Устройство и способ водоотлива для трещиноватых подстилающих слоев

Устройство и способ водоотлива для трещиноватых подстилающих слоев

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству и способу водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, которые являются особенно подходящими для водоотвода из подошвы выработки и откачки из окружающих горных пород с развитыми трещинами, мягких окружающих горных пород и водопроницаемых горных пород в рудниках, туннелях и подземных инженерных сооружениях.

Уровень техники

Окружающие горные породы с развитыми трещинами, мягкие окружающие горные породы, водопроницаемые горные породы или окружающие горные породы, содержащие слабые интеркаляции, прослои аргиллита (argillation intercalations), различные структурные плоскости или различные смешанные структуры часто встречаются в горных разработках, туннелях и подземных инженерных сооружениях, при этом мягкие окружающие горные породы, содержащие прослойки известняка, отличаются высоким набуханием и эрозией; кроме того, известняк может легко глинизироваться под совместным действием воды и динамического давления, когда взаимодействует с водой, что часто сопровождается проявлениями, например, в виде просачивания воды из окружающей горной породы, намокания и размягчения окружающей горной породы, а также вспучивания подошвы выработки и т.д.

Когда такие окружающие горные породы закрепляют с помощью анкерования подошвы выработки, возникают трудности при установке анкерных болтов для закрепления подошвы выработки и создания достаточной закрепляющей силы анкером; кроме того, обычно после проведения мероприятий по закреплению вспучивание подошвы и трещины подошвы выработки все равно возникают в условиях просачивания воды, результатом являются отрицательные воздействия на обычные условия эксплуатации выработки и безопасность работы.

Принимая во внимание указанные выше условия, требуется разработать устройство и способ водоотлива из трещиноватой подошвы выработки для удаления воды из подошвы выработки и при этом предотвращения размягчения окружающих горных пород скопившейся водой на площади разделительного слоя подошвы выработки, а также предотвращения и уменьшения вспучивания подошвы.

Устройство не только имеет простую конструкцию и является простым в применении, но также может уменьшать стоимость закрепления и эффективно увеличивать устойчивость окружающей горной породы.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема:

для преодоления недостатков уровня техники в настоящем изобретении предложено устройство и способ водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, простое по конструкции, с низкой стоимостью, простое в применении и с возможностью создания удовлетворительного водоотлива.

Техническая схема:

устройство водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, предложенное в настоящем изобретении, содержит водоотливную трубу, проходящую в ствол скважины, пробуренный в подошве выработки, и насос исполнительного механизма, причем

несколько реверсируемых фиксаторов и водоотливные отверстия в стенке расположены на наружной стенке водоотливной трубы на расстоянии,

резиновое блокирующее воду кольцо, содержащее расширяющий агент, установлено с прилеганием поверх стыка между трубными секциями водоотливной трубы,

действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка установлена в водоотливной трубе,

зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы и внутренней стенкой отверстия ствола скважины заполнен уплотнителем,

выпускной конец водоотливной трубы соединен соединительным устройством с одним концом кольцевого водоотливного сифона,

другой конец кольцевого водоотливного сифона соединен через клапан с впуском насоса исполнительного механизма и

выпуск насоса исполнительного механизма соединен через шланг с водяным баком;

водоотливная труба выполнена из бесшовной трубы из нержавеющей стали.

Действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка имеет вал с эксцентриковым шипом, может открываться и закрываться в одну сторону в ней; водоотливные отверстия расположены перпендикулярно стенке водоотливной трубы, и только одно водоотливное отверстие просверлено в каждом сечении стенки трубы; насос исполнительного механизма является стабилизирующим давление насосом с автоматическим регулированием.

Способ водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, предложенный в настоящем изобретении, включает следующие операции:

а) установка устройства водоотлива для трещиноватой подошвы выработки и

установка с прилеганием резинового блокирующего воду кольца снаружи на водоотливной трубе, в которой просверлены водоотливные отверстия и на которой установлены реверсируемые фиксаторы, а также действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка согласно условиям водосодержания в трещиноватой подошве выработки;

b) наращивание водоотливной трубы в стволе скважины до достижения водоотливной трубой забоя ствола скважины,

вытягивание водоотливной трубы назад так, что реверсируемые фиксаторы прочно фиксируются на внутренней стенке ствола скважины;

герметизация ствола скважины после фиксации водоотливной трубы,

нагнетание уплотнителя в зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы и внутренней стенкой отверстия ствола скважины;

c) соединение открытого конца водоотливной трубы соединительным устройством с одним концом кольцевого водоотливного сифона,

соединение насоса исполнительного механизма с другим концом кольцевого водоотливного сифона,

установка клапана на впуске насоса исполнительного механизма для регулирования расхода воды,

соединение насоса исполнительного механизма трубой с водяным баком и

фиксация кольцевого водоотливного сифона к сторонам подошвы выработки;

d) открытие клапана,

пуск насоса исполнительного механизма для откачки воды в подошве через кольцевой водоотливной сифон и

настройка стационарного давления для насоса исполнительного механизма контрольно-измерительным прибором так, что насос исполнительного механизма автоматически запускается и останавливается согласно давлению воды в подошве и при этом регулирует расход воды.

