RU2124129C1

RU2124129C1 - Injection device for consolidation of rock materials

Info

Publication number: RU2124129C1
Application number: RU97108452/03A
Authority: RU
Inventors: Б.Н. Попов-Толмачев
Original assignee: Попов-Толмачев Борис Николаевич
Priority date: 1997-05-22
Filing date: 1997-05-22
Publication date: 1998-12-27

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: injection device is intended for injecting consolidating solution into mass of rock materials for its strengthening. Injection device has vessels containing components of consolidating solution, pipelines, mixer, hermetic sealing unit, and multiple-piston pump with frame and hydraulic cylinders which are pivotally connected to frame and are rigidly connected to each other by means of cross-member. Hydraulic cylinders are provided with individual crank mechanisms of pump drive, and with levers having cranks which are interlocked by means of common shaft. Cross-member is connected with regulator of capacity of hydraulic cylinders through their synchronous turning. Aforesaid embodiment widens field of application of injection device because it allows for injecting components of consolidating solution of any kind and in required proportions. EFFECT: higher efficiency.

Description

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам для упрочнения горных пород путем нагнетания в них многокомпонентного закрепляющего раствора. The invention relates to the mining industry, and in particular to devices for hardening rocks by injecting a multicomponent fixing solution into them.

Известно устройство для упрочнения горных пород, содержащее емкости с компонентами закрепляющего раствора, многоплунжерный насос, двигатель, трубопроводы, герметизатор, смеситель и регулятор производительности, установленный на рабочей полости плунжера подачи отвердителя закрепляющего раствора и выполненный в виде корпуса, размещенного в нем подпружиненного плунжера и установленного в корпусе винтового ограничителя хода плунжера /1/. A device for hardening rocks containing containers with components of a fixing solution, a multi-plunger pump, an engine, pipelines, a sealant, a mixer and a capacity regulator installed on the working cavity of the plunger for supplying a hardener for fixing solution and made in the form of a housing, a spring-loaded plunger placed therein and installed in the housing of the screw stop of the plunger stroke / 1 /.

Недостатком известного устройства является невозможность регулирования общей производительности насоса при применении асинхронных электродвигателей, используемых для шахтного оборудования. Кроме того, недостатком этого устройства также является низкое качество упрочнения горных пород, в связи с тем, что в начальной фазе каждого цикла насос подает смолу в смеситель без отвердителя, так как отвердитель поступает в смеситель с задержкой только после заполнения им полости корпуса регулятора с подпружиненным плунжером. Подача отвердителя в смеситель с задержкой приводит к нарушению необходимого соотношения компонентов закрепляющего раствора и, как следствие, к потере им закрепляющих свойств. A disadvantage of the known device is the inability to control the total pump capacity when using asynchronous electric motors used for mine equipment. In addition, the disadvantage of this device is also the low quality of rock hardening, due to the fact that in the initial phase of each cycle the pump feeds resin into the mixer without hardener, since the hardener enters the mixer with a delay only after filling the cavity of the regulator body with a spring-loaded plunger. The supply of hardener to the mixer with a delay leads to a violation of the necessary ratio of the components of the fixing solution and, as a result, to the loss of fixing properties.

Известно инъекционное устройство для упрочнения горных пород, содержащее емкости с компонентами закрепляющего раствора, трубопроводы, смеситель, герметизатор и многопоршневой насос с кривошипно-шатунным приводом, гидроцилиндрами, штоки которых жестко соединены между собой траверсой, и регулятором производительности гидроцилиндров, выполненным в виде рычажно-винтового механизма /2/. Known injection device for hardening rocks containing containers with components of a fixing solution, pipelines, a mixer, a sealant and a multi-piston pump with a crank drive, hydraulic cylinders, the rods of which are rigidly interconnected by a traverse, and a performance controller of hydraulic cylinders made in the form of a lever-screw mechanism / 2 /.

Недостатком этого инъекционного устройства для упрочнения горных пород является его ограниченная область применения, так как для упрочнения горных пород применяют закрепляющие растворы разных видов в неодинаковым соотношением компонентов, а насосом известного устройства, в котором отсутствует элемент для регулирования соотношения нагнетаемых компонентов, возможно нагнетание компонентов только при одном варианте их соотношения, пропорциональном соотношению квадратов диаметров поршней гидроцилиндров, потому что их штоки жестко соединены между собой траверсой. The disadvantage of this injection device for hardening rocks is its limited scope, since different types of fixing solutions are used in rock hardening in an unequal ratio of components, and a pump of the known device, in which there is no element for regulating the ratio of injected components, it is possible to inject components only with one variant of their ratio, proportional to the ratio of squares of diameters of the pistons of the hydraulic cylinders, because their rods are rigidly dineny between a crosspiece.

