CS274416B2 - Method of rocky structure stabilization and stabilizer for its realization - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu stabilizace skalní struktury a stabilizátoru pro provádění tohoto způsobu.

Je známo, že při pracech ve skalních strukturách je nutno provádět jejich stabilizaci. K tomuto účelu se vsouvají stabilizátory do děr vyvrtaných do skály. Stabilizátor se pak v radiálním směru rozepne a upevní se tak ve vrtu. Zabraňuje tím, aby se skála rozpadla a zřítila, a to vzhledem k tomu, že síla podél osy stabilizátoru udržuje jednotlivé části skalní struktury pohromadě. Existující trhliny, které se často vyskytují v důsledku trhacích prací, tak nemohou narůstat. Hustota vrtů u vložených stabilizátorů závisí na tom, jak velké síly je třeba do skalní struktury vnést. Různé typy skalních hornin mají různé tendence vytvářet trhliny.

V americkém patentovém spise 6. 4 423 986 je popsán stabilizátor obsahující podélně složenou trubici, která se uvádí pod tlak, pro roztažení záhybů a pro ukotvení do vrtu. Stabilizátor zajišťuje velmi dobré ukotvení a dosažitelný rozsah průměrů vrtů je velmi široký. Takový stabilizátor je však relativně velmi drahý.

Ve švédském patentovém spise č. 8502981-7 je znázorněn trubicovitý stabilizátor skalní struktury, který se roztahuje za velikost vrtu prostřednictvím roztaživého tělesa, vsunutého do stabilizátoru. Tím je stabilizátor ukotven ve vrtu elastickým stlačením skalní horniny obklopující roztažený stabilizátor. To dovoluje použití laciných stabilizátorů, avšak roztaživé těleso má omezenou pracovní životnost vzhledem k nutně vysokým tlakům.

V americkém patentovém spise č. 3 349 567 je znázorněn stabilizátor skalní horniny, který obsahuje trubku pro vsunutí do vrtu a její následné roztažení v různých bodech pulsujícími magnetickými poli vyvíjenými rázy vysokého napětí v cívce na sondě, která se dočasně vsune do stabilizátoru. Stabilizátor je laciný, avšak potřebné vybavení je velmi drahé, přičemž použití vysokého napětí s sebou přináší rizika z hlediska bezpečnosti práce.

Uvedené nedostatky odstraňuje vynález způsobu stabilizace skalní struktury pomocí vrtů, do nichž se vsouvají roztaživé stabilizátory ve tvaru zaslepených trubic, jejichž otevřený konec je spojen s vnějším zdrojem hydraulické tlakové kapaliny, přičemž tyto trubice mají menší průměr, než je průměr vrtu, jehož podstatou je, že se vnější konec trubice po jejím zasunutí do vrtu spojí s vnějším zdrojem tlakové tekutiny a vnitřní dutina tělesa stabilizátoru se uvede pod řízený tlak, kterým se stěny tělesa stabilizátoru plasticky deformují a roztáhnou se do těsného dotyku se stěnou vrtu včetně jejích nepravidelností a pružně roztáhnou horninu okolo vrtu, načež se vnitrní dutina stabilizátoru zbaví tlaku a stabilizátor se nechá ukotvený ve vrtu smrštivým záběrem stěny jeho roztažené trubice s pružně deformovaným povrchem skaldní struktury po obvodě vrtu.

Řešení přináší účinnou metodu stabilizace skalní struktury při použití jednoduchých prostředků. Stabilizace se dá provádět jednoduše, rychle, s malými náklady a dosažený účinek je spolehlivý. Ve srovnání se známým stavem techniky umožňuje snížit vynaložené náklady .

Podle výhodného provedení vynálezu se do vrtu zasouvají postupně za sebou válcovité dílčí trubicové roztaživé sekce stabilizátoru, které se vzájemným napojením hydraulicky propojují a soustava takto propojených sekcí se roztáhne a ukotví jako celek společným uvedením vnitřních dutin pod tlak. Mezi roztaživé trubicové sekce stabilizátoru se mohou vkládat radiálně tuhé sekce, s vnitřní dutinou na obou koncích hydraulicky propojenou s dutinami sousedních roztaživých sekcí. Pro provádění vynálezu se s výhodou použije trubicového stabilizátoru sestávajícího ze zaslepené válcové trubice a pláštěm z měkkého kovu, uzavřené na předním konci tuhým dnem a opatřené na druhém konci přípojnou hlavou se vstupním kanálem pro napojení dutiny stabilizátoru na zdroj hydraulické kapaliny. Tento stabilizátor s výhodou obsahuje koncovou zaslepenou válcovou trubici s pláštěm z měkkého kovu,

