ИНЪЕКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРОЧНЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД Российский патент 1998 года по МПК E21D20/02 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам для упрочнения горных пород путем нагнетания в них многокомпонентного закрепляющего раствора.

Известно устройство для упрочнения горных пород, содержащее емкости с компонентами закрепляющего раствора, многоплунжерный насос, двигатель, трубопроводы, герметизатор, смеситель и регулятор производительности, установленный на рабочей полости плунжера подачи отвердителя закрепляющего раствора и выполненный в виде корпуса, размещенного в нем подпружиненного плунжера и установленного в корпусе винтового ограничителя хода плунжера /1/.

Недостатком известного устройства является невозможность регулирования общей производительности насоса при применении асинхронных электродвигателей, используемых для шахтного оборудования. Кроме того, недостатком этого устройства также является низкое качество упрочнения горных пород, в связи с тем, что в начальной фазе каждого цикла насос подает смолу в смеситель без отвердителя, так как отвердитель поступает в смеситель с задержкой только после заполнения им полости корпуса регулятора с подпружиненным плунжером. Подача отвердителя в смеситель с задержкой приводит к нарушению необходимого соотношения компонентов закрепляющего раствора и, как следствие, к потере им закрепляющих свойств.

Известно инъекционное устройство для упрочнения горных пород, содержащее емкости с компонентами закрепляющего раствора, трубопроводы, смеситель, герметизатор и многопоршневой насос с кривошипно-шатунным приводом, гидроцилиндрами, штоки которых жестко соединены между собой траверсой, и регулятором производительности гидроцилиндров, выполненным в виде рычажно-винтового механизма /2/.

Недостатком этого инъекционного устройства для упрочнения горных пород является его ограниченная область применения, так как для упрочнения горных пород применяют закрепляющие растворы разных видов в неодинаковым соотношением компонентов, а насосом известного устройства, в котором отсутствует элемент для регулирования соотношения нагнетаемых компонентов, возможно нагнетание компонентов только при одном варианте их соотношения, пропорциональном соотношению квадратов диаметров поршней гидроцилиндров, потому что их штоки жестко соединены между собой траверсой.

В основу изобретения поставлена задача создания инъекционного устройства для упрочнения горных пород с такими элементами конструкции и их связями, которые позволили бы расширить область применения устройства за счет обеспечения нагнетания закрепляющих растворов с любым соотношением компонентов.

Поставленная задача решена созданием инъекционного устройства для упрочнения горных пород, включающего емкости с компонентами закрепляющего раствора, трубопроводы, смеситель, герметизатор и многопоршневой насос с рамой, кривошипно-шатунным приводом, гидроцилиндрами со штоками и с регулятором производительности гидроцилиндров, в котором привод снабжен для каждого гидроцилиндра индивидуальным кривошипно-шатунным механизмом с рычагом, кривошипы которых сблокированы общим валом, при этом один конец каждого рычага шарнирно соединен с шатуном механизма, а другой - с рамой, причем на рычагах установлены ползуны, с которыми шарнирно соединены штоки гидроцилиндров, а корпусы гидроцилиндров шарнирно соединены с рамой и жестко между собой траверсой, соединенной с регулятором производительности гидроцилиндров, с помощью которого возможен синхронный поворот гидроцилиндров относительно своих шарниров. Регулятор производительности гидроцилиндров может быть выполнен в виде винтового механизма, гайка которого шарнирно соединена с траверсой, а винт посредством упорного подшипников и шарнира соединен с рамой.

На чертеже изображена принципиальная схема инъекционного устройства для упрощения горных пород.

Инъекционное устройство для упрочнения горных пород состоит из емкостей 1 с компонентами закрепляющего раствора, трубопроводов 2, смесителя 3, герметизатора 4 и многопоршневого насоса 5, включающего раму 6, кривошипно-шатунный привод 7, гидроцилиндры 8 со штоками 9 и регулятор 10 производительности гидроцилиндров 8. Кривошипно-шатунный привод 7 состоит из двигателя 11, муфты 12, редуктора 13 и снабжен для каждого гидроцилиндра 8 индивидуальным кривошипно-шатунным механизмом 14 с рычагом 15. Кривошипы 16 механизмов 14 сблокированы общим валом 17. Один конец каждого рычага 15 шарнирно соединен с шатуном 18 механизма 14, а другой - посредством шарнира 19 с рамой 6. На рычагах 15 установлены ползуны 20, с которыми шарнирно соединены штоки 9 гидроцилиндров 8. Корпусы гидроцилиндров 8 шарнирно соединены с рамой 6 и жестко между собой траверсой 21, соединенной с регулятором 10 производительности гидроцилиндров 8. С помощью регулятора 10 возможен синхронный поворот гидроцилиндров 8 относительно своих шарниров 22. Гидроцилиндры 8 включают поршни 23, всасывающие 24 и нагнетательные 25 клапаны. Гибкими всасывающими рукавами 26 гидроцилиндры 8 соединены с емкостями 1 и напорными 27 - с трубопроводами 2.

Регулятор 10 производительности гидроцилиндров 8 может быть выполнен в виде винтового механизма, гайка 28 которого посредством шарнира 29 соединена с траверсой 21, а винт 30 посредством упорного подшипника 31 и шарнира 32 соединен с рамой 6 с возможностью вращения вокруг собственной оси и наклона относительно рамы 6 в плоскости параллельной плоскостям кривошипно-шатунных механизмов 14. Для вращения винта 30 его свободный конец снабжен рукояткой 33.

