяжной гайкой, действующей на зажимную втулку [1].

Недостатком этого герметизатора является то, что зажимное устройство расположено перед устьем шпура и при одноразовом применении герметизатора все его элементы, включая штангу и зажимную втулку, остаются неизвлеченными, что оправдано при незначительной глубине герметизации, когда герметизатор может быть закреплен в устье шпура. При ведении работ по химическому упрочнению, например, на мощных пластах Кузбасса необходимая глубина герметизации составляет 1,5-2 м, а иногда и 3 м. В этих условиях одноразовое применение такой конструкции становится нерациональным.

Известно устройство, содержащее герметизатор шпуров, включающий центральную трубку с наружной поперечной канавкой, уплотнительную эластичную втулку, надетый на трубку нажимной элемент с поперечными пазами и размещенный в пазах с возможностью взаимодействия с канавкой трубки пружинный П-образный фиксатор, в котором с целью обеспечения возможности извлечения герметизатора для повторного использования канавка на центральной трубке выполнена по винтовой линии (т.е. в виде наружной резьбы), а поперечные пазы в нажимном элементе - со смещением друг относительно друга вдоль продольной оси трубки на половину шага винтовой канавки. Для установки в шпуре герметизатор соединяется с загрузочной (инъекционной) трубкой, на которую надевается распорная труба. Сжатие уплотнительной эластичной втулки осуществляется винтовой парой из винта и гайки, расположенных перед устьем шпура, через распорную трубу и нажимной элемент герметизатора [2].

Недостатком данного устройства, взятого за прототип, является ненадежность пружинного фиксатора, зависящая от качества изготовления, которая не влияет существенно при одноразовом использовании герметизатора, но проявляется резко при попытках его многоразового применения. Кроме того, при нагнетании эластичная втулка удерживается в сжатом состоянии фактически не пружинным фиксатором, а винтовой парой через распорную трубу, что возможно при нагнетании фенольного состава, применяемого на шахтах Кузбасса. Опыт применения данного устройства в Донбассе при нагнетании пенополиуретанового состава показал, что распорную трубку перед нагнетанием необходимо извлекать из шпура во избежание ее применения, при этом проявилась в полной мере ненадежность пружинного фиксатора. Недостатками являются также сложность конструкции и связанные с этим неудобства при эксплуатации, так как устройство содержит, кроме герметизатора и инъекционной трубки, механизм распора, включающий распорную трубу и винтовую пару из самостоятельных винта и гайки с рукоятками.

Цель изобретения - повышение надежности фиксации герметизатора в распертом состоянии при нагнетании любых скрепляющих составов, обеспечение возможности как одноразового, так и многократного использования герметизатора (например, при нагнетании воды или нетоксичных составов), а также упрощение конструкции всего устройства за счет исключения отдельной винтовой пары.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем герметизатор, инъекционную трубку и механизм распора, нажимной элемент герметизатора снабжен внутренней резьбой, взаимодействующей с наружной резьбой центральной трубки, а распорная труба снабжена торцовой головкой, которая передает крутящий момент нажимному элементу. Резьбовое соединение нажимного элемента и центральной трубки герметизатора позволяет при вращении нажимного элемента в ту или иную другую сторону сжимать или освобождать уплотнительную втулку, а также надежно фиксировать ее в сжатом состоянии.

Проведенные патентные исследования показывают, что ни в патентной, ни в научно-технической литературе не имеется сведений о герметизаторах шпуров, которые характеризовались бы той же совокупностью существенных признаков, что и заявляемый в качестве изобретения гермети- затор. На этом основании можно сделать вывод о том, что предлагаемый герметизатор соответствует критерию "новизна".

Анализ изобретений последних лет, относящихся к герметизации шпуров, и характеризующих уровень техники в этом вопросе, показывает, что ни одно из них не обеспечивает тех преимуществ, которые могут быть достигнуты предлагаемой конструкцией: хорошая извлекаемость, простота конструкции, надежность и удобство в эксплуатации.

Так, запорное устройство (а. с. N 1420176, кл. E 21 D 21/00, 1986), включающее установленный в скважине на инъекторе эластичный колпачок с гофрированной боковой наружной поверхностью, внутри которого размещен клапан, соединенный посредством муфты с внутренней резьбой с инъектором, не предусматривает повторного использования герметизирующих элементов.

Герметизатор шпура (а.с. 1454979, кл. E 21 D 21/00, 1987), включающий центральную трубку и установленные на ней стопор и герметизирующий эластичный элемент, также не предназначен для повторного использования.

