Поддающаяся перекачке насосом двухкомпонентная смола
Группа изобретений относится установке анкерных болтов крепи горной выработки с использованием двухкомпонентной смолы. Технический результат – повышение эффективности установки анкерных болтов. Система перекачки насосом смолы для монтажа анкерных болтов крепи выработки содержит цилиндр подачи смолы. Он выполнен с возможностью приема контейнера смолы. Предусмотрен цилиндр подачи катализатора. Он выполнен с возможностью приема контейнера катализатора. Цилиндровый насос смолы сообщен по текучей среде с цилиндром подачи смолы и выполнен с возможностью подачи смолы в цилиндровый насос смолы. Цилиндровый насос катализатора сообщен по текучей среде с цилиндром подачи катализатора и выполнен с возможностью подачи катализатора в цилиндровый насос катализатора. Предусмотрена линия смолы в сообщении по текучей среде с цилиндровым насосом смолы и линия катализатора в сообщении по текучей среде с цилиндровым насосом катализатора. 3 н. 15 з.п. ф-лы, 22 ил.
[1] Данная заявка испрашивает приоритет по предварительным патентным заявкам United States Provisional Application Serial Nos. 62/127,450 и 62/286,686, зарегистрированным 3 марта 2015 г. и 25 января 2016 г., соответственно, которые полностью включены здесь в виде ссылки.
Область техники
[2] Настоящее изобретение относится к двухкомпонентной смоле и, конкретнее, к системе подаваемой насосом двухкомпонентной смолы и способу установки анкерных болтов крепи горной выработки.
Уровень техники
[3] Кровлю горной выработки обычно крепят, создавая напряжение в кровле с помощью стальных болтов, вставляемых в шпуры, пробуренные в кровле горной выработки, которыми армируют не подкрепленный пласт горной породы над кровлей горной выработки. Анкерный болт крепи могут закреплять механически в пласте горной породы посредством сцепления расширяющегося узла на дальнем конце анкерного болта крепи с пластом горной породы. Альтернативно, анкерный болт крепи могут связывать адгезивом с пластом горной породы с помощью связующего материала в виде смолы, вводимой в шпур. Можно также применять комбинацию механического закрепления и связывания смолой, применяя как расширяющийся узел, так и связывающий материал в виде смолы.
[4] При применении связывающего материала в виде смолы связывающий материал проникает в окружающий пласт горной породы для адгезивного соединения слоя горной породы и прочного удержания штанги крепи кровли в шпуре. Смолу обычно вводят в шпур в кровле горной выработки в виде двухкомпонентного пластикового картриджа, имеющего один компонент, содержащий отверждаемую композицию смолы и другой компонент, содержащий отвердитель (катализатор). Двухкомпонентный картридж со смолой вставляют в глухой конец шпура и вставляют анкерный болт крепи в шпур так, что конец анкерного болта крепи прорывает двухкомпонентный картридж со смолой. В результате вращения анкерного болта крепи вокруг продольной оси отсеки в картридже со смолой разрываются и компоненты смешиваются. Смесь смолы заполняет кольцевое пространство между стенкой шпура и анкерным болтом крепи. Перемешанная смола затвердевает и связывает анкерный болт крепи с окружающей горной породой. Анкерный болт крепи обычно вращают посредством приводного блока.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[5] В одном аспекте система поддающейся перекачке насосом смолы для монтажа анкерных болтов крепи кровли выработки включает в себя резервуар смолы, выполненный с возможностью приема смолы, резервуар катализатора, выполненный с возможностью приема катализатора, устройство насоса смолы в сообщении текучей средой с резервуаром смолы, устройство насоса катализатора в сообщении текучей средой с резервуаром катализатора, нагнетательную линию в сообщении текучей средой по меньшей мере с одним из устройства насоса смолы и устройства насоса катализатора, и манипулятор машины для установки анкерной крепи, выполненный с возможностью бурения шпуров и монтажа анкерных болтов крепи. Нагнетательная линия выполнена с возможностью подавать смолу и катализатор из резервуара смолы и резервуара катализатора в шпур через манипулятор машины для установки анкерной крепи.
[6] Нагнетательная линия может быть скреплена с манипулятором машины для установки анкерной крепи и может перемещаться относительно манипулятора машины для установки анкерной крепи. Нагнетательная линия может включать в себя линию смолы в сообщении текучей средой с устройством насоса смолы и линию катализатора в сообщении текучей средой с устройством насоса катализатора. Линию смолы и линию катализатора может принимать статический миксер, при этом подача дополнительно включает в себя трубу цементационного раствора в сообщении текучей средой со статическим миксером и выполненную с возможностью подавать смесь смолы и катализатора в шпур. Система может дополнительно включать в себя резервуар ингибитора, устройство насоса ингибитора и линию ингибитора в сообщении текучей средой с устройством насоса ингибитора с линией ингибитора, выполненной с возможностью подавать ингибитор из резервуара ингибитора в шпур для образования быстро затвердевающей части и медленно затвердевающей части в шпуре. Устройство насоса смолы может включать в себя цилиндровый насос смолы, и устройство насоса катализатора может включать в себя цилиндровый насос катализатора, при этом цилиндровый насос смолы и цилиндровый насос катализатора синхронизированы вместе и управляются гидравлическим поршнем и гидравлическим насосом.
[7] Устройство насоса смолы может включать в себя насос подачи смолы в сообщении текучей средой с насосом цилиндра смолы, и устройство насоса катализатора может включать в себя насос подачи катализатора в сообщении текучей средой с насосом цилиндра катализатора. Резервуар смолы и резервуар катализатора могут каждый включать в себя шнек, выполненный с возможностью приема и смешивания картриджей, содержащих смолу или катализатор. Резервуар смолы может быть цилиндром подачи смолы, выполненным с возможностью приема картриджа со смолой, и резервуар катализатора может быть цилиндром подачи катализатора, выполненным с возможностью приема картриджа катализатора, при этом каждый, цилиндр подачи смолы и цилиндр подачи катализатора содержит крышку. Крышка цилиндра подачи смолы может образовывать зазор между крышкой цилиндра подачи смолы и цилиндром подачи смолы, и крышка цилиндра подачи катализатора может образовывать зазор между крышкой цилиндра подачи катализатора и цилиндром подачи катализатора, где зазоры выполнены с возможностью обеспечивать выход воздуха из соответствующего цилиндра подачи смолы и цилиндра подачи катализатора во время сжатия картриджей смолы и катализатора в соответствующем цилиндре подачи смолы и цилиндре подачи катализатора.
