DE202015009839U1

DE202015009839U1 - Eine Einspritzspitze zum Nukleieren und Fortpflanzen von hydraulischen Rissen aus Sondenstäben

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Publication number: DE202015009839U1
Application number: DE202015009839.8U
Authority: DE
Original assignee: Frx Inc
Current assignee: FRX, INC., BLUE ASH, US
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2020-08-04
Anticipated expiration: 2025-10-17
Also published as: US10471484B2; US20200070224A1; EP3206807A4; WO2016061470A1; US20170239698A1; DK3206807T3; EP3206807A1; US11224905B2; EP3206807B1

Abstract

Einspritzspitze (10) zum Nukleieren und Fortpflanzen von hydraulischen Rissen, wobei sich die Einspritzspitze (10) von einem ersten Ende (32) zu einem zweiten Ende (34) erstreckt und Folgendes umfasst:
eine durch die Einspritzspitze (10) definierte äußere Öffnung (104);
einen ersten Kanal (58), der durch die Einspritzspitze (10) definiert ist und sich von dem ersten Ende zu der äußeren Öffnung (104) erstreckt, wobei der erste Kanal (58) dazu konfiguriert ist, selektiv Substanzen durch ihn hindurch zu übertragen; und
einen zweiten Kanal (60), der durch die Einspritzspitze (10) definiert ist und sich von dem ersten Ende (32) zu der äußeren Öffnung (104) erstreckt, wobei der zweite Kanal (60) dazu konfiguriert ist, selektiv Substanzen durch ihn hindurch zu übertragen.

Description

HINTERGRUND
Wenn Boden, Erdreich oder irgendein Untergrund verunreinigt wird, wird oft eine Sanierung des Bereichs in Betracht gezogen. Bislang war es bei vielen Verfahren zur Sanierung eines verunreinigten Untergrunds erforderlich, ein im Allgemeinen vertikales Bohrloch von einer Oberfläche aus in den verunreinigten Untergrund zu bohren, die Bohrvorrichtung zu entfernen und das Loch mit einer Auskleidung oder einem Futterrohr, zum Beispiel einem Polyvinylchlorid(PVC)-Rohrleitung, zu umhüllen. Danach wurde durch das PVC-Rohrfutter ein Sanierungsmittel an den Boden des Bohrlochs abgegeben. Diese Technik hat wegen des kleinen Anwendungsbereichs, der dem Sanierungsmittel am Bohrlochboden bereitgestellt wird, eine begrenzte Wirkung.
Es wurde festgestellt, dass vor der Abgabe des Sanierungsmittels durch das PVC-Rohrfutter eine Strahlschneidemaschine in den Boden des Bohrlochs abgesenkt werden kann, um verschiedene Muster in den verunreinigten Untergrund zu schneiden, um einen größeren Einsatzbereich für das Sanierungsmittel zu schaffen. Diese Technik hat jedoch einige Nachteile. Ein Nachteil ist, dass das PVC-Rohrfutter die Wirksamkeit und das Sprühmuster bzw. die Ausstoßung der unter Druck stehenden Flüssigkeit einschränkt. Ein weiterer Nachteil bezieht sich auf den Abfluss der unter Druck stehenden Flüssigkeit nach dem Kontakt mit dem verunreinigten Untergrund, welche kontrolliert aus dem Bohrloch heraus übertragen werden muss. Ferner erhöht die Anwendung von unter Druck stehender Flüssigkeit in dem Boden des Bohrlochs den Druck innerhalb des verunreinigten Untergrunds, was zu einer unkontrollierten hydraulischen Rissbildung in dem Untergrund führt.
Die Erfindung leistungsfähigerer Direktstoßmaschinen regte zur Integration von Einspritzdüsenöffnungen in die Spitze eines Sondenstabs an, wodurch das Bohren und Aufbringen eines PVC-Futterrohrs im Innern des Bohrlochs überflüssig wurde. Unter Verwendung moderner Einspritzspitzen, die mit Sondenstäben verbunden sind, werden Sanierungsmittel durch Sondenstäbe und die Düsenöffnung geleitet, um das Sanierungsmittel in dem verunreinigten Untergrund aufzubringen.
Das US-amerikanische Patent Nr. 5,733,067 stellt zusätzliche Hintergrundinformationen über Probleme bei der Sanierung eines verunreinigten Untergrunds bereit. Hunt et al. beschreiben ein Verfahren und ein System zur biologischen Sanierung von verunreinigtem Boden unter Verwendung von geimpften Hilfskugeln.
KURZFASSUNG
Die Erfindung befasst sich mit diesen und anderen mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteilen, indem sie eine Vorrichtung zur Sanierung eines verunreinigten Untergrunds durch Produzieren eines erodierten Volumens, das eine gewünschte Form aufweist, in dem verunreinigten Untergrund zur Verwendung bei der Beeinflussung der Ausrichtung und Form resultierender hydraulischer Risse bereitstellt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen Düsenkopf auf, einen durch den Düsenkopf definierten inneren Kanal, einen durch den Düsenkopf definierten äußeren Kanal, eine Vielzahl von Düsenzapfen, die abnehmbar an dem Düsenkopf befestigt sind, einen durch jeden Düsenzapfen definierten Düsenzapfenkanal, wobei der Düsenzapfenkanal in Flüssigkeitsverbindung mit dem inneren Kanal steht, wenn der jeweilige Düsenzapfen abnehmbar an dem Düsenkopf befestigt ist, und eine Vielzahl von durch den Düsenkopf definierte Flüssigkeitsaustauschsektionen, wobei jede Flüssigkeitsaustauschsektion in Flüssigkeitsverbindung mit dem äußeren Kanal steht.
Des Weiteren wird hierin ein Verfahren beschrieben zur Sanierung eines verunreinigten Untergrunds durch Anordnen einer Einspritzspitzenanordnung in dem verunreinigten Untergrund, Abgeben einer unter Druck stehenden Flüssigkeit an einen Düsenkopf der Einspritzspitze, Sprühen der unter Druck stehenden Flüssigkeit aus dem Düsenkopf, um ein Volumen des verunreinigten Untergrunds zu erodieren, Sammeln der versprühten, unter Druck stehenden Flüssigkeit in dem Düsenkopf und Abgeben der gesammelten versprühten unter Druck stehenden Flüssigkeit an die Oberfläche, Abgeben eines Sanierungsmittels an den Düsenkopf und Verteilen des Sanierungsmittels aus dem Düsenkopf heraus und in das erodierte Volumen, um den verunreinigten Untergrund zu sanieren.
Ein weiteres Verfahren zum Nukleieren und Fortpflanzen von hydraulischen Rissen wird hierin beschrieben. Das Verfahren umfasst das Treiben einer Einspritzspitze in einen Untergrund, das Ausgeben einer ersten Substanz durch die Einspritzspitze, um einen Hohlraum in dem Untergrund zu bilden, und das Ausgeben einer zweiten Substanz durch die Einspritzspitze in den Hohlraum. Das Verfahren umfasst auch entweder das Steuern eines Drucks in dem Hohlraum direkt durch die Einspritzspitze, um einen hydraulischen Riss aus dem Hohlraum zu nukleieren, oder das Zulassen, durch die Einspritzspitze, eines Drucks in dem Hohlraum, um einen hydraulischen Riss aus dem Hohlraum zu nukleieren. Das Zulassen wird erreicht, indem die Einspritzspitze so gefertigt ist, dass die Ausgaberate von entweder der ersten oder der zweiten Substanz mit dem Druck korreliert, der erforderlich ist, um einen hydraulischen Riss in dem Untergrund zu nukleieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Einspritzspitze zum Nukleieren und Fortpflanzen von hydraulischen Rissen bereitgestellt. Die Einspritzspitze erstreckt sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende und weist eine durch die Einspritzspitze definierte äußere Öffnung auf. Die Einspritzspitze weist ferner einen ersten Kanal auf, der durch die Einspritzspitze definiert ist und sich von dem ersten Ende zu der äußeren Öffnung erstreckt, wobei der erste Kanal dazu konfiguriert ist, selektiv Substanzen durch ihn hindurch zu übertragen. Die Einspritzspitze weist ferner einen zweiten Kanal auf, der durch die Einspritzspitze definiert ist und sich von dem ersten Ende zu der äußeren Öffnung erstreckt, wobei der zweite Kanal dazu konfiguriert ist, selektiv Substanzen durch ihn hindurch zu übertragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Anordnung bereitgestellt, die ein Flüssigkeitssteuerungssystem zum Steuern der Substanzen, die in eine oder aus einer Einspritzspitze übertragen werden, umfasst. Die Anordnung umfasst ferner einen Sondenstab, der in Flüssigkeitsverbindung mit dem Flüssigkeitssteuerungssystem steht, wobei die Einspritzspitze mit dem Sondenstab gekoppelt ist und über den Sondenstab in Flüssigkeitsverbindung mit dem Flüssigkeitssteuerungssystem steht. Die Einspritzspitze umfasst einen Düsenabschnitt, einen ersten Kanal, der durch den Düsenkopf definiert ist, wobei der erste Kanal dazu konfiguriert ist, eine erste Substanz von dem Flüssigkeitssteuerungssystem durch den Düsenabschnitt und zur Außenseite der Einspritzspitze zu übertragen, und einen zweiten Kanal, der durch den Düsenkopf definiert ist, wobei der zweite Kanal dazu konfiguriert ist, eine zweite Substanz von dem Flüssigkeitssteuerungssystem durch den Düsenabschnitt und zur Außenseite der Einspritzspitze zu übertragen.