В основу изобретения поставлена задача создания инъекционного устройства для упрочнения горных пород с такими элементами конструкции и их связями, которые позволили бы расширить область применения устройства за счет обеспечения нагнетания закрепляющих растворов с любым соотношением компонентов. The basis of the invention is the task of creating an injection device for hardening rocks with such structural elements and their connections that would expand the scope of the device by providing injection of fixing solutions with any ratio of components.

Поставленная задача решена созданием инъекционного устройства для упрочнения горных пород, включающего емкости с компонентами закрепляющего раствора, трубопроводы, смеситель, герметизатор и многопоршневой насос с рамой, кривошипно-шатунным приводом, гидроцилиндрами со штоками и с регулятором производительности гидроцилиндров, в котором привод снабжен для каждого гидроцилиндра индивидуальным кривошипно-шатунным механизмом с рычагом, кривошипы которых сблокированы общим валом, при этом один конец каждого рычага шарнирно соединен с шатуном механизма, а другой - с рамой, причем на рычагах установлены ползуны, с которыми шарнирно соединены штоки гидроцилиндров, а корпусы гидроцилиндров шарнирно соединены с рамой и жестко между собой траверсой, соединенной с регулятором производительности гидроцилиндров, с помощью которого возможен синхронный поворот гидроцилиндров относительно своих шарниров. Регулятор производительности гидроцилиндров может быть выполнен в виде винтового механизма, гайка которого шарнирно соединена с траверсой, а винт посредством упорного подшипников и шарнира соединен с рамой. The problem is solved by the creation of an injection device for hardening rocks, including containers with fixing mortar components, pipelines, a mixer, a sealant and a multi-piston pump with a frame, a crank drive, hydraulic cylinders with rods and a hydraulic cylinder capacity regulator, in which the drive is equipped for each hydraulic cylinder individual crank mechanism with a lever, the cranks of which are blocked by a common shaft, while one end of each lever is pivotally connected to mechanism, and the other with a frame, and on the levers there are sliders with which the hydraulic cylinder rods are pivotally connected, and the hydraulic cylinder bodies are pivotally connected to the frame and rigidly interconnected by a traverse connected to the hydraulic cylinder performance regulator, with which it is possible to synchronously rotate the hydraulic cylinders relative to their hinges. The performance regulator of hydraulic cylinders can be made in the form of a screw mechanism, the nut of which is pivotally connected to the traverse, and the screw is connected to the frame by means of thrust bearings and a hinge.

На чертеже изображена принципиальная схема инъекционного устройства для упрощения горных пород. The drawing shows a schematic diagram of an injection device for simplifying rocks.

Инъекционное устройство для упрочнения горных пород состоит из емкостей 1 с компонентами закрепляющего раствора, трубопроводов 2, смесителя 3, герметизатора 4 и многопоршневого насоса 5, включающего раму 6, кривошипно-шатунный привод 7, гидроцилиндры 8 со штоками 9 и регулятор 10 производительности гидроцилиндров 8. Кривошипно-шатунный привод 7 состоит из двигателя 11, муфты 12, редуктора 13 и снабжен для каждого гидроцилиндра 8 индивидуальным кривошипно-шатунным механизмом 14 с рычагом 15. Кривошипы 16 механизмов 14 сблокированы общим валом 17. Один конец каждого рычага 15 шарнирно соединен с шатуном 18 механизма 14, а другой - посредством шарнира 19 с рамой 6. На рычагах 15 установлены ползуны 20, с которыми шарнирно соединены штоки 9 гидроцилиндров 8. Корпусы гидроцилиндров 8 шарнирно соединены с рамой 6 и жестко между собой траверсой 21, соединенной с регулятором 10 производительности гидроцилиндров 8. С помощью регулятора 10 возможен синхронный поворот гидроцилиндров 8 относительно своих шарниров 22. Гидроцилиндры 8 включают поршни 23, всасывающие 24 и нагнетательные 25 клапаны. Гибкими всасывающими рукавами 26 гидроцилиндры 8 соединены с емкостями 1 и напорными 27 - с трубопроводами 2. The injection device for hardening rocks consists of tanks 1 with components of a fixing solution, pipelines 2, a mixer 3, a sealant 4 and a multi-piston pump 5, including a frame 6, a crank drive 7, hydraulic cylinders 8 with rods 9 and a regulator 10 for the performance of hydraulic cylinders 8. The crank drive 7 consists of an engine 11, a clutch 12, a gear 13 and is equipped for each hydraulic cylinder 8 with an individual crank mechanism 14 with a lever 15. The cranks 16 of the mechanisms 14 are blocked by a common shaft 17. One to the end of each lever 15 is pivotally connected to the connecting rod 18 of the mechanism 14, and the other by means of a hinge 19 with the frame 6. On the levers 15 there are sliders 20 with which the rods 9 of the hydraulic cylinders are pivotally connected 8. The bodies of the hydraulic cylinders 8 are pivotally connected to the frame 6 and are rigidly interconnected a traverse 21 connected to the controller 10 of the performance of the hydraulic cylinders 8. Using the controller 10, the hydraulic cylinders 8 can synchronously rotate relative to their hinges 22. The hydraulic cylinders 8 include pistons 23, suction 24 and pressure 25 valves. Flexible suction hoses 26 hydraulic cylinders 8 are connected with tanks 1 and pressure 27 - with pipelines 2.