[8] В дополнительном аспекте способ монтажа анкерного болта крепи включает в себя вставление линии подачи в шпур с применением манипулятора машины для установки анкерной крепи, нагнетание цементационного раствора в шпур с применением линии подачи, убирание линии подачи из шпура с применением манипулятора машины для установки анкерной крепи, и монтаж анкерного болта крепи в шпуре с применением манипулятора машины для установки анкерной крепи с помощью вставления анкерного болта крепи в шпур и вращения анкерного болта крепи.
[9] Цементационный раствор может включать в себя смолу и катализатор, при этом способ дополнительно включает в себя подачу смолы из резервуара смолы через устройство насоса смолы, и подачу катализатора из резервуара катализатора через устройство насоса катализатора. Способ может включать в себя приведение в действие гидравлического поршня для подачи смолы и катализатора в линию подачи. Способ может также включать в себя подачу ингибитора из резервуара ингибитора в шпур, при этом ингибитор выполнен с возможностью реагировать медленнее со смолой, чем катализатор реагирует со смолой для образования быстро затвердевающей части и медленно затвердевающей части в шпуре. Ингибитор можно подавать из резервуара ингибитора через устройство насоса ингибитора и линию ингибитора в сообщении текучей средой с устройством насоса ингибитора. Нагнетательная линия может быть скреплена с манипулятором машины для установки анкерной крепи и может перемещаться относительно манипулятора машины для установки анкерной крепи.
[10] В другом аспекте способ монтажа анкерного болта крепи включает в себя вставление линии подачи в шпур, нагнетание смолы и катализатора в шпур с применением линии подачи вдоль по меньшей мере участка длины шпура, убирание линии подачи из шпура, вставление анкерного болта крепи в шпур, и смешивание смолы и катализатора с применением анкерного болта крепи.
[11] Нагнетательную линию можно вставлять в шпур и убирать из шпура с применением манипулятора машины для установки анкерной крепи. Анкерный болт крепи можно вставлять в шпур и смешивать смолу и катализатор, применяя манипулятор машины для установки анкерной крепи. Способ может включать в себя подачу смолы из резервуара смолы через устройство насоса смолы и подачу катализатора из резервуара катализатора через устройство насоса катализатора. Способ может также включать в себя приведение в действие гидравлического поршня для подачи смолы и катализатора в линию подачи. Способ может дополнительно включать в себя подачу ингибитора из резервуара ингибитора в шпур, при этом ингибитор выполнен с возможностью задержки реакции между смолой и катализатором для участка длины шпура.
[12] Данные и другие признаки и характеристики системы становятся лучше понятными после рассмотрения следующего описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые все образуют часть данной заявки, при этом одинаковые ссылочные позиции указывают аналогичные части на различных фигурах. Следует понимать, вместе с тем, что чертежи даны только для иллюстрации и описания и не служат определению пределов изобретения. Применение в заявке единственного числа с артиклями ʺaʺ, ʺanʺ и ʺtheʺ включают в себя множественное число того, к чему относится, если иное не следует из контекста.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[13] На фиг. 1 показан вид сбоку системы подачи насосом и способа монтажа анкерного болта крепи согласно одному аспекту изобретения, показано заполнение шпура.
[14] На фиг. 2 показан вид сбоку системы и способа фиг. 1, показан анкерный болт крепи, вставляемый в шпур.
[15] На фиг. 3 показан вид сбоку системы и способа фиг. 1, показан смонтированный анкерный болт крепи.
[16] На фиг. 4 показан вид сбоку системы подачи насосом и способ монтажа анкерного болта крепи согласно второму аспекту изобретения.
[17] На фиг. 5 показан вид сбоку системы подачи насосом и способ монтажа анкерного болта крепи согласно третьему аспекту изобретения.
[18] На фиг. 6 показан вид сбоку системы подачи насосом и способ монтажа анкерного болта крепи согласно четвертому аспекту изобретения, показано начальное заполнение шпура.
[19] На фиг. 7 показан вид сбоку системы и способа фиг. 6, показан шпур, заполненный смолой и катализатором.
[20] На фиг. 8 показан вид сбоку системы подачи насосом и способ монтажа анкерного болта крепи согласно пятому аспекту изобретения.
[21] На фиг. 9 показан вид сбоку системы подачи насосом и способ монтажа анкерного болта крепи согласно шестому аспекту изобретения.
[22] На фиг. 10 показан вид сбоку системы подачи насосом и способ монтажа анкерного болта крепи согласно седьмому аспекту изобретения.
[23] На фиг. 11 показано в изометрии устройство с двумя шнеками для воронки с бункером согласно одному аспекту изобретения.
[24] На фиг. 12A-12D показаны виды сбоку для способа монтажа анкерного болта крепи согласно одному аспекту изобретения.
[25] На фиг. 13 показан вид сбоку системы подачи насосом и способ монтажа анкерного болта крепи согласно дополнительному аспекту изобретения.
[26] На фиг. 14A-D показаны виды сбоку для различных способов монтажа анкерного болта крепи согласно одному аспекту изобретения.
[27] На фиг. 15 показана часть сечения устройства подачи насосом согласно одному аспекту изобретения, показано начальное положение устройства подачи насосом.
[28] На фиг. 16 показана часть сечения устройства подачи насосом согласно одному аспекту изобретения, показано рабочее положение устройства подачи насосом.