Diese und andere Vorteile und Merkmale, welche die Erfindung kennzeichnen, sind in den Patentansprüchen dargelegt, die hier angefügt sind einen weiteren Teil dieser Anmeldung bilden. Zum besseren Verständnis der Erfindung und der durch ihre Verwendung erreichten Vorteile und Ziele wird jedoch auf die Zeichnungen und die begleitende Beschreibung verwiesen, in denen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben werden.
Figurenliste
Die begleitenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind und Teil dieser Beschreibung bilden, veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der obigen allgemeinen Beschreibung der Erfindung und der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen zum Erläutern der Ausführungsformen der Erfindung.

1 ist eine Aufrissansicht zweier beispielhafter Einspritzspitzenanordnungen der vorliegenden Erfindung, die mit Stäben verbunden sind und in einen verunreinigten Untergrund getrieben werden.
2 ist eine vergrößerte Ansicht einer der Einspritzspitzenanordnungen aus 1.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Einspritzspitzenanordnung der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine perspektivische Ansicht davon.
5 ist eine Explosionsansicht davon, die eine Hülse, einen Düsenzapfen und eine Treibspitze zeigt, die von einem Düsenkopf der vorliegenden Erfindung ausgehend auseinandergezogen dargestellt sind.
6 ist eine Teilquerschnittsansicht einer Einspritzspitzenanordnung der vorliegenden Erfindung, die in einem verunreinigten Untergrund angeordnet ist.
7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 7-7 aus 6.
8 ist eine Querschnittsansicht ähnlich wie 7 und mit abgenommenen Düsenzapfen gezeigt.
9 ist eine Aufrissansicht einer Einspritzspitzenanordnung der vorliegenden Erfindung, die mit einer Reihe von Sondenstäben verbunden ist und mit einem auf dem äußersten Sondenstab angeordneten Bohrlochkopf.
10 ist eine Teilquerschnittsansicht einer Einspritzspitzenanordnung der vorliegenden Erfindung, die gezeigt wird, wie sie eine unter Druck stehende Flüssigkeit aus einem inneren Kanal durch die Düsenzapfen in eine im Allgemeinen horizontale Ausrichtung sprüht und die versprühte, unter Druck stehende Flüssigkeit in einem äußeren Kanal der Einspritzspitzenanordnung aufnimmt.
11 ist eine Teilquerschnittsansicht einer Einspritzspitzenanordnung der vorliegenden Erfindung, die gezeigt wird, wie sie ein Sanierungsmittel durch den äußeren Kanal hinaus und in ein erodiertes Volumen hinein verteilt, um eine hydraulische Rissbildung zu induzieren.
12 ist eine Teilquerschnittsansicht einer Einspritzspitzenanordnung der vorliegenden Erfindung, die gezeigt wird, wie sie ein Betonmaterial durch den Mittelkanal und in das Bohrloch verteilt, während die Einspritzspitzenanordnung aus dem Bohrloch bewegt wird.
13 ist eine perspektivische Ansicht einer Einspritzspitzenanordnung der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine weitere perspektivische Ansicht davon.
15 zeigt eine Draufsicht von unten.
16 ist eine Draufsicht von oben davon.
17 ist eine perspektivische Ansicht einer Einspritzspitzenanordnung der vorliegenden Erfindung mit einem Satz Öffnungen, die als Phantomzeichnung gezeigt sind.
18 ist eine weitere perspektivische Ansicht davon mit als Phantomzeichnung gezeigten Gewindegängen.
19 zeigt eine Draufsicht von unten.
20 ist eine Draufsicht von oben davon.
21a ist eine Teilquerschnittsansicht einer Einspritzspitzenanordnung der vorliegenden Erfindung, die gezeigt wird, wie sie eine unter Druck stehende Flüssigkeit aus einem abgewinkelten inneren Kanal der Düsenzapfen in eine im Allgemeinen nichthorizontale Ausrichtung sprüht und die versprühte, unter Druck stehende Flüssigkeit in einem äußeren Kanal der Einspritzspitzenanordnung aufnimmt.
21b ist eine der 21a ähnliche Teilquerschnittsansicht einer Einspritzspitzenanordnung der vorliegenden Erfindung, die gezeigt wird, wie sie eine unter Druck stehende Flüssigkeit aus einem inneren Kanal durch abgewinkelte Düsenzapfen in eine im Allgemeinen nicht horizontale Ausrichtung sprüht und die versprühte, unter Druck stehende Flüssigkeit in einem äußeren Kanal der Einspritzspitzenanordnung aufnimmt.
22 ist eine Teilquerschnittsansicht einer Stabanordnung der vorliegenden Erfindung, die mit einem genuteten Sondenstab und einer darin aufgenommenen Spülröhre gezeigt ist.
23 ist eine Teilquerschnittsansicht einer Stabanordnung der vorliegenden Erfindung, die mit einem Flüssigkeitssteuerungssystem durch Röhren gekoppelt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 veranschaulicht eine Einspritzspitzenanordnung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in einer Betriebsumgebung 12 gezeigt ist. Die Betriebsumgebung 12 weist eine Oberfläche 13 und einen Untergrund 14, der aus einer ersten Schicht 16, einer zweiten Schicht 18 und einer verunreinigten Region 20 besteht, die in Teilen sowohl der ersten Schicht 16 als auch der zweiten Schicht 18 angeordnet ist, auf. Die Einspritzspitzenanordnung 10 ist abnehmbar mit einem oder mehreren Sondenstäben 22 verbunden, um eine Stabanordnung 24 der gewünschten Länge zu bilden. Die Stabanordnung 24 wird mittels einer Rammmaschine 26 in den Untergrund 14 gedrückt und danach selektiv mit einem Flüssigkeitssteuerungssystem zur Steuerung der durch die Stabanordnung 24 fließenden Substanzen verbunden. In der in 1 veranschaulichten Ausführungsform ist die Stabanordnung 24 mit einem Flüssigkeitssteuerungssystem bedeckt, das einen Bohrlochkopf 28 und eine Flüssigkeitsvorrichtung 30 umfasst. In dieser Ausführungsform werden dem Bohrlochkopf 28 eine oder mehrere Substanzen zugeführt oder aus dem Bohrlochkopf 28 mittels einer Flüssigkeitsvorrichtung 30 gezogen.
2-5 veranschaulichen die Einspritzspitzenanordnung 10, die sich von einem ersten Ende 32 zu einem zweiten Ende 34 erstreckt und eine Treibspitze 36 und einen Düsenabschnitt 38 aufweist. Die Treibspitze 36 ist ein abnehmbares Element oder Wegwerfelement, das optional innerhalb der Einspritzspitzenanordnung 10 positioniert und dazu konfiguriert ist, in die Oberfläche 13 und den Untergrund 14 einzudringen, während sich die Stabanordnung 24 im Allgemeinen vertikal nach unten in den Untergrund 14 bewegt. Die Treibspitze 36 enthält einen Kopf 43, der mit einem Hals 45 verbunden ist. Der Kopf 43 weist eine glatte konische Oberfläche 42 auf, die in einem Scheitelpunkt 44 endet. Der Scheitelpunkt 44 und die konische Oberfläche 42 spreizen den Untergrund 14 auf und wirken zusammen, um Sedimente und Gestein von der Einspritzspitzenanordnung 10 wegzuschieben, während die Stabanordnung 24 in den Untergrund 14 getrieben wird. Eine glatte ringförmige Oberfläche 46 liegt an der konischen Oberfläche 42 an und erstreckt sich um den Umfang des Kopfes 43. Der Hals 45 befindet sich nahe der ringförmigen Oberfläche 46 und erstreckt sich von dem Kopf 43 weg nach außen, wobei er im Allgemeinen ein kleineres Querschnittsprofil hat. Der Hals 45 definiert eine oder mehrere O-Ring-Nuten 47, die sich in Umfangsrichtung erstrecken, und einen entsprechenden O-Ring 49, der in der Nut so angeordnet ist, dass eine Flüssigkeitsdichtung zwischen der Außenseite der Treibspitze 10 und dem Untergrund 43 hergestellt wird.
