RU2029093C1

RU2029093C1 - Device for sealing of blastholes

Info

Publication number: RU2029093C1
Authority: RU
Inventors: Б.А. Ментус; А.Т. Горин; Н.П. Троян; В.В. Васяев
Original assignee: Научно-исследовательский и проектно-конструкторский угольный институт "КузНИУИ"
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 1992-03-18
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: device for sealing of blastholes has sealing member in form of central tube with flexible sealing bushing embracing sealing member, and check valve mounted on tube outlet; injection tube screwed on central tube. Device has bracing screw mechanism with bracing tube embracing injection tube. Bracing screw mechanism has pressure nut screwed on central tube and acting on flexible bushing. Bracing tube has end face head contacting pressure nut. EFFECT: higher efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в технологии упрочнения неустойчивых горных массивов нагнетанием скрепляющих составов. The invention relates to the mining industry and can be used in the technology of hardening unstable mountain ranges by injection of fastening compositions.

Известно устройство, содержащее неизвлекаемую трубчатую заглушку (т.е. герметизатор) в виде трубчатого элемента, на который надет герметизирующий элемент из эластичного материала. На трубчатый элемент навинчен стопорный элемент с раскрепляющимся конусом и распорными вкладышами. Заглушка вводится в шпур с помощью загрузочной (т.е. инъекционной) трубки, последняя резко дергается назад, при этом распорные вкладыши врезаются в стенки шпура. Распор стопорного элемента производится вместе с распором герметизирующего элемента с помощью натяжного элемента путем вращения загрузочной трубки. A device is known that contains a non-removable tubular plug (i.e., a sealant) in the form of a tubular element, on which a sealing element of elastic material is worn. A locking element with a tapering cone and spacer liners is screwed onto the tubular element. The plug is inserted into the hole using a loading (i.e., injection) tube, the latter jerks sharply backward, while the spacer inserts cut into the walls of the hole. The spacer of the locking element is made together with the spacing of the sealing element with a tension element by rotating the loading tube.

Недостатки этого устройства - ненадежность распора и фиксации герметизатора в шпурах с нестабильным диаметром и с недостаточной прочностью стенок, что типично при бурении шпуров в сильно нарушенном угольном массиве, а также сложность конструкции герметизатора и его дороговизна для одноразового применения. The disadvantages of this device are the unreliability of the expansion and fixing of the sealant in the holes with an unstable diameter and with insufficient strength of the walls, which is typical when drilling holes in a highly disturbed coal mass, as well as the complexity of the design of the sealant and its high cost for single use.

Известен герметизатор для уплотнения кольцевого пространства шпура, состоящий из уплотняющей штанги с установленной на ней сжимаемой манжетой, расположенной между контропорой и зажимной втулкой. В качестве зажимного устройства штанга в области зажимной втулки имеет отрезок резьба с натяжной гайкой, действующей на зажимную втулку [1]. Known sealant for sealing the annular space of the hole, consisting of a sealing rod with a compressible cuff installed on it, located between the counter support and the clamping sleeve. As a clamping device, the rod in the area of the clamping sleeve has a length of thread with a tension nut acting on the clamping sleeve [1].

Недостатком этого герметизатора является то, что зажимное устройство расположено перед устьем шпура и при одноразовом применении герметизатора все его элементы, включая штангу и зажимную втулку, остаются неизвлеченными, что оправдано при незначительной глубине герметизации, когда герметизатор может быть закреплен в устье шпура. При ведении работ по химическому упрочнению, например, на мощных пластах Кузбасса необходимая глубина герметизации составляет 1,5-2 м, а иногда и 3 м. В этих условиях одноразовое применение такой конструкции становится нерациональным. The disadvantage of this sealant is that the clamping device is located in front of the hole of the borehole and, when the sealant is used once, all its elements, including the rod and the clamping sleeve, remain uncovered, which is justified with a small sealing depth, when the sealant can be fixed in the mouth of the hole. When conducting work on chemical hardening, for example, on powerful Kuzbass beds, the necessary sealing depth is 1.5-2 m, and sometimes 3 m. Under these conditions, a one-time use of this design becomes irrational.

