УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВОДООТЛИВА ДЛЯ ТРЕЩИНОВАТЫХ ПОДСТИЛАЮЩИХ СЛОЕВ Российский патент 2017 года по МПК E02D19/00 E21F16/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству и способу водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, которые являются особенно подходящими для водоотвода из подошвы выработки и откачки из окружающих горных пород с развитыми трещинами, мягких окружающих горных пород и водопроницаемых горных пород в рудниках, туннелях и подземных инженерных сооружениях.

Уровень техники

Окружающие горные породы с развитыми трещинами, мягкие окружающие горные породы, водопроницаемые горные породы или окружающие горные породы, содержащие слабые интеркаляции, прослои аргиллита (argillation intercalations), различные структурные плоскости или различные смешанные структуры часто встречаются в горных разработках, туннелях и подземных инженерных сооружениях, при этом мягкие окружающие горные породы, содержащие прослойки известняка, отличаются высоким набуханием и эрозией; кроме того, известняк может легко глинизироваться под совместным действием воды и динамического давления, когда взаимодействует с водой, что часто сопровождается проявлениями, например, в виде просачивания воды из окружающей горной породы, намокания и размягчения окружающей горной породы, а также вспучивания подошвы выработки и т.д.

Когда такие окружающие горные породы закрепляют с помощью анкерования подошвы выработки, возникают трудности при установке анкерных болтов для закрепления подошвы выработки и создания достаточной закрепляющей силы анкером; кроме того, обычно после проведения мероприятий по закреплению вспучивание подошвы и трещины подошвы выработки все равно возникают в условиях просачивания воды, результатом являются отрицательные воздействия на обычные условия эксплуатации выработки и безопасность работы.

Принимая во внимание указанные выше условия, требуется разработать устройство и способ водоотлива из трещиноватой подошвы выработки для удаления воды из подошвы выработки и при этом предотвращения размягчения окружающих горных пород скопившейся водой на площади разделительного слоя подошвы выработки, а также предотвращения и уменьшения вспучивания подошвы.

Устройство не только имеет простую конструкцию и является простым в применении, но также может уменьшать стоимость закрепления и эффективно увеличивать устойчивость окружающей горной породы.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема:

для преодоления недостатков уровня техники в настоящем изобретении предложено устройство и способ водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, простое по конструкции, с низкой стоимостью, простое в применении и с возможностью создания удовлетворительного водоотлива.

Техническая схема:

устройство водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, предложенное в настоящем изобретении, содержит водоотливную трубу, проходящую в ствол скважины, пробуренный в подошве выработки, и насос исполнительного механизма, причем

несколько реверсируемых фиксаторов и водоотливные отверстия в стенке расположены на наружной стенке водоотливной трубы на расстоянии,

резиновое блокирующее воду кольцо, содержащее расширяющий агент, установлено с прилеганием поверх стыка между трубными секциями водоотливной трубы,

действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка установлена в водоотливной трубе,

зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы и внутренней стенкой отверстия ствола скважины заполнен уплотнителем,

выпускной конец водоотливной трубы соединен соединительным устройством с одним концом кольцевого водоотливного сифона,

другой конец кольцевого водоотливного сифона соединен через клапан с впуском насоса исполнительного механизма и

выпуск насоса исполнительного механизма соединен через шланг с водяным баком;

водоотливная труба выполнена из бесшовной трубы из нержавеющей стали.

Действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка имеет вал с эксцентриковым шипом, может открываться и закрываться в одну сторону в ней; водоотливные отверстия расположены перпендикулярно стенке водоотливной трубы, и только одно водоотливное отверстие просверлено в каждом сечении стенки трубы; насос исполнительного механизма является стабилизирующим давление насосом с автоматическим регулированием.

