ИНЪЕКТОР ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ПОРОД Российский патент 1996 года по МПК E21D21/00 E02D3/12 

Изобретение относится в области горного дела, а также может использоваться в промышленном строительстве для закрепления рыхлых и слабых трещиноватых пород путем нагнетания в них твердеющих составов.

Известны способы закрепления пород армировочными винтами, штанговой крепью, через которую инъектируют укрепляющие растворы в породу и скважину для закрепления анкеров (А. С. Кузьмич, М.С. Генин, Д.Н. Дьяконов). О механическом упрочение слабых горных пород. Горный журнал, N 12, 1987, с. 36-38, А.С. СССР N 821702, кл. E 21 D 21/00).

Недостатками этих способов является то, что устройства для их реализации не обеспечивают надежную герметизацию скважины без дополнительных мероприятий, например, покрытия поверхности набрызгбетоном, а следовательно, требует дополнительных затрат времени и материалов, что снижает производительность труда и повышает стоимость закрепления.

Известен инъектор для закрепления грунтов, включающий трубу с боковыми отверстиями, буртовой наконечник, охватывающие участок трубы винтовые лопасти-лопасти и отдельные винтовые лопасти-лопатки, клапаны для предохранения отверстий от засорения. Инъектор забуривается в грунт, при этом за счет пробки, образующейся между лопастями из выбуренного грунта, герметизируется скважина, что позволяет вести инъектирование без дополнительных мероприятий (А.С. СССР N 1231139, E 02 D 3/12 "Инъектор для закрепления грунтов").

Недостатками этого инъектора является сложность изготовления и невозможность продолжения бурения после инъектирования, т.е. после каждой инъекции инъектор извлекают, пробки разбуривают и затем забуривают инъектор в следующую заходку. Для этого инъектора отсутствует возможность улучшения герметизации при прорыве инъектируемой жидкости через пробку или при обходе ее. Наиболее близким к заявляемому устройству является трубчатый инъектор, оставляемый в скважине, состоящий из трубы для подачи упрочняющего состава с размещенным внутри обратным клапаном и надетом на нее отрезком рукава из эластичного материала с заделанными в гильзе концами, играющего роль герметизатора, соединенного с полостью трубы вторым клапаном, через который шланг расширяют в скважине, подавая в него рабочий раствор (пат. ФРГ N 3526557, МКИ E 21 F 17/00, опубл. 05.02.87 г.).

Недостатком известного инъектора является то, что при его использовании на шнековом буровом снаряде образуется пробка из выбуренной породы и система перестает работать, при использовании его в пробуренной скважине слишком мало сцепление со стенками и инъектор выдавливается из скважины инъектируемым раствором.

Задачей изобретения является создание инжектора, обеспечивающего возможность инъектирования скважины в процессе бурения на длине участка, превышающего рабочую длину инъектора, не извлекая его из скважины при ее углубке, с одновременным предотвращением гидроразрыва за счет обеспечения надежной герметизации скважины и поддержания давления в герметизирующей оболочке ниже расчетной величины давления гидроразрыва.

Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата патентуемое изобретение, изображенное на фиг.1 (инъектор в процессе погружения в инъекционную скважину) и фиг.2 (инъектор в рабочем состоянии при инъектировании), имеет следующую совокупность признаков.

Инъектор для закрепления пород включает трубу 1 с боковыми отверстиями 2, эластичную замкнутую оболочку в виде шланга 3 и винтовую шнековую навивку 4, отличительной особенностью устройства является расположение оболочки 3 между витками шнековой навивки 4, причем трубу 1, на которой располагают оболочку 3 для сохранения производительности шнека, выполняют меньшего диаметра на четыре толщины стенок оболочки 3. Концы оболочки 3 герметично закрывают обоймами 5 и закрепляют на трубе 1, а внутренние полости трубы 1 и оболочки герметично соединяют между собой втулкой 6.

Для соединения инъектора с буровым снарядом или нагревательным шлангом (не показаны) используют резьбу 7. Давление в оболочке 3 создают рабочей жидкостью (закрепляющим раствором), для чего перед перфорированной частью трубы устанавливают калибровочную шайбу 8. Распирающая жидкость из оболочки 3 выдавливается породой при начале бурения, поэтому начинать бурение необходимо сразу же после инъектирования, чтобы раствор не затвердел в оболочке.

Давление в оболочке можно создавать автономно легкоподвижным составом (жидкостью или газом) через специальный штуцер и шланг (не показан), соединяющие оболочку с агрегатом на поверхности, в этом варианте условие немедленного бурения можно не соблюдать.

Длину оболочки выбирают такой, чтобы расстояние R (фиг.1) превышало радиус распространения инъектируемого раствора в породе по направлению бурения скважины.

Устройство работает следующим образом. Для помещения инъектора в породу предварительно бурят скважину диаметром, равным диаметру инъектора d, в месте расположенния герметизирующей оболочки и вкручивают в нее инъектор на глубину отметки инъектирования. В первом варианте с калибровочным отверстием производят нагнетание закрепляющего раствора, во втором через штуцер 9 распирают оболочку инертной жидкостью или газом до расчетного давления и выполняют инъектирование закрепляющего состава через инъектор.

В зависимости от принятой технологии, следующим этапом может быть ликвидация давления в оболочке и извлечение инъектора или, путем выкручивания его, перемещение на следующую заходку закрепления и выполнение операций в описанном выше порядке до закрепления всего участка.

Изобретение относится к областям промышленности, связанным с необходимостью закрепления рыхлых и слабых трещиноватых пород путем нагнетания в них твердеющих составов. Сущность изобретения заключается в том, что инъектирование обеспечивается на длине участка, превышающего рабочую длину инъектора, не извлекая его на скважины при ее углублении, с одновременным предотвращением гидроразрыва за счет обеспечения надежной ориентации скважины и поддержания давления в герметизирующей оболочке ниже расчетного давления гидроразрыва за счет снабжения инъектора узлом герметизации радиального зазора, выполненного в виде цилиндрической эластичной оболочки, размещенной между витками шнековой навивки вне зоны боковых отверстий и закрепленной на внешней поверхности трубы, причем внешний диаметр трубы в зоне размещения оболочки меньше на четыре толщины стенки цилиндрической эластичной оболочки, чем диаметр остальной части трубы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Инъектор для закрепления пород, включающий трубу с боковыми отверстиями, шнековую навивку, размещенную на наружной поверхности трубы, и узел герметизации радиального зазора, отличающийся тем, что узел герметизации радиального зазора выполнен в виде цилиндрической эластичной оболочки, размещенной между витками шнековой навивки вне зоны боковых отверстий и закрепленной на внешней поверхности трубы, причем внешний диаметр трубы в зоне размещения оболочки меньше на четыре толщины стенки цилиндрической эластичной оболочки, чем диаметр остальной части трубы. 2. Инъектор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен калибровочной шайбой, размещенной впереди трубы после (по ходу движения закрепляющего раствора) входного отверстия в цилиндрическую оболочку.