Устройство инжектирования смолы для бурильного устройства для установки анкерных болтов в грунт
Группа изобретений относится к области установки анкерных болтов штанговой крепи в грунт/слои горной породы. Технический результат - повышение эффективности установки крепи за счет использования самонарезающегося анкерного болта на смоле с одностадийной установкой. Устройство инжектирования смолы в соединении с бурильным устройством содержит инжектор текучей среды, выполненный с возможностью гидравлического соединения с полой бурильной штангой бурильного устройства для инжектирования одной или нескольких текучих сред смолы в бурильную штангу. При этом предусмотрена возможность инжектирования смолы в шпур через бурильную штангу перед вставлением анкерного болта. Инжектор содержит соединительное средство, выполненное с возможностью вращения и соединения с бурильной штангой. В работе инжектор остается стационарным, когда бурильная штанга вращается. Соединительное средство имеет разъемное соединение с бурильной штангой и отделено от бурильного устройства. Соединительное средство содержит первый и второй герметичные подшипники. Они обеспечивают непроницаемое для текучей среды уплотнение между наружной поверхностью бурильной штанги и внутренней частью соединительного средства. При этом соединительное средство дополнительно содержит наружный кожух, вмещающий камеру смешивания внутри соединительного средства. Инжектор текучей среды дополнительно содержит фиксирующее средство, съемно прикрепленное к наружному кожуху и бурильному устройству. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники изобретения
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для нагнетания смолы в пласт горной породы. В частности, изобретение относится к устройству нагнетания смолы и способу нагнетания смолы во время установки анкерных болтов штанговой крепи в грунт/слои горной породы.
Предпосылки изобретения
В большинстве подземных горных разработок, анкерные болты образуют основу систем штанговой крепи кровли и/или стен в тоннелях. Для подкрепления кровли или стен грунтовые якоря можно устанавливать с помощью механизмов или вручную с использованием смолы, цемента, фрикционных анкеров или точечных анкеров или их комбинации. Установлено, что 30-35% анкеров штанговой крепи не выполняют требований спецификации и могут представлять некоторый риск в поддержании безопасности на рабочих местах (Galvin et al., 2001).
В общем случае способ установки анкерных болтов с химической фиксацией, также известных как анкерные болты на смоле, вначале требует бурения шпура в кровле или стене. Анкерные болты на смоле содержат стальные болты/тросы, которые при установке в нужное положение заливаются смолой в шпуре. Смола защищает болт от коррозионного воздействия в шпуре и проникает в окружающий пласт горной породы для адгезивного объединения слоев и удержания стального болта в нужном положении.
Смола обычно подается в цилиндрическом двухкомпонентном картридже, который содержит компонент смолы и компонент активатора смолы. В процессе применения картридж вручную вставляют в пробуренный шпур и затем стальной болт/трос вставляют в шпур. Вставление болта вызывает разрыв пластмассовой оболочки картриджа. Стальной болт затем вращают для измельчения картриджа, перемешивания компонентов смолы и диспергирования смолы. Смесь смолы заполняет кольцевое пространство между стенкой шпура и стержнем стального болта. Смесь смолы затвердевает и связывает стальной болт с окружающим слоем горной породы.
Разрыв пластмассовой оболочки картриджа и эффективное смешивание компонентов смолы могут являться проблематичными. Многие анкерные болты на смоле становятся неэффективными, поскольку компоненты смолы полностью не смешиваются. Измельченный картридж может мешать смешиванию смолы и активатора. Плохое смешивание дает в результате низкое качество затвердевшей смолы и слабую прочность соединения между болтом и стенкой шпура. Кроме того, данный способ установки анкерных болтов на смоле является сложным и затратным по времени. Способ требует нахождения персонала рудника на участке тоннеля, не имеющем крепи, для вставления вручную картриджей со смолой. Способ дает в результате медленную установку анкерного болта на смоле и создает проблемы техники безопасности на рабочем месте.
Система самонарезающегося анкерного болта на смоле с одностадийной установкой предложена в качестве решения для преодоления упомянутых выше ограничений. В данной системе используется пустотелый стержень со сквозным каналом вдоль центральной оси стержня, служащим проходом для воды. По центру стержня создана полость для размещения картриджа со смолой. В данной системе после выполнения шпура нагнетают воду в полость, содержащую картридж со смолой. Вода разрывает картридж со смолой, продавливая смолу через отверстие в наконечнике стержня в шпур со стальным болтом. Смола затем затвердевает, связывая болт со слоями горной породы.
Недостаток данной системы состоит в том, что картридж со смолой может преждевременно разрушиться во время транспортировки или во время бурения до завершения процесса бурения. Дополнительная проблема состоит в том, что недостаточный объем смолы может задавливаться в шпур для закрепления стального болта.
