RU192546U1

RU192546U1 - TWO CHANNEL HYDRAULIC SEAL

Info

Publication number: RU192546U1
Application number: RU2019122245U
Authority: RU
Inventors: Алексей Петрович Цыцорин; Тамара Михайловна Карасева
Priority date: 2019-07-11
Filing date: 2019-07-11
Publication date: 2019-09-23

Abstract

Полезная модель относится к технике безопасности в угольной промышленности при подземной разработке полезных ископаемых и предназначена для герметизации скважин, пробуренных под любым углом по углю или породе крепостью не ниже 0,5 по шкале проф. Протодъяконова М.М., при нагнетании в пласт воды для предварительного увлажнения или растворов различных химических реагентов для снижения пылеобразования при его отработке.Сущность полезной модели заключается в том, что в гидрозатворе распирание резиновых втулок в скважине происходит за счет подачи воды через нагнетательный рукав за поршень для перемещения резиновых уплотнителей в осевом направлении, для принудительного возврата уплотнителей в исходное положение вода под давлением подается по другому нагнетательному рукаву в полость перед поршнем, а конусное отверстие в наконечнике выполнено уступами. В состав устройства входит гидрозатвор, нагнетательные рукава, клапаны, тройник с манометром, кронштейн, ловитель и штанга. Принцип действия устройства заключается в том, что после пробуривания скважин в одну из них устанавливается ловитель и вручную распирается в ней. В соседнюю скважину вставляется гидрозатвор, и рукава пропускаются через прорезь в штанге ловителя, после чего штанга фиксируется контргайкой. Для герметизации скважины под высоким давлением подают воду в полость за поршнем гидрозатвора и распирают резиновые уплотнители. Затем через внутреннюю трубку нагнетают воду в угольный пласт. По окончании работы сбрасывается давление в гидрозатворе, резиновые уплотнители возвращаются в исходное положение. Гидрозатвор извлекается из скважины и устанавливается в следующую скважину, находящуюся рядом с ловителем, и цикл повторяется. Для принудительного разжимания уплотнителей воду под давлением подают в полость перед поршнем цилиндра. Гидрозатвор двухканальный можно использовать многократно, он легко и быстро устанавливается и демонтируется, обеспечивает безопасность обслуживающего персонала, прост и надежен при эксплуатации. 4 ил.The utility model relates to safety in the coal industry during underground mining and is designed to seal wells drilled at any angle by coal or rock with a strength of at least 0.5 on the scale of prof. Protodyakonova M.M., when water is injected into the formation for preliminary wetting or solutions of various chemicals to reduce dust formation during its development. The essence of the utility model consists in the fact that the rubber bushings in the borehole are bursting due to the supply of water through the injection hose for the piston for moving the rubber seals in the axial direction, for the forced return of the seals to their original position, pressurized water is supplied through the other discharge sleeve to the polo be ahead of the piston and the tapered hole formed at the tip of ledges. The device includes a water seal, pressure hoses, valves, a tee with a pressure gauge, an arm, a catcher and a rod. The principle of operation of the device is that after drilling the wells, a catcher is installed in one of them and manually bursts into it. A water seal is inserted into a neighboring well, and the sleeves are passed through a slot in the trap rod, after which the rod is locked with a lock nut. To seal the well under high pressure, water is supplied into the cavity behind the hydraulic lock piston and rubber seals are bursting. Then, water is injected into the coal seam through the inner tube. At the end of the work, the pressure in the hydraulic lock is relieved, the rubber seals return to their original position. A water trap is removed from the well and installed in the next well, located next to the catcher, and the cycle repeats. For forced expansion of the seals, pressurized water is supplied into the cavity in front of the cylinder piston. The two-channel water lock can be used repeatedly, it is easily and quickly installed and dismantled, ensures the safety of maintenance personnel, is simple and reliable in operation. 4 ill.

Description

Полезная модель относится к технике безопасности в угольной промышленности при подземной разработке полезных ископаемых и предназначена для герметизации скважин, пробуренных под любым углом по углю или породе крепостью не ниже 0,5 по шкале проф. Протодъяконова М.М., при нагнетании в пласт воды для предварительного увлажнения или растворов различных химических реагентов для снижения пылеобразования при его отработке.The utility model relates to safety in the coal industry during underground mining and is designed to seal wells drilled at any angle by coal or rock with a strength of at least 0.5 on the scale of prof. Protodyakonova M.M., when water is injected into the formation for preliminary wetting or solutions of various chemical reagents to reduce dust formation during its development.