Der Hals 45 ist so bemessen, dass er in ein Fach 50 passt, das durch ein erstes Ende 54 des Düsenabschnitts 38 definiert ist. Der Hals 45 weist eine glatte ringförmige Oberfläche 48 auf, die an einer komplementär geformten ringförmigen Oberfläche 52 des Düsenabschnitts 38 anliegt, wenn der Hals 45 in dem Fach 50 aufgenommen ist. Der Hals 45 passt in das Fach 50, um eine Einwegverbindung oder einen Einwegeingriff zwischen der Treibspitze 36 und dem Düsenabschnitt 38 zu erleichtern. Entsprechend diesem Einwegeingriff verbleibt der Hals 45 innerhalb des Fachs 50, wenn die Stabanordnung 24 den Düsenabschnitt 38 in eine erste Richtung bewegt, im Allgemeinen vertikal nach unten und in den Untergrund 14. Umgekehrt gleitet der Hals 45 aus dem Fach 50 heraus, um die Treibspitze 36 vom Düsenabschnitt 38 zu lösen, wenn sich die Stabanordnung 24 in eine zweite Richtung bewegt, im Allgemeinen vertikal nach oben und aus dem Untergrund 14 heraus. Insofern ist in einer Ausführungsform der Erfindung die Treibspitze 36 ein Wegwerfelement, das während der Positionierung und Platzierung der Stabanordnung 24 in dem Untergrund 14 mit dem Düsenabschnitt 38 in Eingriff steht. Wenn die Stabanordnung 24 aus dem Untergrund 14 herausgezogen wird, bleibt die Treibspitze 36 zurück. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Treibspitze 36 dazu konfiguriert, bei der Einspritzspitzenanordnung 10 zu verbleiben, während die Stabanordnung 24 aus dem Untergrund 14 herausgezogen wird. In einer weiteren Ausführungsform ist die Tiefe des Fachs 50 entweder durch Einbinden oder Weglassen von Segmenten des Sondenstabs 22 so konfiguriert, dass sie wesentlich länger als die Länge des Halses 45 ist.
Der Düsenabschnitt 38 erstreckt sich von dem ersten Ende 54 zu einem zweiten Ende 56 und definiert einen ersten Kanal, im Folgenden als innerer Kanal 58 bezeichnet. In dieser Ausführungsform ist der innere Kanal 58 in Bezug auf einen zweiten Kanal, im Folgenden als äußerer Kanal 60 bezeichnet, koaxial ausgerichtet. Genauer gesagt wird der innere Kanal 58 in der Nähe des zweiten Endes 34 durch eine zylindrische Wand definiert, die sich von einem Düsenkopf 64 aus nach außen erstreckt, um den inneren Kanal 58 zu umschließen und zu definieren. Wie in 6 gezeigt, erstreckt sich der innere Kanal 58 von einem ersten Ende 66 zu einem zweiten Ende 68, wobei das zweite Ende 68 durch den Düsenkopf 64 definiert ist. Eine Vielzahl von Gewindegängen 70 ist in der Nähe des ersten Endes 66 angeordnet und so bemessen, dass sie einen Satz komplementär geformter Gewindegänge 71 aufnimmt, der an einem ersten Ende 72 eines Schlauchs 74 (6) mittels eines Gewindeeingriffs zwischen den Gewindegängen 70 und 71 angeordnet ist. Der Schlauch 74 definiert einen inneren Kanal 76, der in Flüssigkeitsverbindung mit dem inneren Kanal 58 steht, wenn das erste Ende 72 des Schlauchs 74 von den Gewindegängen 70 aufgenommen ist. Alternativ ist der innere Kanal 58 in separate diskrete Kanäle aufgeteilt, die sich zu einem bestimmten Element innerhalb der Einspritzspitzenanordnung 10 erstrecken. Zum Beispiel kann der innere Kanal 58 zwei separate Kanäle aufweisen, wobei sich jeder Kanal zu einer Düse oder einem Auslass erstreckt, die oder der in der Nähe des zweiten Endes 56 des Düsenabschnitts 38 angeordnet ist. In einer solchen Ausführungsform werden separate Substanzen, wie etwa ein flüssiger Stoff oder anderes Material, durch die separaten Kanäle des inneren Kanals 58 abgegeben.
Wie in 4-6 gezeigt, ist der äußere Kanal 60 teilweise durch eine Hülse 78 definiert, welche die zylindrische Wand 62 umgibt. Die Hülse 78 erstreckt sich von einem ersten Ende 80 zu einem zweiten Ende 82, und in der veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung wird die Hülse 78 individuell maschinell hergestellt und durch eine Reihe von Schweißstellen 84 (4) in der Nähe des zweiten Endes 82 mit dem Düsenkopf 64 verschweißt. Alternativ oder in Verbindung mit den Schweißstellen 84 weist das zweite Ende 82 der Hülse 78 ein mit Gewinde versehenes, abgestuftes oder schulterförmiges Merkmal, im Folgenden als Schulter 83 bezeichnet, zur Aufnahme eines komplementären Merkmals, im Folgenden als Schulter 85 bezeichnet, das an dem Düsenabschnitt 38 angeordnet ist, auf. In einer Ausführungsform der Erfindung greift die Schulter 83 der Hülse 78 gleitend in die Schulter 85 des Düsenabschnitts 38 ein und nimmt diese auf, um die Hülse 78 mit dem Düsenabschnitt 38 zu koppeln. Danach werden die Schweißstellen 84 aufgebracht, oder die Hülse 78 und der Düsenabschnitt 38 greifen entfernbar ineinander ein, um eine Reinigung oder einen Austausch eines der beiden Abschnitte zu erlauben. Das erste Ende 80 der Hülse 78 weist eine Vielzahl von Gewindegängen 86 zur Verwendung beim Verbinden mit einem ersten Ende 88 des Sondenstabs 22, wie in 2 gezeigt, auf.
Wie in 6-8 gezeigt, enden sowohl der innere Kanal 58 als auch der äußere Kanal 60 in einer äußeren Öffnung 104, die eine Reihe von Mehrfachöffnungen, die durch den Düsenkopf 64 definiert sind, umfasst. Das erste Ende 66 des inneren Kanals 58 breitet sich in einen Satz von sechs Kanälen 90 aus, die im Allgemeinen orthogonal zum inneren Kanal 58 ausgerichtet sind und dazu dienen, die allgemeine Richtung des inneren Kanals 58 in einer Ausführungsform der Erfindung um etwa neunzig Grad zu ändern. In einer weiteren Ausführungsform ist der Satz von sechs Kanälen 90 in Bezug auf den inneren Kanal 58 in einem Winkel ausgerichtet und dient dazu, die allgemeine Richtung des inneren Kanals 58 um irgendeinen ausgewählten Grad zu ändern. Zum Beispiel kann der Satz von sechs Kanälen 90 die Richtung des inneren Kanals 58 um fünfundvierzig Grad ändern, um eine rockartige Form der unter Druck stehenden Flüssigkeit, die aus der Einspritzspitzenanordnung 10 ausgestoßen wird, darzustellen. Jeder Kanal 90 ist durch einen Ausläufer 92 des Düsenkopfes 64 definiert. In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Ausläufer 92 ein eigenständiges Element. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Ausläufer 92 als integraler Bestandteil des Düsenkopfes 64 maschinell hergestellt. Der Ausläufer 92 und jeder Kanal 90 endet in einer Kammer 94, die durch den Düsenkopf 64 definiert ist. Die Kammer 94 besteht im Allgemeinen aus zwei Sektionen, einer Gewindesektion 96, die eine Reihe von Gewindegängen 98 definiert, und einer Flüssigkeitsaustauschsektion 100, die sich von der Gewindesektion 96 weg nach außen erstreckt. Es wird zwar der Bereich an dem distalen Ende des Düsenkopfes 64 so gezeigt, dass er Kanäle 90, Ausläufer 92, Kammern 94 und Flüssigkeitsaustauschsektionen 100 umfasst, aber jegliche ähnliche Ausrichtung oder Struktur für ähnliche oder alternative Elemente kann erwogen werden. Zum Beispiel kann, anstelle der eigenständigen Kanäle 90, der Düsenkopf 64 einen oder mehrere Kanäle 90 zu einer ähnlichen Öffnung, die eine andere Größe und Form aufweist, kombinieren.