Также предложена специализированная буровая установка. Данная система имеет специальную платформу бурения и установки на месте бурения шпура, направляющая труба инжектора смолы поворачивается на определенный угол, совмещаясь с пробуренным шпуром, и смола выстреливается в пробуренный шпур. После отстрела смолы в шпур анкерный болт для установки в грунт поворачивается на определенный угол в положение против шпура и устанавливается в пробуренный шпур. В течение всего данного процесса компонент бурения остается стационарным. Данная буровая установка создает очень хороший способ для установки крепи массива горной породы. Вместе с тем, машина является узкоспециализированной и весьма дорогой для включения в парк горных машин, поскольку не может выполнять другой функции, кроме установки штанговой крепи массива горной породы. Кроме того, картридж со смолой может разрываться, вызывая смешивание двух химреагентов с образованием твердой массы, и блокировать шпур, препятствуя входу анкерного болта в пробуренный шпур.
Из приведенного выше описания нескольких известных способов установки анкерных болтов в грунт можно видеть, что используемые системы известной техники страдают от проблем, связанных по меньшей мере с устойчивостью смолы и эффективностью смешивания компонентов смолы при использовании. Различные проблемы техники безопасности также возникают. Поэтому разработано настоящее изобретение, создающее простой и эффективный способ и устройство для нагнетания смолы, применяемые во время установки анкерных болтов на смоле.
Ссылки на известную технику в данном описании даны только иллюстративно и не должны считаться утверждением, что такая известная техника является частью общеизвестного уровня техники в Австралии или другом месте.
Сущность изобретения
Согласно одному аспекту настоящего изобретения создано устройство инжектирования смолы для использования в соединении с бурильным устройством для установки анкерных болтов в грунт, содержащее инжектор текучей среды, выполненный с возможностью гидравлического соединения с полой бурильной штангой бурильного устройства, для инжектирования одной или нескольких текучих сред смолы в бурильную штангу, при этом в работе, когда шпур пробурен в грунте/слоях горной породы, смолу можно инжектировать в шпур через бурильную штангу перед вставлением анкерного болта.
Предпочтительно, инжектор текучей среды содержит вращающееся соединительное средство для соединения инжектора текучей среды с вращающейся бурильной штангой, при этом используемый инжектор текучей среды остается стационарным, когда бурильная штанга вращается. Предпочтительно вращающееся соединительное средство содержит первый и второй герметичные подшипники, которые обеспечивают непроницаемое для текучей среды уплотнение между наружной поверхностью бурильной штанги и внутренней поверхностью вращающегося соединительного средства.
Предпочтительно вращающееся соединительное средство дополнительно содержит наружный кожух, вмещающий камеру смешивания во внутренней части вращающегося соединительного средства. Предпочтительно, камера смешивания гидравлически сообщается с окном инжектирования текучей среды, созданным в стенке бурильной штанги в зоне, закрытой камерой смешивания во вращающемся соединительном средстве инжектора текучей среды.
В общем вращающееся соединительное средство имеет разъемное соединение с бурильной штангой. Предпочтительно инжектор текучей среды дополнительно содержит фиксирующее средство, съемно прикрепляющееся к наружному кожуху инжектора текучей среды и съемно прикрепляющееся к бурильному устройству.
Предпочтительно инжектор текучей среды имеет некоторое число впускных окон для текучей среды для инжектирования различных текучих компонентов смолы в бурильную штангу. Предпочтительно некоторое число впускных окон для текучей среды создается в клапанном манифольде. Предпочтительно каждое впускное окно текучей среды снабжено клапаном для предотвращения перекрестного загрязнения текучих компонентов смолы. В одном варианте осуществления клапаны, оборудованные в клапанном манифольде, являются золотниковыми клапанами. Предпочтительно создается по меньшей мере одно дополнительное впускное окно для приема промывочного средства для промывки инжектора текучей среды и бурильной штанги от текучих компонентов смолы после использования.
Предпочтительно устройство нагнетания смолы дополнительно содержит систему перекачки текучей среды для перекачки текучих компонентов смолы в инжектор текучей среды. В общем насосная система содержит множество контейнеров текучей среды и отдельный насос для каждого контейнера для перекачки текучих сред из соответствующих контейнеров в соответствующие впускные окна текучей среды на инжекторе текучей среды. Предпочтительно насосы являются насосами постоянного рабочего объема. Предпочтительно система перекачки текучей среды монтируется на несущей раме, которую можно навешивать на бурильное устройство любого типа для переоснащения.
Предпочтительно насосы могут иметь изменяемую производительность подачи текучих компонентов смолы в инжектор текучей среды.