Способ водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, предложенный в настоящем изобретении, включает следующие операции:

а) установка устройства водоотлива для трещиноватой подошвы выработки и

установка с прилеганием резинового блокирующего воду кольца снаружи на водоотливной трубе, в которой просверлены водоотливные отверстия и на которой установлены реверсируемые фиксаторы, а также действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка согласно условиям водосодержания в трещиноватой подошве выработки;

b) наращивание водоотливной трубы в стволе скважины до достижения водоотливной трубой забоя ствола скважины,

вытягивание водоотливной трубы назад так, что реверсируемые фиксаторы прочно фиксируются на внутренней стенке ствола скважины;

герметизация ствола скважины после фиксации водоотливной трубы,

нагнетание уплотнителя в зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы и внутренней стенкой отверстия ствола скважины;

c) соединение открытого конца водоотливной трубы соединительным устройством с одним концом кольцевого водоотливного сифона,

соединение насоса исполнительного механизма с другим концом кольцевого водоотливного сифона,

установка клапана на впуске насоса исполнительного механизма для регулирования расхода воды,

соединение насоса исполнительного механизма трубой с водяным баком и

фиксация кольцевого водоотливного сифона к сторонам подошвы выработки;

d) открытие клапана,

пуск насоса исполнительного механизма для откачки воды в подошве через кольцевой водоотливной сифон и

настройка стационарного давления для насоса исполнительного механизма контрольно-измерительным прибором так, что насос исполнительного механизма автоматически запускается и останавливается согласно давлению воды в подошве и при этом регулирует расход воды.

Положительный эффект: при всестороннее рассмотрении в целом характеристик окружающих горных пород с развитыми трещинами, мягких окружающих горных пород и водопроницаемых горных пород в рудниках, туннелях и подземных инженерных сооружениях настоящее изобретение предлагает устройство и способ водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, в котором использован принцип соединенной емкости и принцип герметизации сифона текучей среды для откачки воды в трещинах подошвы выработки и, таким образом, предотвращения выхода из строя системы закрепления при гидратации мягкой горной породы; кроме того, в настоящем изобретении применяется клапан для эффективного регулирования расхода воды так, чтобы обеспечить надежность, безопасность и устойчивость системы закрепления мягкой горной породы в условиях воды в трещинах. Устройство является конструктивно простым, дешевым, простым в применении, надежным и эффективным. Конкретные преимущества включают в себя:

1) блокирующее воду кольцо, содержащее расширяющий агент, установлено с прилеганием поверх стыка между трубными секциями водоотливной трубы для эффективного блокирования скопившейся воды согласно условиям просачивания воды из слоев горной породы и предотвращения вытекания скопившейся воды в отличающихся слоях горной породы наружу вдоль поверхности ствола скважины; кроме того, зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы и внутренней стенкой отверстия ствола скважины заполнен уплотнителем для достижения положительного эффекта блокирования воды и сопротивления эрозии;

2) другой конец кольцевого водоотливного сифона соединен через клапан с впуском насоса исполнительного механизма для эффективного управления расходом воды и предотвращения эрозии слоев горной породы вследствие проникновения наружного воздуха в ствол скважины;

3) действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка установлена в водоотливной трубе для предотвращения протекания воды, собранной в верхней части трубы в нижнюю часть, и, таким образом, предотвращения расширения и растрескивания лежащих ниже слоев горной породы в результате проникновения скопившейся воды в течение длительного времени;

4) наружный насос исполнительного механизма, соединенный с кольцевым водоотливным сифоном, является стабилизирующим давление насосом с автоматическим регулированием, который может автоматически регулировать свою работу (включение /выключение) согласно гидравлическому давлению в водоотливной трубе для образования эффективной и экономичной циркуляции водоотлива.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана принципиальная схема конструкции, предложенной в настоящем изобретении. На фиг. 1:

1 - реверсируемый фиксатор;

2 - водоотливное отверстие;

3 - действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка;

4 - блокирующее воду кольцо;

5 - водоотливная труба;

6 - уплотнитель;

7- соединительное устройство;

8 - кольцевой водоотливной сифон,

9 - насос исполнительного механизма;

10 - водяной бак;

11 - клапан.

Осуществление изобретения

Ниже настоящее изобретение дополнительно описано со ссылкой на примеры, показанные на прилагаемом чертеже.