[29] Аспекты настоящего изобретение описаны ниже со ссылкой на прилагаемые фигуры. Для описанного ниже в данном документе, термины ʺверхнийʺ, ʺнижнийʺ, ʺправыйʺ, ʺлевыйʺ, ʺвертикальныйʺ, горизонтальныйʺ, ʺверхʺ, ʺнизʺ и их производные следует связывать с изобретением по ориентации на фигурах. Вместе с тем, понятно, что изобретение допускает различные альтернативные варианты и последовательности этапов, кроме случаев, когда специально оговорено иное. Понятно, что конкретное устройство, показанное на прилагаемых фигурах и описанное ниже, просто является примером настоящего изобретения. Таким образом, конкретные размеры и другие физические характеристики, аспектов, раскрытые в данном документе, не следует считать ограничивающими.
[30] Как показано на фиг. 1-3, один аспект системы поддающейся перекачке насосом двухкомпонентной смолы 10 включает в себя нагнетательную линию, образованную линией 12 смолы и линией 14 катализатора, которые выполнены с возможностью подавать цементационный раствор, такой как смола 28 и катализатор 30 в шпур. Каждая, линия 12 смолы и линия 14 катализатора имеет впуск 16, 20 и выпуск 18, 22. Впуск 16 линии 12 смолы соединен и сообщается текучей средой с насосом 24 смолы. Впуск 20 линии 14 катализатора соединен и сообщается текучей средой с насосом 26 катализатора. Насос 24 смолы и насос 26 катализатора соединены с соответствующими резервуарами (не показано) содержащими смолу 28 и катализатор 30. Линия 12 смолы и линия 14 катализатора могут быть скреплены друг с другом стяжками 32, помогающими вставлению линий 12, 14 в шпуре 34. Насосы 24, 26 смолы и катализатора могут быть поршневыми насосами с запорным клапаном, хотя насосы других типов, подходящие для перекачки материала высокой вязкости также можно применять. Подачу каждого насоса 24, 26 калибруют для обеспечения надлежащего соотношения между смолой 28 и катализатором 30, которое предпочтительно составляет 2:1 или 66% смола и 33% катализатор с применением катализатора на водной основе. Соотношение может находиться в диапазоне от около 4:1 до 3:2. С катализатором на масляной основе используют соотношение 9:1 +/- 5%. Подачу каждого насоса 24, 26 можно калибровать, регулируя давление на впуске воздуха и диаметр выпусков 18, 22 линии 12 смолы и линии 14 катализатора. Смола 28 является смолой, имеющей 10-25% инертного наполнителя, такого как известняк. Смола может иметь вязкость около 100000-400000 сП. Обычная полиуретановая смола имеет вязкость меньше 10000 сП. Применение смолы высокой вязкости в общем делает перекачку более трудной, но обеспечивает значительную экономию расходов, благодаря применению менее дорогостоящего наполнителя.
[31] Как показано на фиг. 1, для начала заполнения шпура 34 линии 12, 14 смолы и катализатора вставляют в шпур 34, и насосы 24, 26 активируют одновременно для заполнения шпура 34 смолой 28 и катализатором 30. Когда смола 28 и катализатор 30 подаются насосами в шпур 34, линии 12, 14 выталкиваются из шпура 34 под давлением перемещаемого материала, обеспечивая полное заполнение шпура 34. Альтернативно, пакер или пробка (не показано) с диаметром немного меньше внутреннего диаметра шпура 34 могут быть установлены сразу перед концом линий 12, 14.
[32] Как показано на фиг. 2 и 3, смола 28 и катализатор 30 должны контактировать друг с другом и должны вступать в реакцию для создания очень тонкого барьера, который должен предотвращать прохождение дальнейшей реакции между смолой 28 и катализатором 30. Анкерный болт 36 крепи затем вставляют в шпур 34 и вращают для смешивания смолы 28 и катализатора 30. Когда анкерный болт 36 крепи полностью вставлен, как показано на фиг. 3, смесь смолы 28 и катализатора 30 затвердевает, прочно закрепляя болт 36 в шпуре 34.
[33] Как показано на фиг. 4, система поддающейся перекачке насосом двухкомпонентной смолы 10 может дополнительно включать в себя соединитель 38, такой как тройник или T-образный соединитель, для приема линии 12 смолы и линии 14 катализатора от насоса 24 смолы и насоса 26 катализатора, соответственно. Применение соединителя 38 обеспечивает объединение линии 12, 14 смолы и катализатора в одну трубу 39 цементационного раствора, которая соединена с насосом 24 смолы и насосом 26 катализатора через соединитель 38. Одна труба 39 цементационного раствора действует, как линия подачи и выполнена с возможностью вводить смолу 28 и катализатор 30 в шпур 34. Система 10 с применением соединителя 38 должна работать способом, одинаковым с описанным выше и показанным на фиг. 1-3.
[34] Как показано на фиг. 5, третий аспект системы поддающейся перекачке насосом двухкомпонентной смолы 40 включает в себя линию 42 смолы и линию 44 катализатора. Каждая, линия 42 смолы и линия 44 катализатора имеют впуск 46, 52 и выпуск 48, 54. Впуски 46, 52 линии 42 смолы и линии 44 катализатора соединены и сообщаются текучей средой с насосом 56 смолы и насосом 58 катализатора, соответственно, способом, одинаковым с показанным на фиг. 1 и рассмотренным выше. Выпуски 48, 54 линии 42 смолы и линии 44 катализатора вместе с тем соединены с соединителем 60, таким как тройник или T-образный фитинг, который скреплен со статическим миксером 62. Статический миксер 62 выполнен с возможностью смешивания смолы 28 и катализатора 30 до подачи насосом в шпур 64. Одна труба 66 цементационного раствора действует, как линия подачи, скреплена со статическим миксером 62 и выполнена с возможностью введения смолы и катализатора в виде смеси в шпур 64.