Известно устройство, включающее наконечник для подвода воды, цилиндр, трубу, поршень, уплотнительные элементы, разделительные кольца и опорный стакан (патент на полезную модель №114478, опубликовано 27.03.2012, бюл. №9).A device is known that includes a tip for supplying water, a cylinder, a pipe, a piston, sealing elements, spacer rings and a support cup (utility model patent No. 114478, published March 27, 2012, bull. No. 9).

Недостатком известного устройства является то, что герметизация скважины производится за счет диаметрального расширения резиновых втулок от их сжатия в осевом направлении, в результате чего происходит заклинивание их в скважине и после прекращения подачи воды в пласт, резиновые втулки не могут вернуться в исходное положение для извлечения, и устройство остается в скважине. На практике было выявлено, что коническое отверстие наконечника, через которое происходит нагнетание воды в пласт, изготовить очень сложно, а испытания показали, что коническое отверстие не способно создать дополнительное давление, достаточное для образования трещин в угольном пласте и нагнетания в них воды для предварительного увлажнения.A disadvantage of the known device is that the well is sealed due to the diametrical expansion of the rubber bushings from their compression in the axial direction, as a result of which they are jammed in the well and after the water supply to the formation is stopped, the rubber bushings cannot return to their original position for extraction, and the device remains in the well. In practice, it was found that the conical hole of the tip through which water is injected into the formation is very difficult to manufacture, and tests have shown that the conical hole is not able to create additional pressure sufficient to form cracks in the coal seam and to inject water into them for preliminary wetting .

Известна полезная модель, взятая за прототип, содержащая гидрозатвор, два нагнетательных рукава, краны, кронштейны и ловитель (патент на полезную модель №120463, опубликовано 20.09.2012, бюл. №26).A utility model is known, taken as a prototype, containing a water seal, two discharge hoses, cranes, brackets and a catcher (utility model patent No. 120463, published September 20, 2012, bull. No. 26).

Недостатком этой полезной модели является сложная конструкция гидрозатвора, в котором подпружиненные поршни неравномерно воздействуют на герметизирующие резиновые втулки, вследствие чего происходит их перекос и не плотное прилегание к стенкам скважины. Практика показала, что неравномерное расширение резиновых втулок в скважине не обеспечивает ее полную герметизацию, что приводит к вытеканию воды при нагнетании. Сложность конструкции заключается в том, что необходимо изготовить большое количество деталей, например, для приведения в действие (расширения и сжатия) резиновых втулок необходимо изготовить и собрать 18 пружин и поршней. Кроме того, сложная конструкция ведет к значительному увеличению стоимости устройства.The disadvantage of this utility model is the complicated design of the hydraulic shutter, in which the spring-loaded pistons act unevenly on the sealing rubber bushings, as a result of which they are skewed and do not fit snugly against the walls of the well. Practice has shown that the uneven expansion of the rubber bushings in the well does not provide for its complete sealing, which leads to leakage of water during injection. The complexity of the design lies in the fact that it is necessary to manufacture a large number of parts, for example, to actuate (expand and compress) the rubber bushings, it is necessary to manufacture and assemble 18 springs and pistons. In addition, the complex design leads to a significant increase in the cost of the device.

Техническим результатом полезной модели является повышение надежности герметизации скважины, обеспечивающее безопасность эксплуатации устройства.The technical result of the utility model is to increase the reliability of well sealing, ensuring the safe operation of the device.

Это достигается тем, что в гидрозатворе, согласно полезной модели, распирание резиновых втулок в скважине происходит за счет подачи воды через нагнетательный рукав за поршень для перемещения резиновых уплотнителей в осевом направлении, для принудительного возврата уплотнителей в исходное положение вода под давлением подается по другому нагнетательному рукаву в полость перед поршнем, а конусное отверстие в наконечнике выполнено уступами.This is achieved by the fact that, in accordance with a utility model, in the hydraulic seal, the rubber bushings are expanded in the hole by supplying water through the injection sleeve for the piston to move the rubber seals in the axial direction, to force the seals to return to their original position, pressurized water is supplied through the other pressure sleeve into the cavity in front of the piston, and the conical hole in the tip is made by ledges.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид двухканального гидрозатвора, на фиг. 2 - гидрозатвор, на фиг. 3 - штанга.The essence of the utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of a two-channel hydraulic lock; in FIG. 2 - water seal, in FIG. 3 - barbell.