Положительный эффект: при всестороннее рассмотрении в целом характеристик окружающих горных пород с развитыми трещинами, мягких окружающих горных пород и водопроницаемых горных пород в рудниках, туннелях и подземных инженерных сооружениях настоящее изобретение предлагает устройство и способ водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, в котором использован принцип соединенной емкости и принцип герметизации сифона текучей среды для откачки воды в трещинах подошвы выработки и, таким образом, предотвращения выхода из строя системы закрепления при гидратации мягкой горной породы; кроме того, в настоящем изобретении применяется клапан для эффективного регулирования расхода воды так, чтобы обеспечить надежность, безопасность и устойчивость системы закрепления мягкой горной породы в условиях воды в трещинах. Устройство является конструктивно простым, дешевым, простым в применении, надежным и эффективным. Конкретные преимущества включают в себя:

1) блокирующее воду кольцо, содержащее расширяющий агент, установлено с прилеганием поверх стыка между трубными секциями водоотливной трубы для эффективного блокирования скопившейся воды согласно условиям просачивания воды из слоев горной породы и предотвращения вытекания скопившейся воды в отличающихся слоях горной породы наружу вдоль поверхности ствола скважины; кроме того, зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы и внутренней стенкой отверстия ствола скважины заполнен уплотнителем для достижения положительного эффекта блокирования воды и сопротивления эрозии;

2) другой конец кольцевого водоотливного сифона соединен через клапан с впуском насоса исполнительного механизма для эффективного управления расходом воды и предотвращения эрозии слоев горной породы вследствие проникновения наружного воздуха в ствол скважины;

3) действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка установлена в водоотливной трубе для предотвращения протекания воды, собранной в верхней части трубы в нижнюю часть, и, таким образом, предотвращения расширения и растрескивания лежащих ниже слоев горной породы в результате проникновения скопившейся воды в течение длительного времени;

4) наружный насос исполнительного механизма, соединенный с кольцевым водоотливным сифоном, является стабилизирующим давление насосом с автоматическим регулированием, который может автоматически регулировать свою работу (включение /выключение) согласно гидравлическому давлению в водоотливной трубе для образования эффективной и экономичной циркуляции водоотлива.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана принципиальная схема конструкции, предложенной в настоящем изобретении. На фиг. 1:

1 - реверсируемый фиксатор;

2 - водоотливное отверстие;

3 - действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка;

4 - блокирующее воду кольцо;

5 - водоотливная труба;

6 - уплотнитель;

7- соединительное устройство;

8 - кольцевой водоотливной сифон,

9 - насос исполнительного механизма;

10 - водяной бак;

11 - клапан.

Осуществление изобретения

Ниже настоящее изобретение дополнительно описано со ссылкой на примеры, показанные на прилагаемом чертеже.

Устройство водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, предложенное в настоящем изобретении, в основном содержит действующую в одном направлении водяную дроссельную заслонку 3, блокирующее воду кольцо 4, водоотливную трубу 5, кольцевой водоотливной сифон 8, насос 9 исполнительного механизма и водяной бак 10, при этом водоотливная труба 5 проходит в ствол скважины в подошве, конец водоотливной трубы 5, расположенный снаружи за пределами ствола скважины, соединен с кольцевым водоотливным сифоном 8, и кольцевой водоотливной сифон 8 соединен с насосом 9 исполнительного механизма; водоотливная труба 5 выполнена из бесшовной трубы из нержавеющей стали, несколько реверсируемых фиксаторов 1 и водоотливные отверстия 2 расположены на наружной стенке водоотливной трубы 5 на расстоянии, резиновое блокирующее воду кольцо 4, которое содержит расширительный агент, установлено с прилеганием поверх стыка между трубными секциями водоотливной трубы 5, действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка 3 установлена в водоотливной трубе 5 и имеет вал с эксцентриковым шипом, выполненный с возможностью открытия и закрытия в одну сторону; когда вода отсутствует, действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка 3 свободно опускается под действием силы тяжести и находится в закрытом положении; когда имеется вода, действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка 3 отодвигается направленной вверх силой давления, приложенного снизу потоком воды.

Зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы 5 и внутренней стенкой отверстия ствола скважины заполнен уплотнителем 6, выпускной конец водоотливной трубы 5 соединен соединительным устройством 7 с одним концом кольцевого водоотливного сифона 8, другой конец кольцевого водоотливного сифона 8 соединен через клапан 11 с впуском насоса 9 исполнительного механизма, насос 9 исполнительного механизма является стабилизирующим давление насосом с автоматическим регулированием, и выпуск насоса 9 исполнительного механизма соединен через шланг с водяным баком 10; водоотливные отверстия 2 расположены перпендикулярно стенке водоотливной трубы 5, и только одно отверстие просверлено в каждом сечении стенки трубы.