Предпочтительно устройство нагнетания смолы дополнительно содержит электронную систему управления инжектором текучей среды и системой перекачки текучей среды.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения создан способ инжектирования смолы для использования в соединении с бурильным устройством для установки анкерных болтов в грунт, содержащий следующие этапы:
создание инжектора текучей среды, выполненного с возможностью гидравлического соединения с полой бурильной штангой бурильного устройства;
инжектирование одной или нескольких текучих сред смолы с помощью инжектора текучей среды в полую бурильную штангу бурильного устройства после бурения, при этом одна или несколько текучих сред смолы перемещаются в шпур, пробуренный в слоях горной породы.
Предпочтительно этап инжектирования включает в себя перекачку первого текучего химреагента смолы и второго текучего химреагента смолы раздельно в инжектор текучей среды, и одновременно инжектирование первого и второго текучих химреагентов в полую бурильную штангу.
Предпочтительно способ дополнительно содержит этап инжектирования промывочного средства в инжектор текучей среды и полую бурильную штангу, так что промывочное средство промывает инжектор текучей среды и бурильную штангу от любых остающихся текучих химреагентов.
Предпочтительно способ дополнительно содержит этап смешивания первого и второго текучих химреагентов смолы в полой бурильной штанге. Предпочтительно этап смешивания содержит вставление анкерного болта в шпур и вращение анкерного болта для осуществления дополнительного смешивания.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения создано бурильное устройство для установки в грунт анкерных болтов, содержащее:
бурильный блок, содержащий полую бурильную штангу для бурения шпура в грунте/слоях горной породы;
инжектор текучей среды, гидравлически сообщающийся с полой бурильной штангой бурильного блока для инжектирования одной или нескольких текучих сред смолы в бурильную штангу, при этом в работе, когда шпур пробурен в слое горной породы, смолу можно инжектировать в шпур через бурильную штангу перед вставлением анкерного болта.
Предпочтительно бурильное устройство дополнительно содержит систему перекачки текучей среды для перемещения текучих компонентов смолы в инжектор текучей среды. В общем насосная система содержит множество контейнеров текучей среды и отдельный насос для каждого контейнера для перекачки текучих сред из соответствующих контейнеров в соответствующие впускные окна текучей среды на инжекторе текучей среды.
Предпочтительно бурильное устройство является подземной буровой установкой.
По всему описанию, термин "слои" относится к массиву горной породы, геологической среде и/или грунту, который может находиться в подпорной стенке, карьере, руднике или тоннеле.
По всему описанию термин "смола" в общем относится к любым заливочным смолам или синтетическим смолам, которые являются жидкими мономерами термореактивных пластиков или альтернативно цементному раствору. Вместе с тем, термин "смола" может относиться к любому химреагенту, известному специалисту в данной области техники для использования в горных разработках, гражданском или промышленном строительстве для крепления грунта.
По всему описанию, если иное не требуется, слово "содержат" или его такие вариации, как "содержит" или "содержащий", следует понимать, как включение указанного целого числа или группы из целых чисел, но не включение любого другого целого числа или группы целых чисел. Аналогично слово "предпочтительно" или его такие вариации, как "предпочтительный", следует понимать, как включение указанного целого числа или группы целых чисел требуемое, но не существенное для работы изобретения.
Краткое описание чертежей
Изобретение становится более понятным из следующего подробного описания конкретного варианта осуществления способа и устройства для нагнетания смолы, приведенного только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.
На Фиг. 1 показана буровая установка для установки анкерных болтов, в которой используется предпочтительный вариант осуществления устройства нагнетания смолы согласно настоящему изобретению.
На Фиг. 2 показана с увеличением часть буровой установки Фиг. 1 с первым вариантом осуществления инжектора текучей среды согласно настоящему изобретению.
На Фиг. 3 дополнительно показан с увеличением инжектор текучей среды Фиг. 2.
На Фиг. 4 показан с увеличением предпочтительный вариант осуществления насосной системы, используемой в соединении с устройством нагнетания смолы согласно настоящему изобретению.
На Фиг. 5 показан дополнительный вид буровой установки Фиг. 1.
На Фиг. 6 показана с увеличением часть буровой установки Фиг. 1 со вторым вариантом осуществления инжектора текучей среды согласно настоящему изобретению.
На Фиг. 7 показан в изометрии инжектор текучей среды Фиг. 6.
На Фиг. 8 показан вид в плане с частью скрытых деталей клапанного кожуха, используемого в инжекторе текучей среды Фиг. 6.
