Герметизатор шпура

 

Изобретение предназначено для перекрытия зазора между стенкой шнура и трубой, с помощью которой жидкости нагнетаются в горный массив. Сущность изобретения заключается в том, что в герметизаторе, включающем трубу, герметизирующий элемент из эластичного материала, нажимное приспособление, стопор для обеспечения неподвижности трубы и обратный клапан, эластичность герметизирующего элемента возрастает от торцов к середине, обратный клапан выполнен в виде колпачка с щелью из упруго эластичного материала, причем герметизирующий элемент и обратный клапан выполнены как одно целое. Стопор выполнен в виде упругих шипов, размещенных в пазах на наружной поверхности герметизирующего элемента. Герметизирующий элемент может быть выполнен в виде соосных втулок, эластичность которых возрастает от концевых к средней. Предлагаемый герметизатор позволяет повысить надежность его закрепления в шпуре, снизить металлоемкость герметизатора и упростить технологии его сборки и установки в шпуре. 1 з. п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к горно-добывающей промышленности, а именно к устройствам для подачи скрепляющего состава в шпур при упрочнении горных пород.

Известен герметизатор шпура, содержащий трубу, надетый на нее герметизирующий элемент из эластичного материала с твердостью, продольно уменьшающейся от торцев к середине, стопор для обеспечения неподвижности трубы, выполненный в виде остроконечных выступов на поверхности герметизирующего элемента, вершины которых размещены на окружности с диаметром больше диаметра шпура, и обратный клапан, выполненный в виде корпуса с седлом и шарика с пружиной, прижимающей его к седлу.

Известный герметизатор шпура имеет следующие недостатки: низкую надежность закрепления в шпуре, так как герметизирующий элемент изготовлен из эластичного материала с изменяющейся твердостью, которая не является характеристикой его эластичности и поэтому не может гарантировать требуемый распор герметизирующего элемента в шпуре.

Конструкция обратного клапана, включающая корпус, шарик (клапан) седло клапана и пружину, усложняет технологию сборки герметизатора и увеличивает его металлоемкость. Работоспособность стопора для обеспечений неподвижности трубы ограничена, так как в шпурах увеличенного диаметра (разбитых при бурении) выступы герметизирующего элемента не входят в плотный контакт со стенкой шпура и не обеспечивают неподвижность трубы. Увеличение выступов герметизирующего элемента не может повысить работоспособность стопора, так как в этом случае невозможен ввод герметизатора в шпур номинального диаметра из-за отсутствия мест для утапливания излишней высоты выступов. Поэтому при невозможности закрепить известный герметизатор в шпуре увеличенного диаметра его извлекают из шпура, предварительно распирают герметизирующий элемент до диаметра, при котором выступы смогут гарантированно войти в плотный контакт со стенкой шпура, и повторно вводят в шпур для закрепления, что повышает трудоемкость установки герметизаторов в шпурах.

Фиксирование неподвижности трубы относительно герметизирующего элемента достигается только за счет надевания последнего на трубу с натягом, что усложняет технологию сборки герметизатора.

Цель изобретения повышение надежности закрепления герметизатора в шпуре, снижение металлоемкости и упрощение технологий его сборки и установки в шпуре.

Поставленная цель достигается тем, что в герметизаторе шпура, включающем трубу, надетый на нее герметизирующий элемент из эластичного материала, навинченное на трубу нажимное приспособление для распора герметизирующего элемента, стопор для обеспечения неподвижности трубы и обратный клапан, эластичность герметизирующего элемента возрастает от торцов к середине, обратный клапан выполнен в виде колпачка из упруго эластичного материала, премыкающего своей полостью к полости трубы, дно которого имеет наружный гребень, снабженный сквозной беззазорной продольной щелью, соединяющей полость колпачка с атмосферой, причем обратный клапан и герметизирующий элемент выполнены как одно целое, а стопор в виде упругих шипов выполненных за одно целое с герметизирующим элементом и расположенных в пазах на наружной цилиндрической поверхности этого элемента, при этом форма и глубина пазов обеспечивают упругое утапливание в них шипов при вводе герметизатора в шпур, толщина шипов в продольной плоскости элемента и высота их выступа над поверхностью элемента превышают величину максимально возможного радиального зазора между герметизирующим элементом и стенкой шпура, а концы упругих шипов на высоте, не превышающей высоту их выступа над поверхностью элемента, имеют со стороны нажимного приспособления скос, причем герметизирующий элемент соединен с трубой посредством фланца, который жестко закреплен на трубе и имеет на боковой поверхности одну или несколько плоских граней.