Гидрозатвор (фиг. 2) содержит хвостовик 1 с патрубками для подвода воды 2 и 3, цилиндр 4, трубку 5 с отверстиями 6, поршень 7, уплотнители 8, насадку 9. Между уплотнителями расположены разделительные кольца 10. С одного торца уплотнителей находится кольцевой упор 11, с другого торца уплотнитель опирается на насадку 9.The water seal (Fig. 2) contains a shank 1 with nozzles for supplying water 2 and 3, a cylinder 4, a tube 5 with holes 6, a piston 7, seals 8, a nozzle 9. Dividing rings are located between the seals 10. An annular stop is located at one end of the seals 11, from the other end the seal rests on the nozzle 9.

К патрубкам хвостовика подведены два рукава: один 12 служит для подачи воды в полость за поршнем для распирания уплотнителей в скважине и нагнетания воды в угольный пласт, второй 13 - для подачи воды через канал 14 в полость цилиндра 4 перед поршнем для возвращения поршня и уплотнителей в исходное положение (для принудительного разжимания уплотнителей перед извлечением гидрозатвора из скважины). Рукава 12 и 13 имеют игольчатые клапаны 15 и 16 для управления работой гидрозатвора, а с помощью резьбовых втулок 17 и 18 подсоединяются к насосной установке. К нагнетательному рукаву 12 присоединен тройник 19 с манометром 20. Тройник расположен на кронштейне 21, который устанавливается на почву выработки с помощью анкеров 22. К торцу хвостовика 1 через скобу присоединен извлекатель 23.Two sleeves are connected to the shank nozzles: one 12 serves to supply water to the cavity behind the piston for bursting the seals in the borehole and to inject water into the coal seam, the second 13 to supply water through the channel 14 to the cavity of the cylinder 4 in front of the piston to return the piston and seals to initial position (for forced expansion of the seals before removing the water seal from the well). Sleeves 12 and 13 have needle valves 15 and 16 for controlling the operation of the hydraulic lock, and are connected to the pump installation using threaded sleeves 17 and 18. A tee 19 with a pressure gauge 20 is connected to the injection sleeve 12. The tee is located on the bracket 21, which is installed on the working soil with the help of anchors 22. To the end of the shank 1, a extractor 23 is connected through the bracket.

Гидрозатвор снабжен ловителем и штангой. Ловитель представляет собой герметизатор, который состоит из трубы 24, на одном конце которой нарезана трапецеидальная резьба, а на другом имеется упор, трех уплотнителей 25, находящихся между распорными 26 и промежуточными 27 втулками. На резьбовом конце трубы расположены распорная втулка 28, гайка 29 с маховиком 30, штанга 31, расположенная между контргайками 32 и 33. Штанга 31 выполнена в виде вилки, в которую помещают рукава 12 и 13 гидрозатвора. После установки штанги 31 в требуемом положении она фиксируется контргайкой 32, а после распирания втулок 25 в скважине гайка 29 фиксируется контргайкой 33. Для увеличения силы сжатия уплотнителей в скважине и усилия затяжки контргаек применяется вороток 34 с рычагом 35, который надевается на рукоятки маховиков.The water lock is equipped with a catcher and a rod. The catcher is a sealant, which consists of a pipe 24, at one end of which a trapezoidal thread is cut, and at the other there is an emphasis, three seals 25 located between the spacer 26 and the intermediate 27 bushings. At the threaded end of the pipe are a spacer sleeve 28, a nut 29 with a flywheel 30, a rod 31 located between the locknuts 32 and 33. The rod 31 is made in the form of a fork, into which the sleeve 12 and 13 of the hydraulic lock are placed. After the rod 31 is installed in the required position, it is fixed with the lock nut 32, and after the bushings 25 are bursting in the well, the nut 29 is fixed with the lock nut 33. To increase the compression force of the seals in the well and the tightening force of the locknuts, a lever 34 with a lever 35 is put on the handles of the flywheels.

Штанга (фиг. 3) разборная предназначена для установки на определенную глубину гидрозатвора в скважине и состоит из четырех трубок 36, соединяющихся между собой с помощью резьбы, наконечника 37 и ручки 38.The rod (Fig. 3) is collapsible designed to be installed at a certain depth of the hydraulic shutter in the well and consists of four tubes 36 connected to each other by a thread, tip 37 and handle 38.

Гидрозатвор работает следующим образом.Water lock works as follows.