Шпуровая пробка для предохранения вытекания нагнетаемых в углепородные массивы жидкостей, включающая полый корпус, в стенках которого выполнены поперечные отверстия, обратный клапан из эластично-упругого материала, который посредством штифта закреплен в стенках корпуса с возможностью осевого перемещения под давлением нагнетаемых растворов (а.с. N 1081355, кл. E 21 D 21/00, 1982), также не предназначается для извлечения из шпура после окончания нагнетания скрепляющих веществ. Сравнительный анализ упомянутых выше решений и предлагаемого устройства показывает, что последнее обладает универсальными эксплуатационными свойствами: конструкция устройства обеспечивает возможность как одноразового, так и многократного использования в зависимости от свойств нагнетаемых жидкостей, а также установку герметизаторов как в устье шпура, так и при значительной глубине герметизации в зависимости от свойств массива. По сравнению с прототипом конструкция и технология предлагаемой установки отвечают критерию "изобретательский уровень", т.к. явным образом не вытекает из известных технических решений.

На фиг. 1 изображено устройство герметизации шпуров, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, при нагнетании скрепляющего состава в массив; на фиг. 3 - оставленный в шпуре герметизатор.

Устройство герметизации шпуров включает герметизатор, выполненный в виде центральной трубки 1 с охватывающей ее уплотнительной эластичной втулкой 2, нажимной гайкой 3 и обратным клапаном 4, инъекционную трубку 5 и распорную трубу 6. Нажимная гайка 3 связана с центральной трубкой 1 посредством рабочей резьбы а, а инъекционная трубка с центральной трубкой - посредством соединительной резьбы b. Рабочая и соединительная резьбы выполнены противоположного направления, например, рабочая резьба - правая, соединительная - левая, или наоборот. Распорная труба 6 снабжена торцовой головкой 7, выполненной с возможностью передачи крутящего момента на нажимную гайку герметизатора, например, имеющей внутренний шестигранник или квадрат при шестигранной или квадратной форме нажимной гайки. Распорная труба 6 снабжена рукояткой 8, а инъекционная трубка 5 - рукояткой 9 (или лысками под ключ при необходимости извлечения распорной трубы перед нагнетанием) и соединительным ниппелем 10.

Устройство герметизации шпуров работает следующим образом.

На инъекционную трубку 5 надевают распорную трубу 6 и с помощью соединительной резьбы b к инъекционной трубке крепят герметизатор, после чего все устройство вводят в шпур. Затем торцовой головкой 7 распорной трубы ловят нажимную гайку 3 и, вращая распорную трубу по часовой стрелке (при правой рабочей резьбе а), сжимают уплотнительную втулку 2, обеспечивающую за счет увеличения диаметра закрепление герметизатора в шпуре и уплотнение шпура. При этом инъекционная трубка 5 и герметизатор удерживаются от возможного проворачивания рукояткой 9 или ключом, а разъединение герметизатора и инъекционной трубки исключается за счет противоположного направления рабочей а и соединительной b резьб.

После распора герметизатора через инъекционную 5 и центральную 1 трубки и обратный клапан 4 в шпур нагнетают скрепляющий состав, при этом нажимная гайка 3 фиксирует уплотнительную втулку 2 в сжатом состоянии. После окончания нагнетания, вращая инъекционную трубку 5 по часовой стрелке (при левой соединительной резьбе b), отсоединяют ее от герметизатора и вместе с распорной трубой 6 (если она не была удалена перед нагнетанием) извлекают из шпура, а герметизатор остается в шпуре, предотвращая истечение скрепляющего состава. Инъекционную трубку 5 с распорной трубой 6 переносят к следующему шпуру, к инъекционной трубке присоединяют новый герметизатор и цикл работ повторяется.

Для извлечения герметизатора из шпура торцовой головкой 7 распорной трубы 6 ловят нажимную гайку 3 и, вращая распорную трубу против часовой стрелки, освобождают уплотнительную втулку 2, после чего извлекают из шпура все устройство вместе с герметизатором.

Опытный образец устройства в комплекте с десятью герметизаторами был изготовлен на экспериментальном заводе КузНИУИ и испытан на шахте "Распадская" в Кузбассе.

Испытания подтвердили преимущества предлагаемого устройства: надежность фиксации, упрощение конструкции, удобство в эксплуатации по сравнению с серийным устройством герметизации шпуров, входящим в комплекс для нагнетания скрепляющих составов КНС. Новая конструкция обеспечивает как одноразовое, так и многократное использование герметизаторов, что для серийных герметизаторов возможно скорее теоретически, а не практически, в связи с низким качеством изготовления пружинных фиксаторов.