Die Flüssigkeitsaustauschsektion 100 der Kammer 94 steht in Flüssigkeitsverbindung mit dem äußeren Kanal 60 mittels einer oberen Öffnung 102, die durch den Düsenkopf 64 definiert ist und einen Flüssigkeitsstrom zwischen dem äußeren Kanal 60 und der Flüssigkeitsaustauschsektion 100 erlaubt. Die Flüssigkeitsaustauschsektion 100 steht auch mittels der äußeren Öffnung 104, die durch den Düsenkopf 64 definiert ist, in Flüssigkeitsverbindung mit der Außenseite der Einspritzspitzenanordnung 10. Ferner steht die Flüssigkeitsaustauschsektion 100 auch mittels einer unteren Öffnung 106, die an einem Ende eines unteren Kanals 108, der durch den Düsenkopf 64 definiert ist, angeordnet ist, mit dem Fach 50 in Flüssigkeitsverbindung. Der untere Kanal 108 erstreckt sich von der Flüssigkeitsaustauschsektion 100 zu dem Fach 50. Somit strömt, wie in 11 gezeigt und weiter unten ausführlicher erörtert, Flüssigkeit aus dem äußeren Kanal 60 heraus, indem die Flüssigkeit durch die obere Öffnung 102 und in die Flüssigkeitsaustauschsektion 100 und mittels der äußeren Öffnung 104 und der unteren Öffnung 106 aus dem Düsenabschnitt 38 heraus weitergegeben wird. Umgekehrt wird, wie in 10 gezeigt und weiter unten ausführlicher erörtert, Flüssigkeit in einem umgekehrten Prozess in dem äußeren Kanal 60 aufgenommen, wobei Flüssigkeit in die äußere Öffnung 104 und/oder die untere Öffnung 106 eintritt und durch die Flüssigkeitsaustauschsektion 100 und in den äußeren Kanal 60 weitergegeben wird, um von dem Flüssigkeitssteuerungssystem gesammelt zu werden.
Jede Kammer 94 ist so bemessen, dass sie selektiv einen Wegwerfdüsenzapfen oder abnehmbaren Düsenzapfen 109 aufnehmen kann, was die Verteilung der Flüssigkeit in den Untergrund hinein erleichtert. Jeder Düsenzapfen 109 weist einen Gewindeabschnitt 110 mit einer Vielzahl von Gewindegängen 112, die darauf angeordnet sind, auf. Der Gewindeabschnitt 110 ist dazu konfiguriert, abnehmbar befestigt und schraubbar von der Gewindesektion 96 jeder Kammer 94 aufgenommen zu werden, wobei die Gewindegänge 98 der Gewindesektion 96 schraubbar in die Gewindegänge 112 des Gewindeabschnitts 110 eingreifen, so dass der Stift 92 an der Gewindesektion 110 anliegt. Die Gewindesektion 110 definiert ferner einen Einlass 114. Der Einlass 114 ist innerhalb des Gewindeabschnitts 110 gebildet und ausgerichtet, um mit dem Kanal 90 des Stifts 92 zu fluchten, wenn der Düsenzapfen 109 in der Kammer 94 angeordnet ist, wodurch eine Flüssigkeitskommunikation zwischen dem Einlass 114 und dem Kanal 90 ermöglicht wird. Der Einlass 114 mündet in einen Auslass 116, der durch einen Zapfenkopf 118 definiert ist, wobei sich der Zapfenkopf 118 vom Gewindeabschnitt 110 aus erstreckt. Insofern steht der Auslass 116 mittels des Kanals 90 und des Einlasses 114 in Flüssigkeitsverbindung mit dem inneren Kanal 58. Das Münden des Einlasses 114 in den Auslass 116 schafft einen unter Druck stehenden Sprühnebel, während sich die Flüssigkeit von dem inneren Kanal 58 zu dem Kanal 90 zu dem Einlass 114 bewegt und schließlich die Einspritzspitzenanordnung 10 mittels des Auslasses 116 verlässt.
Wie in 3 und 5 gezeigt, ist die Querschnittsfläche des Zapfenkopfes 118 kleiner als die Querschnittsfläche des Flüssigkeitsaustauschabschnitts 100 der Kammer 94. Die relative Größe des Zapfenkopfes 118 in Bezug auf die Flüssigkeitsaustauschsektion 100 definiert einen Raum dazwischen, der es der Flüssigkeit erlaubt, sich um den Düsenzapfen 109 herum zu bewegen und in die obere Öffnung 102 einzutreten oder durch die untere Öffnung 106 auszutreten.
Wenn der Benutzer einen bestimmten Sprühwinkel oder eine bestimmte Sprühausrichtung der Flüssigkeit in den Untergrund wünscht, kann der Benutzer Düsenzapfen 109 entsprechend den gewünschten Anforderungen auswählen und befestigen. Die Düsenzapfen 109 können auf der Grundlage von unterschiedlichen Sprühcharakteristiken ausgewählt werden und sind durch den Benutzer austauschbar und konfigurierbar. Zum Beispiel werden, wie in 10 gezeigt, die Düsenzapfen 109 so ausgewählt und konfiguriert, dass sie in einem konischen oder fächerförmigen Muster sprühen. Alternativ werden die Düsenzapfen 109 so ausgewählt und konfiguriert, dass sie im Allgemeinen parallel zu ihrer Achse sprühen. In einem weiteren Beispiel, wie in 21a gezeigt, weist der Düsenzapfen 109a einen abgewinkelten Kanal 116a auf, der eine Sprühcharakteristik bereitstellt, welche die Flüssigkeit in einer nach unten gerichteten keulenförmigen Ausrichtung verteilt, während der Düsenzapfen 109a an dem Düsenkopf 64 in einer im Allgemeinen orthogonalen Richtung befestigt ist. In ähnlicher Weise weist der Düsenzapfen 109b einen abgewinkelten Kanal 116b auf, der eine Sprühcharakteristik bereitstellt, welche die Flüssigkeit in einer nach oben gerichteten keulenförmigen Ausrichtung verteilt, während der Düsenzapfen 109b an dem Düsenkopf 64 in einer im Allgemeinen orthogonalen Richtung befestigt ist.
In einem weiteren Beispiel, wie in 21b gezeigt, weisen die Düsenzapfen 109a und 109b einen standardmäßigen nicht abgewinkelten Kanal 116a bzw. 116b auf, sind aber an dem Düsenkopf 64 in einer abgewinkelten Ausrichtung befestigt, um Flüssigkeit in einer nach unten gerichteten bzw. nach oben gerichteten keulenförmigen Ausrichtung zu verteilen. Dies erlaubt dem Benutzer, standardmäßige Düsenzapfen 109 auszuwählen und die Düsenzapfen 109 in einem Winkel mit dem Düsenkopf 64 zu verbinden, da der Düsenkopf 64 eine abgewinkelte Aufnahmestruktur für die Düsenzapfen 109 aufweist.
Wie in 1 und 9 gezeigt, wird nach dem Einführen der Stangenanordnung 24 in den Untergrund 14 der oberste Sondenstab 22, der aus der Oberfläche 13 herausragt, mit dem Bohrlochkopf 28 bedeckt. Der Bohrlochkopf 28 stellt der Einspritzspitzenanordnung 10 über Sondenstäbe 22 selektiv Substanzen bereit. Der Bohrlochkopf 28 weist ein Verbindersegment 120 auf, das selektiv an einem ersten Ende 122 mit dem Sondenstab 22 und an einem zweiten Ende 124 mit einem Splitter 126 verbunden ist. Der Splitter 126 nimmt Substanzen, wie etwa Flüssigkeit, aus verschiedenen Quellen auf und überträgt die Flüssigkeit bei Bedarf durch ihn hindurch. Der Splitter 126 gewährt auch einem Flüssigkeitsstrahleinlass 130 Aufnahme und befestigt diesen koaxial, wobei der Splitter zu dem Schlauch oder den Schläuchen 74 verbindet, wodurch Flüssigkeit in den Durchgang oder die Durchgänge 58 abgegeben wird. Der Splitter 126 nimmt Flüssigkeit von einem Segment 128 einer Dichtungsanordnung 134 auf, die Flüssigkeit entweder von einem Flüssigkeitsstrahleinlass 130 oder einem Spülflüssigkeitseinlass 132 zuführt. Die an dem Splitter 126 montierte Dichtungsanordnung 134 hält den Flüssigkeitsdruck innerhalb des Splitters 126 aufrecht. Der Flüssigkeitsstrahleinlass 130 und der Spülflüssigkeitseinlass 132 stehen in Flüssigkeitsverbindung mit der Dichtungsanordnung 134, die mit einem ersten Griff 136 und einem zweiten Griff 138 betriebswirksam verbunden ist. Die Ausrichtungen des ersten Griffs 136 und des zweiten Griffs 138 bestimmen, ob die Dichtungsanordnung 134 ordnungsgemäß auf dem Segment 128 festgeklemmt ist, um dem Segment 120 durch den Splitter 126 Flüssigkeit bereitzustellen. Zum Beispiel ist in einer bestimmten Ausrichtung des ersten Griffs 136 und des zweiten Griffs 138 die Dichtungsanordnung 134 passend an dem Segment 128 befestigt. In einer anderen Ausrichtung des ersten Griffs 136 und des zweiten Griffs 138 kann sich die Dichtungsanordnung 134 um das Segment 128 bewegen.