Гидрозатвор с помощью штанги помещается в скважину на глубину, предусмотренную паспортом отработки выемочного участка. К свободному концу рукава 13 присоединяется клапан 15 и втулка 17, а к свободному концу рукава 12 присоединяется тройник 19 с манометром 20, клапан 16 и втулка 18 для подключения к насосной установке. В соседнюю скважину, расположенную на расстоянии не более 400 мм от рабочей скважины, помещают ловитель. Вручную, с помощью воротка и рычагов ловитель распирают в скважине, а рукава 12 и 13 от гидрозатвора пропускают через прорезь в ловителе.A water trap with the help of a rod is placed into the well to the depth provided by the passport for mining the excavation section. A valve 15 and a sleeve 17 are connected to the free end of the sleeve 13, and a tee 19 with a pressure gauge 20, a valve 16 and a sleeve 18 are connected to the free end of the sleeve 12 for connection to a pump installation. A trap is placed in a neighboring well located at a distance of not more than 400 mm from the working well. Manually, using a winch and levers, the trap is bursting in the well, and the sleeves 12 and 13 from the water trap are passed through the slot in the trap.

Для распирания уплотнителей гидрозатвора в скважине и нагнетания воды в пласт к насосной установке подсоединяется рукав 12 с закрытым клапаном 16, рукав 13 с открытым клапаном 15 свободно лежит на почве выработки.For bursting of watertight seal seals in the well and forcing water into the reservoir, a sleeve 12 with a closed valve 16 is connected to the pumping unit, a sleeve 13 with an open valve 15 freely lies on the soil of the mine.

После включения насосной установки, плавно открывается клапан 16 и жидкость по рукаву 12 поступает в хвостовик 1, далее заполняет трубку 5, насадку 9 и через отверстие подается в скважину. Так как выходное отверстие в насадке гидрозатвора имеет малый диаметр, внутри гидрозатвора создается давление. По мере роста давления в гидрозатворе жидкость поступает по отверстиям 6, диаметр которых больше диаметра отверстия в насадке, в полость 39 за поршнем 7, перемещая его в цилиндре 4 вместе с трубкой 5 в сторону хвостовика 1. Так как насадка 9 жестко соединена с трубкой 5, то она тоже перемещается в сторону хвостовика, а кольцевой упор 11 с цилиндром 4 остается неподвижным, за счет чего происходит равномерное сжатие уплотнителей 8 в осевом направлении. Диаметр уплотнителей увеличивается и происходит распирание их в скважине. Разделительные кольца 10 предохраняют уплотнители от чрезмерного сжатия.After turning on the pumping unit, valve 16 smoothly opens and fluid flows through sleeve 12 into liner 1, then fills tube 5, nozzle 9, and is fed into the well through an opening. Since the outlet in the nozzle of the valve has a small diameter, pressure is created inside the valve. As the pressure in the hydraulic lock increases, the fluid enters through openings 6, the diameter of which is larger than the diameter of the opening in the nozzle, into the cavity 39 behind the piston 7, moving it in the cylinder 4 together with the tube 5 towards the shank 1. Since the nozzle 9 is rigidly connected to the tube 5 , then it also moves towards the shank, and the annular stop 11 with the cylinder 4 remains stationary, due to which there is a uniform compression of the seals 8 in the axial direction. The diameter of the seals increases and their bursting occurs in the well. The spacer rings 10 protect the seals against excessive compression.

После герметизации происходит наполнение скважины жидкостью. Проникновение жидкости в поры и трещины угольного пласта производится за счет давления и импульсного воздействия, создаваемого поршневым насосом. Кроме того, дополнительное давление и импульсы создаются за счет того, что отверстие в насадке выполнено уступами, и часть воды, ударяясь об уступы, возвращается в общий поток. По мере наполнения угольного пласта жидкостью возрастает давление в скважине, которое преодолевается давлением, создаваемым насосом. Процесс нагнетания жидкости прекращается при уравновешивании давления в скважине и на насосе.After sealing, the well is filled with liquid. The penetration of fluid into the pores and cracks of the coal seam is due to the pressure and impulse action created by the piston pump. In addition, additional pressure and impulses are created due to the fact that the hole in the nozzle is made by steps, and part of the water, hitting the steps, returns to the general flow. As the coal seam is filled with liquid, the pressure in the well increases, which is overcome by the pressure created by the pump. The fluid injection process stops when the pressure in the well and at the pump is balanced.