CS 274 416 B2 uzavřenou na předním konci tuhým dnem a opatřené na druhém konci přípojnou hlavou se závitovaným nátrubkem a průchozím kanálem pro připojení k navazující sekci stabilizátoru, a nejméně jednu průchozí sekci, vytvořenou z válcové trubice s pláštěm z měkkého'kovu, opatřené přední hlavou s vnitřním závitem pro našroubování na závitovaný nátrubek zaslepené koncové sekce a zadní hlavou se závitovaným nátrubkem, přičemž v přední hlavě i v zadní hlavě je vytvořen průchozí kanál navazující na vnitřní dutinu průchozí sekce.

Závitovaný nátrubek může tvořit samostatnou spojku, zašroubovanou do vnitřního závitu zadní hlavy jedné ze spojovaných sekcí stabilizátoru a přední hlavy druhé ze spojovaných sekcí stabilizátoru, přičemž závitovaným nátrubkem prochází průběžný kanál spojující dutiny obou sousedních sekcí stabilizátoru.

Podle dalšího znaku vynálezu je mezi nejméně dvě roztaživé sekce stabilizátoru s válcovitou stěnou z měkkého kovu vložena radiálně tuhá tlustostěnná sekce, opatřená na koncích závitovanými přípojnými díly, přičemž tělesem tlustostěnné sekce prochází kanál, navazující na kanál přípojného závitovaného nátrubku zašroubovaného na nejméně jednom jejím konci.

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popise na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr. 1 podélný řez stabilizátorem vsunutým do vrtu před jeho rozepnutím, obr. 2 řez rovinou 2-2 z obr. 1, obr. 3 řez stabilizátorem z obr. 1 ve stavu po jeho ukotvení radiálním rozepnutím, obr. 4 axiální řez alternativní vnější koncovou částí stabilizátoru z obr. 1, obr. 5 boční pohled na roztaživou stabilizátorovou sekci určenou pro sestavu stabilizátoru obsahující jednu nebo více vzájemně spojených takových sekcí, a zakončenou na vnější straně koncovou částí z obr. 4, obr. 6 boční pohled na koncovou zátku předního konce sestavy stabilizátorů z obr. 5 a obr. 7 boční pohled na neroztaživou stabilizátorovou sekci tvořící alternativu pro jednu nebo více sekcí podle obr. 5.

Jak je zřejmé z obr. 1, zasune se do vrtu 20 ve skalní hornině 21 roztaživý stabilizátor ve formě zaslepené válcové trubice 11. Otevřený konec stabilizátoru je přes vstupní kanál 16 spojen s vnějším zdrojem hydraulické tlakové kapaliny. Trubice 11 má menší průměr, než je průměr vrtu 20.

Po spojení s vnějším zdrojem tlakové tekutiny se vnitřní dutina 10 tělesa stabilizátoru uvede pod řízený tlak, kterým se stěny stabilizátoru plasticky deformují a roztáhnou se do těsného dotyku se stěnou vrtu včetně jejích nepravidelností a pružně roztáhnou horninu okolo vrtu. Po té se vnitřní dutina stabilizátoru zbaví tlaku a stabilizátor se nechá ukotvený ve vrtu smrštivým záběrem stěny jeho roztažené trubice 11 s pružně deformovaným povrchem skalní struktury po obvodě vrtu 20. Tento stav znázorňuje obr. 3.

Do vrtu je možno zasouvat postupně za sebou válcovité dílčí trubicové roztaživé sekce stabilizátoru, které se vzájemným napojením hydraulicky propojují a soustava takto propojených sekcí se roztáhne a ukotví jako celek společným uvedením vnitřních dutin pod tlak. Mezi roztaživé trubicové sekce stabilizátoru lze vkládat i radiálně tuhé sekce, s vnitřní dutinou na obou koncích hydraulicky propojenou s dutinami sousedních roztaživých sekcí. Tím lze libovolně rozmístit místa vyvíjení radiální síly na povrch vrtu po délce vrtu dle potřeby a šetřit roztaživé sekce i aplikaci roztaživého tlaku na nezbytně nutný rozsah.

Nyní budou vysvětleny podrobnosti stabilizátoru jako prostředku pro provádění popsaného způsobu stabilizace.