Известно устройство, содержащее герметизатор шпуров, включающий центральную трубку с наружной поперечной канавкой, уплотнительную эластичную втулку, надетый на трубку нажимной элемент с поперечными пазами и размещенный в пазах с возможностью взаимодействия с канавкой трубки пружинный П-образный фиксатор, в котором с целью обеспечения возможности извлечения герметизатора для повторного использования канавка на центральной трубке выполнена по винтовой линии (т.е. в виде наружной резьбы), а поперечные пазы в нажимном элементе - со смещением друг относительно друга вдоль продольной оси трубки на половину шага винтовой канавки. Для установки в шпуре герметизатор соединяется с загрузочной (инъекционной) трубкой, на которую надевается распорная труба. Сжатие уплотнительной эластичной втулки осуществляется винтовой парой из винта и гайки, расположенных перед устьем шпура, через распорную трубу и нажимной элемент герметизатора [2]. A device is known comprising a borehole sealant comprising a central tube with an external transverse groove, an elastic sealing sleeve, a pressure element with transverse grooves put on the tube and placed in grooves with the possibility of interaction with the groove of the tube spring U-shaped clamp, in which, in order to allow extraction sealant for reuse, the groove on the central tube is made along a helical line (i.e., in the form of an external thread), and the transverse grooves in the pressure element are offset we are relative to each other along the longitudinal axis of the tube at half step of the helical groove. For installation in a borehole, the sealant is connected to a loading (injection) tube, on which a spacer pipe is put on. Compression of the sealing elastic sleeve is carried out by a screw pair of screw and nut located in front of the hole through a spacer pipe and pressure element of the sealant [2].

Недостатком данного устройства, взятого за прототип, является ненадежность пружинного фиксатора, зависящая от качества изготовления, которая не влияет существенно при одноразовом использовании герметизатора, но проявляется резко при попытках его многоразового применения. Кроме того, при нагнетании эластичная втулка удерживается в сжатом состоянии фактически не пружинным фиксатором, а винтовой парой через распорную трубу, что возможно при нагнетании фенольного состава, применяемого на шахтах Кузбасса. Опыт применения данного устройства в Донбассе при нагнетании пенополиуретанового состава показал, что распорную трубку перед нагнетанием необходимо извлекать из шпура во избежание ее применения, при этом проявилась в полной мере ненадежность пружинного фиксатора. Недостатками являются также сложность конструкции и связанные с этим неудобства при эксплуатации, так как устройство содержит, кроме герметизатора и инъекционной трубки, механизм распора, включающий распорную трубу и винтовую пару из самостоятельных винта и гайки с рукоятками. The disadvantage of this device, taken as a prototype, is the unreliability of the spring retainer, depending on the quality of workmanship, which does not significantly affect the one-time use of the sealant, but manifests itself sharply when trying to reuse it. In addition, during injection, the elastic sleeve is held in a compressed state not by a spring retainer, but by a screw pair through an expansion pipe, which is possible when injecting a phenolic compound used in the Kuzbass mines. The experience of using this device in the Donbass during injection of a polyurethane foam composition showed that the spacer tube must be removed from the hole before injection in order to avoid its use, while the spring retainer was completely unreliable. The disadvantages are the complexity of the design and the associated inconvenience during operation, since the device contains, in addition to the sealant and injection tube, a spacer mechanism, including a spacer pipe and a screw pair of separate screws and nuts with handles.