[35] Как показано на фиг. 6 и 7, четвертый аспект системы 70 поддающейся перекачке насосом двухкомпонентной смолы включает в себя нагнетательную линию, образованную линией 72 смолы, линию 74 стандартного катализатора, и линия 76 ингибированного катализатора. Система 70 фиг. 6 и 7 работает одинаковым способом с системой 10, показанной на фиг. 1 и описанной выше, но включает в себя линию 76 ингибированного катализатора для обеспечения в шпуре 34 быстро затвердевающей части 78 (такой как, в глухом конце шпура 34) и медленно затвердевающей части 79 (дополнительно отнесена от глухого конца шпура 34). Ингибированный катализатор или ингибитор 77 реагирует медленнее со смолой из линии 72 смолы, чем стандартный катализатор 30 из линии 74 стандартного катализатора реагирует со смолой 28 из линии 72 смолы. Части обеспечивают анкерному болту крепи выработки закрепление в быстро затвердевающей части и затем натяжение, когда медленно затвердевающая часть все еще затвердевает.
[36] Как также показано на фиг. 6 и 7, при применении каждая линия 72, 74, 76 может быть вставлена в шпур 34. Линию 72 смолы и линию 74 стандартного катализатора можно затем активировать или привести в состояние ʺВКЛЮЧЕНОʺ, как показано на фиг. 6, при этом смола 28 и стандартный катализатор 30 подаются в шпур 34, с линией 74 ингибированного катализатора приведенной в состояние ʺВЫКЛЮЧЕНОʺ. Смолу 28 и стандартный катализатор 30 обеспечивают на заданном отрезке длины шпура 34 для образования быстро затвердевающей части 78. В указанной точке линию 74 стандартного катализатора деактивируют или приводят в состояние ʺВЫКЛЮЧЕНОʺ и линию 76 ингибированного катализатора приводят в состояние ʺВКЛЮЧЕНОʺ, при этом смолу 28 и ингибированный катализатор 30 обеспечивают на заданном отрезке длины шпура для образования медленно затвердевающей части 79. Быстро затвердевающая часть 78 смолы 28 и катализатора 30 должна затвердеть быстрее, чем медленно затвердевающая часть 79, вследствие разницы между катализатором 30, обеспеченным линией 74 стандартного катализатора и линией 76 ингибированного катализатора, что обеспечивает анкерному болту крепи монтаж и местное закрепление в глухом конце шпура 34 и последующее натяжение, когда медленно затвердевающая часть 79 еще затвердевает.
[37] Как показано на фиг. 8, пятый аспект системы поддающейся перекачке насосом двухкомпонентной смолы 80 включает в себя линию 82 смолы, линию 84 стандартного катализатора и линию 86 ингибитора катализатора. Система 80 фиг. 8 аналогична системе, показанной на фиг. 6 и 7 и описанной выше, но вводит линию 86 ингибитора катализатора напрямую в линию 84 стандартного катализатора. Линия 86 ингибитора катализатора должна работать только тогда или производить нагнетание только в части, где требуется большее время затвердевания. Соединение линии 86 ингибитора катализатора с линией 84 стандартного катализатора исключает необходимость установки третьей линии в шпуре 34. В данной системе 80 можно также применять предварительное смешивание смолы и катализатора. В системе 80 можно также применять две или больше композиций смолы в дополнение к применению двух или больше катализаторов. В частности, в системе 80 можно применять множество смол и катализаторов для оптимизации их показателей работы и затрат.
[38] Как показано на фиг. 9, шестой аспект системы поддающейся перекачке насосом двухкомпонентной смолы 90 включает в себя линию 92 смолы и линию 94 катализатора. Каждая, линия 92 смолы и линия 94 катализатора имеет впуск 96, 102 и выпуск 98, 104. Впуск 96 линии 92 смолы соединен и сообщается текучей средой с цилиндровым насосом 106 смолы. Впуск 102 линии 94 катализатора соединен и сообщается текучей средой с цилиндровым насосом 108 катализатора. Выпуски 98, 104 соединены с трубой 66 цементационного раствора, действующей, как нагнетательная линия, хотя можно применять другие подходящие устройства. Цилиндровый насос 106 смолы и цилиндровый насос 108 катализатора соединены с соответствующими насосами 110, 112 подачи через линию 114 подачи смолы и линию 116 подачи катализатора. Насосы 110, 112 подачи перекачивают смолу 126 и катализатор 128 из соответствующих резервуаров 118, 120 через соответствующую линию 114 подачи смолы и линию 116 подачи катализатора и в соответствующий цилиндровый насос 106 смолы и цилиндровый насос 108 катализатора. Как показано на фиг. 9, цилиндровый насос 106 смолы и цилиндровый насос 108 катализатора синхронизированы для совместного нагнетания смолы 126 и катализатора 128 с постоянным объемным соотношением около 2:1, хотя другие подходящие соотношения можно использовать. Синхронизированными насосами 106, 108 управляет отдельный поршень 113, которым управляет гидравлический насос 115. Гидравлический насос 115 может иметь максимальное выходное давление 1200 фунт/кв.дюйм (8 МПа), которое показало свою эффективность в нагнетании смолы 126 и катализатора 128 в шпур 130 по трубе диаметром 1/2 дюйма (13 мм) длиной 50 футов (15 м), хотя другие подходящие насосы можно применять.
