ГИДРОЗАТВОР ДВУХКАНАЛЬНЫЙ

Полезная модель относится к технике безопасности в угольной промышленности при подземной разработке полезных ископаемых и предназначена для герметизации скважин, пробуренных под любым углом по углю или породе крепостью не ниже 0,5 по шкале проф. Протодъяконова М.М., при нагнетании в пласт воды для предварительного увлажнения или растворов различных химических реагентов для снижения пылеобразования при его отработке.
Известно устройство, включающее наконечник для подвода воды, цилиндр, трубу, поршень, уплотнительные элементы, разделительные кольца и опорный стакан (патент на полезную модель №114478, опубликовано 27.03.2012, бюл. №9).
Недостатком известного устройства является то, что герметизация скважины производится за счет диаметрального расширения резиновых втулок от их сжатия в осевом направлении, в результате чего происходит заклинивание их в скважине и после прекращения подачи воды в пласт, резиновые втулки не могут вернуться в исходное положение для извлечения, и устройство остается в скважине. На практике было выявлено, что коническое отверстие наконечника, через которое происходит нагнетание воды в пласт, изготовить очень сложно, а испытания показали, что коническое отверстие не способно создать дополнительное давление, достаточное для образования трещин в угольном пласте и нагнетания в них воды для предварительного увлажнения.
Известна полезная модель, взятая за прототип, содержащая гидрозатвор, два нагнетательных рукава, краны, кронштейны и ловитель (патент на полезную модель №120463, опубликовано 20.09.2012, бюл. №26).
Недостатком этой полезной модели является сложная конструкция гидрозатвора, в котором подпружиненные поршни неравномерно воздействуют на герметизирующие резиновые втулки, вследствие чего происходит их перекос и не плотное прилегание к стенкам скважины. Практика показала, что неравномерное расширение резиновых втулок в скважине не обеспечивает ее полную герметизацию, что приводит к вытеканию воды при нагнетании. Сложность конструкции заключается в том, что необходимо изготовить большое количество деталей, например, для приведения в действие (расширения и сжатия) резиновых втулок необходимо изготовить и собрать 18 пружин и поршней. Кроме того, сложная конструкция ведет к значительному увеличению стоимости устройства.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности герметизации скважины, обеспечивающее безопасность эксплуатации устройства.
Это достигается тем, что в гидрозатворе, согласно полезной модели, распирание резиновых втулок в скважине происходит за счет подачи воды через нагнетательный рукав за поршень для перемещения резиновых уплотнителей в осевом направлении, для принудительного возврата уплотнителей в исходное положение вода под давлением подается по другому нагнетательному рукаву в полость перед поршнем, а конусное отверстие в наконечнике выполнено уступами.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид двухканального гидрозатвора, на фиг. 2 - гидрозатвор, на фиг. 3 - штанга.
Гидрозатвор (фиг. 2) содержит хвостовик 1 с патрубками для подвода воды 2 и 3, цилиндр 4, трубку 5 с отверстиями 6, поршень 7, уплотнители 8, насадку 9. Между уплотнителями расположены разделительные кольца 10. С одного торца уплотнителей находится кольцевой упор 11, с другого торца уплотнитель опирается на насадку 9.
К патрубкам хвостовика подведены два рукава: один 12 служит для подачи воды в полость за поршнем для распирания уплотнителей в скважине и нагнетания воды в угольный пласт, второй 13 - для подачи воды через канал 14 в полость цилиндра 4 перед поршнем для возвращения поршня и уплотнителей в исходное положение (для принудительного разжимания уплотнителей перед извлечением гидрозатвора из скважины). Рукава 12 и 13 имеют игольчатые клапаны 15 и 16 для управления работой гидрозатвора, а с помощью резьбовых втулок 17 и 18 подсоединяются к насосной установке. К нагнетательному рукаву 12 присоединен тройник 19 с манометром 20. Тройник расположен на кронштейне 21, который устанавливается на почву выработки с помощью анкеров 22. К торцу хвостовика 1 через скобу присоединен извлекатель 23.
Гидрозатвор снабжен ловителем и штангой. Ловитель представляет собой герметизатор, который состоит из трубы 24, на одном конце которой нарезана трапецеидальная резьба, а на другом имеется упор, трех уплотнителей 25, находящихся между распорными 26 и промежуточными 27 втулками. На резьбовом конце трубы расположены распорная втулка 28, гайка 29 с маховиком 30, штанга 31, расположенная между контргайками 32 и 33. Штанга 31 выполнена в виде вилки, в которую помещают рукава 12 и 13 гидрозатвора. После установки штанги 31 в требуемом положении она фиксируется контргайкой 32, а после распирания втулок 25 в скважине гайка 29 фиксируется контргайкой 33. Для увеличения силы сжатия уплотнителей в скважине и усилия затяжки контргаек применяется вороток 34 с рычагом 35, который надевается на рукоятки маховиков.