В случае, если давление нагнетания воды в скважину превышает давление распирания, гидрозатвор будет стремиться выскочить из скважины. При этом он будет давить на поворотную штангу 31 ловителя, создавая крутящий момент, который будет поворачивать ловитель в скважине, создавая дополнительную силу его распирания в скважине. Таким образом, ловитель предотвратит выброс гидрозатвора из скважины и обеспечит безопасную эксплуатацию гидрозатвора.If the pressure of water injection into the well exceeds the burst pressure, the water seal will tend to jump out of the well. At the same time, he will press on the rotary rod 31 of the catcher, creating a torque that will rotate the catcher in the well, creating additional force of its expansion in the well. Thus, the catcher will prevent the release of the hydraulic seal from the well and ensure the safe operation of the hydraulic seal.

По окончании процесса нагнетания клапан 16 на рукаве 12 закрывается, рукав отсоединяется от насоса. После чего постепенно открывается клапан 16 на рукаве 12, жидкость из гидрозатвора и рукава вытекает на почву выработки и гидрозатвор разгружается, т.е уплотнители возвращаются в исходное положение (разжались). Как только жидкость из гидрозатвора выльется, можно с помощью извлекателя вытянуть его из скважины. В случае, если гидрозатвор не извлекается, это означает, что поршень и резиновые уплотнители не вернулись в исходное положение. Для их возврата необходимо рукав 13 с клапаном 15 подсоединить к насосу и подать жидкость под давлением через канал 14 в полость 40 перед поршнем 7. Под воздействием давления жидкости поршень и резиновые уплотнители принудительно вернутся в исходное положение и гидрозатвор можно извлечь из скважины.At the end of the injection process, the valve 16 on the sleeve 12 is closed, the sleeve is disconnected from the pump. After which the valve 16 on the sleeve 12 gradually opens, the liquid from the hydraulic lock and the hose flows to the production soil and the hydraulic lock is unloaded, i.e., the seals return to their original position (unclenched). As soon as the liquid from the hydraulic shutter spills out, you can use the extractor to pull it out of the well. If the water seal cannot be removed, this means that the piston and rubber seals have not returned to their original position. To return them, it is necessary to connect the sleeve 13 with the valve 15 to the pump and supply the fluid under pressure through the channel 14 to the cavity 40 in front of the piston 7. Under the influence of the fluid pressure, the piston and rubber seals are forced to return to their original position and the water seal can be removed from the well.

При перемещении гидрозатвора в следующую скважину, необходимо повторить весь цикл работы.When moving the valve to the next well, it is necessary to repeat the entire cycle of work.

Импульсы и давление жидкости, создаваемые работой поршневого насоса и уступчатым отверстием насадки, воздействуя на угольный массив, образуют в нем мелкие трещины, снижающие прочность угольного пласта. Образование в угольном массиве микротрещин и глубокая пропитка угольного пласта жидкостью обеспечивает снижение пылеобразования и улучшает условия труда горняков при отбойке угля.The pulses and fluid pressure created by the operation of the piston pump and the concession nozzle hole, acting on the coal mass, form small cracks in it, reducing the strength of the coal seam. The formation of microcracks in the coal mass and the deep impregnation of the coal seam with liquid provides a reduction in dust formation and improves the working conditions of miners during coal breaking.

Гидрозатвор двухканальный многофункционален, может применяться не только для нагнетания воды в скважину для увлажнения пласта, но и для измерения давления газа до и после предварительной дегазации, а также производить откачку метана.The two-channel water trap is multifunctional; it can be used not only for injecting water into the well to moisten the formation, but also for measuring gas pressure before and after preliminary degassing, as well as for pumping out methane.

Гидрозатвор двухканальный можно использовать многократно, он легко и быстро устанавливается и демонтируется, обеспечивает безопасность обслуживающего персонала, прост и надежен при эксплуатации.The two-channel water lock can be used repeatedly, it is easily and quickly installed and disassembled, ensures the safety of staff, is simple and reliable in operation.

Claims

A two-channel water lock containing a cylinder, on one side of which a shank with pipes for supplying water and a extractor are attached, an annular stop is attached to the other side, a tube is located inside the cylinder on which the piston and seals with spacer rings are located, at one end the pipe is connected to the shank, and the other end with a tip, discharge hoses attached to the shank nozzles, valves for supplying water to the discharge hoses, a tee with a pressure gauge mounted on an arm, a catcher, which injection sleeves are laid, and a rod for installing a water seal in the well, characterized in that one pressure sleeve is connected to the tube and the cavity behind the water seal piston and serves to burst the seals in the well and pump water into the coal seam, the second sleeve is connected to the cavity in front of the piston and serves for the forced return of seals, and the hole in the tip of the hydraulic lock is made by ledges.