На Фиг. 9 показана изометрия с частью скрытых деталей инжектора текучей среды Фиг. 6.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
На Фиг. 1 и 6 показана буровая установка 10 для использования в установке анкерного болта 60 в грунт. Буровая установка 10 содержит два оборудованных гидроприводом выдвигающихся и устанавливаемых в нужное положение манипулятора 13, 17, каждый из которых несет первый и второй компонент 16, 18 механизма подачи соответственно. Первый и второй компоненты 16, 18 механизма подачи, каждый, может нести бур/бурильный блок, который используется для бурения шпуров в грунте/слоях горной породы. Как показано на Фиг. 1, первый компонент 16 механизма подачи содержит удлиненный бурильный блок 22, имеющий бурильную штангу 21 и буровое долото 14, съемно прикрепленное на ее дальнем конце. Манипуляторы 13, 17 обеспечивают одновременное бурение двух шпуров на участке, продолжающем горную выработку, при этом нет необходимости входа основной части буровой установки 10 на данный участок. Следует отметить, что основная часть буровой установки 10 оборудована кабиной, где работает оператор.
Предпочтительный вариант осуществления устройства 19 нагнетания смолы согласно настоящему изобретению, которое в общем используется в соединении с бурильным устройством, в данном случае буровой установкой 10, подробно описан ниже.
Устройство 19 нагнетания смолы содержит инжектор текучей среды в форме адаптера 20 инжектирования смолы, который можно лучше всего видеть на Фиг. 2 и 3. Адаптер 20 инжектирования смолы выполнен с возможностью гидравлического соединения с бурильной штангой 21 бурильного блока 22. Адаптер 20 инжектирования инжектирует одну или несколько текучих сред смолы в бурильную штангу 21, при этом при использовании, когда шпур пробурен в грунте/слоях горной породы, смолу можно инжектировать в шпур через бурильную штангу 21 перед вставлением анкерного болта 60 в грунт.
Предпочтительно адаптер 20 инжектирования содержит вращающееся соединительное средство 23 для соединения с вращающейся бурильной штангой 21. Вращающееся соединительное средство имеет наружный кожух 25 и фиксирующий брус 24, съемно прикрепленный к наружному кожуху 25 (см. Фиг. 3). При использовании наружный кожух 25 адаптера инжектирования остается стационарным, а бурильная штанга 21 вращается. Предпочтительно вращающееся соединительное средство 23 разъемно соединяется с бурильной штангой 21. Фиксирующий брус 24 аналогично съемно прикрепляется к фиксирующей плите 26 на бурильном блоке 22. Предпочтительно фиксирующий брус 24, по существу, предотвращает вращение наружного кожуха 25 адаптера 20 инжектирования смолы в течение всего времени бурения бурильным блоком 22 и установки анкерного болта на смоле.
Адаптер 20 инжектирования смолы имеет множество впускных окон 28, 30 и 32 текучей среды для инжектирования различных текучих компонентов смолы в бурильную штангу 21. Впускные окна текучей среды, каждое, снабжено обратным клапаном 46, 48 и 50 соответственно для предотвращения перекрестного загрязнения текучих компонентов смолы. Текучая среда, входящая в адаптер 20 инжектирования смолы через обратные клапаны, проходит в камеру 31 смешивания (не показано), размещенную в наружном кожухе 25. Окно 29 инжектирования текучей среды (не показано) оборудовано в участке соединительной муфты 27, закрытой вращающимся соединительным средством 23, и гидравлически сообщается с камерой 31 смешивания.
Предпочтительно первое одно из впускных окон 28 текучей среды выполнено с возможностью приема промывочного средства для промывки адаптера 20 инжектирования смолы и бурильной штанги 21 от текучих компонентов смолы после использования. Предпочтительно, второе впускное окно 30 текучей среды оборудуется для приема первого текучего химреагента смолы и третье впускное окно 32 текучей среды оборудуется для приема второго текучего химреагента смолы, например смолы и активатора смолы, соответственно. Предпочтительно, шланги (не показано) проходят к соответствующим обратным клапанам 46, 48 и 50. Адаптер 20 инжектирования смолы может устанавливаться на любой буровой установке, оснащенной несколькими стрелами/подающими устройствами, или специальном устройстве бурения для штанговой крепи.
Предпочтительно устройство 19 нагнетания смолы дополнительно содержит насосную систему 33 текучей среды, показанную на Фиг. 4, для подачи текучих компонентов смолы в адаптер 20 инжектирования смолы. В общем насосная система 33 содержит некоторое число контейнеров 34, 36 текучей среды и отдельный насос для каждого контейнера 40, 42 для перекачки текучих химреагентов смолы из соответствующих контейнеров в соответствующие впускные окна текучей среды на адаптере 20 инжектирования смолы. Предпочтительно насосы 40, 42 являются насосами постоянного рабочего объема. Предпочтительно система перекачки текучей среды устанавливается на несущей раме 38, которую можно навешивать на бурильное устройство любого типа при его переоснащении.