Цель изобретения - повышение надежности фиксации герметизатора в распертом состоянии при нагнетании любых скрепляющих составов, обеспечение возможности как одноразового, так и многократного использования герметизатора (например, при нагнетании воды или нетоксичных составов), а также упрощение конструкции всего устройства за счет исключения отдельной винтовой пары. The purpose of the invention is to increase the reliability of fixing the sealant in the open state when injecting any fastening compositions, providing the possibility of both single and multiple use of the sealant (for example, when pumping water or non-toxic compositions), as well as simplifying the design of the entire device by eliminating a separate screw pair.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем герметизатор, инъекционную трубку и механизм распора, нажимной элемент герметизатора снабжен внутренней резьбой, взаимодействующей с наружной резьбой центральной трубки, а распорная труба снабжена торцовой головкой, которая передает крутящий момент нажимному элементу. Резьбовое соединение нажимного элемента и центральной трубки герметизатора позволяет при вращении нажимного элемента в ту или иную другую сторону сжимать или освобождать уплотнительную втулку, а также надежно фиксировать ее в сжатом состоянии. This goal is achieved by the fact that in the device containing the sealant, the injection tube and the spacer mechanism, the presser element of the sealant is provided with an internal thread that interacts with the external thread of the central tube, and the spacer tube is equipped with a face head that transmits torque to the pressure element. The threaded connection of the pressure element and the central tube of the sealant allows the compression sleeve to be compressed or released during rotation of the pressure element in one direction or another and also to securely fix it in a compressed state.

Проведенные патентные исследования показывают, что ни в патентной, ни в научно-технической литературе не имеется сведений о герметизаторах шпуров, которые характеризовались бы той же совокупностью существенных признаков, что и заявляемый в качестве изобретения гермети- затор. На этом основании можно сделать вывод о том, что предлагаемый герметизатор соответствует критерию "новизна". The conducted patent studies show that neither the patent, nor the scientific and technical literature contain information on hole sealants that would have the same set of essential features as the sealant claimed as an invention. On this basis, we can conclude that the proposed sealant meets the criterion of "novelty."

Анализ изобретений последних лет, относящихся к герметизации шпуров, и характеризующих уровень техники в этом вопросе, показывает, что ни одно из них не обеспечивает тех преимуществ, которые могут быть достигнуты предлагаемой конструкцией: хорошая извлекаемость, простота конструкции, надежность и удобство в эксплуатации. An analysis of the inventions of recent years related to sealing holes, and characterizing the level of technology in this matter, shows that none of them provides the advantages that can be achieved by the proposed design: good extractability, simplicity of design, reliability and ease of use.

Так, запорное устройство (а. с. N 1420176, кл. E 21 D 21/00, 1986), включающее установленный в скважине на инъекторе эластичный колпачок с гофрированной боковой наружной поверхностью, внутри которого размещен клапан, соединенный посредством муфты с внутренней резьбой с инъектором, не предусматривает повторного использования герметизирующих элементов. So, a locking device (a.s. N 1420176, class E 21 D 21/00, 1986), including an elastic cap installed in the well on the injector with a corrugated lateral outer surface, inside of which there is a valve connected by means of a coupling with an internal thread to injector, does not provide for the reuse of sealing elements.

Герметизатор шпура (а.с. 1454979, кл. E 21 D 21/00, 1987), включающий центральную трубку и установленные на ней стопор и герметизирующий эластичный элемент, также не предназначен для повторного использования. The borehole seal (as.with. 1454979, class E 21 D 21/00, 1987), including the central tube and the stopper installed on it and the sealing elastic element, is also not intended for reuse.

