Способ упрочнения пород Данильченко И.М. и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК E21D20/00 E21D11/00 

Изобретение относится к технологии нагнетания твердеющей смеси через шпуры в трещиноватые породы и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства при упрочнении грунтов, горных массивов, например в горной промышленности, в частности, при упрочнении боковых пород и угля в очистных выработках шахт.

Известен способ и устройство для упрочнения пород (авт.св. № 1518529, кл. Е 21 D 20/00, 1988). Известный способ включает бурение шпуров, их герметизацию

на поэтапно уменьшающейся по отношению к устью глубине и нагнетание твердеющей смеси. Для осуществления этого способа служит известное устройство для нагнетания скрепляющих составов через шпуры в трещиноватые породы, включающее герметизатор из упругодеформлруемо- го рукава и установленной внутри нагнетательной трубки, при этом заделка герметизатора, расположенная со стороны выходного отверстия нагнетательной трубки, жестко закреплена на ней, а противоположная заделка закреплена своээдно с

VJ

О х|

Ю

возможностью продольного перемещения на нагнетательной трубке.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению и взятым в качестве прототипа является способ упрочнения по- род и устройство для его осуществления, включающее бурение шпуров, их герметизацию на поэтапно уменьшающейся по отношению к устью глубине и нагнетание твердеющей смеси. Устройство включает основной и дополнительный герметизаторы из упругодеформируемых рукавов с заделками на торцах, установленных на нагнетательной трубке и образующих вокруг нее кольцевые полости с обособленными входа- ми, при этом смежные заделки рукавов жестко закреплены между собой посредством втулки и установлены на нагнетательной трубке подвижно вдоль продольной оси последней, а противоположная за- делка дополнительного герметизатора соединена с ней жестко (-авт.ев, № 1585530, кл. Е 21 D 20/00, 1989).

Недостатками известного способа упрочнения пород и устройства для его осуще- ствления является то, что в процессе нагнетания твердеющей смеси для уменьшения глубины герметизации шпура с обна- жением его стенок и образованием дополнительных новых фильтрационных участков из шпура выводят поэтапно основной герметизатор, а вместе с ним и нагнетательную трубку, так как противоположные заделки упругодеформируемых рукавов соединены с ней неподвижно. При выводе на- гнетательной трубки из шпура ее выходное отверстие удаляется от забоя шпура к его устью с образованием в шпуре застойной зоны между его забоем и новым фильтрационным участком. В указанной застойной зо- не не будет осуществляться замещения твердеющего состава свежими его порциями, а значит стенки шпура на указанном участке не будут промываться жидкими компонентами и потеряют фильтрационную способность. Поэтому в застойной зоне шпура непременно произойдет вспенивание твердеющей смеси, увеличение ее в объеме и заполнение всего шпура с полной его закупоркой затвердевшим материалом, Это вызывает преждевременное прекращение нагнетания твердеющей смеси, необходимого насыщения массива, например полиуретаном, не происходит, и в этом смысле будет снижена эффективность уп- рочнения массива. Таким образом, при известном способе упрочнения пород и устройстве для его осуществления в процессе нагнетания твердеющей смеси при выводе нагнетательной трубки из шпура с

образованием нового дополнительного фильтрационного участка неизбежна закупорка шпура, что снижает эффективность упрочнения массива с различными фильтрационными свойствами.

Цель изобретения - повышение эффективности упрочнения массива с различными фильтрационными свойствами.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу упрочнения пород, включающему бурение шпуров, их герметизацию на поэтапно уменьшающейся по отношению к устью глубине и нагнетание твердеющей смеси, глубину герметизации шпура уменьшают одновременно с уменьшением нагнетания, а нагнетание твердеющей смеси производят непосредственно у забоя шпура.