Устройство 19 нагнетания смолы дополнительно содержит электронную систему 44 управления работой адаптера 20 инжектирования смолы, скоростью извлечения и системой перекачки текучей среды 33. Электронная система 44 управления предпочтительно размещается на несущей раме 38 насосной системы 33, как показано на Фиг. 4. Предусмотрена возможность ручного запуска системы 44 управления или альтернативного автоматического запуска после нажатия кнопки 12 пуска, как показано на Фиг. 1 и 5, в кабине буровой установки 10.
При использовании насосы 40 и 42 подают первый и второй текучие химреагенты смолы раздельно в адаптер 20 инжектирования смолы. После входа первого и второго текучих химреагентов смолы в адаптер 20 инжектирования смолы химреагенты начинают смешиваться в камере 31 смешивания и затем входят в бурильную штангу 21 через окно 29 инжектирования текучей среды. Насосная система 33 предпочтительно обеспечивает различные расходы первого и второго текучего химреагента смолы при подаче в адаптер 20 инжектирования смолы с точным дифференциальным регулированием для создания различных смесей для различных условий установки анкеров.
Устройствами 19 нагнетания смолы можно дооборудовать существующее бурильное устройство при переоснащении или такие устройства можно включать в состав в бурильного устройства во время изготовления.
Предпочтительный способ инжектирования смолы согласно настоящему изобретению, который в общем используется в соединении с бурильным устройством, здесь в форме буровой установки 10, подробно описан ниже.
Предпочтительный способ инжектирования смолы для использования в соединении с буровой установкой 10 для установки анкерных болтов 60 в грунт содержит этап создания инжектора 20 текучей среды, выполненного с возможностью гидравлического соединения с полой бурильной штангой 21 буровой установки 10. Способ содержит дополнительный этап инжектирования одного или нескольких текучих химреагентов смолы через инжектор 20 текучей среды в полую бурильную штангу 21 буровой установки 10, при этом текучие химреагенты смолы перемещаются в шпур, пробуренный в грунте/слоях горной породы.
Предпочтительно, этап инжектирования включает в себя использование насосной системы 33 для перекачивания первого текучего химреагента смолы из контейнера 34 текучей среды, и второго текучего химреагента смолы из контейнера 36 текучей среды раздельно в инжектор 20 текучей среды, при этом первый и второй текучие химреагенты смолы одновременно инжектируются в бурильную штангу 21.
Предпочтительно способ дополнительно содержит этап инжектирования промывочного средства в инжектор 20 текучей среды и бурильную штангу 21, при этом промывочное средство промывает адаптер 20 инжектирования смолы и бурильную штангу 21, от любых оставшихся текучих химреагентов смолы.
В общем, когда анкерный болт 60 нужно установить в грунт/слои горной породы, например в кровле горной выработки, бурится шпур в слои горной породы с помощью бурильного блока 22. Бурильный блок 22 предпочтительно устанавливается на первом компоненте 16 механизма подачи буровой установки 10. Анкерный болт 60 подается на втором компоненте 18 механизма подачи буровой установки 10.
Когда шпур пробурен в слой горной породы и промыт, буровое долото 14 возвращается в основание шпура. Буровая установка предпочтительно дополнительно содержит кнопку 12 пуска на платформе оператора буровой установки 10, которая включается для активирования системы 44 управления. Система 44 управления регулирует подачу первого текучего химреагента смолы и второго текучего химреагента смолы, например собственно смолы и активатора смолы из насосов 40 и 42, и скорость извлечения бурильного блока 22. Насосы 40 и 42 подают первый текучий химреагент смолы и второй текучий химреагент смолы раздельно в адаптер 20 инжектирования смолы, здесь при входе химреагентов в адаптер 20 инжектирования смолы начинается смешивание химреагентов. Процесс смешивания продолжается до выхода всего объема химреагентов (смешанной смолы и активатора смолы) из бурового долота 14 через бурильную штангу 21. Бурильная штанга 21 затем выводится из шпура.
Когда система 44 управления обнаруживает, что процесс инжектирования смолы завершен, система 44 управления активирует автоматическую промывку/очистку адаптера 20 инжектирования смолы, бурильной штанги 21 и бурового долота 14. Обратные клапаны 46, 48 и 50 адаптера 20 инжектирования смолы по существу ограничивают перекрестное загрязнение между текучими химреагентами смолы и промывочным средством. Данные обратные клапаны 46, 48 и 50 предпочтительно очищаются в процессе автоматической промывки.