[39] Насосы 110, 112 подачи являются диафрагменными насосами, хотя насосы других типов, подходящие для перекачки материала высокой вязкости также можно применять, такие как поршневые насосы с запорным клапаном, винтовые насосы, и т.д. Система 90 поддающейся перекачке насосом двухкомпонентной смолы, показанная на фиг. 9, в общем работает одинаково с системой 10, показанной на фиг. 1-3 и рассмотренной выше. Насосы 110, 112 подачи применяются для заполнения соответствующих цилиндров 122, 124 насоса 106 смолы и насоса 108 катализатора до заданного уровня для каждого из цилиндров 122, 124. Цилиндровый насос 106 смолы и цилиндровый насос 108 катализатора затем активируют для одновременного дозирования смолы 126 и катализатора 128. Для получения требуемого соотношения смолы и катализатора объем цилиндра 122 смолы должен, в общем, быть приблизительно в два раза больше объема цилиндра 124 катализатора. Способом, аналогичным показанному на фиг. 2 и 3, смолой 126 и катализатором 128 заполняют шпур 130, и затем в шпур 130 вставляют болт. Цилиндровый насос 106 смолы и цилиндровый насос 108 катализатора можно затем повторно заправлять с помощью насосов 110, 112 подачи. Резервуары 118, 120 могут каждый являться воронкой с бункером с устройством 132 с двумя шнеками, которое показано более ясно на фиг. 11, хотя и другие подходящие устройства резервуара можно применять. Устройство 132 с двумя шнеками обеспечивает компонентам непрерывное смешивание для предотвращения разделения или высыхания смолы и катализатора 126, 128. Резервуары 118, 120 можно пополнять, применяя большие ʺмягкие контейнерыʺ или картриджи 139 или другие контейнеры, содержащие смолу и катализатор 126, 128. Как рассмотрено более подробно ниже, труба 66 цементационного раствора соединена с манипулятором 140 машины для установки анкерной крепи и может перемещаться относительно манипулятора 140 машины для установки анкерной крепи для обеспечения вставления трубы 66 цементационного раствора в шпур 130 для подачи цементационного раствора. В системе, показанной на фиг. 9 можно применять любое из устройств, показанных на фиг. 1-8 и описанных выше.
[40] Как показано на фиг. 10, в системе 90 поддающейся перекачке насосом двухкомпонентной смолы, показанной на фиг. 9 и описанной выше, можно применять винтовые насосы для насосов 110, 112 подачи, а не диафрагменные насосы, показанные на фиг. 9. Система 90 вместе с тем должна работать аналогично описанному выше.
[41] На фиг. 12A-12D показан один аспект способа 134 монтажа анкерного болта крепи. Способ 134 может обеспечивать автоматизированное устройство для нагнетания и монтажа анкерного болта крепи с применением машины для установки анкерной крепи (не показано). После бурения шпура 136 с применением машины для установки анкерной крепи трубу 138 цементационного раствора вставляют в шпур 136, применяя манипулятор 140 машины для установки анкерной крепи, как показано на фиг. 12A. Компоненты в виде смолы и катализатора 142, 144 нагнетают в шпур 136 и трубу 138 цементационного раствора убирают с подходящей скоростью для предотвращения образования воздушных карманов или обхода потоком смолы и катализатора 142, 144 наконечника трубы 138 цементационного раствора, как показано на фиг. 12B и 12C. Когда требуемое количество смолы и катализатора 142, 144 обеспечено в шпуре 136, трубу 138 цементационного раствора удаляют из шпура 136, как показано на фиг. 12D. Анкерный болт крепи можно затем вставить в шпур 136 и вращать для смешивания смолы и катализатора 142, 144 способом, аналогичным описанному выше и показанному на фиг. 1-3. Дополнительно, в способе, показанном на фиг. 12A-12D можно применять любую из систем и устройств, показанных на фиг. 1-11. Машина для установки анкерной крепи может быть выполнена с возможностью автоматического бурения шпура 136, нагнетания смолы и катализатора 142, 144 в шпур 136, и монтажа анкерного болта крепи с вставлением болта в шпур 136, а также вращения болта для смешивания смолы и катализатора 142, 144. В машине для установки анкерной крепи можно применять контроллер, такой как ПЛК, и один или несколько датчиков для управления монтажом анкерного болта крепи. Труба 138 цементационного раствора может перемещаться посредством первого и второго комплекта ведущих роликов 146, 148, хотя можно применять любое подходящее устройство для вставления и убирания трубы 138 цементационного раствора.
[42] Как показано на фиг. 13, система 150 поддающейся перекачке насосом двухкомпонентной смолы аналогична системе 90, показанной на фиг. 9 и рассмотренной выше. Вместе с тем, вместо применения насосов 110, 112 подачи, как в системе 90, фиг. 9 в системе 150, фиг. 13 применено устройство 152 насосов подачи, имеющее цилиндр 154 подачи смолы и цилиндр 156 подачи катализатора, которые синхронизированы для совместного питания цилиндрового насоса 106 смолы и цилиндрового насоса 108 катализатора, соответственно. Цилиндрами 154, 156 управляет основной поршень 158, который приводится в действие гидравлическим насосом (не показано). Цилиндр 154 подачи смолы и цилиндр 156 подачи катализатора можно заправлять с помощью картриджей 160, 162 смолы и катализатора или других подходящих устройств, как рассмотрено выше. Картриджи 160, 162 смолы и катализатора можно подавать в цилиндры 154, 156, сняв крышку 164, как рассмотрено более подробно ниже и показано на фиг. 15 и 16.
[43] На фиг. 14A-14D, дополнительно показаны способы монтажа анкерного болта крепи с применением систем 10, 40, 70, 80, 90, рассмотренных выше. Смешивание и/или не смешивание смолы и катализатора можно контролировать во время нагнетания по количественному показателю турбулентности потока, введенного в нагнетательную линию цементационного раствора. Базовыми свойствами, которые определяют количественный показатель турбулентности, являются показатели вязкости двух компонентов, внутренний диаметр и длина нагнетательной трубы и расход. Изменения в любом из данных параметров могут изменять характеристики потока от турбулентного (смешивающийся) до ламинарного (не смешивающийся). Данное свойство расхода и способность контроля, является ли поток турбулентным или ламинарным, или комбинацией таких потоков, являются важными для надлежащего монтажа анкерных болтов крепи горной выработки в системах 10, 40, 70, 80, 90, рассмотренных выше. В некоторых ситуациях смешивание смолы и катализатора является нежелательным, поскольку смола может затвердеть до получения возможности монтажа болта. Вместе с тем в других ситуациях полное смешивание или частичное смешивание смолы и катализатора во время нагнетания может быть желательным.