Способ упрочнения пород осуществляется при помощи устройства, включающего основной и дополнительный герметизаторы из упругодеформируемых рукавов с заделками на торцах, установленных на нагнетательной трубке и образующих вокруг нее кольцевые полости с обособленными входами, при этом смежные заделки рукавов жестко скреплены между собой посредством втулки и установлены на нагнетательной трубке подвижно вдоль продольной оси последней, а противоположная заделка дополнительного герметизатора соединена с ней жестко, причем на нагнетательной трубке в полости основного герметизатора выполнен упор, а противоположная заделка рукава основного герметизатора посредством уплотнения соединена с нагнетательной трубкой подвижно, при этом последняя герметично закрыта с торца, а ее выходные отверстия выполнены рядом с ним на боковых стенках

Повышение эффективности упрочнения массива с различными фильтрационными свойствами обеспечивается тем, что глубину герметизации шпура уменьшают одновременно с уменьшением давления нагнетания, а нагнетание твердеющей смеси производят непосредственно у забоя шпура, так как этим исключаются застойные зоны в шпуре и преждевременная его закупорка затвердевающим скрепляющим составом и обеспечивается насыщение массива на всем протяжении фильтрующей части на одинаковую глубину вокруг продольной оси шпура.

То, что в устройстве для осуществления способа упрочнения пород на нагнетательной грубке в полости основного герметизатора выполнен упор, а противоположная заделка рукава основного герметизатора посредством уплотнения соединена с нагнетательной трубкой подвижно при этом последняя герметично закрыта с торца, а ее выходные отверстия выполнены рядом с ним на боковых стенках, позволяет глубину герметизации шпура уменьшать одновременно с уменьшением давления нагнетания, а нагнетание твердеющей смеси производить непосредственно у забоя шпура, так как при этом нагнетательная трубка из шпура не выводится, а своим торцом все время упирается в забой шпура, Так фиксируется непосредственно у забоя шпура расположение выходных отверстий, выполненных рядом с герметично закрытым торцом нагнетательной трубки на ее боковых стенках. Такая конструкция устройства для осуществления способа упрочнения пород исключает возможность образования застойной зоны в шпуре, так как в процессе нагнетания независимо от глубины герметизации шпура (освобождения участков шпура от герметизатора м обнажения свежих трещин) по всей его длине от его забоя до герметизатора происходит замещение твердеющей смеси свежими ее порциями в виде жидкости, что предотвращает закупорку шпура и обеспечивает поэтому повышение эффективности упрочнения массива с различными фильтрационными свойствами за счет равномерного насыщения массива на необходимую глубину вокруг продольной оси шпура по всей его длине от забоя до герметизатора.

На фиг.1 приведено устройство для нагнетания твердеющей смеси в массив с различными фильтрационными свойствами через шпур, глубину герметизации которого уменьшают одновременно с уменьшением давления нагнетания, продольный разрез; на фиг.2 - технологическая схема упрочне- ния пород нагнетанием твердеющей смеси через шпуры, которые герметизируют на поэтапно уменьшающейся по отношению к устью глубине.

Устройство для нагнетания твердеющей смеси жидких компонентов скрепляющего состава через шпуры в трещиноватый массив с различными фильтрационными свойствами включает основной герметизатор из упругодеформируемого рукава 1 с заделками 2 и 3 на торцах и установленную внутри нагнетательную трубку 4. Рукав 1 образует вокруг нагнетательной трубки 4 герметичную кольцевую полость 5 с обособленным входом 6. На нагнетательной трубке 4 также установлен дополнительный герметизатор из упругодеформируемого рукава 7 с заделками 8 и 9 на торцах. При этом смежные заделки 3 и 8 рукавов 1 и 7 жестко скреплены между собой посредством втулки 10 и

установлены на нагревательной трубке 4 подвижно вдоль продольной оси последней, а противоположная заделка 9 рукава 7 дополнительного герметизатора соединена с

ней жестко. Причем кольцевая полость 11 дополнительно герметизатора выполнена обособленной от полости 5 основного герметизатора и имеет самостоятельный (обособленный) вход 12. На нагнетательной

0 трубке 4 в полости 5 основного герметизатора выполнен упор 13,- а противоположная заделка 2 рукава 1 основного герметизатора посредством уплотнения соединена с нагнетательной трубкой 4 подвижно, при этом

5 последняя герметично закрыта с торца, а ее выходные отверстия 14 выполнены рядом с ним на боковых стенках.