Шпуровая пробка для предохранения вытекания нагнетаемых в углепородные массивы жидкостей, включающая полый корпус, в стенках которого выполнены поперечные отверстия, обратный клапан из эластично-упругого материала, который посредством штифта закреплен в стенках корпуса с возможностью осевого перемещения под давлением нагнетаемых растворов (а.с. N 1081355, кл. E 21 D 21/00, 1982), также не предназначается для извлечения из шпура после окончания нагнетания скрепляющих веществ. Сравнительный анализ упомянутых выше решений и предлагаемого устройства показывает, что последнее обладает универсальными эксплуатационными свойствами: конструкция устройства обеспечивает возможность как одноразового, так и многократного использования в зависимости от свойств нагнетаемых жидкостей, а также установку герметизаторов как в устье шпура, так и при значительной глубине герметизации в зависимости от свойств массива. По сравнению с прототипом конструкция и технология предлагаемой установки отвечают критерию "изобретательский уровень", т.к. явным образом не вытекает из известных технических решений. A screw plug to prevent the flow of liquids injected into the carbon-bearing arrays, including a hollow body, the walls of which have transverse openings, a check valve of elastic-elastic material, which is fastened by means of a pin to the walls of the body with the possibility of axial movement under pressure of the injected solutions (a.s. N 1081355, class E 21 D 21/00, 1982), is also not intended to be extracted from the borehole after the end of the injection of fastening substances. A comparative analysis of the solutions mentioned above and the proposed device shows that the latter has universal operational properties: the device design provides the possibility of both single and multiple use depending on the properties of the injected fluids, as well as the installation of sealants at the mouth of the hole, and with a significant depth of sealing depending on the properties of the array. Compared with the prototype, the design and technology of the proposed installation meet the criterion of "inventive step", because explicitly does not follow from the known technical solutions.

На фиг. 1 изображено устройство герметизации шпуров, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, при нагнетании скрепляющего состава в массив; на фиг. 3 - оставленный в шпуре герметизатор. In FIG. 1 shows a device for sealing holes, a longitudinal section; in FIG. 2 - the same when injecting the bonding composition into the array; in FIG. 3 - sealant left in the hole.

Устройство герметизации шпуров включает герметизатор, выполненный в виде центральной трубки 1 с охватывающей ее уплотнительной эластичной втулкой 2, нажимной гайкой 3 и обратным клапаном 4, инъекционную трубку 5 и распорную трубу 6. Нажимная гайка 3 связана с центральной трубкой 1 посредством рабочей резьбы а, а инъекционная трубка с центральной трубкой - посредством соединительной резьбы b. Рабочая и соединительная резьбы выполнены противоположного направления, например, рабочая резьба - правая, соединительная - левая, или наоборот. Распорная труба 6 снабжена торцовой головкой 7, выполненной с возможностью передачи крутящего момента на нажимную гайку герметизатора, например, имеющей внутренний шестигранник или квадрат при шестигранной или квадратной форме нажимной гайки. Распорная труба 6 снабжена рукояткой 8, а инъекционная трубка 5 - рукояткой 9 (или лысками под ключ при необходимости извлечения распорной трубы перед нагнетанием) и соединительным ниппелем 10. The hole sealing device includes a sealant made in the form of a central tube 1 with a sealing elastic sleeve 2 covering it, a pressure nut 3 and a check valve 4, an injection tube 5 and an expansion pipe 6. The pressure nut 3 is connected to the central tube 1 by means of a working thread a, and injection tube with central tube - by means of connecting thread b. The working and connecting threads are made in the opposite direction, for example, the working thread is right, the connecting thread is left, or vice versa. The spacer pipe 6 is equipped with a socket head 7, configured to transmit torque to the press nut of the sealant, for example, having an internal hexagon or square with a hex or square shape of the pressure nut. The spacer pipe 6 is equipped with a handle 8, and the injection pipe 5 with a handle 9 (or turnkey flats if it is necessary to remove the spacer pipe before injection) and a connecting nipple 10.

Устройство герметизации шпуров работает следующим образом. The device for sealing holes works as follows.

На инъекционную трубку 5 надевают распорную трубу 6 и с помощью соединительной резьбы b к инъекционной трубке крепят герметизатор, после чего все устройство вводят в шпур. Затем торцовой головкой 7 распорной трубы ловят нажимную гайку 3 и, вращая распорную трубу по часовой стрелке (при правой рабочей резьбе а), сжимают уплотнительную втулку 2, обеспечивающую за счет увеличения диаметра закрепление герметизатора в шпуре и уплотнение шпура. При этом инъекционная трубка 5 и герметизатор удерживаются от возможного проворачивания рукояткой 9 или ключом, а разъединение герметизатора и инъекционной трубки исключается за счет противоположного направления рабочей а и соединительной b резьб. A spacer tube 6 is put on the injection tube 5 and a sealant is attached to the injection tube using a connecting thread b, after which the entire device is inserted into the hole. Then the end nut 7 of the spacer pipe catches the pressure nut 3 and, rotating the spacer pipe clockwise (with the right working thread a), compress the sealing sleeve 2, which ensures, by increasing the diameter, the sealant in the hole and the hole is sealed. In this case, the injection tube 5 and the sealant are prevented from turning by the handle 9 or the key, and the disconnection of the sealant and the injection tube is eliminated due to the opposite direction of the working a and connecting b threads.

