ЭЛЕКТРОД-ИНЪЕКТОР

Полезная модель относится к искусственному закреплению влагонасыщенных грунтов и грунтовых оснований сооружений инъекционными и электрохимическими методами.
Известно устройство инъектора для электрохимического укрепления грунтов (А.с. №184729, МПК E02D 3/14, опубл. 21.07.1966, бюл. №15), включающее перфорированный корпус, шланг и токопроводящий стержень, несущий потенциал электрода. Данное устройство обеспечивает частичную циркуляцию раствора вдоль оси электрода, что способствует выносу к устью скважины пузырьков газа, продуктов коррозии, а также препятствует расслоению раствора.
Недостаток данного аналога состоит в необходимости приготовления большого объема укрепляющего раствора. Для обеспечения режима циркуляции требуется объем в 2-5 раз больший, чем при зажимном режиме заполнения электрода-инъектора.
Частично недостатки описанного устройства устранены в буроинъекционном ставе-инъекторе, включающем трубчатый корпус с отверстиями, внутреннюю трубу и смеситель-рассекатель (Хамяляйнен В.А., Митраков В.И., Сыркин П.С, Физико-химическое укрепление пород при сооружении выработок. - М.: Недра, 1996. - С.192-194). Компоненты рабочего раствора подают соответственно по внутренней и наружной трубам на смеситель-рассекатель, представляющий собой обратную воронку с наклонными отверстиями и ребрами. Смеситель-рассекатель разделяет компоненты на струи, отклоняет их и смешивает. Таким образом, смешивание компонентов происходит непосредственно в корпусе инъектора, что исключает какой-либо перерасход закрепляющего раствора.
Недостаток известного устройства состоит в том, что оно обеспечивает эффективный режим смешивания компонентов только при высоких скоростях подачи и расходе 10-20 л/мин., что имеет место при инъекционном способе закрепления. При электрохимическом закреплении грунтов расход раствора обычно не превышает 1-2 л/мин, поэтому требуется многократное принудительное смешивание компонентов раствора.
Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому на настоящий момент является электрод-инъектор (патент РФ на полезную модель №97138, МПК E02D 3/11, опубл. 27.08.2010, бюл. №24) для искусственного закрепления влагонасыщенных грунтов и грунтовых оснований сооружений инъекционными и электрохимическими методами, принятый за прототип, включающий трубчатый перфорированный корпус, внутреннюю трубу и устройство для принудительного смешивания компонентов закрепляющего раствора. Устройство позволяет принудительно смешивать закрепляющий раствор в корпусе электрода-инъектора, что способствует формированию более однородной структуры раствора, обеспечивая стабильность физических свойств укрепляющего раствора.
Недостаток прототипа состоит в том, что при подключении его к источнику электрического тока происходит нагрев металлической части, сопровождаемый передачей тепла закрепляющему раствору и ускорением химических процессов происходящих в нем, в частности, снижение времени гелеобразования по отношению к расчетному значению, что снижает качество и эффективность электрохимического закрепления.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение качества и эффективности электрохимического закрепления массива грунта.
Указанный технический результат достигается тем, что в электроде-инъекторе, включающем трубчатый перфорированный корпус, заполняемый закрепляющим раствором и подключаемый к электросиловой установке, согласно полезной модели, трубчатый перфорированный корпус снабжен дополнительной трубой образующей изолированную полость, через которую пропускают хладагент.
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежом, где представлена конструкция электрода-инъектора.
Внутри трубчатого перфорированного корпуса 1 (далее корпус 1), выполненного в виде токопроводящей трубы с коническим наконечником, установлена дополнительная труба 2, образующая вместе с корпусом 1 изолированную полость для принудительной циркуляции хладагента 3. На крышке 4 расположены вводной и выводной патрубки 5 и 6 соответственно, наполнительный патрубок 7 и воздушные отверстия 8. Электросиловая установка (на чертеже условно не показана) подключается к клемме 9. Во внутреннюю полость электрода-инъектора заливают закрепляющий раствор 10, для подачи его в массив грунта 11 устанавливают пропускные трубки 12.
Заявленная полезная модель работает следующим образом. Электрод-инъектор устанавливают в скважину и через наполнительный патрубок 7 заполняют закрепляющим раствором 10. Сброс избыточного давления осуществляется через воздушные отверстия 8 расположенные на крышке 4. После подачи электрического тока на клемму 9, начинается процесс электрохимического закрепления массива грунта 11, сопровождающийся выходом закрепляющего раствора 10 из внутренней полости образованной корпусом 1 и дополнительной трубой 2, через пропускные трубки 12. Дополнительная труба 2 установлена в корпус 1 с зазором, достаточным для введения в него хладагента 3 с последующей его циркуляцией, обеспечивающей отвод тепла от закрепляющего раствора 10. Пропускные трубки 12, установленные на резьбе, имеют уплотнение в местах соединения с корпусом 1 и дополнительной трубой 2, что исключает попадание закрепляющего раствора 10 в изолированную полость между ними. В процессе электрохимической обработки массива грунта 11 происходит нагрев корпуса 1 и закрепляющего раствора 10. С целью их охлаждения к вводному патрубку 5 подключается система подачи хладагента 3 (на чертеже условно не показана), например солевого раствора, который в результате принудительной циркуляции в изолированной полости между корпусом 1 и дополнительной трубой 2, нагреваясь, выводится через выводной патрубок 6.
Как показали данные опытных испытаний, при увеличении температуры закрепляющего раствора до 50°C время гелеобразования растворов на основе силикатно-кремнефтористоводородных рецептур, уменьшается по экспоненциальному закону, при этом абсолютное изменение составляет 10-20% по отношению к расчетному значению (Рудковский, Д.И. Исследование процессов гелеобразования силикатных растворов для одностадийного электрохимического закрепления / Д.И.Рудковский, С.М.Простов, А.В.Покатилов // ГИАБ. - М.: МГГУ. - 2009. - Вып.7. - С.230-234).
Применение заявляемого устройства позволит стабилизировать температуру закрепляющего раствора, повысить эффективность и качество электрохимической обработки массива грунта, за счет снижения влияния нагрева, на взаимодействие компонентов закрепляющего раствора, в период электрохимической обработки массива грунта, путем стабилизации его температуры при охлаждении трубчатого перфорированного корпуса электрода-инъектора циркулирующим хладагентом.