Устройство водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, предложенное в настоящем изобретении, в основном содержит действующую в одном направлении водяную дроссельную заслонку 3, блокирующее воду кольцо 4, водоотливную трубу 5, кольцевой водоотливной сифон 8, насос 9 исполнительного механизма и водяной бак 10, при этом водоотливная труба 5 проходит в ствол скважины в подошве, конец водоотливной трубы 5, расположенный снаружи за пределами ствола скважины, соединен с кольцевым водоотливным сифоном 8, и кольцевой водоотливной сифон 8 соединен с насосом 9 исполнительного механизма; водоотливная труба 5 выполнена из бесшовной трубы из нержавеющей стали, несколько реверсируемых фиксаторов 1 и водоотливные отверстия 2 расположены на наружной стенке водоотливной трубы 5 на расстоянии, резиновое блокирующее воду кольцо 4, которое содержит расширительный агент, установлено с прилеганием поверх стыка между трубными секциями водоотливной трубы 5, действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка 3 установлена в водоотливной трубе 5 и имеет вал с эксцентриковым шипом, выполненный с возможностью открытия и закрытия в одну сторону; когда вода отсутствует, действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка 3 свободно опускается под действием силы тяжести и находится в закрытом положении; когда имеется вода, действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка 3 отодвигается направленной вверх силой давления, приложенного снизу потоком воды.

Зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы 5 и внутренней стенкой отверстия ствола скважины заполнен уплотнителем 6, выпускной конец водоотливной трубы 5 соединен соединительным устройством 7 с одним концом кольцевого водоотливного сифона 8, другой конец кольцевого водоотливного сифона 8 соединен через клапан 11 с впуском насоса 9 исполнительного механизма, насос 9 исполнительного механизма является стабилизирующим давление насосом с автоматическим регулированием, и выпуск насоса 9 исполнительного механизма соединен через шланг с водяным баком 10; водоотливные отверстия 2 расположены перпендикулярно стенке водоотливной трубы 5, и только одно отверстие просверлено в каждом сечении стенки трубы.

Способ водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, предложенный в настоящем изобретении, включает следующие операции:

a) установка устройства водоотлива для трещиноватой подошвы выработки и

установка с прилеганием резинового блокирующего воду кольца 4 снаружи на водоотливной трубе 5, в которой просверлены водоотливные отверстия 2 и на которой установлены реверсируемые фиксаторы 1 и действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка 3 согласно известным условиям водосодержания в трещиноватой подошве выработки;

b) наращивание водоотливной трубы 5, устанавливаемой с фитингами в ствол скважины, до достижения водоотливной трубой 5 забоя ствола скважины,

затем вытягивание водоотливной трубы 5 назад так, что реверсируемые фиксаторы 1 прочно фиксируются на внутренней стенке ствола скважины;

герметизация ствола скважины после фиксации водоотливной трубы 5,

нагнетание уплотнителя 6 в зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы 5 и внутренней стенкой отверстия ствола скважины;

герметизация пространства между стволом скважины и водоотливной трубой 5;

c) соединение открытого конца водоотливной трубы 5 с одним концом кольцевого водоотливного сифона 8 соединительным устройством 7,

соединение насоса 9 исполнительного механизма с другим концом кольцевого водоотливного сифона 8,

установка клапана 11 на впуске насоса 9 исполнительного механизма для регулирования расхода воды,

соединение насоса 9 исполнительного механизма трубой с водяным баком 10 и

фиксация кольцевого водоотливного сифона 8 к сторонам подошвы выработки;

d) открытие клапана 11,

пуск насоса 9 исполнительного механизма для откачки воды в подошве через кольцевой водоотливной сифон 8 и

настройка стационарного давления для насоса 9 исполнительного механизма контрольно-измерительным прибором так, что насос 9 исполнительного механизма автоматически запускается и останавливается согласно давлению воды в подошве и при этом регулирует расход воды.