Регулятор 10 производительности гидроцилиндров 8 может быть выполнен в виде винтового механизма, гайка 28 которого посредством шарнира 29 соединена с траверсой 21, а винт 30 посредством упорного подшипника 31 и шарнира 32 соединен с рамой 6 с возможностью вращения вокруг собственной оси и наклона относительно рамы 6 в плоскости параллельной плоскостям кривошипно-шатунных механизмов 14. Для вращения винта 30 его свободный конец снабжен рукояткой 33. The controller 10 of the performance of the hydraulic cylinders 8 can be made in the form of a screw mechanism, the nut 28 of which is connected via a hinge 29 to the traverse 21, and the screw 30 is connected via a thrust bearing 31 and a hinge 32 to the frame 6 with the possibility of rotation around its own axis and tilt relative to the frame 6 the plane parallel to the planes of the crank mechanisms 14. To rotate the screw 30, its free end is equipped with a handle 33.

Многопоршневой насос 5 снабжается набором сменных кривошипов 16 разной длины или кривошипом 16 с регулируемой длиной, обеспечивающим нагнетание компонентов в требуемом соотношении для любого вида применяемых закрепляющих растворов. Вместо кривошипов 16 в насосе 5 может быть применен набор эксцентриков с разными эксцентриситетами или эксцентрик с регулируемым эксцентриситетом. The multi-piston pump 5 is equipped with a set of interchangeable cranks 16 of different lengths or a crank 16 with an adjustable length that ensures injection of components in the required ratio for any type of fixing solutions used. Instead of cranks 16, a set of eccentrics with different eccentricities or an eccentric with adjustable eccentricity can be used in pump 5.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Для нагнетания закрепляющего раствора в упрочняемый массив горных пород герметизатор 4 размещают в предварительно пробуренном шпуре 34 и включают двигатель 11 многопоршневого насоса 5. Вращающиеся кривошипы 16 через шатуны 18 сообщают рычагам 15 качательные движения относительно шарнирных опор 19. Качающиеся рычаги 15 через ползуны 20 сообщают поршням 23 со штоками 9 возвратно-поступательные движения, при этом гидроцилиндры 8 через всасывающие клапаны 24 и емкостей 1 всасывают компоненты закрепляющего раствора и подают их через нагнетательные клапаны 25 в трубопроводы 2, из которых они через смеситель 3 и герметизатор 4 под давлением поступают в шпур 34. Смешанные в смесителе 3 компоненты закрепляющего раствора из шпура 34 по трещинам под давлением проникают в массив горных пород и, отверждаясь, упрочняют его. To inject the fixing solution into the hardened rock mass, the sealant 4 is placed in a pre-drilled hole 34 and the multi-piston pump 5 engine 11 is turned on. Rotating cranks 16 through the connecting rods 18 tell the levers 15 swinging movements relative to the hinge supports 19. The swinging levers 15 through the sliders 20 tell the pistons 23 with rods 9 reciprocating movements, while the hydraulic cylinders 8 through the suction valves 24 and containers 1 suck in the components of the fixing solution and feed them through the discharge valves apans 25 into pipelines 2, from which they pass through a borehole through a mixer 3 and a sealant 4 into a hole 34 under pressure. The components of the fixing solution mixed from a borehole 3 from a hole 34 penetrate the rock mass through cracks under pressure and harden it and harden it.