Stabilizátor skalní horniny znázorněný na obr. 1 obsahuje uzavřené podlouhlé válcové těleso vytvořené ze zaslepené ocelové válcové trubice 11 takových vlastností, že umožňuje stejnoměrné roztažení při působení roztaživého zatížení. Jako ocel vhodná pro tento účel se hodí například měkká ocel o mezi průtažnosti nižší než 350 MPa. Má-li vnější průměr válcové trubice 11 hodnotu D, jeho obvod bude mít délku . Beze změn dél3

CS 274 416 B2 ky obvodu může mít trubice mírně zvlněný nebo jinak poněkud nepravidelný průřezový tvar pro zvýšení tuhosti. Přední konec válcové trubice 11 je těsně uzavřen tuhým dnem 12, přivábeným k válcové trubici 11 s výhodou třecím svarem. K vnějšímu konci je podobně těsně připojena příruba 13 s válcovitým nástavcem 14 vyčnívajícím směrem ven. V nástavci 14 je vytvořen vstup 15 do vstupního kanálu 16 vedoucího do nitra trubice.

Zaslepená válcová trubice 11 má na straně protilehlé vůči tuhému dnu 12 přípojnou hlavu 40 se závitovaným nátrubkem 34 a průchozím kanálem 41 pro připojení navazující sekce stabilizátoru. Tato navazující sekce může mít různé provedení, jak bude patrno níže.

Stabilizátor je volně vsunut do vrtu 20 vyvrtaného ve skalní struktuře 21 s průměrem majícím o něco větší průměr, než je průměr 0. Po vsunutí stabilizátor drží svou přírubou 13 opěrnou desku 22, obklopující válcovou trubici 11, u povrchu skalní horniny 21, do něhož je veden vrt.

Před nebo po vsunutí trubice se na nástavec 14 těsně nasune schematicky vyznačená spojka 25, s výhodou typu popsaného v americkém patentovém spisu č. 4 423 986, obr. 1, 10 a otvor 15 je přes ovládací ventil 26 napájen hydraulickou vysokotlakou tekutinou pod tlakem 50 MPa z čerpadla 27. Tato tlaková tekutina uvede dutinu 10 stabilizátoru pod tlak a způsobí jeho radiální roztahování. Tímto radiálním roztahováním se vyplní stále ještě existující nepravidelnosti vrtu a pružně se rozšiřuje okolní skalní hornina, jak je vyznačeno na obr. 3. Tlak se potom uvolní a spojka 25 se sejme, takže se z dutiny 10 stabilizátoru nakonec vypustí tekutina. I když může uvolněním dojít k určitému smrštění, zůstává stabilizátor pevně zakotven ve vrtu 20 vzhledem k podstatně většímu smrštění skladní horniny 21 okolo roztaženého stabilizátoru. Je možné použit vhodného manometru nebo jiného vhodného nástroje pro zvýšenou kontrolu radiálního hydraulického rozpínání stabilizátoru.

Jako alternativa může být stabilizátor místo nástavce 14 opatřen přípojkou 28 typu znázorněného na obr. 4. V takovém případě je možné použít rychle uvolnitelného spoje pro připojení zdroje hydraulické tlakové tekutiny.

Aby bylo možné přizpůsobit se dlouhým vrtům krátkými délkami roztaživých stabilizátorů, je možné použít roztaživých průchozích sekcí 30 trubicovítého stabilizátoru podle obr. 5, které se libovolně kombinují s neroztaživými tlustostěnnými sekcemi 31 s průchozím kanálem 36 podle obr. 7.

Sekce .30, 31 mají přední hlavu 42 s vnitrním závitem pro našroubování na závitovaný nátrubek 34 sousední sekce před tím vložené do vrtu a zadní hlavu 43 se závitovaným nátrubkem 34.. V přední hlavě 42 i v zadní hlavě 43 je vytvořen průchozí kanál navazující na vnitřní dutinu 44 průchozí sekce 30. Tím je umožněno vzájemné nastavování jednotlivých průchozích sekcí 30 za sebou i vkládání tlustostěnných neroztaživých sekcí 31 a jejich těsné spojování. Závitovaný nátrubek 38 může tvořit samostatnou spojku, zašroubovanou do vnitřního závitu 35 zadní hlavy 43 jedné ze spojovaných sekcí stabilizátoru, přičemž závitovaným nátrubkem 38 prochází průběžný kanál spojující dutiny obcu sousedních sekcí stabilizátoru. Vnější konec sestaveného stabilizátoru tvoří hlava 32 se spřahovacím prostředkem tvořeným závitovanou dírou χχ, jak je patrné z obr. 4. K této hlavě 32 je možné těsně připojit jednu nebo více neroztaživých tlustostěnných sekcí XX, a to pomocí nátrubku 34 a vnitřního závitu 35 a sestava se zakončí ve vrtu jednou nebo více roztaživými průchozími sekcemi 30 připojenými k sestavě hlavy 32 a neroztaživé tlustostěnné sekce nebo sekcí χχ. Poslední roztaživá průchozí sekce 30 je pak uzavřena zátkou χβ, jak ukazuje obr. 6.

