Устройство для крепления горных выработок

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при креплении подземных горных выработок при их проведении. Целью изобретения является упрощение конструкции запорного элемента. Устройство включает гибкий рукав-оболочку со штуцером и соединенный с ним посредством запорного элемента трубопровод для нагнетания твердеющего тампонажного материала на основе цемента. Запорный элемент выполнен в виде трубки из фиксирующего материала. Запорный элемент может быть образован из свернутой спиралеобразно фильтрующей ткани. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при креплении подземных горных выработок при их проведении.

Известно устройство для крепления горных выработок, включающее эластичную тканевую оболочку, например из вентиляционной трубы, соединенный с оболочкой штуцер и подающий трубопровод с бетононасосом для заполнения оболочки твердеющим материалом (цементно-песчаным раствором или ангидритом и др. ). Подающий трубопровод соединен со штуцером через запорный элемент.

Недостаток устройства заключается в том, что для предотвращения вытекания материала из оболочки после его нагнетания каждый штуцер оболочки индивидуально снабжен запорным элементом в виде крана или обратного клапана, которые конструктивно представляют более сложную конструкцию по сравнению с заполняемой тканевой оболочкой, выполняющей основную функцию в креплении выработки.

Известно другое устройство для крепления горных выработок, включающее гибкий рукав-оболочку из ткани, подающий в оболочку твердеющий материал, патрубок-штуцер, соединенный с оболочкой и трубопроводом от бетононасоса, и запорный элемент, выполненный в виде обратного клапана, встроенного в патрубок-штуцер.

Недостаток такого устройства заключается в сложности выполнения патрубка-штуцера с встроенным в него обратным клапаном. Учитывая тот факт, что устройство не может быть многократно использовано, это приводит к удорожанию его, а, следовательно, и крепления.

Кроме того, выполняя функцию по предотвращению вытекания материала из оболочки после его нагнетания, запорный элемент так же как и в известном устройстве требует дополнительных средств для контроля давления материала в тканевой оболочке с тем, чтобы в необходимый момент времени перекрыть доступ материала в оболочку. В противном случае емкость может быть повреждена при превышении давления нагнетания или наоборот, доступ текучего материала в нее может быть прекращен до того, как она полностью заполнится.

Целью изобретения является упрощение конструкции запорного элемента.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для крепления горных выработок, включающем гибкий рукав-оболочку со штуцером и соединенный с ним посредством запорного элемента трубопровод для нагнетания твердеющего тампонажного материала на основе цемента, запорный элемент выполнен в виде трубки из фильтрующего материала.

Выполненный в виде трубки запорный элемент образован из свернутой спиралеобразно фильтрующей ткани.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается тем, что запорный элемент выполнен в виде трубки из фильтрующего материала, в частности трубки, образованной из свернутой спиралеобразно фильтрующей ткани. Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение предлагаемого устройства не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "существенные отличия". При заполнении гибкого рукава-оболочки твердеющим материалом на основе цемента, в частности цементно-песчаного тампонажного раствора, раствор проходит через трубку из фильтрующего материала с большой скоростью при малом давлении. Фильтрация жидкой фазы раствора через трубку, т. е. запорный элемент, в этот момент незначительна. После заполнения твердеющим материалом рукава-оболочки в нем и запорном элементе резко повышается давление, а, следовательно, и фильтрация жидкой фазы (воды) через стенки трубки из фильтрующего материала, что приводит к образованию пробки в ней из отфильтрованного материала, который препятствует нагнетанию материала в рукав-оболочку и вытеканию его из рукава-оболочки после отсоединения от трубопровода, связанного с насосом.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - поперечное сечение запорного элемента до нагнетания твердеющего материала; на фиг. 3 - поперечное сечение запорного элемента в процессе нагнетания твердеющего материала; на фиг. 4 - поперечное сечение запорного элемента после окончания нагнетания материала.

Устройство для крепления горных выработок содержит рукав-оболочку 1, выполненный из нерастяжимого гибкого материала, один конец которого наглухо закрыт, а другой снабжен штуцером 2 для нагнетания твердеющего материала. Штуцер 2 соединен с трубопроводом 3 насоса 4 для нагнетания твердеющего материала посредством запорного элемента, выполненного в виде трубки 5 из фильтрующего материала. Рукав-оболочка 1 имеет удлиненную цилиндрическую форму, длина которого соответствует длине закрепляемого пространства или длине крепежных элементов (стойка, верхняк) и может составлять 1-10 м, а диаметр 0,2-0,5 м. Материалом для изготовления рукава-оболочки 1 могут служить использованные вентиляционные трубы, стеклоткань, брезент, практически нефильтрующие жидкую фазу нагнетаемого в них материала.

Запорный элемент в виде трубки 5 может быть выполнен из хорошо фильтрующей жидкость капроновой ткани, сложенной в 2-4 слоя и сшитой в трубку. Наиболее предпочтительно выполнение запорного элемента в виде трубки 5 из капроновой сетки с размером отверстий 0,5х0,5-0,6х0,6 мм и толщиной нитей 0,2-0,4 мм свернутой спиралеобразно в 2-3 слоя. Образованная таким образом трубка 5 закрепляется с одной стороны на штуцере 2, а с другой - на трубопроводе 3 насоса 4 посредством хомутов, бандажей и т. п. (не показано). Диаметр трубки 5 составляет 30-50 мм и соответствует диаметрам штуцера 2 и трубопровода 3, длина трубки принимается равной 0,3-0,5 м из условия надежного закрепления на штуцере 2 и трубопроводе 3.

