Патент на изобретение №2398968

(54) РЕГЕНЕРАЦИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройствам для установки расширяемых анкеров. После установки горного анкера с анкерным болтом, в частности расширяемого фрикционного трубчатого анкера с концевой гильзой впереди, в предварительно выбуренную скважину на гильзе устанавливается адаптер с возможностью подачи и слива жидкости. С одной стороны, с помощью нагнетательного трубопровода поддержания избыточного давления создается избыточное давление, которое закрепляет адаптер на гильзе. С другой стороны, по расширительному трубопроводу в анкерный болт устремляется текучая среда и начинает заполнять его. При этом анкерный болт благодаря повышению давления, под действием избыточного давления, расширяется в буровой скважине, так что он своей наружной поверхностью прижимается к ее стенкам и таким образом фиксирует горный анкер в буровой скважине. Благодаря возможности подачи газа с помощью адаптера находящийся под давлением газ, в частности сжатый воздух, может подаваться в анкерный болт до и/или после его расширения. Сжатый газ стравливается после удаления адаптера (после выравнивания давления) и почти полностью выводит из анкера текучую среду, находящуюся в анкерном болте. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройству для расширения и/или опорожнения частей анкеров, в частности горных анкеров типа фрикционных трубчатых или расширяемых фрикционных трубчатых анкеров, с признаками ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Изобретение относится также к способу опорожнения частей анкеров, в частности горных анкеров типа фрикционных трубчатых или расширяемых фрикционных трубчатых анкеров, с признаками ограничительной части пункта 8 формулы изобретения.

Кроме того, изобретение относится к способу установки анкеров, в частности горных анкеров типа фрикционных трубчатых или расширяемых фрикционных трубчатых анкеров, с признаками ограничительной части пункта 16 формулы изобретения.

Известна установка анкеров с расширяемыми частями в буровых скважинах для закрепления или поддержания в безопасном состоянии породы и почвы, например, при строительстве тоннелей или при закреплении откосов. Такие анкеры, в частности фрикционные трубчатые анкеры или расширяемые фрикционные трубчатые анкеры, известны под названием «Swellex» (изготовитель – «Atlas Copco MAI GmbH»). В качестве расширяемых частей эти анкеры имеют, в частности, расширяемые анкерные болты, наружная поверхность которых в расширенном состоянии прилегает к стенкам буровой скважины и таким образом закрепляет анкер в буровой скважине. Расширение болтов может производиться с помощью воды, которая насосом через съемный адаптер под давлением закачивается в анкерный болт.

Воздух, сжатый в анкерном болте после нагнетания расширяющей среды, в частности воды, после снятия адаптера снова выдавливает ее из анкерного болта. Однако обнаружился недостаток, заключающийся в том, что вода вытекает из анкерного болта обратно бесконтрольно и лишь частично. Определенное остаточное количество воды продолжает оставаться в анкерном болте и вместе с воздухом, содержащимся в нем, способствует возникновению коррозионных процессов, которые отрицательно сказываются на сроке службы анкера, в частности фрикционного трубчатого анкера.

В основу изобретения положена задача создания устройства и способа вышеупомянутого типа, которые помогли бы добиться максимально возможного устранения указанных недостатков.

Эта задача решается посредством устройства для расширения или опорожнения частей анкеров, в частности горных анкеров, обладающих признаками пункта 1 формулы изобретения.

Поставленная задача решается также с помощью способа опорожнения частей анкеров, в частности горных анкеров, обладающего признаками пункта 8.

Кроме того, эта задача решается с помощью способа установки анкера, в частности горного анкера, обладающего признаками пункта 16 формулы изобретения.

Предпочтительные формы выполнения/варианты осуществления устройства согласно изобретению, с одной стороны, а также способов согласно изобретению, с другой, являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

У анкеров, в частности горных анкеров, выполненных в виде расширяемых фрикционных трубчатых анкеров, с расширяемыми частями (анкеров типа «Swellex») и со съемным адаптером, устанавливаемым на анкере, соединяемом как с насосом по меньшей мере с помощью одного трубопровода для подачи текучей среды, так и с расширяемыми частями, адаптер согласно изобретению опосредованно или напрямую связан с подачей газа. Таким образом, к расширяемым частям после их расширения и по меньшей мере их частичного заполнения текучей средой для опорожнения может быть подведен газ, находящийся под давлением. Газ расширяется в расширяемых частях и принудительно выдавливает текучую среду из анкера. Этот процесс в случае необходимости может повторяться до тех пор, пока текучая среда не будет удалена полностью. Тем самым коррозионные процессы в анкерном болте, являющиеся результатом взаимодействия воздуха и влаги, могут быть почти полностью исключены, благодаря чему срок службы анкера существенно увеличивается.