Штанга (фиг. 3) разборная предназначена для установки на определенную глубину гидрозатвора в скважине и состоит из четырех трубок 36, соединяющихся между собой с помощью резьбы, наконечника 37 и ручки 38.
Гидрозатвор работает следующим образом.
Гидрозатвор с помощью штанги помещается в скважину на глубину, предусмотренную паспортом отработки выемочного участка. К свободному концу рукава 13 присоединяется клапан 15 и втулка 17, а к свободному концу рукава 12 присоединяется тройник 19 с манометром 20, клапан 16 и втулка 18 для подключения к насосной установке. В соседнюю скважину, расположенную на расстоянии не более 400 мм от рабочей скважины, помещают ловитель. Вручную, с помощью воротка и рычагов ловитель распирают в скважине, а рукава 12 и 13 от гидрозатвора пропускают через прорезь в ловителе.
Для распирания уплотнителей гидрозатвора в скважине и нагнетания воды в пласт к насосной установке подсоединяется рукав 12 с закрытым клапаном 16, рукав 13 с открытым клапаном 15 свободно лежит на почве выработки.
После включения насосной установки, плавно открывается клапан 16 и жидкость по рукаву 12 поступает в хвостовик 1, далее заполняет трубку 5, насадку 9 и через отверстие подается в скважину. Так как выходное отверстие в насадке гидрозатвора имеет малый диаметр, внутри гидрозатвора создается давление. По мере роста давления в гидрозатворе жидкость поступает по отверстиям 6, диаметр которых больше диаметра отверстия в насадке, в полость 39 за поршнем 7, перемещая его в цилиндре 4 вместе с трубкой 5 в сторону хвостовика 1. Так как насадка 9 жестко соединена с трубкой 5, то она тоже перемещается в сторону хвостовика, а кольцевой упор 11 с цилиндром 4 остается неподвижным, за счет чего происходит равномерное сжатие уплотнителей 8 в осевом направлении. Диаметр уплотнителей увеличивается и происходит распирание их в скважине. Разделительные кольца 10 предохраняют уплотнители от чрезмерного сжатия.
После герметизации происходит наполнение скважины жидкостью. Проникновение жидкости в поры и трещины угольного пласта производится за счет давления и импульсного воздействия, создаваемого поршневым насосом. Кроме того, дополнительное давление и импульсы создаются за счет того, что отверстие в насадке выполнено уступами, и часть воды, ударяясь об уступы, возвращается в общий поток. По мере наполнения угольного пласта жидкостью возрастает давление в скважине, которое преодолевается давлением, создаваемым насосом. Процесс нагнетания жидкости прекращается при уравновешивании давления в скважине и на насосе.
В случае, если давление нагнетания воды в скважину превышает давление распирания, гидрозатвор будет стремиться выскочить из скважины. При этом он будет давить на поворотную штангу 31 ловителя, создавая крутящий момент, который будет поворачивать ловитель в скважине, создавая дополнительную силу его распирания в скважине. Таким образом, ловитель предотвратит выброс гидрозатвора из скважины и обеспечит безопасную эксплуатацию гидрозатвора.
По окончании процесса нагнетания клапан 16 на рукаве 12 закрывается, рукав отсоединяется от насоса. После чего постепенно открывается клапан 16 на рукаве 12, жидкость из гидрозатвора и рукава вытекает на почву выработки и гидрозатвор разгружается, т.е уплотнители возвращаются в исходное положение (разжались). Как только жидкость из гидрозатвора выльется, можно с помощью извлекателя вытянуть его из скважины. В случае, если гидрозатвор не извлекается, это означает, что поршень и резиновые уплотнители не вернулись в исходное положение. Для их возврата необходимо рукав 13 с клапаном 15 подсоединить к насосу и подать жидкость под давлением через канал 14 в полость 40 перед поршнем 7. Под воздействием давления жидкости поршень и резиновые уплотнители принудительно вернутся в исходное положение и гидрозатвор можно извлечь из скважины.
При перемещении гидрозатвора в следующую скважину, необходимо повторить весь цикл работы.
Импульсы и давление жидкости, создаваемые работой поршневого насоса и уступчатым отверстием насадки, воздействуя на угольный массив, образуют в нем мелкие трещины, снижающие прочность угольного пласта. Образование в угольном массиве микротрещин и глубокая пропитка угольного пласта жидкостью обеспечивает снижение пылеобразования и улучшает условия труда горняков при отбойке угля.
Гидрозатвор двухканальный многофункционален, может применяться не только для нагнетания воды в скважину для увлажнения пласта, но и для измерения давления газа до и после предварительной дегазации, а также производить откачку метана.
Гидрозатвор двухканальный можно использовать многократно, он легко и быстро устанавливается и демонтируется, обеспечивает безопасность обслуживающего персонала, прост и надежен при эксплуатации.