Das Segment 120 ist mittels des Splitters 126 und des Segments 128 mit dem Schlauch 74 verbunden. Wenn dem Segment 128 Flüssigkeit entweder über den Flüssigkeitsstrahleinlass 130 oder den Spülflüssigkeitseinlass 132 zugeführt wird, wandert die Flüssigkeit durch den Splitter 126 und das Segment 120 in den Schlauch 74 innerhalb der Stangenanordnung 24. Insofern wird die Flüssigkeit entweder vom Flüssigkeitsstrahleinlass 130 oder vom Spülflüssigkeitseinlass 132 mittels der Stabanordnung 24 in den inneren Kanal 58 der Einspritzspitzenanordnung 10 geleitet. Um Daten zu erfassen und den Druck im inneren Kanal 58 zu überwachen, ist eine Datenerfassungsvorrichtung 140 bereitgestellt und mit dem Segment 128 betriebswirksam verbunden, um Daten von dem Bohrlochkopf 28 und der Stabanordnung 24 zu erhalten, die als Teil einer permanenten Aufzeichnung aufgezeichnet und/oder entfernt oder vor Ort angezeigt werden können. In ähnlicher Weise ist ein Druckmesser 142 mit dem Segment 128 betriebswirksam verbunden, um einem Benutzer visuelle Rückmeldungsinformationen bezüglich des Drucks innerhalb des Segments 128 bereitzustellen.
Der Splitter 126 nimmt auch Flüssigkeit von einem Segment 144 auf, das mit einem Ventil 146 verbunden ist, das durch Betätigung eines damit verbundenen Ventilgriffs 148 betriebswirksam geöffnet und geschlossen wird. Das Ventil 148 nimmt Flüssigkeit von einem Schlammeinlass 150 auf. Der Schlammeinlass 150 stellt dem Ventil 148 Schlammflüssigkeit bereit, wodurch die Schlammflüssigkeit in das Segment 144 weitergegeben werden kann, wenn sich der Ventilgriff 148 in einer bestimmten Ausrichtung befindet, und wodurch verhindert wird, dass Schlammflüssigkeit in das Segment 144 weitergegeben wird, wenn es sich in einer anderen Ausrichtung befindet. Der Schlammeinlass 150 ist mittels des Segments 144, des Splitters 126 und des Segments 128 mit dem äußeren Kanal 60 verbunden. Wenn dem Segment 144 Schlammflüssigkeit zugeführt wird, wandert die Schlammflüssigkeit also durch den Splitter 126 und das Segment 120 und in den äußeren Kanal 60. Insofern wird die Schlammflüssigkeit von dem Schlammeinlass 150 mittels der Stabanordnung 24 in den äußeren Kanal 60 der Einspritzspitzenanordnung 10 geleitet. Um Daten zu erfassen und den Druck in dem äußeren Kanal 60 zu überwachen, ist eine Datenerfassungsvorrichtung 152 bereitgestellt und mit dem Segment 144 betriebswirksam verbunden, um Daten von dem Bohrlochkopf 28 und der Stabanordnung 24 zu erhalten, die als Teil einer permanenten Aufzeichnung aufgezeichnet und/oder entfernt oder vor Ort angezeigt werden können. In ähnlicher Weise ist ein Druckmesser 154 mit dem Segment 144 betriebswirksam verbunden, um einem Benutzer visuelle Rückmeldungsinformationen bezüglich des Drucks innerhalb des Segments 144 bereitzustellen.
Insofern als Abfallflüssigkeit aus der Einspritzspitzenanordnung 10 und nach oben durch die Stabanordnung 24 wandert, nimmt der Splitter 126 Abfallflüssigkeit aus dem äußeren Kanal 60 mittels des Segments 120 auf. Diese Abfallflüssigkeit wird mittels eines Segments 158, das mit dem Splitter 126 verbunden ist, durch den Auslass 156 aus dem Bohrlochkopf 28 ausgespült. Zwischen dem Segment 158 und dem Auslass 156 ist ein Ventil 160 angeordnet, das sich öffnet und schließt, damit Abfallflüssigkeit hindurchwandern kann. Ein Ventilgriff 162 ist betriebswirksam mit dem Ventil 160 verbunden, damit ein Benutzer das Ventil 160 manuell öffnen und schließen kann. Der Ventilgriff 162 passt das Volumen der das Ventil 160 durchlaufenden Abfallflüssigkeit an, um den Druck in dem äußeren Kanal 60 und in dem in der Nähe der Einspritzspitzenanordnung 10 gelegenen Untergrund 14 zu konfigurieren und zu beeinflussen. In einer Ausführungsform der Erfindung gibt der Auslass 156 die Abfallflüssigkeit an ein Reservoir (nicht gezeigt) weiter, um sie dort zur Entsorgung oder Sanierung zu sammeln. Alternativ kann der Auslass 156 selektiv mit dem Flüssigkeitsstrahleinlass 130, dem Spülflüssigkeitseinlass 132 oder mit beiden gekoppelt werden, um die Rückführung der Abfallflüssigkeit zurück in das Flüssigkeitssteuerungssystem, das in 9 als Bohrlochkopf 28 gezeigt ist, zur weiteren Verwendung zu erlauben.
Im Betrieb wird die Einspritzspitzenanordnung 10 verwendet, um Sanierungsmaterialien in den verunreinigten Bereich 20 abzugeben. Zunächst bringt ein Benutzer die Einspritzspitzenanordnung 10 an einem Sondenstab 22 an und positioniert die Einspritzspitzenanordnung 10 des Sondenstabs 22, so dass die Treibspitze 36 hin zu ersten Schicht 16 des Untergrunds 14 an der Oberfläche 13 gerichtet ist. Das erste Ende 72 des Schlauchs 74 ist mit dem inneren Kanal 76 verbunden und erstreckt sich vollständig in den Bohrlochkopf 28 oder wird in Segmenten zusammen mit jedem neuen Segment des Sondenstabs 22 angefügt. Wie in 1 gezeigt, übt danach die Rammmaschine 26 eine Rammbewegung auf den Sondenstab 22 aus, um den Sondenstab 22 und die Einspritzspitzenanordnung 10 in die erste Schicht 16 des Untergrunds 14 zu treiben. Dieses Rammen wird fortgesetzt, bis sich entweder der ursprüngliche Sondenstab 22 fast vollständig innerhalb des Untergrunds 14 oder die Einspritzspitzenanordnung 10 in der gewünschten Tiefe innerhalb des Untergrunds 14 befindet. Die Sondenstäbe 22 und jegliche Begleitsegmente des Schlauchs 74 werden je nach Bedarf an jedem aufeinanderfolgenden Ende des vorherigen Sondenstabs 22 angefügt, um die Gesamtstabanordnung 24 zu bilden, die in den Untergrund 14 eindringt.
Wie in 1 und 9 gezeigt, wird, sobald sich die Einspritzspitzenanordnung 10, die auf der Stabanordnung 24 angeordnet ist, in einer ausreichenden Tiefe innerhalb des Untergrunds 14 befindet, die Rammmaschine 26 von der Stabanordnung 24 entfernt, und ein sich an der Oberfläche 13 von dem Untergrund 14 nach außen erstreckendes Flüssigkeitssteuerungssystem, wie etwa der Bohrlochkopf 28 und die Steuervorrichtung 30, wird an dem Sondenstab 22 angebracht. Der Bohrlochkopf 28 wird dann unter Verwendung verschiedener Schläuche und Zwischenverbindungen je nach Wunsch des Anwenders mit der Flüssigkeitsvorrichtung 30 verbunden. Insbesondere wird der Flüssigkeitsstrahleinlass 130 mit einer Quelle einer Substanz verbunden, wie etwa einer unter Druck stehenden Flüssigkeit oder unter Druck stehendem Wasser 163 (10). Der Spülflüssigkeitseinlass 132 ist auch mit einer Substanzzufuhr, wie etwa einer Wasserzufuhr, verbunden, auf die viel weniger Druck ausgeübt wird. Insofern werden der Spülflüssigkeitseinlass 132 und die zugehörige Flüssigkeit dazu verwendet, jegliche Ablagerungen von dem Düsenkopf 64 wegzuschwemmen, der sich während des Rammprozesses beim Eindringen in den Untergrund 14 angesammelt hat. Der Schlammeinlass 150 ist mit einer Zufuhr von Substanz verbunden, wie etwa eine Schlammflüssigkeit, die ein Sanierungsmittel 165 sein kann zur Verwendung bei der Sanierung des verunreinigten Bereichs 20 oder je nach Wunsch irgendein anderer Schlamm oder irgendeine andere Substanz sein kann. Der Auslass 156 ist mit einem Auslassschlauch verbunden, der die ausgestoßene Flüssigkeit aus dem Bohrlochkopf 28 aufnimmt und diese Flüssigkeit zur Flüssigkeitsvorrichtung 30 befördert.