После распора герметизатора через инъекционную 5 и центральную 1 трубки и обратный клапан 4 в шпур нагнетают скрепляющий состав, при этом нажимная гайка 3 фиксирует уплотнительную втулку 2 в сжатом состоянии. После окончания нагнетания, вращая инъекционную трубку 5 по часовой стрелке (при левой соединительной резьбе b), отсоединяют ее от герметизатора и вместе с распорной трубой 6 (если она не была удалена перед нагнетанием) извлекают из шпура, а герметизатор остается в шпуре, предотвращая истечение скрепляющего состава. Инъекционную трубку 5 с распорной трубой 6 переносят к следующему шпуру, к инъекционной трубке присоединяют новый герметизатор и цикл работ повторяется. After expansion of the sealant through the injection 5 and the central 1 tube and the check valve 4, a fastening composition is pumped into the hole, while the compression nut 3 fixes the sealing sleeve 2 in a compressed state. After injection, by rotating the injection tube 5 clockwise (with the left connecting thread b), disconnect it from the sealant and, together with the spacer pipe 6 (if it has not been removed before injection), remove it from the hole, and the sealant remains in the hole, preventing leakage bonding composition. The injection tube 5 with the expansion pipe 6 is transferred to the next hole, a new sealant is attached to the injection tube and the cycle of work is repeated.

Для извлечения герметизатора из шпура торцовой головкой 7 распорной трубы 6 ловят нажимную гайку 3 и, вращая распорную трубу против часовой стрелки, освобождают уплотнительную втулку 2, после чего извлекают из шпура все устройство вместе с герметизатором. To remove the sealant from the borehole, the end head 7 of the spacer tube 6 catches the pressure nut 3 and, rotating the spacer tube counterclockwise, release the sealing sleeve 2, and then remove the entire device from the borehole together with the sealant.

Опытный образец устройства в комплекте с десятью герметизаторами был изготовлен на экспериментальном заводе КузНИУИ и испытан на шахте "Распадская" в Кузбассе. A prototype device with ten sealants was manufactured at the KuzNIUI experimental plant and tested at the Raspadskaya mine in Kuzbass.

Испытания подтвердили преимущества предлагаемого устройства: надежность фиксации, упрощение конструкции, удобство в эксплуатации по сравнению с серийным устройством герметизации шпуров, входящим в комплекс для нагнетания скрепляющих составов КНС. Новая конструкция обеспечивает как одноразовое, так и многократное использование герметизаторов, что для серийных герметизаторов возможно скорее теоретически, а не практически, в связи с низким качеством изготовления пружинных фиксаторов. Tests have confirmed the advantages of the proposed device: the reliability of fixation, simplification of design, ease of use compared to the serial device for sealing holes, which is part of the complex for pumping fastening compositions of the SPS. The new design provides both one-time and multiple use of sealants, which for serial sealants is possible most likely theoretically, and not practically, due to the low quality of manufacture of spring clips.

Claims

A HOOD SEALING DEVICE comprising a sealant made in the form of a central tube with a sealing elastic sleeve surrounding it and a non-return valve mounted on the outlet end of the tube, an injection tube connected by a connecting thread to the central sealant tube, and a screw spacer mechanism including a spacer pipe covering the injection tube characterized in that the screw mechanism of the spacer is equipped with a pressure nut installed by means of a working thread on the central tube Operations and acting directly on the flexible sleeve and the spacer tube is provided with a face head contacting the push nut to transmit torque, wherein the working and the connecting thread sealer formed opposite direction.