Способ упрочнения пород данильченко и. м. и устройство для его осуществления

(55 Е 21 О 20/00, 11/ОО ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ НИЕ ИЗОБРЕУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ ОПИСА К АВТОРСКО уменьшают давление нагнетания, Нагнетание смеси производят непосредственно у забоя шпуров, Иньектор включает основной и дополнительный герметизаторы из упругодеформируемого 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 рукава дополнительного герметизатора прикреплена к нагнетательной трубке жестко, а основного подвижно посредством /плотнения, На нагнетательной трубке в полости основного герметизатора выполнен упор, до которого может доходить заделка его рукава, Конец нагнетательной трубки гермс тично закрыт, а выходные отверстия выполнены на ее боковых стенках рядом с торцом, Попеременное нагнетание компонентов твердеющей смеси позволяет сократить длину рукавов герметизаторов вдоль нагнетательной трубки 2 с,п. ф-лы, 2 ил,(21) 4839745/03(56) Авторское свидетельство СССР М 1518529, кл, Е 21 0 20/00, 1988.Авторское свидетельство СССР М 1585530, кл, Е 2 20/ОО, 1989,Авторское свидетельство СССР %1585530, кл, Е 21 О 20/00, 1989.(54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОРОД ДАНИЛЬЧЕНКО И.М, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) 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 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, М 1518529, кл. Е 21 О 20/00, 1988), Известный способ включает бурение шпуров, их герметизацию на поэтапно уменьшающеися 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 упругодеформируемого рукава и установленной внутри нагнетательной трубки, при этом заделка герметизатора, расположенная со:тороны выходного отверстия нагнетательн( й трубки, жестко закреплена на ней, а прогивоположная заделка закреплена сво 5 эдно с5 10 15 20 возможностью продольного перемещения на нагнетательной трубке.Наиболее близким по технической сущности к изобретению и взятым в качестве прототипа является способ упрочнения пород 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 входами, при этом смежные заделки рукавов жестко закреплены между собой посредством втулки и установлены на нагнетательной трубке подвижно вдоль продольной оси последней, а противоположная заделка дополнительного герметизатора соединена с ней жестко (авт.св, М 1585530, кл, Е 21 О 20/00, 1989).Недостатками известного способа упрочнения пород и устройства для его осуществления является то, что в процессе нагнетания твердеющей смеси для уменьшения глубины герметизации шпура с обнажением 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 нагнетательной 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 зоне 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 упрочнения массива, Таким образом, при известном способе упрочнения пород и устройстве для его осуществления в процессе нагнетания твердеющей смеси при выводе нагнетательной трубки из шпуоа с 25 30 35 40 45 50 55 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 фил ьтрацион н ы ми 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 упо, а противоположная заделка рукава основного герметизатора посредством уплотнения соединена с нагнетательной трубкой подвижно, при этом последняя герметично закрыта с торца, а ее выходные отверстйя выполнены рядом с ним на боковых стенкахПовышение 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 трубке в полости основного герметизатора выполнен упор, а противоположная заделка рукава основного герметизатора посредством уплотнения соединена с на5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 гнетательной трубкой подвижно., при этом последняя герметично закрыта с торца, а ее выходные отверстия выполнены рядом с нимна боковых стенках, позволяет глубину герметизации шпура уменьшать одновременно с уменьшением давления нагнета. ния, 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 рубки 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 и 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 насьнцения массива на необходимую глубину вокруг продольнойоси шпура по всей его длине от забоя догерметизатора,На фиг,1 приведено устройство для нагнетания твердеющей смеси в массив с раэличными фильтрационными свойствами через шпур, глубину герметизации которого уменьшают одновременно с уменьшением давления нагнетания, продольный разрез; на фиг.2 - технологическая схема упрочне ния пород нагнетанием твеодеющей смеси через шпуры, которые герметиэируют 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 б, 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 трубке 4 в полости 5 основного герметизатора выполнен упор 13; а противоположная заделка 2 рукаве 1 основного герметизатора посредством уплотнения соединена с нагнетательной трубкой 4 подвижно, при этом 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 вводят в шпур 15, пробуренный в массиве 16. При этом нагнетательная трубка 4 должна упираться своим торцом в забой шпура 15, Затем нагнетательной установкой 17 подают один из компонентов полиуретанового скрепляющего состава, например, полиэфирную часть, в полость 5 основного герметизатора, В результате рукав 1 основного герметизатора увеличивается в диаметре и укорачивается с перемещением 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 полиэфирную 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 ",5 или 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 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 снижают до атмосферного в полости 5, сливая из нее жидкость, Нагнетательной установкой 17 при малой производитечьности подают полиэфирный компонент полиуретанового состава в полость 11 дополнительного 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 1555 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 допол нительного 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 включаютустановку 17 и повышают давление в полости 5, например, вновь до 8 МПа. При этом рукав 1 уве-.личивается в диаметре и укорачивается с перемещением всего устройства к устью шпура 15. В результате передняя заделка 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 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 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 через кран 23. Полость 11 дополнительного герметизатора из упругодеформируемого рукава 7 полиэфирной частью сос-ава заполняют через кран 24, а сливают жидкость из нее через кран 25, Шланг 26 предназначен 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 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 прототипом от использования изобретения заключается в повышении эффективности упрочнения массива с различными фильтрационными свойствами, так как глубину герметизации шпура уменьшают одновременно с уменьшением давления, а нагнетание твердеющей смеси производят непосредственчо у забоя шпура,что исключает застойные зоны в шпуре и его преждевременную закупорку в процессе нагнетания, обеспечивает замещение состава свежими его порциями в шпуре и промывку его стенок. Этим обеспечивается равномерное насыщение массива твердеющим составом по длине шпура,Формула изобретения 1, Способ упрочнения пород, включающий бурение шпуров, их герметизацию на поэтапно уменьшающейся по отношению к устью. глубине и нагнетание твердеющей смеси, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности упрочнения массива с различными фильтрациэнными свойствами, глубину герметизации шпура уменьшают одновременно с уменьшением давления нагнетания, а нагнетание твердеющей смеси производят непосредственно у забоя шпура.2. Устройство для упрочнения пород, включающее основной и дополнительный10 1767191 Составитель И.Данильчен ех е М.Мо гентал едактор С.Кулакова Т р д р Корректор З,Салк аз 3533 Тираж Подписное В НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго Гагарина, 10 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, о т л ич а ю щ е е с я тем, что на нагнетательной трубке в полости основного герметизатора выполнен упор, в противоположная заделка 5 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 боко вых стенках.