Многопоршневой насос 5 снабжается набором сменных кривошипов 16 разной длины или кривошипом 16 с регулируемой длиной, обеспечивающим нагнетание компонентов в требуемом соотношении для любого вида применяемых закрепляющих растворов. Вместо кривошипов 16 в насосе 5 может быть применен набор эксцентриков с разными эксцентриситетами или эксцентрик с регулируемым эксцентриситетом.

Устройство работает следующим образом.

Для нагнетания закрепляющего раствора в упрочняемый массив горных пород герметизатор 4 размещают в предварительно пробуренном шпуре 34 и включают двигатель 11 многопоршневого насоса 5. Вращающиеся кривошипы 16 через шатуны 18 сообщают рычагам 15 качательные движения относительно шарнирных опор 19. Качающиеся рычаги 15 через ползуны 20 сообщают поршням 23 со штоками 9 возвратно-поступательные движения, при этом гидроцилиндры 8 через всасывающие клапаны 24 и емкостей 1 всасывают компоненты закрепляющего раствора и подают их через нагнетательные клапаны 25 в трубопроводы 2, из которых они через смеситель 3 и герметизатор 4 под давлением поступают в шпур 34. Смешанные в смесителе 3 компоненты закрепляющего раствора из шпура 34 по трещинам под давлением проникают в массив горных пород и, отверждаясь, упрочняют его.

По мере насыщения массива горных пород закрепляющим раствором его поглощающая способность снижается, при этом возрастает давление нагнетания. В целях предотвращения гидроразрыва массива горных пород давление нагнетания снижают путем уменьшения производительности гидроцилиндров 8. Для этого с помощью рукоятки 33 вращают винт 30 таким образом, чтобы гидроцилиндры 8 траверсой 21 поворачивались относительно своих шарнирных опор 22 в сторону рамы 6, при этом шатуны 18 гидроцилиндров 8 смещают ползуны 20 вдоль рычагов 15 в сторону их шарнирных опор 19, плечи рычагов 15 между их опорами 19 и ползунами 20 уменьшаются и соответственно уменьшаются ходы поршней 23 и производительности гидроцилиндров 8. Жесткое соединение гидроцилиндров 8 между собой траверсой 21 обеспечивает их синхронный поворот относительно своих шарниров 22 и, соответственно, синхронное изменение ходов поршней 23, что позволяет при регулировании производительности гидроцилиндров 8 сохранять объемное соотношение нагнетаемых компонентов закрепляющего раствора.

Для повышения производительности гидроцилиндров 8 винт 30 вращают так, чтобы плечи рычагов 15 между ползунами 20 и шарнирными опорами 19 увеличивались, при этом будут увеличиваться ходы поршней 23 и, соответственно, будут увеличиваться подачи гидроцилиндров 8.

При переходе на упрочнение горных пород закрепляющим раствором, отличающимся соотношением его компонентов от ранее нагнетаемого, производят замену кривошипов 16 или регулировку их длины для нагнетания компонентов нового закрепляющего раствора в требуемом соотношении.

Применение в приводе 7 многопоршневого насоса 5 индивидуальных кривошипно-шатунных механизмов 14 с рычагами 15 для гидроцилиндров 8, кривошипов 16, сблокированных в приводе 7 общим валом 17, и шарнирное соединение гидроцилиндров 8 с рамой 6 и жесткое между собой траверсой 21, соединенной с регулятором 10 производительности гидроцилиндров 8, расширяют область применения инъекционного устройства, так как индивидуальные кривошипно-шатунные механизмы 14 гидроцилиндров 8 обладают возможностью применения в них кривошипов 16 разной длины, что обеспечивает нагнетание компонентов закрепляющего раствора любого вида в требуемом соотношении.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 1165793, кл. E 21 D 20/00, 1986 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 1627709, кл. E 21 D 11/00, 1989 г.

Инъекционное устройство предназначено для нагнетания закрепляющего раствора в массив горных пород с целью его упрочнения. Инъекционное устройство включает емкости с компонентами закрепляющего раствора, трубопроводы, смеситель, герметизатор и многопоршневой насос с рамой и гидроцилиндрами, шарнирно соединенными с ней и жестко между собой траверсой. Гидроцилиндры снабжены индивидуальными кривошипно-шатунными механизмами привода насоса, с рычагами, кривошипы которых сблокированы общим валом. Траверса соединена с регулятором производительности гидроцилиндров их синхронного поворота. Такое выполнение расширяет область применения инъекционного устройства, так как обеспечивает нагнетание компонентов закрепляющего раствора любого вида в требуемых соотношениях. 1 ил.

1. Инъекционное устройство для упрочнения горных пород, включающее емкости с компонентами закрепляющего раствора, трубопроводы, смеситель, герметизатор и многопоршневой насос с рамой, кривошипно-шатунным приводом, гидроцилиндрами со штоками и с регулятором производительности гидроцилиндров, отличающееся тем, что привод снабжен для каждого гидроцилиндра индивидуальным кривошипно-шатунным механизмом с рычагом, кривошипы которых сблокированы общим валом, при этом один конец каждого рычага шарнирно соединен с шатуном механизма, а другой - с рамой, причем на рычагах установлены ползуны, с которыми шарнирно соединены штоки гидроцилиндров, а корпусы гидроцилиндров шарнирно соединены с рамой и жестко между собой - траверсой, соединенной с регулятором производительности гидроцилиндра, с помощью которого возможен синхронный поворот гидроцилиндров относительно своих шарниров. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулятор производительности гидроцилиндров выполнен в виде винтового механизма, гайка которого шарнирно соединена с траверсой, а винт посредством упорного подшипника и шарнира соединен с рамой.