ЭЛЕКТРОД-ИНЪЕКТОР

Полезная модель относится к искусственному закреплению влагонасыщенных глинистых грунтов вокруг выработок методом электрохимической обработки.
Известно устройство электроосмотического зонда, включающего газовую трубу, наглухо заваренную с одного конца, перфорированную на рабочем участке, обмотанную двумя слоями металлической сетки: внутренней - фильтровальной и наружной - защитной (Ломизе Г.М., Нетушил А.В. Электроосмотической водопонижение. - М.: Госэнергетическое изд-во, 1958. - С.149-150). Недостатки данного аналога состоят в следующем. Его погружение возможно только в нисходящие скважины, поскольку полость трубы не изолирована от атмосферы. Кроме того, при использовании в качестве закрепляющего раствора силиката натрия происходит образование на контакте с грунтом нерастворимых соединений, закупоривающих отверстия корпуса электрода-инъектора и поры массива, а при работе в кислой среде имеет место выделение газа. Указанные процессы существенно снижают эффективность обработки массива.
Недостатки описанного устройства частично устранены в конструкции инъектора для электрохимического закрепления грунтов, включающей перфорированный корпус из токонепроводящего материала, размещенный внутри него шланг (трубу) и токопроводящий стержень, несущий потенциал электрода (а.с. №184729. МПК E02D 3/14. Инъектор для электрохимического укрепления грунтов / А.Н.Рыбачук; Заявл. 08.11.1965; Опубл. 21.07.1966). При нагнетании в электрод укрепляющего раствора через шланг, между ним и корпусом образуется жидкая прослойка, перемещающаяся параллельно оси корпуса электрода, вынося из зоны контакта с массивом продукты химической реакции и коррозии. За счет циркуляции обеспечивается постоянство состава укрепляющего раствора и стабильность токового режима обработки массива. Поскольку корпус перекрыт с обеих сторон, полости корпуса и шланга перекрываются вентилями, данное устройство работоспособно при погружении электрода-инъектора как в нисходящие, так и в восстающие скважины. Недостатком аналога является невозможность регулирования уровня заполнения электрода закрепляющим раствором, при неполном заполнении насыщение массива будет осуществляться не по всей длине электрода, что снижает эффективность обработки массива.
Из известных технических решений наиболее совершенным на настоящий момент является дренаж-катод для электрозакрепления илистых и глинистых грунтов, принятый за прототип, включающий трубчатый перфорированный корпус, напорную трубу, клапан соединенный с датчиком уровня жидкости, дренажную трубу (а.с. №583236. МПК E02D 3/12, 3/14. Дренаж-катод для электрозакрепления илистых и глинистых грунтов / А.И.Котов, Я.Я.Мотузов, Ю.А.Баснин; Заявл. 24.05.1972; Опубл. 05.12.1977). Описанное устройство позволяет регулировать наполняемость электрода. Недостатком прототипа является то, что он обеспечивает регулирование режима заполнения электрода только при погружении в нисходящие скважины (вертикально вниз) путем открытия дренажного клапана при снижении уровня жидкости ниже верха водоприемника дренажной (отсасывающей) трубы. При наклонном, горизонтальном и восстающем положении данное устройство не обеспечивает эффективного режима работы дренаж-катода при электрохимическом закреплении.
Техническим результатом предложенного устройства является повышение эффективности обработки массива грунта при электрохимическом закреплении за счет регулирования заполнения электрода-инъектора закрепляющим раствором независимо от угла его установки, в том числе в восстающих скважинах.
Указанный технический результат достигается тем, что в электроде-инъекторе, включающем трубчатый перфорированный корпус из непроводящего материала, напорную трубу, клапан соединенный с датчиком уровня жидкости, дренажную трубу, согласно полезной модели дополнительно содержит электромагнитный клапан, при этом напорная и дренажная трубы установлены коаксиально внутри корпуса, причем дренажная труба установлена с зазором, между ней и нижней частью корпуса, для протекания раствора в электрод-инъектор, а напорная выполнена короче дренажной, на напорной трубе установлены упоры с постоянными магнитами, расположение которых соответствует полному заполнению корпуса закрепляющим раствором при помещении электрода в нисходящие и восходящие скважины, датчик уровня жидкости выполнен в виде поплавка, с возможностью поступательного перемещения вдоль оси напорной трубы, со встроенным в него герконом, контакты которого замыкают цепи электромагнитного клапана, установленного на напорной трубе, и насоса, подающего закрепляющий раствор в полость корпуса электрода.