[44] Как показано на фиг. 14A, в системе 200 применена разделенная нагнетательная труба 202 для раздельного содержания двух компонентов. Когда смола и катализатор выходят из нагнетательной трубы, они должны ложиться бок о бок в шпуре. Турбулентный и ламинарный поток не играют роли в данной системе 200 и способе. Способ применения данной системы 200 обычно включает в себя: бурение шпура; вставление нагнетательной трубы 202 в шпур; подачу насосом смолы и катализатора с любым расходом для предотвращения смешивания; одновременно с подачей насосом смолы и катализатора, убирание нагнетательной трубы 202 с установленной скоростью для предотвращения образования полостей и обратного потока перед нагнетательной трубой 202; и установку анкерного болта крепи (не показано) и вращение анкерного болта крепи для перемешивания смолы и катализатора. Обычные свойства для данного способа приведены ниже:
Вязкость смолы: 125000-225000 сП
Вязкость катализатора: 10000-25000 сП
Внутренний диаметр (ID) нагнетательной линии: 3/4ʺ (19 мм)
Длина нагнетательной линии: 14' (4,2 м)
Расход: 1-3 гал/мин (63-189 куб.см/с)
[45] В показанной на фиг. 14B системе 210 применена одна нагнетательная линия 212. Обычный диаметр нагнетательной линии 212 составляет 3/4" (19 мм) для шпура диаметром 33 мм. Смола и катализатор подаются насосом в тройник с малым расходом для сохранения потока ламинарным. Смола и катализатор должны укладываться бок о бок с минускульным смешиванием. Когда смола и катализатор выходят из нагнетательной линии 212, смола и катализатор должны оставаться лежащими бок о бок в шпуре. Анкерный болт крепи затем вставляют в не смешанные смолу и катализатор и вращают для смешивания смолы и катализатора. Обычные свойства для данного способа приведены ниже:
Вязкость смолы: 200000-225000 сП
Вязкость катализатора: 20000-25000 сП
ID нагнетательной линии: 3/4ʺ (19 мм)
Длина нагнетательной линии: 14' (4,2 м)
Расход: 1-1,5 гал/мин (63-95 куб.см/с)
[46] В способе применения системы 210, показанном на фиг. 14B, если расход увеличивают от расхода с ламинарным потоком до расхода промежуточного между ламинарным и турбулентным потока, в нагнетательной линии 212 должно происходить небольшое смешивание. Данный расход составляет около 1,5 гал/мин (95 куб.см/с). Небольшое смешиванием смолы и катализатора должно обеспечивать появление небольших отвержденных хлопьев смешанной смолы и катализатора шириной 1/8" (3 мм), длиной 1/2" (13 мм), толщиной 1/16" (1,5 мм), образующихся в незатвердевшей смоле и катализаторе, когда смолу и катализатор нагнетают. Приблизительно только 10% смолы может реагировать с катализатором в процессе данного частичного смешивания. Прореагировавшие частицы смолы/катализатора, действуют, как небольшие перемешивающие лопасти, когда смонтирован анкерный болт крепи.
[47] Способ применения данной системы 210 обычно включает в себя: бурение шпура; вставление нагнетательной линии 212 в шпур; подачу насосом смолы и катализатора с расходом для ламинарного потока, предотвращающего смешивание; одновременно с подачей насосом, убирание нагнетательной линии 212 с заданной скоростью для предотвращения образования полостей и обратного потока впереди нагнетательной линии 212; и установку анкерного болта крепи (не показано) и вращение болта для перемешивания смолы и катализатора.
[48] В показанной на фиг. 14C системе 220 применена одна нагнетательная линия 222. Обычный диаметр нагнетательной линии 222 составляет 3/4" (19 мм). Смолу и катализатор подают насосом в тройник с увеличенным расходом для создания потока от промежуточного до турбулентного потока. Смола и катализатор должны смешиваться при прохождении через нагнетательную трубу 222. В одном аспекте данного способа, труба 224 цементационного раствора может быть прикреплена к анкерному болту крепи и оставаться в затвердевшей смеси смолы и катализатора. Вместе с тем в других аспектах анкерный болт крепи может быть установлен после нагнетания смолы и катализатора, как в системе, описанной выше и показанной на фиг. 14B. Обычные свойства для данного способа приведены ниже:
Вязкость смолы: 125000-150000 сП
Вязкость катализатора: 10000-15000 сП
ID нагнетательной линии: 3/4ʺ (19 мм)
Длина нагнетательной линии: 14' (4,2 м)
Расход: 2,0-2,5 гал/мин (126-158 куб.см/с)
[49] Способ установки системы 220, показанный на фиг. 14C, обычно включает в себя: бурение шпура; соединение нагнетательной линии 222 с трубой 224 цементационного раствора, которая проходит рядом с анкерным болтом крепи (не показано) или вставление нагнетательной линии 222 в конец шпура; подачу насосом заданного количества смолы и катализатора в шпур с расходом для создания турбулентного потока для обеспечения смешивания смолы и катализатора; и остановку подачи насосом, когда шпур заполнен. Анкерный болт крепи должна быть полностью установлена и не требуется вращения анкерного болта крепи вследствие турбулентного потока и смешивания заранее смолы и катализатора.