Способ водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, предложенный в настоящем изобретении, включает следующие операции:

a) установка устройства водоотлива для трещиноватой подошвы выработки и

установка с прилеганием резинового блокирующего воду кольца 4 снаружи на водоотливной трубе 5, в которой просверлены водоотливные отверстия 2 и на которой установлены реверсируемые фиксаторы 1 и действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка 3 согласно известным условиям водосодержания в трещиноватой подошве выработки;

b) наращивание водоотливной трубы 5, устанавливаемой с фитингами в ствол скважины, до достижения водоотливной трубой 5 забоя ствола скважины,

затем вытягивание водоотливной трубы 5 назад так, что реверсируемые фиксаторы 1 прочно фиксируются на внутренней стенке ствола скважины;

герметизация ствола скважины после фиксации водоотливной трубы 5,

нагнетание уплотнителя 6 в зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы 5 и внутренней стенкой отверстия ствола скважины;

герметизация пространства между стволом скважины и водоотливной трубой 5;

c) соединение открытого конца водоотливной трубы 5 с одним концом кольцевого водоотливного сифона 8 соединительным устройством 7,

соединение насоса 9 исполнительного механизма с другим концом кольцевого водоотливного сифона 8,

установка клапана 11 на впуске насоса 9 исполнительного механизма для регулирования расхода воды,

соединение насоса 9 исполнительного механизма трубой с водяным баком 10 и

фиксация кольцевого водоотливного сифона 8 к сторонам подошвы выработки;

d) открытие клапана 11,

пуск насоса 9 исполнительного механизма для откачки воды в подошве через кольцевой водоотливной сифон 8 и

настройка стационарного давления для насоса 9 исполнительного механизма контрольно-измерительным прибором так, что насос 9 исполнительного механизма автоматически запускается и останавливается согласно давлению воды в подошве и при этом регулирует расход воды.

1. Устройство водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, содержащее водоотливную трубу (5), проходящую в ствол скважины, пробуренный в подошве выработки, и насос (9) исполнительного механизма, причем:

несколько реверсируемых фиксаторов (1) и водоотливные отверстия (2) расположены на наружной стенке водоотливной трубы (5) на расстоянии,

резиновое блокирующее воду кольцо (4), содержащее расширяющий агент, установлено с прилеганием поверх стыка между трубными секциями водоотливной трубы (5),

действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка (3) установлена в водоотливной трубе (5),

зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы (5) и внутренней стенкой отверстия ствола скважины заполнен уплотнителем (6),

выпускной конец водоотливной трубы (5) соединен соединительным устройством (7) с одним концом кольцевого водоотливного сифона (8),

другой конец кольцевого водоотливного сифона (8) соединен через клапан (11) с впуском насоса (9) исполнительного механизма и

выпуск насоса (9) исполнительного механизма соединен через шланг с водяным баком (10);

водоотливная труба (5) выполнена из бесшовной трубы из нержавеющей стали.

2. Устройство водоотлива для трещиноватой подошвы выработки по п. 1, в котором действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка (3) имеет вал с эксцентриковым шипом, который выполнен с возможностью открытия и закрытия в одну сторону в ней.

3. Устройство водоотлива для трещиноватой подошвы выработки по п. 1, в котором водоотливные отверстия (2) расположены перпендикулярно стенке водоотливной трубы (5) и только одно отверстие просверлено в каждом сечении стенки трубы.

4. Устройство водоотлива для трещиноватой подошвы выработки по п. 1, в котором насос (9) исполнительного механизма является стабилизирующим давление насосом с автоматическим регулированием.

5. Способ водоотлива для трещиноватой подошвы выработки с использованием устройства по любому из пп. 1-4, включающий следующие операции:

a) установка устройства водоотлива для трещиноватой подошвы выработки и

установка с прилеганием резинового блокирующего воду кольца (4) снаружи на водоотливной трубе (5), в которой просверлены водоотливные отверстия (2) и на которой установлены реверсируемые фиксаторы (1) и действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка (3) согласно условиям водосодержания трещиноватой подошвы выработки;

b) наращивание водоотливной трубы (5) в стволе скважины до достижения водоотливной трубой (5) забоя ствола скважины,

затем вытягивание водоотливной трубы (5) назад так, что реверсируемые фиксаторы (1) прочно фиксируются на внутренней стенке ствола скважины;

герметизация ствола скважины после фиксации водоотливной трубы (5),

нагнетание уплотнителя (6) в зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы (5) и внутренней стенкой отверстия ствола скважины;

c) соединение открытого конца водоотливной трубы (5) с одним концом кольцевого водоотливного сифона (8) соединительным устройством (7),

соединение насоса (9) исполнительного механизма с другим концом кольцевого водоотливного сифона (8),

установка клапана (11) на впуске насоса (9) исполнительного механизма для регулирования расхода воды,

соединение насоса (9) исполнительного механизма трубой с водяным баком (10) и

фиксация кольцевого водоотливного сифона (8) к сторонам подошвы выработки;

d) открытие клапана (11),

пуск насоса (9) исполнительного механизма для откачки воды в подошве через кольцевой водоотливной сифон (8) и

настройка стационарного давления для насоса (9) исполнительного механизма контрольно-измерительным прибором так, что насос (9) исполнительного механизма автоматически запускается и останавливается согласно давлению воды в подошве и при этом регулирует расход воды.