По мере насыщения массива горных пород закрепляющим раствором его поглощающая способность снижается, при этом возрастает давление нагнетания. В целях предотвращения гидроразрыва массива горных пород давление нагнетания снижают путем уменьшения производительности гидроцилиндров 8. Для этого с помощью рукоятки 33 вращают винт 30 таким образом, чтобы гидроцилиндры 8 траверсой 21 поворачивались относительно своих шарнирных опор 22 в сторону рамы 6, при этом шатуны 18 гидроцилиндров 8 смещают ползуны 20 вдоль рычагов 15 в сторону их шарнирных опор 19, плечи рычагов 15 между их опорами 19 и ползунами 20 уменьшаются и соответственно уменьшаются ходы поршней 23 и производительности гидроцилиндров 8. Жесткое соединение гидроцилиндров 8 между собой траверсой 21 обеспечивает их синхронный поворот относительно своих шарниров 22 и, соответственно, синхронное изменение ходов поршней 23, что позволяет при регулировании производительности гидроцилиндров 8 сохранять объемное соотношение нагнетаемых компонентов закрепляющего раствора. As the rock mass is saturated with a fixing solution, its absorption capacity decreases, while the discharge pressure increases. In order to prevent hydraulic fracturing of the rock mass, the discharge pressure is reduced by reducing the performance of the hydraulic cylinders 8. To do this, use the handle 33 to rotate the screw 30 so that the hydraulic cylinders 8 with a traverse 21 rotate relative to their hinged supports 22 towards the frame 6, while the connecting rods 18 of the hydraulic cylinders 8 slide the sliders 20 along the levers 15 to the side of their hinged supports 19, the shoulders of the levers 15 between their supports 19 and the sliders 20 are reduced and, accordingly, the strokes of the pistons 23 and the performance of the hydraulic cylinders 8. A rigid connection of the hydraulic cylinders 8 to each other with the cross-beam 21 ensures their synchronous rotation relative to their hinges 22 and, accordingly, the synchronous change in the strokes of the pistons 23, which allows the volumetric ratio of the injected components of the fixing solution to be controlled when adjusting the performance of the hydraulic cylinders 8.

Для повышения производительности гидроцилиндров 8 винт 30 вращают так, чтобы плечи рычагов 15 между ползунами 20 и шарнирными опорами 19 увеличивались, при этом будут увеличиваться ходы поршней 23 и, соответственно, будут увеличиваться подачи гидроцилиндров 8. To increase the performance of the hydraulic cylinders 8, the screw 30 is rotated so that the shoulders of the levers 15 between the sliders 20 and the pivot bearings 19 increase, while the strokes of the pistons 23 will increase and, accordingly, the supply of hydraulic cylinders 8 will increase.

При переходе на упрочнение горных пород закрепляющим раствором, отличающимся соотношением его компонентов от ранее нагнетаемого, производят замену кривошипов 16 или регулировку их длины для нагнетания компонентов нового закрепляющего раствора в требуемом соотношении. When switching to hardening of rocks with a fixing solution that differs in the ratio of its components from the previously injected, the cranks 16 are replaced or their length is adjusted to pump the components of the new fixing solution in the required ratio.

Применение в приводе 7 многопоршневого насоса 5 индивидуальных кривошипно-шатунных механизмов 14 с рычагами 15 для гидроцилиндров 8, кривошипов 16, сблокированных в приводе 7 общим валом 17, и шарнирное соединение гидроцилиндров 8 с рамой 6 и жесткое между собой траверсой 21, соединенной с регулятором 10 производительности гидроцилиндров 8, расширяют область применения инъекционного устройства, так как индивидуальные кривошипно-шатунные механизмы 14 гидроцилиндров 8 обладают возможностью применения в них кривошипов 16 разной длины, что обеспечивает нагнетание компонентов закрепляющего раствора любого вида в требуемом соотношении. The use in the drive 7 of a multi-piston pump 5 of individual crank mechanisms 14 with levers 15 for hydraulic cylinders 8, cranks 16 interlocked in the drive 7 by a common shaft 17, and a hinged connection of hydraulic cylinders 8 with a frame 6 and a rigid traverse 21 connected to the regulator 10 the performance of hydraulic cylinders 8, expand the scope of the injection device, since individual crank mechanisms 14 of hydraulic cylinders 8 have the ability to use cranks 16 of different lengths in them, which ensures injecting a component of the fixing solution in the form of any desired ratio.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 1165793, кл. E 21 D 20/00, 1986 г.Sources of information:
1. USSR author's certificate N 1165793, cl. E 21 D 20/00, 1986

2. Авторское свидетельство СССР N 1627709, кл. E 21 D 11/00, 1989 г. 2. USSR author's certificate N 1627709, cl. E 21 D 11/00, 1989

Claims

1. An injection device for hardening rocks, including tanks with components of the fixing solution, pipelines, a mixer, a sealant and a multi-piston pump with a frame, a crank drive, hydraulic cylinders with rods and with a capacity regulator for hydraulic cylinders, characterized in that the drive is equipped for each hydraulic cylinder individual crank mechanism with a lever, the cranks of which are blocked by a common shaft, while one end of each lever is pivotally connected to the connecting rod of the mechanism, and the other - with a frame, and on the levers there are sliders with which the hydraulic cylinder rods are pivotally connected, and the hydraulic cylinder bodies are pivotally connected to the frame and rigidly interconnected by a traverse connected to the hydraulic cylinder capacity regulator, with the help of which the hydraulic cylinders can rotate synchronously relative to their hinges.

2. The device according to claim 1, characterized in that the performance controller of the hydraulic cylinders is made in the form of a screw mechanism, the nut of which is pivotally connected to the traverse, and the screw is connected to the frame by means of a thrust bearing and a hinge.