[50] Как показано на фиг. 14D, в системе 230 применена одна нагнетательная линия 232 и создано устройство с точечным закреплением. Обычный диаметр нагнетательной линии 232 составляет 3/4" (19 мм) для 33 мм шпура. Вначале нагнетания смолу и катализатор подают насосом в тройник с высоким расходом для создания турбулентного (смешивающегося) потока, затем в заданном положении расход переключают на создающий ламинарный (не смешивающийся) поток. Смешанные смола и катализатор в верхней части 234 шпура начинают реагировать, а смола и катализатор в нижней части 236 шпура не реагируют или не отверждаются. Анкерный болт крепи (не показано) быстро монтируют и вращают для перемешивания нижней части 236, запуская время реакции для смешанной смолы и катализатора. Верхняя часть 234, которая была смешана во время нагнетания, должна затвердеть до затвердевания нижней части 236 для обеспечения затягивания болта при этом создавая напряжение в болте до затвердевания нижней части 236. Система 230 аналогична системе с точечным закреплением болта арматурного профиля с применением быстротвердеющих картриджа смолы и катализатора сверху и картриджа медленно твердеющих смолы и катализатора снизу. Обычные свойства для данного способа приведены ниже:
Вязкость смолы: 125000-225000 сП
Вязкость катализатора: 10000-25000 сП
ID нагнетательной линии: 3/4ʺ (19 мм)
Длина нагнетательной линии: 14' (4,2 м)
Расход: 1-2,5 гал/мин (63-157 куб.см/с)
[51] Способ установки системы, показанной на фиг. 14D обычно включает в себя: бурение шпура; вставление нагнетательной линии 232 в конец шпура; подачу насосом заданного количества смолы и катализатора в шпур с расходом для создания турбулентного потока для обеспечения смешивания смолы и катализатора; через заданное время или после подачи заданного количества смолы и катализатора с расходом для создания турбулентного потока, переключение на расход смолы и катализатор, создающий ламинарный поток, для предотвращения смешивания; одновременно с подачей с расходом для создания турбулентного и ламинарного потока, убирание нагнетательной линии 232 с заданной скоростью для предотвращения образования полостей и обратного потока впереди нагнетательной линии; и монтаж анкерного болта крепи (не показано) и вращение анкерного болта крепи для перемешивания смолы и катализатора. Как отмечено выше, верхняя часть 234 смолы и катализатора, которую нагнетают с расходом, создающим турбулентность, при котором смола и катализатор смешиваются, должна затвердевать первой для обеспечения приложения к ведущему элементу, такому как гайка, внизу анкерного болта крепи крутящего момента для натяжения анкерного болта крепи.
[52] Как показано на фиг. 15 и 16, картриджи 160, 162 смолы и катализатора могут быть поданы в цилиндры 154, 156 после снятия крышки 164. Крышка 164 может перемещаться относительно цилиндров 154, 156 любым подходящим устройством. Крышка 164 может поворачиваться в шарнире, перемещаться вбок с применением устройства в виде задвижки, или может вертикально перемещаться цилиндрами 154, 156, перемещающимися посредством скользящего основания. Картриджи 160, 162 смолы и катализатора можно предусматривать с различными соотношениями смолы и катализатора, от около 1:1 до 95:5. В одном аспекте соотношение может составлять около 2:1, со смолой и катализатором, обеспеченными раздельно в картриджах 160, 162. Цилиндры 154, 156 включают в себя сквозное окно 166 в боковой стенке цилиндров 154, 156, хотя окно 166 может также быть предусмотрено в крышке 164, как указано пунктирными линиями на фиг. 15 и 16. Окно 166 может быть выполнено с соединением для шланга на 3/4" (19 мм), хотя можно применять другие подходящие соединения и окна. Картриджи 160, 162 включают в себя корпус 168, который образует пространство для приема смолы или катализатора. Корпус 168 может быть выполнен из инертных пластмасс, таких как материал на основе нейлона, полипропилена, или политетрафторэтилена, хотя можно применять другие подходящие материалы. Картридж 160 смолы может иметь диаметр 6" (152 мм), и картридж 162 катализатора может иметь диаметр 4" (102 мм) и каждый картридж 160, 162 может иметь высоту 14" (356 мм), которые соответствуют размерам цилиндров 154, 156, хотя можно применять любые подходящие размеры.
[53] Как также показано на фиг. 15 и 16, крышка 164 и цилиндры 154, 156 образуют зазор 170 между крышкой 164 и цилиндрами 154, 156. Зазор 170 обеспечивает выпуск воздуха из цилиндров 154, 156 во время начального сжатия картриджей 160, 162 в цилиндрах 154, 156. Если крышка 164 образует воздухонепроницаемое уплотнение с цилиндрами 154, 156, воздух задержится в цилиндрах 154, 156 и будет затем выдавливаться наружу через трубу 66 цементационного раствора, обуславливая нежелательные выбросы воздуха или хлопки, неровный поток и/или турбулентное смешивание смолы и катализатора. Как показано на фиг. 16, когда картриджи 160, 162 сжимаются, воздух должен уходить через зазор 170 при этом корпусом 168 картриджей 160, 162 расширяется автоматически, уплотняя зазор 170 между крышкой 164 и цилиндрами 154, 156. Таким образом, крышка 164 и цилиндры 154, 156 образуют самоуплотняющуюся конструкцию, где смола и катализатор не уходят через зазор 170, и где пластиковый мешок не рвется или не экструдирует через зазор 170. Дополнительно, когда картриджи 160, 162 сжимаются и находятся под давлением, корпус 168 картриджей 160, 162 должен быть пробит только на месте окна 166 и выливаться напрямую в окно 166 для дальнейшей подачи в шпур. Когда цилиндры 154, 156 полностью сжаты, только корпус 168 картриджей 160, 162 и минимальное количество смолы или катализатора должны оставаться в них. Корпуса 168 картриджей 160, 162 можно затем выкинуть, и цилиндры 154, 156 можно повторно загрузить полными картриджами 160, 162. Данное устройство цилиндров 154, 156, картриджей 160, 162 и крышки 164 сохраняет цилиндры 154, 156 чистыми во время применения для облегчения загрузки и разгрузки и защиты уплотнений поршня цилиндров 154, 156 от износа под действием смолы.
[54] Хотя различные аспекты системы предложены в приведенном выше описании, специалист в данной области техники может выполнять модификации и изменения данных аспекта или аспектов без отхода от объема и сущности изобретения. Например, понятно, что данное раскрытие предполагает, что в известной степени, один или несколько признаков любых аспекта или аспектов можно комбинировать с одним или несколькими признаками любого другого аспекта или аспектов. Соответственно, приведенное выше описание служит для иллюстрации, но не ограничения. Изобретение, описанное выше в данном документе, определено подробным описанием, и все изменения изобретения, которые относятся к эквивалентам подробного описания, входят в его объем.