Анкерный болт 60, имеющийся на втором компоненте 18 механизма подачи, затем устанавливается в заполненный смолой шпур, готовый к установке. В предпочтительном варианте осуществления используют вращение бурильного блока 22 для дополнительного смешивания химреагентов, когда оператор буровой установки 10 подает анкерный болт 60 в шпур. Когда текучие химреагенты смолы затвердевают и вращение на бурильном блоке 22 тормозится, анкерный болт 60 считается успешно установленным.
На Фиг. 6-9 показан второй вариант осуществления инжектора 51 текучей среды, используемого в устройстве инжектирования текучей среды согласно настоящему изобретению. Инжектор 51 текучей среды содержит вращающееся соединительное средство 52 для соединения с вращающейся бурильной штангой 21 бурильного устройства. Вращающееся соединительное средство 52 данного варианта осуществления содержит первый и второй герметичные подшипники 53 и 54, которые обеспечивают непроницаемое для текучей среды уплотнение вокруг наружной поверхности соединительной муфты 27, которая соединяет бурильную штангу 21 и внутреннюю часть вращающегося соединительного средства 52. Вращающееся соединительное средство 52 дополнительно содержит наружный кожух 55, заключающий в себе камеру 56 смешивания. Камера 56 смешивания гидравлически сообщается с окном 57 инжектирования текучей среды (см. Фиг. 9), созданным в стенке соединительной муфты 27 в зоне, заключенной во вращающееся соединительное средство 52 инжектора 51 текучей среды.
Инжектор 51 текучей среды дополнительно содержит клапанный манифольд 58, оборудованный на стенке наружного кожуха 55 вращающегося соединительного средства 52, как лучше всего показано на Фиг. 8. Клапанный манифольд 58 содержит некоторое число клапанов для управления подачей текучих сред в камеру 56 смешивания вращающегося соединительного средства 52. В данном варианте осуществления впуск 59 промывочной текучей среды и два золотниковых клапана 61 и 62 оборудованы в клапанном манифольде 58. Впуск 59 промывочной текучей среды служит для перекачки промывочной текучей среды, например воды через клапанный манифольд 58, камеру 56 смешивания и бурильную трубу 21. Как показано на Фиг. 8, впуск 59 промывочной текучей среды и оба золотниковых клапана имеют полости, гидравлически сообщающиеся с общей соединительной полостью 63, созданной в клапанном манифольде 58.
Золотниковые клапаны 61 и 62, каждый, содержит шаровой золотник 64 и первое и второе шаровые седла 65 и 66, которые располагаются на каждом конце соответствующей полости золотникового клапана. Первое впускное отверстие 67 имеется в стенке полости первого золотникового клапана 61 между соответствующими первым и вторым шаровыми седлами и проходит в камеру 56 смешивания, расположенную ниже. Второе впускное отверстие 68 имеется в стенке полости второго золотникового клапана 62 между соответствующими первым и вторым шаровыми седлами и также проходит в камеру 56 смешивания, расположенную ниже. Шаровые золотники 64 свободно перемещаются в соответствующей полости золотниковых клапанов между первым и вторым шаровыми седлами 65 и 66.
На Фиг. 8 показан шаровой золотник 64 второго золотникового клапана 62, стоящий на первом седле 65 клапана. Данное положение принимается, если промывочная текучая среда перекачивается в общую соединительную полость 63 через впуск 59 промывочной текучей среды. Должно быть ясно, что промывочная текучая среда может при этом проходить через полость первого золотникового клапана и в камеру 56 смешивания, расположенную ниже через второе впускное отверстие 68.
С другой стороны, шаровой золотник 64 первого золотникового клапана 61 показан стоящим на втором клапанном седле 66 на другом конце полости золотникового клапана. Данное положение принимается, если текучая среда перекачивается в первый золотниковый клапан 61 через первое клапанное седло 65. В данном положении шаровой золотник 64 блокирует подачу текучей среды в общую соединительную полость 63 и обеспечивает вход текучей среды в камеру 56 смешивания через впускное отверстие 67.
Первый золотниковый клапан 61 управляет подачей первого текучего химреагента смолы, например собственно смолы в камеру 56 смешивания через первое впускное отверстие 67. Второй золотниковый клапан 63 управляет подачей второго текучего химреагента смолы, например активатора смолы в камеру 56 смешивания через первое впускное отверстие 67. Соединительные шланги (не показано) для перемещения текучих химреагентов смолы и промывочной текучей среды из контейнеров текучей среды системы перекачки соединяются с каждым из золотниковых клапанов 61 и 62 и впуском 59 промывочной текучей среды.