Устройство работает следующим образом.

Рукав-оболочку 1 размещают между породным контуром 6 и межрамным ограждением 7. Запорный элемент в виде трубки 5 из фильтрующего материала закрепляют с одной стороны на штуцере 2, а с другой - на трубопроводе 3 насоса 4. Приготовленный тампонажный материал на основе цемента, например, цементно-песчаный раствор состава: цемент: песок: вода, взятые соответственно в соотношении 1: 3: 3, насосом 4 нагнетают по трубопроводу 3, трубке 5 и штуцеру 2 в полость рукав-оболочки 1. В процессе нагнетания тампонажного раствора на основе цемента в гибкий рукав-оболочку 1 в трубке 5 из фильтрующего материала на ее стенках по всей длине между торцами штуцера 2 и трубопровода 3 происходит осаждение твердых частиц из отфильтрованного материала (см. фиг. 3). Слой 8 отфильтрованного материала по мере нагнетания тампонажного раствора в рукав-оболочку 1 постепенно увеличивается вследствие постоянной фильтрации, что приводит к уменьшению поперечного сечения канала 9 для нагнетания раствора в рукав-оболочку 1 и повышению скорости движения раствора в образовавшемся канале 9. Уменьшение сечения канала 9 и повышение скорости движения тампонажного раствора в нем происходит до тех пор, пока не установится равновесие в скорости осаждения на стенках трубки 5 твердых частиц и скорости движения раствора, размывающего слой 8 осажденного материала. В результате этого в средней части трубки 5 остается канал 9, по которому в рукав-оболочку 1 поступает раствор. После полного заполнения рукава-оболочки 1 резко снижается скорость движения раствора в образовавшемся в трубке 5 канале 9 и повышается давление поступающего раствора, при этом интенсивность отфильтровывания жидкой фазы в трубке 5 повышается, и канал 9 для движения раствора в ней перекрывается с образованием пробки 10 (см. фиг. 4) из отфильтрованного материала по всей длине между штуцером 2 и трубопроводом 3. Пробка 10 представляет собой спрессованную массу твердых частиц песка и цемента, имеющих большое сцепление между собой и материалом трубки 5 из фильтрующего материала. Момент образования пробки 10 фиксируется резким возрастанием давления на манометре насоса 4. Насос 4 выключают, тампонажный раствор сбрасывает через обратный клапан насоса 4 в емкость для тампонажного раствора, после этого отсоединяют трубопровод 3 от трубки 5 или обрезают трубку 5 у трубопровода 3.

Под действием давления твердеющего материала рукав-оболочка 1 принимает форму пространства между породным контуром 6 и межрамным ограждением 7. Твердеющий материал схватывается и затвердевает, обеспечивая плотный контакт межрамного ограждения 7 с породным контуром 6.

Экспериментально было установлено, что при нагнетании цементно-песчаного раствора в рукав-оболочку 1 из брезента длиной 2 м и диаметром 0,3 м, при диаметре трубки 45 мм, изготовленной из капроновой сетки с размером отверстий 0,6х0,6 мм и толщиной нитей 0,3 мм, свернутой спиралеобразно в 3 слоя, образование пробки 10 из отфильтрованного материала происходит при достижении давления тампонажного раствора внутри рукава-оболочки 1, равного 0,3 МПа и давлении в трубопроводе 3 насоса, равном 1,2 МПа. При этом было установлено, что для предотвращения разрушения (выдавливания) пробки 10 насосом 4 или давлением тампонажного раствора в рукаве-оболочке 1 после отсоединения трубопровода 3 достаточно иметь длину пробки 10, равную 50 мм. Исходя из этого, длина трубки 5 между штуцером 2 и трубопроводом 3, на которой образуется пробка 10, с учетом запаса прочности принимается из условия, при котором отношение диаметра трубки 5 к длине пробки 10 составляет не менее 1: 3.

Использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет упростить запорный элемент при нагнетании в рукав-оболочку тампонажных растворов на основе цемента, упростить контроль процесса нагнетания и исключить необходимость в контроле давления материала в рукаве-оболочке, поскольку при резком повышении давления нагнетаемого материала, доступ его в рукав-оболочку автоматически перекрывается. Запорный элемент изготавливается из широко распространенных дешевых материалов, не требующих специальной обработки и оборудования. (56) Патент ФРГ N 3408823, кл. E 21 D 11/04, 1984.

Авторское свидетельство СССР N 1055879, кл. E 21 D 11/00, 1982.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАбОТОК/ включающее гибкий рукав-оболочку со штуцером и соединенный с ним посредством запорного элемента трубопровод для нагнетания твердеющего тампонажного материала на основе цемента, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции запорного элемента, последний выполнен в виде трубки из фильтрующего материала.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выполненный в виде трубки запорный элемент образован из свернутой спиралеобразно фильтрующей ткани.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4