Claims (7)

1. Způsob stabilizace skalní struktury pomocí vrtů, do nichž se zasouvají roztaživé stabilizátory, ve tvaru zaslepených trubic, jejichž otevřený konec je spojen s vnějším zdrojem hydraulické tlakové kapaliny, přičemž tyto trubice mají menší průměr než je průměr vrtu, vyznačený tím, že se vnější konec trubice po jejím zasunutí do vrtu spojí s vnějším zdrojem tlakové tekutiny a vnitřní dutina tělesa stabilizátoru se uvede pod řízený tlak, kterým se stěny tělesa stabilizátoru plasticky deformují a roztáhnou se do těsného dotyku se stěnou vrtu včetně jejích nepravidelností a pružně roztáhnou horninu okolo vrtu, načež se vnitřní dutina stabilizátoru zbaví tlaku a stabilizátor se nechá ukotvený ve vrtu smrštivým záběrem stěny jeho roztažené trubice s pružně deformovaným povrchem skalní struktury po obvodě vrtu.

2. Způsob stabilizace skalní struktury podle bodu 1, vyznačený tím, že se do vrtu zasouvají postupně za sebou válcovité dílčí trubicové roztaživé sekce stabilizátoru, které se vzájemným napojením hydraulicky propojují a soustava takto propojených sekcí se roztáhne a ukotví jako celek společným uvedením vnitřních dutin pod tlak.

3. Způsob podle bodu 2, vyznačený tím, že se mezi roztaživé trubicové sekce stabilizátoru vkládají radiálně tuhé sekce, s vnitřní dutinou na obou koncích hydraulicky propojenou s dutinami sousedních roztaživých sekcí.

i.

Trubicový stabilizátor skalní struktury pro stabilizaci způsobem podle bodu 1, vyznače ný tím, že sestává ze zaslepené válcové trubice (11) a pláštěm z měkkého kovu, uzavřené na předním konci tuhým dnem (12) a opatřené na druhém konci přípojnou hlavou (14) se vstupním kanálem (16) pro napojení dutiny (10) stabilizátoru na zdroj hydraulické kapaliny.

5. Trubicový stabilizátor skalní struktury pro stabilizaci způsobem podle bodu 2 nebo 3, vyznačený tím, že obsahuje koncovou zaslepenou válcovou trubici (11) s pláštěm z měkkého kovu, uzavřenou na předním konci tuhým dnem (12) a opatřené na druhém konci přípojnou hlavou (40) se závitovaným nátrubkem (34, 38) a průchozím kanálem (41) pro připojení k navazující sekci stabilizátoru, a nejméně jednu průchozí sekci (30), vytvořenou z válcové trubice s pláštěm z měkkého kovu, opatřené přední hlavou (42) s vnitřním závitem (35) pro našroubování na závitovaný nátrubek (34, 38) zaslepené koncové sekce a zadní hlavou (43) se závitovaným nátrubkem (34, 38), přičemž v přední hlavě (42) i v zadní hlavě (43) je vytvořen průchozí kanál navazující na vnitřní dutinu (44) průchozí sekce (30).

6. Trubicový stabilizátor skalní struktury podle bodu 5, vyznačený tím, že závitovaný nátrubek (38) tvoří samostatnou spojku, zašroubovatelnou do vnitřního závitu (35) zadní hlavy (43) jedné ze spojovaných sekcí stabilizátoru a přední hlavy (42) druhé ze spojovaných sekcí stabilizátoru, přičemž závitovaným nátrubkem (38) prochází průběžný kanál (45) spojující dutiny obou sousedních sekcí stabilizátoru.

7. Trubicový stabilizátor skalní struktury podle bodu 5 nebo 6, vyznačený tím, že mezi nejméně dvě roztaživé sekce stabilizátoru s válcovitou stěnou z měkkého kovu je vložena radiálně tuhá tlustostěnná sekce (31), opatřená na koncích závitovanými přípojnými díly, přičemž tělesem tlustostěnné sekce (31) prochází kanál (36), navazující na kanál (45) přípojného závitovaného nátrubku (34, 38) zašroubovaného na nejméně jednom jejím konci.