Конфигурация золотниковых клапанов 61 и 62 с впуском 59 промывочной текучей среды и общая соединительная полость 63 предотвращает возможность смешивания текучих химреагентов смолы двух типов перед входом в камеру смешивания, но обеспечивает промывку клапанного манифольда и камеры смешивания с помощью одного впуска промывочной текучей среды. Промывку можно выполнять со всеми соединительными шлангами, остающимися соединенными с клапанным манифольдом 58, поскольку шаровые золотники должны перекрывать обратный проход промывочной текучей среды в соединительные шланги золотниковых клапанов 61 и 62.
Фиксирующий кронштейн 69 (см. Фиг. 9) создается на наружном кожухе 55 вращающегося соединительного средства 52 для закрепления инжектора 51 текучей среды и предотвращения его вращения с бурильной штангой 21 и соединительной муфтой 27. Фиксирующий брус 24 (не показано), аналогичный используемому в первом варианте осуществления, соединяется с фиксирующим кронштейном 69.
Из подробного описания предпочтительных вариантов осуществления должно быть ясно, что описанный вариант осуществления создает ряд преимуществ по отношению к известной технике, в том числе следующие.
I. Система обеспечивает в общем быструю и эффективную укладку смолы в основание шпура с использованием стандартных компонентов буровых установок, т.е. бурильного блока и бурового долота, и с помощью инжектора текучей среды, насосов для химреагентов, системы управления для регулирования подачи насосом химреагента смолы, скорости убирания подающего устройства и автоматической промывки/очистки. При этом создается высокопроизводительная, эффективная и экономичная альтернатива устройству и способам известной техники.
II. Химреагент (химреагенты) смолы хранятся раздельно; стабильность компонентов смолы не выбирается как результат компромисса и соответственно транспортировка компонентов смолы становится проще.
III. На показатели работы получающейся в результате готовой смолы не влияют в значительной степени неэффективное смешивание или помехи от упаковки компонентов смолы.
IV. Система обеспечивает инжектирование готовой смолы в шпуры большинства диаметров, при этом приспосабливаясь к условиям грунта, имеющимся буровым долотам и имеющимся анкерным болтам.
V. Покрытие анкерного болта оболочкой смолы является очень важным в процессе установки. Поскольку настоящая система обеспечивает закачивание готовой смолы в шпур, последний может полностью заполняться, и при установке анкера он должен вытеснять точное требуемое количество смолы, гарантируя полное покрытие оболочкой анкера и соединение анкера с грунтом/слоями горной породы. Указанное, в свою очередь, гарантирует, что зона становится более безопасной для персонала и оборудования.
VI. Система обеспечивает оператору возможность бурения и инжектирования готовой смолы, не покидая рабочего места в кабине оператора.
VII. Система обеспечивает оператору бурение шпура с одновременным позиционированием анкерного болта для бурящегося шпура для установки. Когда бурение шпура заканчивается, оператор может запускать процесс инжектирования, включая насосную систему, и смола затем автоматически перекачивается в шпур. Когда буровое долото извлечено из шпура, инжектор текучей среды и бурильный блок автоматически очищаются, и оператор получает возможность начать установку анкерного болта. Поскольку способ является простым и нетрудоемким, указанное дает оператору возможность установки требуемого числа анкеров за самое короткое возможное время, быстро освобождая оператора и буровую установку для других работ.
Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что различные модификации и улучшения можно выполнять в описанных выше вариантах осуществления без отхода от основных концепций настоящего изобретения. Также ясно, что объем изобретения не ограничен конкретными описанными вариантами осуществления.
1. Устройство (19) инжектирования смолы для использования в соединении с бурильным устройством (10) для установки анкерных болтов (19) в грунт, содержащее инжектор (20, 51) текучей среды, выполненный с возможностью гидравлического соединения с полой бурильной штангой (21) бурильного устройства (19) для инжектирования одной или нескольких текучих сред смолы в бурильную штангу (21), при этом при использовании, когда шпур пробурен в слоях горной породы, смолу можно инжектировать в шпур через бурильную штангу перед вставлением анкерного болта (60), отличающееся тем, что
инжектор (20, 51) текучей среды содержит вращающееся соединительное средство (23, 52) для соединения с вращающейся бурильной штангой (21), при этом в работе инжектор (20) текучей среды остается стационарным, когда бурильная штанга (21) вращается, и при этом вращающееся соединительное средство (23) имеет разъемное соединение с бурильной штангой (21) и отделено от бурильного устройства (19); причем
вращающееся соединительное средство (52) содержит первый и второй герметичные подшипники (53, 54), обеспечивающие непроницаемое для текучей среды уплотнение между наружной поверхностью бурильной штанги (21) и внутренней частью вращающегося соединительного средства (52); и при этом
вращающееся соединительное средство (52) дополнительно содержит наружный кожух (55), вмещающий камеру смешивания (56) во внутренней части вращающегося соединительного средства (52), и инжектор (51) текучей среды дополнительно содержит фиксирующее средство (24, 69), съемно прикрепляющееся к наружному кожуху (55) и съемно прикрепляющееся к бурильному устройству (10).