Согласно изобретению закачивание газа, находящегося под давлением, в частности сжатого воздуха, может происходить как до, так и после заполнения анкера расширяющей текучей средой. В результате за счет искусственного повышения давления до подачи текучей среды – в отличие от известных методов, при которых сжимается только тот объем воздуха, который находится в анкере при нормальном атмосферном давлении, – после выравнивания давления в анкере остается значительно меньше остаточной влаги. Текучая среда, закачанная в расширяющиеся части, после расширения может быть почти полностью и под контролем удалена, а в случае необходимости снова использована для расширения частей других анкеров.

Другие подробности, признаки и преимущества устройства согласно изобретению, с одной стороны, а также способа согласно изобретению, с другой, становятся понятными из нижеприведенного описания со ссылкой на приложенные чертежи, на которых изображена предпочтительная форма выполнения изобретения. На них показано:

фиг.1- схематически продольный вид формы выполнения горного анкера,

фиг.2 – поперечный разрез горного анкера по фиг.1,

фиг.3 – горный анкер по фиг.1 с установленным адаптером и

фиг.4 – схематически форма выполнения устройства согласно изобретению для расширения и/или опорожнения частей горного анкера.

На фиг.1 изображен горный анкер 1, в котором могут быть реализованы устройство согласно изобретению, а также способ согласно изобретению. Изображенная форма выполнения соответствует расширяемому фрикционному трубчатому анкеру, как он известен, например, из патента США US 4459067 А, а также под названием «Swellex». Горный анкер 1 предусмотрен для установки и закрепления в буровой скважине с целью поддержания в безопасном состоянии породы и почвы.

Горный анкер 1, в основном, содержит расширяемую часть, которая с одного конца, расположенного рядом с наружным концом буровой скважины (на фиг.1 справа), имеет гильзу 3, а с другого конца закрывается концевой гильзой 4. Расширяемой частью может быть, в частности, анкерный болт 2, образованный, как показано на фиг.2, складываемой внутрь в продольном направлении трубой, имеющей, в основном, -образный профиль. Анкерный болт 2 может расширяться при повышении давления внутри складной трубы, так что наружная поверхность трубы прилегает к стенкам буровой скважины и таким образом фиксирует горный анкер 1.

В гильзе 3 выполнено отверстие, например, отверстие 5, функция которого еще будет описана ниже.

В рамках изобретения, само собой разумеется, возможно также, чтобы вместо описанного фрикционного трубчатого анкера могли использоваться другие виды и формы выполнения анкеров предпочтительно вышеуказанного типа. В качестве примера следует назвать форму выполнения, известную как «Swellex Hybrid» (изготовитель – «Atlas Copco MAI GmbH»). Этот горный анкер отличается тем, что несколько отрезков жестких труб анкерных штанг соединены между собой сцепными устройствами, и на спущенном в буровую скважину (переднем) конце образованной таким образом анкерной штанги устанавливается только небольшой отрезок расширяемой части в виде вышеописанного анкерного болта 2.

Горный анкер 1 на своем лежащем в отверстии скважины конце может нести анкерную плиту, которая со стороны дна или породы опирается на втулку 3.

После установки горного анкера 1 с анкерной плитой в буровой скважине на гильзе 3, как показано на фиг.3, крепится адаптер 6. В предпочтительной форме выполнения адаптер 6 надевается или навинчивается на гильзу 3 в качестве инфляционного адаптера. Адаптер 6 с помощью трубопровода для текучей среды, в частности с помощью расширительного трубопровода 7, и трубопровода для текучей среды, в частности нагнетательного трубопровода 8, соединен с насосом 9. Для повышения давления внутри анкерного болта 2 насос создает рабочее давление текучей среды (инфляционное давление) предпочтительно порядка 100-500 бар, в частности 240-300 бар.

Текучая среда из нагнетательного трубопровода 8 сдавливает два уплотнительных кольца 10 внутри адаптера 6 (создавая избыточное давление) настолько, что возникающие выпуклости уплотнительных колец 10 давят на гильзу 3 и, охватывая адаптер 6, герметизируют его от действия инфляционного давления. Затем текучая среда из расширительного трубопровода 7 устремляется через отверстие 11 для подачи к отверстию 5, находящемуся в герметизированном пространстве между обоими кольцами 10, поступает в анкерный болт 2 и начинает заполнять его. При этом -профиль анкерного болта 2 раскрывается, так что наружная поверхность анкерного болта 2 прижимается к стенкам буровой скважины и таким образом закрепляет горный анкер 1 в буровой скважине. Профиль анкерного болта 2 в раскрытом положении при рабочем давлении текучей среды порядка 240-300 бар имеет примерно круглое сечение.