Герметизирующий элемент может быть выполнен в виде соосных втулок, эластичность которых возрастает от концевых к средней, при этом как одно целое выполнены обратный клапан и примыкающая к нему концевая втулка, соединенная посредством фланца с трубой и снабженная стопором для обеспечения неподвижности трубы.

На фиг. 1 изображен предлагаемый герметизатор шпура, продольный разрез; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 вид по стрелке Б на фиг.1; на фиг.4 разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 герметизатор с герметизирующим элементом в виде втулок; на фиг.6 герметизатор после ввода в шпур; на фиг.7 герметизатор после частичного вывода из шпура; на фиг.8 герметизатор в шпуре после распора средней втулки герметизирующего элемента; на фиг.9 герметизатор в шпуре после распора всего герметизирующего элемента; на фиг.10 обратный клапан в процессе нагнетания скрепляющего состава в шпур, продольный разрез.

Герметизатор шпура состоит из трубы 1 с наружной резьбой 2, герметизирующего элемента 3 из эластичного материала, нажимного приспособления 4 для распора элемента 3, стопора 5 для обеспечения неподвижности трубы 1 в шпуре и обратного клапана 6. Эластичность элемента 3 продольно возрастает от торцов к середине.

Герметизирующий элемент 3 может быть изготовлен путем совместной вулканизации слоев из разных сортов сырой резины. Обратный клапан 6 выполнен в виде колпачка из упруго эластичного материала, примыкающего своей полостью 7 к полости 8 трубы 1. Дно колпачка имеет конусовидную форму и снабжено наружным гребнем 9 со сквозной беззазорной продольной щелью 10, соединяющей полость 7 колпачка с атмосферой. Обратный клапан 6 и герметизирующий элемент 3 выполнены как одно целое. Стопор 5 для обеспечения неподвижности трубы 1 в шпуре выполнен в виде упругих шипов 11, выполненных за одно целое с герметизирующим элементом 3 и расположенных в пазах 12 на наружной цилиндрической поверхности 13 этого элемента 3. Форма и глубина пазов 12 обеспечивает упругое утапливание в них шипов 11 при вводе герметизатора в шпур 14. Толщина шипов 11 в продольной полости элемента 3 и высота их выступа над поверхностью 13 превышают величину максимально возможного радиального зазора между герметизирующим элементом 3 и стенкой шпура 14. Концы упругих шипов 11 на высоте, не превышающей высоту их выступа над поверхностью 13 элемента 3, имеют со стороны нажимного приспособления 4 скос 15. Герметизирующий элемент 3 соединен с трубой 1 посредством фланца 16, который жестко закреплен на трубе 1 и имеет на боковой поверхности одну или несколько плоских граней 17. Нажимное приспособление 4 выполнено в виде гайки с двумя резьбами 18 и 19. Резьба 18 служит для соединения с трубой 1, а резьба 19 для соединения с загрузочной трубой 20. Торец герметизирующего элемента 3 со стороны нажимного приспособления 4 закрыт обоймой 21. Между нажимным приспособлением 4 и обоймой 21 установлена стопорная шайба 22.

Герметизирующий элемент 3 может быть выполнен в виде втулок, эластичность которых возрастает от концевых 23 и 24 к средней 25, при этом концевая втулка 24 и обратный клапан 6 выполнены как одно целое, снабжены стопором 5 для обеспечения неподвижности трубы 1 в шпуре 14 и соединены с трубой 1 посредством фланца 16.