Способ осуществляется следующим образом Основной герметизатор с рукавом 1

0 вводят в шпур 15, пробуренный в массиве 16. При этом нагнетательная трубка 4 на упираться своим торцом в забой шпура 15 Затем нагнетательной установкой 17 подают один из компонентов полиуретано5 вого скрепляющего состава, например, полиэфирную часть, в полость 5 основного герметизатора В результате рукав 1 основного герметизатора увеличивается в диаметре и укорачивается с перемещением

0 заделки 2 на нагнетательной трубке 4 по направлению к упору 13. При давлении, например, 8 МПа подачу жидкости в полость 5 прекращают. По окончании герметизации шпура 15 подают полиизоцианат и поли5 эфирную часть состава через тройник 18, смеситель 19, нагнетательную трубку 4, выходные отверстия 14 из нее, шпур 15 в массив 16. После подачи заданного количества (порции) твердеющей смеси в шпур 15 или

0 при достижении давления нагнетания 7-8 МПа установку 17 переводят на минимальную производительность, т.е. уменьшают давление нагнетания, и выключают. Затем уменьшают глубину герметизации шпура по

5 отношению к его устью, т.е. частично выводят из шпура 15 основной герметизатор из упругодеформируемого рукава 1 с обнажением стенок шпура и образованием фильтрационного участка. Для этого давление

0 снижают до атмосферного в полости 5, сливая из нее жидкость. Нагнетательной установкой 17 при малой производительности подают полиэфирный компонент полиуре- танового состава в полость 11 дополнитель5 ного герметизатора. При этом рукав 7 дополнительного герметизатора увеличивается в диаметре и укорачивается с перемещением по направлению из шпура 15, т.е к его устью заделки 8, втулки 10 и рукава 1 с заделками 3 и 2. После вывода из шпура 15

рукава 1 основного герметизатора на заданную величину выключает нагнетательную установку 17, оставляя под давлением полость 11 дополнительного герметизатора. Затем вновь герметизируют шпур, подавая нагнетательной установкой 17 соответствующую жидкость в полость 5 основного герметизатора. По окончании герметизации шпура 15 нагнетательную установку 17 вновь переключают на подачу в массив 16 следующей порции твердеющей смеси. По окончании нагнетания очередной порции смеси или при достижении давления нагнетания 5-6 МПа нагнетательную установку 17 выключают. В связи с тем, что шпур 15 частично разгерметизируют путем вывода на заданную величину из него основного герметизатора из упругодеформируемого рукава 1, то одновременно с уменьшением глубины герметизации шпура 15 уменьшают давление нагнетания, например с 7-8 до 5-6 МПа. При этом давление нагнетания уменьшают путем уменьшения производительности (расхода, подачи) нагнетательной установки 17. Поэтапное уменьшение глубины герметизации шпура 15 по отношению к его устью с одновременным уменьшением давления нагнетания очередной порции осуществляют до соприкосновения заделки 2 с упором 13. По окончании нагнетания состава в шпур 15 установку 17 переводят в режим рециркуляции, а нагнетательную трубку 4 промывают полиэфирной частью состава. После этого установку 17 выключают.

Разгерметизацию шпура 15 и извлечение устройства производят после отверждения скрепляющего состава. Для этого включают установку 17 в режим рециркуляции на малой производительности. При этом подают полиэфирную часть состава в полость 11 рукава 7 и повышают в ней давление до величины, равной давлению в полости 5 рукава 1, например до 8 МПа, и выключают установку 17, Затем сливают жидкость из полости 5 и давление в ней снижают до атмосферного. При этом смежные заделки 3 и 8 вместе с втулкой 10 перемещаются по нагнетательной трубке 4 в сторону дополнительного герметизатора. Рукав 7 укорачивается и растягивает в длину рукав 1, После соприкосновения заделки 2 с упором 13 диаметр рукава 1 уменьшается и его наружная поверхность отделяется от стенок шпура 15. Затем включают установку 17 и повышают давление в полости 5, например, вновь до 8 МПа. При этом рукав 1 увеличивается в диаметре и укорачивается с перемещением всего устройства к устью шпура 15. В результате передняя заделка 2

и выходящий из нее конец нагнетательной трубки 4 открывается от затвердевающего в шпуре 1 состава. Изменяя в такой последовательности давление в рукавах 1 и 7,извлекают устройство из шпура 15. Сбросив давление, вынимают устройство и переносят в следующий шпур.