2. Устройство (19) инжектирования смолы по п. 1, в котором камера (56) смешивания гидравлически сообщена с окном (57) инжектирования текучей среды, образованным в стенке соединительной муфты (27) в зоне, закрытой камерой (56) смешивания во вращающемся соединительном средстве (52) инжектора (20, 51) текучей среды.
3. Устройство инжектирования смолы по п. 1, в котором инжектор текучей среды дополнительно содержит фиксирующее средство, съемно прикрепляющееся к наружному кожуху инжектора текучей среды и съемно прикрепляющееся к бурильному устройству.
4. Устройство инжектирования смолы по п. 1, в котором инжектор текучей среды имеет несколько впускных окон текучей среды для инжектирования различных текучих компонентов смолы в бурильную штангу.
5. Устройство инжектирования смолы по п. 4, в котором несколько впускных окон для текучей среды создается в клапанном манифольде.
6. Устройство инжектирования смолы по п. 5, в котором каждое впускное окно текучей среды снабжено клапаном для предотвращения перекрестного загрязнения текучих компонентов смолы.
7. Устройство инжектирования смолы по п. 6, в котором клапаны, оборудованные в клапанном манифольде, являются золотниковыми клапанами.
8. Устройство инжектирования смолы по п. 4, в котором выполнено по меньшей мере одно дополнительное впускное окно для приема промывочного средства для промывки инжектора текучей среды и бурильной штанги от текучих компонентов смолы после использования.
9. Устройство инжектирования смолы п. 1, дополнительно содержащее систему перекачки текучей среды для перемещения текучих компонентов смолы в инжектор текучей среды.
10. Устройство инжектирования смолы по п. 9, в котором насосная система содержит множество контейнеров текучей среды и отдельный насос для каждого контейнера для перекачки текучих сред из соответствующих контейнеров в соответствующие впускные окна текучей среды на инжекторе текучей среды.
11. Устройство инжектирования смолы по п. 9, дополнительно содержащее электронную систему управления работой инжектора текучей среды и системы перекачки текучей среды.
12. Бурильное устройство (10) для установки анкерных болтов (60) в грунт, содержащее:
бурильный блок (22), имеющий полую бурильную штангу (21) для бурения шпура в слоях горной породы;
инжектор (20, 51) текучей среды, гидравлически сообщающийся с полой бурильной штангой (21) бурильного блока (22), для инжектирования одной или нескольких текучих сред смолы в бурильную штангу (21), при этом в работе, когда шпур пробурен в слое горной породы, смолу можно инжектировать в шпур через бурильную штангу перед вставлением анкерного болта (60), отличающееся тем, что
инжектор (20, 51) текучей среды содержит вращающееся соединительное средство (23, 52) для соединения с вращающейся бурильной штангой (21), при этом в работе инжектор (20) текучей среды остается стационарным, когда бурильная штанга (21) вращается, и при этом вращающееся соединительное средство (23) имеет разъемное соединение с бурильной штангой (21) и отделено от бурильного устройства (19); причем
вращающееся соединительное средство (52) содержит первый и второй герметичные подшипники (53, 54), обеспечивающие непроницаемое для текучей среды уплотнение между наружной поверхностью бурильной штанги (21) и внутренней частью вращающегося соединительного средства (52); и при этом
вращающееся соединительное средство (52) дополнительно содержит наружный кожух (55), вмещающий камеру смешивания (56) во внутренней части вращающегося соединительного средства (52), и инжектор (51) текучей среды дополнительно содержит фиксирующее средство (24, 69), съемно прикрепляющееся к наружному кожуху (55) и съемно прикрепляющееся к бурильному устройству (10).
13. Бурильное устройство (10) по п. 12, дополнительно содержащее систему (33) перекачки текучей среды для перемещения текучих компонентов смолы в инжектор (20, 51) текучей среды.
14. Бурильное устройство (10) по п. 13, в котором насосная система (33) содержит множество контейнеров (34, 26) текучей среды и отдельный насос (40, 42) для каждого контейнера для перекачки текучих сред из соответствующих контейнеров в соответствующие впускные окна текучей среды на инжекторе (20, 51) текучей среды.
15. Бурильное устройство (10) по любому из пп. 12-14, представляющее собой подземную буровую установку (10).