Изобретение относится к устройству и способу водоотлива из трещиноватых подстилающих слоев. Техническим результатом является упрощение конструкции и применения. Устройство водоотлива из трещиноватых подстилающих слоев содержит водоотливную трубу, выполненную из бесшовных труб из нержавеющей стали, которая проходит в скважину, пробуренную в подстилающих слоях. Наружный конец водоотливной трубы соединен с кольцевым водоотливным сифоном и клапаном с помощью соединительного устройства. Множество водоотливных отверстий расположены в водоотливной трубе на расстоянии. Дроссельная водяная заслонка одностороннего действия установлена внутри водоотливной трубы. Резиновые блокирующие воду кольца, содержащие расширяющий агент, установлены при помощи муфт на наружной стенке водоотливной трубы на расстоянии. Уплотнитель установлен между наружной стенкой верхнего конца водоотливной трубы и внутренней стенкой пробуренной скважины. Кольцевой водоотливной сифон, соединенный с водоотливной трубой, соединен снаружи с насосом исполнительного механизма и водяным баком. Устройство водоотлива из трещиноватых подстилающих слоев перекачивает воду из трещин подстилающего слоя согласно принципу герметичного сифона текучей среды, так что предотвращается размягчение подошвы выработки водой из подстилающего слоя, таким образом улучшается устойчивость окружающей горной породы; кроме того, объем удаляемой воды из подстилающего слоя эффективно регулируется с помощью установленного клапана, таким образом обеспечивается постоянное заполнение водоотливного сифона водой и предотвращается вход воздуха в пробуренные скважины и эрозия слоев горной породы. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, содержащее водоотливную трубу (5), проходящую в ствол скважины, пробуренный в подошве выработки, и насос (9) исполнительного механизма, причем:

несколько реверсируемых фиксаторов (1) и водоотливные отверстия (2) расположены на наружной стенке водоотливной трубы (5) на расстоянии,

резиновое блокирующее воду кольцо (4), содержащее расширяющий агент, установлено с прилеганием поверх стыка между трубными секциями водоотливной трубы (5),

действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка (3) установлена в водоотливной трубе (5),

зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы (5) и внутренней стенкой отверстия ствола скважины заполнен уплотнителем (6),

выпускной конец водоотливной трубы (5) соединен соединительным устройством (7) с одним концом кольцевого водоотливного сифона (8),

другой конец кольцевого водоотливного сифона (8) соединен через клапан (11) с впуском насоса (9) исполнительного механизма и

выпуск насоса (9) исполнительного механизма соединен через шланг с водяным баком (10);

водоотливная труба (5) выполнена из бесшовной трубы из нержавеющей стали.

2. Устройство водоотлива для трещиноватой подошвы выработки по п. 1, в котором действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка (3) имеет вал с эксцентриковым шипом, который выполнен с возможностью открытия и закрытия в одну сторону в ней.

3. Устройство водоотлива для трещиноватой подошвы выработки по п. 1, в котором водоотливные отверстия (2) расположены перпендикулярно стенке водоотливной трубы (5) и только одно отверстие просверлено в каждом сечении стенки трубы.

4. Устройство водоотлива для трещиноватой подошвы выработки по п. 1, в котором насос (9) исполнительного механизма является стабилизирующим давление насосом с автоматическим регулированием.

5. Способ водоотлива для трещиноватой подошвы выработки с использованием устройства по любому из пп. 1-4, включающий следующие операции:

a) установка устройства водоотлива для трещиноватой подошвы выработки и

установка с прилеганием резинового блокирующего воду кольца (4) снаружи на водоотливной трубе (5), в которой просверлены водоотливные отверстия (2) и на которой установлены реверсируемые фиксаторы (1) и действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка (3) согласно условиям водосодержания трещиноватой подошвы выработки;

b) наращивание водоотливной трубы (5) в стволе скважины до достижения водоотливной трубой (5) забоя ствола скважины,

затем вытягивание водоотливной трубы (5) назад так, что реверсируемые фиксаторы (1) прочно фиксируются на внутренней стенке ствола скважины;

герметизация ствола скважины после фиксации водоотливной трубы (5),

нагнетание уплотнителя (6) в зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы (5) и внутренней стенкой отверстия ствола скважины;

c) соединение открытого конца водоотливной трубы (5) с одним концом кольцевого водоотливного сифона (8) соединительным устройством (7),

соединение насоса (9) исполнительного механизма с другим концом кольцевого водоотливного сифона (8),

установка клапана (11) на впуске насоса (9) исполнительного механизма для регулирования расхода воды,

соединение насоса (9) исполнительного механизма трубой с водяным баком (10) и

фиксация кольцевого водоотливного сифона (8) к сторонам подошвы выработки;

d) открытие клапана (11),

пуск насоса (9) исполнительного механизма для откачки воды в подошве через кольцевой водоотливной сифон (8) и

настройка стационарного давления для насоса (9) исполнительного механизма контрольно-измерительным прибором так, что насос (9) исполнительного механизма автоматически запускается и останавливается согласно давлению воды в подошве и при этом регулирует расход воды.