1. Система поддающейся перекачке насосом смолы для монтажа анкерных болтов крепи выработки, содержащая:
цилиндр подачи смолы, выполненный с возможностью приема контейнера смолы;
цилиндр подачи катализатора, выполненный с возможностью приема контейнера катализатора;
цилиндровый насос смолы в сообщении по текучей среде с цилиндром подачи смолы, выполненным с возможностью подачи смолы в цилиндровый насос смолы;
цилиндровый насос катализатора в сообщении по текучей среде с цилиндром подачи катализатора, выполненным с возможностью подачи катализатора в цилиндровый насос катализатора;
линию смолы в сообщении по текучей среде с цилиндровым насосом смолы; и
линию катализатора в сообщении по текучей среде с цилиндровым насосом катализатора.
2. Система по п. 1, дополнительно содержащая манипулятор машины для установки анкерной крепи, выполненный с возможностью бурения шпуров и монтажа анкерных болтов крепи, при этом линия смолы и линия катализатора выполнены с возможностью подачи смолы и катализатора из цилиндра подачи смолы и цилиндра подачи катализатора в шпур через манипулятор машины для установки анкерной крепи.
3. Система по п. 1, в которой линию смолы и линию катализатора принимает статический миксер, при этом труба цементационного раствора находится в сообщении по текучей среде со статическим миксером, причем труба цементационного раствора выполнена с возможностью подачи смеси смолы и катализатора в шпур.
4. Система по п. 1, дополнительно содержащая резервуар ингибитора, устройство насоса ингибитора и линию ингибитора в сообщении по текучей среде с устройством насоса ингибитора, причем линия ингибитора выполнена с возможностью подачи ингибитора из резервуара ингибитора в шпур для образования быстро затвердевающей части и медленно затвердевающей части в шпуре.
5. Система по п. 1, в которой цилиндровый насос смолы и цилиндровый насос катализатора синхронизированы для совместной работы и управляются гидравлическим поршнем и гидравлическим насосом.
6. Система по п. 1, в которой цилиндр подачи смолы и цилиндр подачи катализатора каждый содержит крышку, причем крышка цилиндра подачи смолы образует зазор между крышкой цилиндра подачи смолы и цилиндром подачи смолы, и крышка цилиндра подачи катализатора образует зазор между крышкой цилиндра подачи катализатора и цилиндром подачи катализатора, и при этом зазоры выполнены с возможностью обеспечивать выход воздуха из соответствующего цилиндра подачи смолы и цилиндра подачи катализатора во время сжатия контейнеров смолы и катализатора в соответствующем цилиндре подачи смолы и цилиндре подачи катализатора.
7. Система по п. 1, в которой резервуар смолы и резервуар катализатора каждый содержит шнек, выполненный с возможностью приема и смешивания контейнеров, содержащих смолу или катализатор.
8. Система по п. 1, дополнительно содержащая контейнер смолы, выполненный с возможностью приема насосом подачи смолы, и контейнер катализатора, выполненный с возможностью приема цилиндром подачи катализатора.
9. Способ монтажа анкерного болта крепи, включающий в себя этапы, на которых:
подают смолу от цилиндра подачи смолы к линии смолы посредством цилиндрового насоса смолы;
подают катализатор от цилиндра подачи катализатора к линии катализатора посредством цилиндрового насоса катализатора;
нагнетают смолу и катализатор по линиям смолы и катализатора в шпур; и
устанавливают анкерный болт крепи в шпуре с применением манипулятора машины для установки анкерной крепи.
10. Способ по п. 9, в котором дополнительно
приводят в действие гидравлический поршень для подачи смолы и катализатора в линии смолы и катализатора.
11. Способ по п. 9, в котором дополнительно
подают ингибитор из резервуара ингибитора в шпур, причем ингибитор выполнен с возможностью реагирования медленнее со смолой, чем катализатор реагирует со смолой, для образования быстро затвердевающей части и медленно затвердевающей части в шпуре.
12. Способ по п. 11, в котором ингибитор подают из резервуара ингибитора через устройство насоса ингибитора и линию ингибитора в сообщении по текучей среде с устройством насоса ингибитора.
13. Способ по п. 9, в котором линию смолы и линию катализатора принимает статический миксер, при этом труба цементационного раствора находится в сообщении по текучей среде со статическим миксером, причем труба цементационного раствора скреплена с манипулятором машины для установки анкерной крепи и выполнена с возможностью перемещения относительно манипулятора машины для установки анкерной крепи.
14. Способ монтажа анкерного болта крепи, в котором осуществляют:
вставление линии подачи в шпур;
нагнетание смолы и катализатора в шпур с применением линии подачи вдоль по меньшей мере участка длины шпура, при этом смолу и катализатор избирательно нагнетают в виде одного из следующего: турбулентного потока, ламинарного потока, или комбинации турбулентного и ламинарного потока;
убирание линии подачи из шпура;
и вставление анкерного болта крепи в шпур.
15. Способ по п. 14, в котором смолу и катализатор нагнетают с расходом для создания потока, переходного между ламинарным и турбулентным, при этом обеспечивая частичное смешивание смолы и катализатора для образования множества отвержденных элементов смолы, выполненных с возможностью действия, как смешивающие лопасти для содействия смешиванию смолы и катализатора.
16. Способ по п. 14, в котором смолу и катализатор нагнетают с расходом для создания турбулентного потока для образования быстро затвердевающей верхней части, и затем выполняют нагнетание с расходом для создания ламинарного потока для образования медленно затвердевающей нижней части.
17. Способ по п. 16, в котором дополнительно осуществляют :
точечное закрепление анкерного болта крепи посредством монтажа анкерного болта крепи и вращения анкерного болта крепи так, что верхняя часть образует точечное закрепление для обеспечения натяжения анкерного болта крепи до затвердевания нижней части.
18. Способ по п. 14, в котором смолу и катализатор нагнетают с созданием турбулентного потока, применяя трубу цементационного раствора, причем смола и катализатор смешиваются в трубе цементационного раствора, и при этом труба цементационного раствора прикреплена к анкерному болту крепи.