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежом, где представлена конструкция электрода-инъектора.
Внутри перфорированного корпуса 1 с коническим наконечником коаксиально установлены напорная 2 и дренажная 3 трубы, имеющие различный диаметр, причем дренажная труба 3 установлена с зазором, между ней и нижней частью корпуса 1, для протекания раствора в электрод-инъектор, а напорная труба 2 выполнена короче дренажной. К верхней части корпуса 1 присоединен патрубок 4. На патрубок 4 и дренажную трубу 3 установлены вентили 5 и 6, а на напорную трубу 2 - электромагнитный клапан 7 и клемма 8, подключенная к электросиловой установке (на чертеже условно не показана). Напорная труба 2 через электромагнитный клапан 7 соединена шлангом 9 с насосом 10. На напорной трубе 2 установлен поплавок 11, со встроенным в него герконом 12 (герметизированным контактом). Поплавок 11 поступательно перемещается вдоль оси напорной трубы 2. Напорная труба 2 снабжена нижними 13 и верхними 14 упорами, расположение которых соответствует полному заполнению полости корпуса 1 закрепляющим раствором 15. На упорах 13 и 14 установлены постоянные магниты 16, 17. Контакты геркона 12 замыкают цепи электромагнитного клапана 7 и насоса 10.
При погружении электрода-инъектора в нисходящую скважину (вертикальную или наклонную) вентиль 6 перекрывают, а вентиль 5 открывают. Через напорную трубу 2 корпус 1 заполняют закрепляющим раствором 15 с помощью насоса 10, при этом вытесняемый раствором воздух удаляется через открытый вентиль 5 патрубка 4. При полном заполнении полости корпуса 1 раствором, поплавок 11, всплывая, упирается в верхние упоры 14, при этом геркон 12 под действием постоянного магнита 17 размыкает контакты в цепях электромагнитного клапана 7 и насоса 10, вследствие чего электромагнитный клапан 7 закрывается, а насос 10 останавливается. Через клемму 8, напорную трубу 2 закрепляющий раствор 15 и укрепляемый грунтовый массив 18 пропускают электрический ток, за счет чего происходит электроосмотическое насыщение грунтового массива 18 закрепляющим раствором 15 и последующее его закрепление. В пространстве между напорной трубой 2 и корпусом 1 образуется подвижная жидкая прослойка, которая препятствует образованию геля, закупориванию перфорации корпуса 1 твердыми соединениями, а также выносит пузырьки газа, который удаляется через патрубок 4. При понижении уровня закрепляющего раствора 15, вследствие его расхода в грунтовый массив 18, поплавок 11 опускается, перемещаясь поступательно вдоль оси напорной трубы 2, при этом замыкается контакт геркона 12, открывается электромагнитный клапан 7, включается насос 10 и происходит заполнение полости корпуса 1 закрепляющим раствором 15. Таким образом, автоматически обеспечивается наиболее эффективный режим обработки грунтового массива, поскольку электрохимический процесс происходит по всей перфорированной части корпуса 1 электрода-инъектора.
При установке электрода-инъектора в восстающую скважину (вертикально или наклонно) вентиль 6 открывают, а вентиль 5 перекрывают. Заполнение полости корпуса 1 закрепляющим раствором 15 осуществляется через напорную трубу 2, а удаление газов - через дренажную трубу 3 и открытый вентиль 6. Поскольку дренажная труба 3 короче напорной трубы 2, например на 10-15 см, исключается прямое попадание раствора в дренажную трубу 3. При полном заполнении закрепляющим раствором 15 полости корпуса 1 поплавок 11, всплывая, упирается в нижние упоры 13, при этом геркон 12 под действием постоянного магнита 16 размыкает контакты в цепях электромагнитного клапана 7 и насоса 10, а при понижении уровня закрепляющего раствора 15 и опускании поплавка 11 эти контакты замыкаются, возобновляя подачу закрепляющего раствора 15 в полость корпуса 1. Таким образом, наиболее эффективный режим электрохимического закрепления грунта обеспечивается при погружении заявляемых электродов-инъекторов как в нисходящие, так и в восстающие скважины.