Nachdem die Einspritzspitzenanordnung 10 innerhalb des verunreinigten Bereichs 20 positioniert und der Bohrlochkopf 28 mit dem obersten Sondenstab 22 verbunden wurde und allen miteinander verbundenen Schläuchen durch die Flüssigkeitsvorrichtung 30 ausreichend Flüssigkeit zugeführt wurde, betätigt ein Benutzer den Bohrlochkopf 28 manuell, um den Abgabeprozess zu beobachten und zu steuern. Insofern nähert sich ein Benutzer dem Bohrlochkopf 28 und betätigt den Ventilgriff 162, um das Ventil 160 zu öffnen, und betätigt ferner den Ventilgriff 148, um das Ventil 146 zu schließen. Der Benutzer fordert dann die Aktivierung der an dem Einlass 132 bereitgestellten Spülflüssigkeitszufuhr. Die Flüssigkeit aus dem Spüleinlass 132 stößt dadurch jegliche Verunreinigungen oder Ablagerungen aus, die einen Teil des Düsenkopfes 64 zusetzen oder verstopfen können. Ausgestoßenes Material tritt aus dem Auslass 156 aus. Der Benutzer fordert dann die Aktivierung der am Einlass 130 bereitgestellten Zufuhr von Strahlflüssigkeit.
Wie in den 9 und 10 gezeigt, stellt der Flüssigkeitsstrahleinlass 130 unter Druck stehendes Wasser 163 in dem inneren Kanal 58 mittels Schläuchen 74, die nacheinander entlang der Stabanordnung 24 verbunden sind und sich von der zylindrischen Wand 62 der Einspritzspitzenanordnung 10 bis zum Bohrlochkopf 28 erstrecken, bereit. Somit steht der Flüssigkeitsstrahleinlass 130 in Flüssigkeitsverbindung mit dem inneren Kanal 58 des Düsenkopfes 64 mittels Schläuchen 74, die innerhalb jedes Sondenstabs 22 entlang der Länge der Stabanordnung 24 angeordnet sind. Ein Kompass (nicht gezeigt) oder ein anderes Markierungssystem kann in der Einspritzspitzenanordnung 10 implementiert sein zur Verwendung bei der Veranschaulichung für den Benutzer oberhalb des Untergrunds, wie der Düsenabschnitt 38 innerhalb des Untergrunds ausgerichtet ist. Zum Beispiel kann in jedem Sondenstab 22 eine Kerbe oder Markierung bereitgestellt sein, wobei der obere, letzte Sondenstab 22 dem Benutzer veranschaulicht, wie der Düsenabschnitt 38 in dem Untergrund ausgerichtet ist.
Wie in 10 gezeigt, tritt die unter Druck stehende Flüssigkeit bei ihrem Weg hinunter durch den inneren Kanal 58 in die verschiedenen Einlässe 114 der Düsenzapfen 109 ein und wird mit hoher Geschwindigkeit durch die zugehörigen Auslässe 116 der Düsenzapfen 109 in einem Sprühmuster ausgestoßen. Der Sprühnebel der beschleunigten Flüssigkeit erodiert den Untergrund 14 zu einem Hohlraum mit einem bestimmten Muster, einer bestimmten Form oder einem bestimmten Volumen, wie durch die Form und Ausrichtung des Düsenzapfens 109 vorgegeben. Wie in 10 gezeigt, sprüht die unter Druck stehende Flüssigkeit von dem Düsenkopf 64 nach außen weg, erodiert den Untergrund 14 und tritt danach mittels der äußeren Öffnung 104 und der oberen Öffnung 102 in den äußeren Kanal 60 ein. Auf diese Weise wandert die beschleunigte Flüssigkeit durch den inneren Kanal 58 hinunter und aus den Düsenzapfen 109 hinaus, wird danach in der Flüssigkeitsaustauschsektion 100 gesammelt und aufgenommen und wandert mittels des äußeren Kanals 60 zurück nach oben zur Einspritzdüseneinheit 10. Wie in 11 gezeigt, betätigt der Benutzer, sobald ein erodiertes Volumen 164 oder ein erodierter Hohlraum ausreichend aufgebaut ist, unter Beobachtung des Druckmessers 154 den Ventilgriff 162, um das Ventil 160 bis zu einem Grad zu schließen, der den Rückfluss einschränkt und es erlaubt, dass sich innerhalb des äußeren Kanals 60, der oberen Öffnung 102, der Flüssigkeitsaustauschsektion 100 und der äußeren Öffnung 104 Druck bis zu einer gewünschten Größenordnung ansammelt, wodurch Druck auf die Flächen des erodierten Volumens 164 ausgeübt wird, wodurch in diesem Moment und nicht früher ein hydraulischer Riss nukleiert. Wenn ein Benutzer beispielsweise den allgemeinen Druck innerhalb des äußeren Kanals 60 und des erodierten Volumens 164 von 50 Pfund pro Quadratzoll (PSI) aufrechterhalten möchte, beobachtet der Benutzer den Druckmesser 154 und stellt fest, dass der Druck innerhalb des äußeren Kanals 60 und des erodierten Volumens 164 größer als 50 PSI ist. In diesem Fall öffnet der Benutzer langsam das Ventil 160 mittels des Ventilgriffs 162, damit Flüssigkeit durch das Ventil 160 in den Auslass 156 entweichen kann und um den Druck auf 50 PSI zu senken. Wenn umgekehrt ein Benutzer einen Druck von weniger als 50 PSI beobachtet, betätigt der Benutzer den Ventilgriff 162, um das Ventil 160 bis zu einem gewissen Grad zu schließen, damit der Druck innerhalb des äußeren Kanals 60 und des erodierten Volumens 164 auf die gewünschten 50 PSI ansteigen kann. Insofern hat ein Benutzer eine Druckrückmeldung am Bohrlochkopf 28 sowie einen Mechanismus zum Steuern und Konfigurieren des Drucks innerhalb des äußeren Kanals 60 und des erodierten Volumens 164. Die Fähigkeit, den Druck innerhalb des äußeren Kanals 60 und des erodierten Volumens 164 zu steuern, erlaubt dem Benutzer, die Feinabstimmung der Nukleation und Fortpflanzung eines hydraulischen Risses nach Wunsch vorzunehmen.
Ein weiteres Verfahren zum gesteuerten Nukleieren und Fortpflanzen eines hydraulischen Risses beinhaltet das Ausgeben einer Substanz durch die Einspritzspitzenanordnung 10 mit einer ersten Rate, das Überwachen des Drucks in dem Hohlraum oder dem erodierten Volumen 164 und das Anpassen der ersten Rate zu einer zweiten Rate, um den Druck in dem Hohlraum oder dem erodierten Volumen 164 zu ändern, um den Riss zu nukleieren und fortzupflanzen. Ein weiteres Verfahren zum gesteuerten Nukleieren und Fortpflanzen eines hydraulischen Risses beinhaltet das Sammeln einer Substanz durch die Einspritzspitzenanordnung 10 mit einer ersten Rate, das Überwachen des Drucks in dem Hohlraum oder dem erodierten Volumen 164 und das Anpassen der ersten Rate zu einer zweiten Rate, um den Druck in dem Hohlraum oder dem erodierten Volumen 164 zu ändern, um den Riss zu nukleieren und fortzupflanzen. Ein weiteres Verfahren zum gesteuerten Nukleieren und Fortpflanzen eines hydraulischen Risses beinhaltet das Überwachen des Drucks in dem Hohlraum oder dem erodierten Volumen 164 und das Anpassen sowohl der Substanzausgaberate als auch der Substanzsammelrate, um den Druck zu ändern, um den Riss zu nukleieren und fortzupflanzen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Düsenkopf 64 so gefertigt sein, dass die inhärente Rate, mit der eine Substanz durch den Düsenkopf 64 ausgegeben wird, den entsprechenden gewünschten Druck in dem Hohlraum erzeugt, um einen hydraulischen Riss zu nukleieren und fortzupflanzen. In dieser Ausführungsform wird der hydraulische Riss mit minimaler oder keiner direkten Steuerung des Drucks in dem Hohlraum durch einen Benutzer nukleiert.
Wie in 11 gezeigt, fordert der Benutzer, sobald das erodierte Volumen 164 ausreichend aufgebaut ist und ein Riss nukleiert wurde, die Aktivierung der Schlammzufuhr, die an dem Einlass 150 bereitgestellt wird, und betätigt den Ventilgriff 148, um das Ventil 146 zu öffnen und das von dem Schlammeinlass 150 zugeführte Sanierungsmittel 165 dadurch weiterzugeben. Das Sanierungsmittel 165 tritt mittels der Sondenstäbe 22 in den äußeren Kanal 60 ein und wandert nach unten durch die Stabanordnung 24 und mittels des äußeren Kanals 60 in den Düsenkopf 64. Das Sanierungsmittel 165 wird danach aus dem Düsenkopf 64 mittels der oberen Öffnung 102 und äußeren Öffnung 104 ausgestoßen und aus der Flüssigkeitsaustauschsektion 100 in das erodierte Volumen 164 ausgestoßen. Der Benutzer kann auch das Austreiben des Sanierungsmittels 165 als Mechanismus zum gesteuerten Nukleieren und Fortpflanzen des Risses verwenden.