Герметизатор устанавливают и закрепляют в шпуре следующим образом. Посредством резьбы 19 на нажимном приспособлении 4 герметизатор соединяют с загрузочной трубой 20 и вводят его в шпур 14, при этом упругие шипы 12, имея высоту выступа над поверхностью герметизирующего элемента 3, превышающую максимально возможный радиальный зазор между элементом 3 и стенкой шпура 14, сгибаются и утапливаются в пазах 13. После установки герметизатора в шпуре на необходимой глубине ему с помощью загрузочной трубы 20 сообщают возвратное движение, при котором концы упругих шипов 12, прижатые к стене шпура 14, силами трения загибаются в обратную сторону и благодаря скосам 15 затягиваются в зазор между герметизирующим элементом 3 и стенкой шпура 14. Упругие шипы 12, имея толщину, превышающую величину максимально возможного радиального зазора между герметизирующим элементом 3 и стенкой шпура 14, гарантированно обеспечивают стопорение герметизирующего элемента 3, а, следовательно, и трубы 1, стопорение которой обеспечивается жестко соединенным с ней фланцем 16 с плоскими гранями 17 на боковой поверхности. Для закрепления герметизатора в шпуре 14 вращают загрузочную трубу 20, при этом нажимное приспособление 4 навинчивается на трубу 1 и сжимает герметизирующий элемент 3. При сжатии герметизирующего элемента 3 сначала происходит распор его среднего участка (втулки 25), при этом торцевые участки (втулки 23 и 24), изготовленные из материала с меньшей эластичностью, не распираются и тем самым не препятствуют полноценному распору среднего участка (втулки 25), что повышает надежность закрепления герметизатора в шпуре. После полноценного распора среднего участка (втулки 25) происходит последовательный распор остальных участков от середины к торцам (втулок 23 и 24). После распора герметизирующего элемента 3 в загрузочную трубу 20 подают под давлением скрепляющий состав, который через трубу 1 и обратный клапан 6 поступает в шпур 14. Обратный клапан 6, выполненный в виде колпачка с дном конусовидной формы, значительно снижает гидравлическое сопротивление герметизатора при проходе через него скрепляющего состава. По окончании упрочнения горных пород подачу скрепляющего состава прекращают, при этом остаточным давлением скрепляющего состава в шпуре гребень 9 равномерно сдавливается со всех сторон и щель 10, имея продольное размещение, надежно закрывается, препятствуя вытеканию скрепляющего состава из шпура 14.

После прекращения подачи скрепляющего состава из нажимного приспособления 4 вывинчивают загрузочную трубу 20 и извлекают ее из шпура 14. Герметизирующий элемент 3 остается в состоянии распора, так как свинчиванию нажимного приспособления 4 с трубы 1 препятствует стопорная шайба 22. Далее герметизатор выполняет функцию заглушки для предотвращения вытекания скрепляющего состава из шпура 14.

Упрощение конструкции обратного клапана 6 путем изготовления его из упруго эластичного материала в виде одной детали и применение предлагаемой конструкции стопора 5 для обеспечения неподвижности трубы 1 в шпуре 14 снижают металлоемкость герметизатора и упрощают технологии его сборки и установки в шпуре.

Формула изобретения

1. ГЕРМЕТИЗАТОР ШПУРА, включающий трубу, надетый на нее эластичный герметизирующий элемент, выполненный с возможностью последовательного распора от середины к торцам, навинченное на трубу нажимное приспособление для распора герметизирующего элемента, стопор для обеспечения неподвижности трубы в шпуре и обратный клапан, отличающийся тем, что обратный клапан выполнен в виде колпачка из упругого эластичного материала, примыкающего своей полостью к полости трубы, дно которого имеет наружный гребень, снабженный сквозной беззазорной продольной щелью, соединяющей полость колпачка с атмосферой, причем обратный клапан и герметизирующий элемент выполнены как одно целое, а стопор в виде упругих шипов, выполненных за одно целое с герметизирующим элементом и расположенных в пазах на наружной цилиндрической поверхности этого элемента, при этом пазы выполнены с возможностью упругого утапливания в них шипов при вводе герметизатора в шпур, толщина шипов в продольной плоскости элемента и высота их выступа над поверхностью элемента превышает величину максимально возможного радиального зазора между герметизирующим элементом и стенкой шпура, а концы упругих шипов на высоте, не превышающей высоту их выступа над поверхностью элемента, имеют со стороны нажимного приспособления скос, причем герметизирующий элемент соединен с трубой с помощью фланца, который жестко закреплен на трубе и имеет на боковой поверхности одну или несколько плоских граней.

2. Герметизатор по п.1, отличающийся тем, что эластичный герметизирующий элемент состоит из соосных втулок, выполненных с возможностью из последовательного распора от средней к концевым, при этом, как одно целое выполнены обратный клапан и концевая втулка, соединенная посредством фланца с трубой и снабженная стопором для обеспечения неподвижности трубы в шпуре.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10