Полиэфирный и полиизоцианатный компоненты полиуретанового состава к

0 тройнику 18 подают соответственно через краны 20 и 21. Полость 5 основного герметизатора из упругодеформируемого рукава 1 полиэфирной частью состава заполняют через кран 22, а сливают жидкость из нее

5 через кран 23. Полость 11 дополнительного герметизатора из упругодеформируемого рукава 7 полиэфирной частью заполняют через кран 24, а сливают жидкость из нее через кран 25. Шланг 26 предназна0 чен для нагнетания полиэфирной части состава, а шланг 27 - полиизоцианатной. Шланг 28 служит для слива полиэфирной части рукавов 1 и 7. Нагнетательная установка 17, например, включает два насоса 29

5 и 30, гидро- или пневмопривод 31, рециркуляционный кран 32 и шланг 33, кран 34 и манометр 35 для управления приводом 31, а также расходные емкости 36 и 37.

Положительный эффект по сравнению с

0 прототипом от использования изобретения заключается в повышении эффективности упрочнения массива с различными фильтрационными свойствами, так как глубину герметизации шпура уменьшают одновре5 менно с уменьшением давления, а нагнетание твердеющей смеси производят непосредственно у забоя шпура,что исключает застойные зоны в шпуре и его преждев- ременную закупорку в процессе

0 нагнетания, обеспечивает замещение состава свежими его порциями в шпуре и промывку его стенок. Этим обеспечивается равномерное насыщение массива твердеющим составом по длине шпура.

5

Формула изобретения

1.Способ упрочнения пород, включающий бурение шпуров, их герметизацию на поэтапно уменьшающейся по отношению к

0 устью.глубине и нагнетание твердеющей смеси, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности упрочнения массива с различными фильтрационными свойствами, глубину герметизации шпура

5 уменьшают одновременно с уменьшением давления нагнетания, а нагнетание твердеющей смеси производят непосредственно у забоя шпура.

2.Устройство для упрочнения пород, включающее основной и дополнительный

герметизаторы из упругодеформируемых рукавов с заделками на торцах, установленных на нагнетательной трубке и образующих вокруг нее кольцевые полости с обособленными входами, при этом смежные заделки рукавов жестко скреплены между собой посредством втулки и установлены на нагнетательной трубке подвижно вдоль продольной оси последней, а противоположная заделка дополнительного герметизатора соединена с ней жестко, отличающееся тем, что на нагнетательной трубке в полости основного герметизатора выполнен упор, в противоположная заделка

рукава основного герметизатора посредством уплотнения соединена с нагнетательной трубкой подвижно, при этом последняя герметично закрыта с торца, а ее выходные отверстия выполнены р ядом с ним на боковых стенках.

Изобретение относится к технологии нагнетания скрепляющих составов в трещиноватые массивы, позволяет повысить эффективность упрочнения массивов с различными фильтрационными свойствами. Герметизацию шпуров производят на разной глубине по отношению к их устьям в процессе нагнетания твердеющей смеси, С уменьшением глубины одновременно уменьшают давление нагнетания. Нагнетание смеси производят непосредственно у забоя шпуров. Иньектор включает основной и дополнительный герметизаторы из упру- годеформируемого рукава, смонтированного на нагнетательной трубке и образующего с ней кольцевые полости с отдельными входами. Сменные заделки рукавоь жестко скреплены между собой посредством втулки и установлены нэ нагнетательной трубке подвижно. Противоположная заделка рукп- ва дополнительного герметизатора прикреплена к нагнетательной трубке хестко, а основного подвижно посредством /плотне- ния. На нагнетательной трубке в полости основного герметизатора выполнен упор, до которого может доходить заделка его рукава. Конец нагнетательной трубки герме тично закрыт, а выходные отверстия выполнены на ее боковых стенках оядом с торцом. Попеременное нагнетание компонентов твердеющей смеси позволяет сократить длину рукавов герметизаторов вдоль нагнетательной трубки 2 с.п. ф-лы, 2 ил (Л С

г. ч

ik

IТ

15 I IS

фаг, 2