Unter Beobachtung des Druckmessers 154 und der Betätigung des Ventilgriffs 162 kann der Benutzer Druck innerhalb des erodierten Volumens 164 aufbauen lassen, so dass die hydraulische Rissbildung gesteuert erfolgt. Wie in 11 gezeigt, erfolgt die hydraulische Rissbildung in einem Rissbereich 166 nach außen vom Düsenkopf 64 weg in einer im Allgemeinen horizontalen Weise innerhalb des Untergrunds 14. Dadurch kann das Sanierungsmittel 165 in einer im Allgemeinen horizontalen Ebene innerhalb des erodierten Volumens 164 und des Rissbereichs 166 des verunreinigten Bereichs 20 wandern und aufgebracht werden, was besonders effiziente Sanierungseffekte auf den verunreinigten Bereich 20 haben kann.
Wie in 12 gezeigt, wird, nachdem das Sanierungsmittel 165 auf das erodierte Volumen 164 aufgebracht wurde und die hydraulische Rissbildung wie gewünscht und durch den Anwender gesteuert erfolgt ist, die Stabanordnung 24 nach innen geschoben, um sich mit gezielten Intervallen in größerer Tiefe zu befassen, oder nach Abschluss der Sanierung nach außen vom sanierten Bereich weggezogen. Wenn der Benutzer die Stabanordnung 24 verwenden möchte, um das Bohrloch, das durch die Stabanordnung 24 geschaffen wurde, zu füllen, trennt der Benutzer den Schlauch, der das Sanierungsmittel 165 zuführt, von dem Schlammeinlass 150 und schließt einen neuen Schlauch an, der ein Bohrlochfüllmaterial, zum Beispiel eine zementartige Vergussmasse 167, zuführt. Der Benutzer öffnet das Ventil 146 mittels des Ventilgriffs 148 und schließt das Ventil 160 mittels des Ventilgriffs 162, damit die Vergussmasse 167 in den äußeren Kanal 60 eintreten und den äußeren Kanal 60 nach unten und aus der oberen Öffnung 102 und der äußeren Öffnung 104 in das Bohrloch wandern kann, während die Stabanordnung 24 aus dem Untergrund 14 herausgezogen wird. Wenn der Hals 45 der Treibspitze 36 innerhalb des Fachs 50 des Düsenabschnitts 38 sitzt, wenn die Stabanordnung 24 aus dem Untergrund 14 herausgezogen wird, bleibt die Treibspitze 36 innerhalb des Bohrlochs zurück, während der Hals 45 aus dem Fach 50 gleitet. Mit der Entfernung der Treibspitze 36 aus dem Düsenabschnitt 38 werden die unteren Öffnungen 106 gegenüber dem Bohrloch freigelegt, während die Stabanordnung 24 aus dem Untergrund 14 herausgezogen wird. Dadurch kann die zementartige Vergussmasse 167 ebenfalls aus dem äußeren Kanal 60 mittels der unteren Öffnungen 106 ausgestoßen werden und das Bohrloch effizient füllen, während die Stabanordnung 24 herausgezogen wird. Die zementartige Vergussmasse 167 kann während des gesamten Herausziehens der Stabanordnung 24 aufgebracht werden, um das Bohrloch vollständig zu füllen und das Sanierungsmittel 165 innerhalb des erodierten Volumens 164 und des Rissbereichs 166 abzudichten. Sobald das Bohrloch mit der zementartigen Vergussmasse 167 gefüllt ist, wird die Einspritzspitzenanordnung 10 aus den Sondenstäben 22 entfernt und die Düsenzapfen 109 werden auf Beschädigungen untersucht und nach Wunsch selektiv ersetzt.
Wie in den 1-12 gezeigt, weist die Einspritzspitzenanordnung 10 ferner ein ornamentales Design auf. Ein ornamentales Design ist auch in den 13-16 gezeigt. Ein ornamentales Muster ist auch in den 17-20 mit einem Satz von Öffnungen und Gewinden als Phantomzeichnung gezeigt.
Alternative Ausführungsformen dieser Erfindung können den Düsenzapfen 109 oder eine andere Art von Düse mit Öffnungen in einer vertikalen Ebene enthalten, die im Gegensatz zu der in den 2-12 vorgeschlagenen horizontalen Ebene steht, oder es können Düsenzapfen 109 verwendet werden, die in verschiedenen anderen Winkeln zu den Achsen der Vorrichtung montiert sind, wobei die resultierenden hydraulischen Risse mit anderen als den vom Benutzer gewünschten horizontalen Fallwinkeln nukleieren und sich ausbreiten. Darüber hinaus kann die Vorrichtung aus ihren mehreren Teilen unter Verwendung von Verfahren zusammengesetzt werden, welche die Teile entweder dauerhaft zusammenfügen oder die Teile lösbar befestigen.
Wie in 21a gezeigt, wird der Düsenzapfen 109a mit einem abgewinkelten oder nicht horizontalen Auslass 116a bereitgestellt, wobei die Ausrichtung des Auslasses 116a bewirkt, dass Wasser 163 in Bezug auf die Einspritzspitzenanordnung 10 nach unten gespritzt wird. In dieser Ausführungsform ist das erodierte Volumen 164 aufgrund der Ausrichtung des Auslasses 116a des Düsenzapfens 109a in einer nach unten gerichteten Keule ausgeführt. In ähnlicher Weise wird der Düsenzapfen 109b mit einem nach oben abgewinkelten Auslass 116b bereitgestellt, wobei die Ausrichtung des Auslasses 116b bewirkt, dass Wasser 163 relativ zur Einspritzspitzenanordnung 10 nach oben gespritzt wird. In dieser Ausführungsform ist das erodierte Volumen 164 aufgrund der Ausrichtung des Auslasses 116b des Düsenzapfens 109b in einer nach oben gerichteten Keule ausgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform des Düsenkopfes 64, wie in 21b gezeigt, weist jeder Düsenzapfen 109a und 109b einen nicht abgewinkelten oder allgemein horizontalen Auslass 116a bzw. 116b auf. Jeder Düsenzapfen 109a und 109b ist jedoch mit dem Düsenkopf 64 in einem nicht horizontalen Winkel relativ zur Einspritzspitzenanordnung 10 verbunden, wodurch der Sprühnebel der unter Druck stehenden Flüssigkeit bei dem Düsenzapfen 109a in Abwärtsrichtung und bei dem Düsenzapfen 109b in Aufwärtsrichtung ausgestoßen wird. Die Abwinklung des Düsenzapfen-Aufnahmebereichs innerhalb des Düsenkopfes 64 kann durch Änderung der Richtung eines oder mehrerer der verschiedenen Elemente innerhalb der Düse 64, die für das Steuern des Flusses der unter Druck stehenden Flüssigkeit vom inneren Kanal 58 zur Außenseite des Düsenkopfes 64 verantwortlich sind, erreicht werden. Zum Beispiel können die Kanäle 90, die Ausläufer 92, die Kammern 94, die Gewindesektion 96, die Flüssigkeitsaustauschsektion 100 oder eine Kombination davon so verändert oder konfiguriert werden, dass der entsprechende Düsenzapfen 109 in eine bestimmte Richtung ausgerichtet und somit die Richtung des Flüssigkeitsstroms daraus verändert wird. In dieser Ausführungsform der Erfindung stehen dem Benutzer mehrere Düsenköpfe 64 zur Auswahl, wobei jeder Düsenkopf 64 zuerst eine Ausrichtung eines Düsenzapfen-Aufnahmebereiches hat, die durch den Düsenkopf in einer verschiedenen Ausrichtung definiert ist. So wählt der Benutzer vor dem Verbinden des Düsenzapfens 109 mit dem Düsenkopf 64 einen bestimmten Düsenkopf 64 basierend zumindest teilweise auf einer Ausrichtung eines durch den Düsenkopf 64 definierten Düsenzapfen-Aufnahmebereichs aus.
Unter Bezugnahme auf 22 umfasst eine Ausführungsform der Erfindung einen genuteten Sondenstab 174, der im Allgemeinen die gleiche Form und Konfiguration wie die Sondenstäbe 22 hat, einschließlich eines ersten Endes 176 und eines beabstandeten zweiten Endes 178. Zwischen dem ersten Ende 176 und dem zweiten Ende 178 definiert der genutete Sondenstab 174 eine Nut 180, die so bemessen ist, dass eine Spülröhre 182 eingesteckt werden kann. Die Spülröhre 182 ist mit dem inneren Kanal 76 verbunden, um eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den Düsenzapfen 109 und der Spülröhre 182 zu schaffen und das Ausstoßen von Flüssigkeit durch die Düsenzapfen 109 zu erlauben, während die Stabanordnung 24 in den Untergrund 14 getrieben wird. Das Ausstoßen von Flüssigkeit durch die Düsenzapfen 109 während des Einführens der Stabanordnung 24 in den Untergrund 14 erlaubt es dem Benutzer, jeden Düsenzapfen 109 von jeglichen in den Kanal 116 eintretenden Ablagerungen freizumachen. Flüssigkeit wird je nach Bedarf oder Wunsch periodisch in kurzen Stößen durch die Verschlussdüsen 109 ausgestoßen, oder alternativ wird während des Einführens ständig Flüssigkeit durch die Verschlussdüsen 109 ausgestoßen, um ein konstantes flüssiges Material in den Kanälen 116 bereitzustellen und das Eintreten von Ablagerungen zu verhindern.