Поскольку буровая скважина на практике имеет меньший диаметр, чем полностью расширенный анкерный болт 2, последний не может раскрыться полностью, так что он прижимается к стенкам буровой скважины, сохраняя продольную складку. Достоинство образованной продольной складки состоит в том, что она, придавая жесткость, способствует повышению устойчивости. Благодаря сохранению рабочего давления в течение по меньшей мере шести секунд анкерный болт 2 впрессовывается даже в неровности стенок буровой скважины и образует в буровой скважине соединение с фрикционным и геометрическим замыканием.

На фиг.4 показано, как адаптер 6 соединен с насосом 9 через расширительный трубопровод 7 и нагнетательный трубопровод 8. Насос 9 опять же соединен с трубопроводом 12 для подачи текучей среды. В расширительном трубопроводе 7 установлен клапан 13, с помощью которого регулируют поступление текучей среды в адаптер 6 и его слив.

Кроме того, согласно изобретению предусмотрено, чтобы к адаптеру 6 подводился газ, подача которого в приведенном примере осуществляется с помощью еще одного трубопровода для текучей среды, в частности газопровода 14 и компрессора 15. Компрессор 15 может быть воздушным компрессором или может быть соединен с емкостью со сжатым воздухом. В изображенной форме выполнения газопровод 14, идущий от компрессора 15, ведет не прямо в адаптер 6, а заканчивается в расширительном трубопроводе 7 на участке между адаптером 6 и клапаном 13. В газопроводе 14 установлен клапан 16, с помощью которого регулируется подача газа. Клапаны 13, 16, а также насос 9 и компрессор 15 управляются с помощью блока 17 управления.

Согласно изобретению описанное устройство в качестве системы регенерации среды, расширяющей анкерный болт, действует как система очистки циркуляционной воды. Сжатый воздух с помощью компрессора 15 через адаптер 6 может нагнетаться в анкерный болт 2, который при расширении передает остаточную и нежелательную часть текучей среды из анкерного болта 2 в расширительный трубопровод 7. Подача газа под давлением, в частности сжатого воздуха, может происходить в рамках изобретения до и/или после заполнения анкера 1 текучей средой.

Для подачи, в частности, сжатого воздуха после расширения анкерного болта 2, и именно после расширения анкерного болта 2, избыточное давление, т.е. давление текучей среды, поддерживается через нагнетательный трубопровод 8 для сдавливания уплотнительных колец 10, а инфляционное давление, т.е. рабочее давление текучей среды порядка 240-300 бар снижается. На этом этапе процесса клапан 13 в расширительном трубопроводе 7 открывается, а клапан 16 в газопроводе 14 закрывается.

На следующем этапе, когда текучая среда, в основном, вытечет из анкерного болта или будет вытеснена из него, клапан 13 закроется, а клапан 16 откроется, так что газ, в частности воздух, через газопровод 14 и расширительный трубопровод 7 поступит в адаптер 6 и тем самым в анкерный болт 2. Избыточное давление к этому моменту все еще сохраняется.

Затем клапан 16 снова закрывается, а клапан 13 открывается, так что газ, закачанный в анкерный болт 2, выходит через расширительный трубопровод 7 и выдавливает при этом из анкерного болта 2 остаточную текучую среду.

Описанные процессы в случае необходимости могут повторяться до тех пор, пока текучая среда (например, вода) не будет удалена полностью. Для снятия адаптера 6 с гильзы 3 избыточное давление понижается.

По аналогии с прежними формами выполнения, в частности, с описанными положениями клапанов при подаче в анкерный болт 2 газа и текучей среды, согласно изобретению существует также возможность того, что, в частности, сжатый воздух еще до расширения в анкерном болте 2 может быть подан в первоначально еще порожний анкер 1, который был установлен в буровой скважине.

После этого анкер 1 заполняется расширяющей текучей средой и расширяется под действием давления. Профиль расправляется, и анкер 1 прижимается к стенке буровой скважины, образуя соединение с фрикционным и геометрическим замыканием. В ходе этого процесса закачанный перед этим воздух сжимается. После расширения анкерного болта 2 адаптер 6 удаляется. Сжатый воздух стравливается (происходит выравнивание давления) и выводит текучую среду, находящуюся в анкерном болте 2, из анкера 1.