Ein Hammeramboss 184 kann an dem äußeren Ende des genuteten Sondenstabs 174 abnehmbar angeordnet sein, um ein verbessertes Einhämmern der Stabanordnung 24 in den Untergrund 14 zu erleichtern. Um die Länge der Stabanordnung 24 zu vergrößern, entfernt der Benutzer, nachdem der oberste Sondenstab 22 ausreichend in den Untergrund 14 eingedrungen ist, die Spülröhre 182 von dem obersten Sondenstab 22, entfernt den genuteten Sondenstab 174 von dem obersten Sondenstab 22 und bringt danach einen weiteren Sondenstab 22 auf dem obersten Sondenstab 22 auf. Sobald ein zusätzlicher Sondenstab 22 auf der Stabanordnung 24 aufgebracht wurde, bringt der Benutzer die Spülröhre 182 wieder am obersten und neu hinzugefügten Sondenstab 22 an und bringt den genuteten Sondenstab 174 wieder an und setzt den Amboss 184 wieder an. Danach kann die Rammmaschine 26 die Stabanordnung 24 wieder in den Untergrund 14 einrammen.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die gesamte oder ein Teil der Struktur des Bohrlochkopfes 28 in der Flüssigkeitsvorrichtung 30 oder irgendeiner anderen geeigneten Stelle separat und getrennt vom oberen Teil der Stabanordnung 24 angeordnet. Zum Beispiel ist, wie in 23 gezeigt, die von dem Bohrlochkopf 28 bereitgestellte Struktur in ein Flüssigkeitssteuerungssystem 168 integriert, das in der Flüssigkeitsvorrichtung 30 angeordnet ist. Das Flüssigkeitssteuerungssystem 168 stellt eine ähnliche Steuerung der in Bezug auf die Stabanordnung 24 beschriebenen Elemente bereit, wie etwa das Eingreifen und Lössen eines Flüssigkeitsstrahleinlasses, eines Schlammeinlasses, eines Spülflüssigkeitseinlasses, eines Auslasses oder einer Kombination davon oder irgendeiner Kombination damit verbundener Ventile. Eine Röhre 170 ist an einem Ende mit dem Flüssigkeitssteuerungssystem 168 und dem oberen Abschnitt des obersten Sondenstabs 22 der Stabanordnung 24 mittels eines Befestigungskopfes 172 betriebswirksam verbunden. Die Röhre 170 weist interne Kanäle (nicht gezeigt) auf, die dazu konfiguriert sind, die verschiedenen Flüssigkeiten und den Schlamm, welche von der Einspritzspitzenanordnung 10 verwendet werden, von der Flüssigkeitsvorrichtung 30 zu der Stabanordnung 24 weiterzugeben. Darüber hinaus ist die Röhre 170 dazu konfiguriert, Spülflüssigkeit oder Strahlflüssigkeit zu sammeln, sobald die Flüssigkeit die Einspritzspitzenanordnung 10 durchlaufen hat. Die verbrauchte Flüssigkeit wird aufgefangen, um die Flüssigkeit wieder zurück in das System einzuspritzen oder die Flüssigkeit zur ordnungsgemäßen Entsorgung zu sammeln.
Obwohl die gesamte Erfindung durch eine Beschreibung verschiedener Ausführungsformen veranschaulicht wurde und diese Ausführungsformen im Detail beschrieben wurden, ist es nicht die Absicht des Anmelders, den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche auf diese Details zu beschränken oder in irgendeiner Weise zu begrenzen. Zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden für den Fachmann leicht ersichtlich. Die Erfindung in ihren breiteren Aspekten beschränkt sich daher nicht nur auf die spezifischen Details, die repräsentativen Vorrichtungen und Verfahren sowie veranschaulichende Beispiele, die gezeigt und beschrieben werden. Dementsprechend können Abweichungen von diesen Details vorgenommen werden, ohne das vom Wesen oder Schutzbereich des allgemeinen erfinderischen Konzepts des Anmelders abgewichen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5733067 [0004]

Claims

Einspritzspitze (10) zum Nukleieren und Fortpflanzen von hydraulischen Rissen, wobei sich die Einspritzspitze (10) von einem ersten Ende (32) zu einem zweiten Ende (34) erstreckt und Folgendes umfasst: eine durch die Einspritzspitze (10) definierte äußere Öffnung (104); einen ersten Kanal (58), der durch die Einspritzspitze (10) definiert ist und sich von dem ersten Ende zu der äußeren Öffnung (104) erstreckt, wobei der erste Kanal (58) dazu konfiguriert ist, selektiv Substanzen durch ihn hindurch zu übertragen; und einen zweiten Kanal (60), der durch die Einspritzspitze (10) definiert ist und sich von dem ersten Ende (32) zu der äußeren Öffnung (104) erstreckt, wobei der zweite Kanal (60) dazu konfiguriert ist, selektiv Substanzen durch ihn hindurch zu übertragen.
Einspritzspitze (10) gemäß Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: einen Düsenzapfen (109), der zumindest teilweise in der äußeren Öffnung (104) angeordnet ist und in Flüssigkeitsverbindung mit dem ersten Kanal (58) steht, wobei der Düsenzapfen (109) dazu konfiguriert ist, Substanzen aus dem ersten Kanal (58) durch die äußere Öffnung (104) in eine Richtung auszustoßen.
Einspritzspitze (10) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der erste Kanal (58) und der zweite Kanal (60) koaxial sind.
Einspritzspitze (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner Folgendes umfasst: einen Düsenkopf (64); eine Treibspitze (36), die über eine Einwegverbindung lösbar mit dem Düsenkopf (64) verbunden ist, wobei die Einwegverbindung die Treibspitze (36) mit dem Düsenkopf (64) in Eingriff bringt, wenn sich der Düsenkopf (64) in eine erste Richtung bewegt, und wobei die Einwegverbindung die Treibspitze (36) von dem Düsenkopf (64) löst, wenn sich der Düsenkopf (64) in eine zweite Richtung bewegt.
Einspritzspitze (10) gemäß Anspruch 4, wobei die Treibspitze (36) einen Hals (45) und einen Scheitelpunkt (44) aufweist, und die Einspritzspitze ferner Folgendes umfasst: ein Fach (50), das durch den Düsenkopf (64) definiert ist und in Flüssigkeitsverbindung mit dem zweiten Kanal (60) steht, wobei das Fach (50) dazu konfiguriert ist, den Hals (45) darin aufzunehmen.
Einspritzspitze (10) gemäß Anspruch 5, wobei die Tiefe des Fachs (50) wesentlich länger als die Länge des Halses (45) ist.
Einspritzspitze (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Treibspitze (36) dazu konfiguriert ist, bei der Einspritzspitze (10) zu verbleiben, während eine Stabanordnung (24) aus einem Untergrund (14) einer Betriebsumgebung (12) herausgezogen wird, wobei die Stabanordnung (24) durch die mit einem oder mehreren Sondenstäben (22) verbundene Einspritzspitze (10) gebildet wird.
Anordnung, die Folgendes umfasst: ein Flüssigkeitssteuerungssystem (28); einen Sondenstab (22) in Flüssigkeitsverbindung mit dem Flüssigkeitssteuerungssystem (28); und eine Einspritzspitze (10), die mit dem Sondenstab (22) gekoppelt ist und durch den Sondenstab (22) in Flüssigkeitsverbindung mit dem Flüssigkeitssteuerungssystem (28) steht, wobei die Einspritzspitze (10) Folgendes umfasst: einen Düsenabschnitt (38); einen ersten Kanal (58), der durch den Düsenabschnitt (38) definiert ist, wobei der erste Kanal (58) dazu konfiguriert ist, eine erste Substanz von dem Flüssigkeitssteuerungssystem (28) durch den Düsenabschnitt (38) und zur Außenseite der Einspritzspitze (10) zu übertragen, und einen zweiten Kanal (60), der durch den Düsenabschnitt (38) definiert ist, wobei der zweite Kanal (60) dazu konfiguriert ist, eine zweite Substanz von dem Flüssigkeitssteuerungssystem (28) durch den Düsenabschnitt (38) und zur Außenseite der Einspritzspitze (10) zu übertragen.
Anordnung gemäß Anspruch 8, wobei die Einspritzspitze (10) einen Düsenzapfen (109) aufweist, der abnehmbar an dem Düsenabschnitt (38) befestigt ist.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der zweite Kanal (60) dazu konfiguriert ist, die erste Substanz von der Außenseite der Einspritzspitze (10) zu sammeln und die erste Substanz von der Einspritzspitze (10) zu dem Flüssigkeitssteuerungssystem (28) zu übertragen.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der erste Kanal (58) und der zweite Kanal (60) koaxial sind.