В отличие от методов, при которых сжимается объем воздуха, находящегося в анкере 1 при нормальном атмосферном давлении, при произвольно созданном до подачи текучей среды избыточном давлении после выравнивания давления остаточной влаги в анкере 1 остается значительно меньше. После этого внутри анкера 1 почти сухо.

Текучая среда, выходящая из анкерного болта 2, может быть перекачана насосом 9 через спускной трубопровод 18 в резервуар или прямо в замкнутый цикл.

Резюмируя вышесказанное, пример выполнения по установке горного анкера 1 с использованием устройства согласно изобретению и способа согласно изобретению можно описать следующим образом.

После установления горного анкера 1 с анкерным болтом 2, в частности расширяемого фрикционного трубчатого анкера 1 с концевой гильзой 4 впереди, в пробуренную перед этим скважину на гильзе 3 устанавливается адаптер 6 с возможностью подачи и слива жидкости. С одной стороны, через нагнетательный трубопровод 8 подается избыточное давление, закрепляющее адаптер 6 на гильзе 3. С другой стороны, текучая среда по расширительному трубопроводу 7 устремляется в анкерный болт 2 и начинает заполнять его. При этом анкерный болт 2 благодаря повышению давления (под действием избыточного давления) расширяется в буровой скважине, так что он своей наружной поверхностью прижимается к ее стенкам и таким образом фиксирует горный анкер 1 в буровой скважине.

Благодаря возможности подачи газа с помощью адаптера 6 находящийся под давлением газ, в частности сжатый воздух, может подаваться в анкерный болт 2 до и/или после его расширения. Сжатый газ стравливается после удаления адаптера 6 (после выравнивания давления) и почти полностью выводит из анкера 1 текучую среду, находящуюся в анкерном болте 2.

Формула изобретения

1. Устройство для расширения и/или опорожнения частей (2) анкеров (1), в частности горных анкеров (1) типа фрикционных трубчатых или расширяемых фрикционных трубчатых анкеров, с устанавливаемым на анкере (1) съемным адаптером (6), который соединен как с насосом (9) с помощью, по меньшей мере, одного трубопровода (7, 8) для текучей среды, так и с расширяемыми частями (2), отличающееся тем, что адаптер (6) опосредованно или напрямую связан с подачей газа.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подача газа осуществляется с помощью газопровода (14) и компрессора (15).

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что компрессор (15) является газовым компрессором и/или соединен с емкостью со сжатым воздухом.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в трубопроводе (7) для подачи текучей среды установлен клапан (13).

5. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что в газопроводе (14) установлен сам по себе известный клапан (16).

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что клапаны (13, 16) соединены с устройством (17) управления.

7. Устройство по п.2 или 6, отличающееся тем, что газопровод (14) заканчивается в трубопроводе (7) для текучей среды на участке между клапаном (13) и адаптером (6).

8. Способ опорожнения частей анкеров, заполненных текучей средой, в частности горных анкеров типа фрикционных трубчатых или расширяемых фрикционных трубчатых анкеров, при котором используют, в частности, устройство по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что в подлежащие опорожнению части (2) подают газ под давлением, и при выходе газа из опорожняемых частей (2) из них выводят текучую среду.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что во время подачи и выхода газа поддерживают избыточное давление, оказывающее воздействие на адаптер (6).

10. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что для подачи газа в опорожняемые части (2) клапан (13) в трубопроводе (7) для текучей среды закрывается, а клапан (16) в газопроводе (14) открывается.

11. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что после подачи газа в опорожняемые части (2) клапан (16) в газопроводе (14) закрывается, а клапан (13) в трубопроводе (7) для текучей среды открывается.

12. Способ по п.8, отличающийся тем, что текучую среду, спускаемую из опорожняемых частей (2), направляют в замкнутый цикл.

13. Способ по п.9, отличающийся тем, что для съема адаптера (6) избыточное давление понижают.

14. Способ по п.8, отличающийся тем, что газ под давлением подают в опорожняемые части (2) до и/или после расширения частей (2).

15. Способ по п.8 или 14, отличающийся тем, что газ, находящийся в частях (2) под давлением, стравливают при выравнивании давления и выводят текучую среду из опорожняемых частей (2).

16. Способ установки анкеров, в частности, горных анкеров с расширяемыми частями (2) типа фрикционных трубчатых или расширяемых фрикционных трубчатых анкеров, причем части (2) расширяют с помощью текучей среды за счет внутреннего давления после их установки в предварительно выбуренную скважину, отличающийся тем, что текучую среду при подаче газа выводят из расширяемых частей (2).

РИСУНКИ