УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВОДООТЛИВА ДЛЯ ТРЕЩИНОВАТЫХ ПОДСТИЛАЮЩИХ СЛОЕВ
DEVICE AND METHOD FOR WATER DRAINAGE OF FRACTURED BEDROCK LAYERS

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству и способу водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, которые являются особенно подходящими для водоотвода из подошвы выработки и откачки из окружающих горных пород с развитыми трещинами, мягких окружающих горных пород и водопроницаемых горных пород в рудниках, туннелях и подземных инженерных сооружениях.
Уровень техники
Окружающие горные породы с развитыми трещинами, мягкие окружающие горные породы, водопроницаемые горные породы или окружающие горные породы, содержащие слабые интеркаляции, прослои аргиллита (argillation intercalations), различные структурные плоскости или различные смешанные структуры часто встречаются в горных разработках, туннелях и подземных инженерных сооружениях, при этом мягкие окружающие горные породы, содержащие прослойки известняка, отличаются высоким набуханием и эрозией; кроме того, известняк может легко глинизироваться под совместным действием воды и динамического давления, когда взаимодействует с водой, что часто сопровождается проявлениями, например, в виде просачивания воды из окружающей горной породы, намокания и размягчения окружающей горной породы, а также вспучивания подошвы выработки и т.д.
Когда такие окружающие горные породы закрепляют с помощью анкерования подошвы выработки, возникают трудности при установке анкерных болтов для закрепления подошвы выработки и создания достаточной закрепляющей силы анкером; кроме того, обычно после проведения мероприятий по закреплению вспучивание подошвы и трещины подошвы выработки все равно возникают в условиях просачивания воды, результатом являются отрицательные воздействия на обычные условия эксплуатации выработки и безопасность работы.
Принимая во внимание указанные выше условия, требуется разработать устройство и способ водоотлива из трещиноватой подошвы выработки для удаления воды из подошвы выработки и при этом предотвращения размягчения окружающих горных пород скопившейся водой на площади разделительного слоя подошвы выработки, а также предотвращения и уменьшения вспучивания подошвы.
Устройство не только имеет простую конструкцию и является простым в применении, но также может уменьшать стоимость закрепления и эффективно увеличивать устойчивость окружающей горной породы.
Раскрытие изобретения
Техническая проблема:
для преодоления недостатков уровня техники в настоящем изобретении предложено устройство и способ водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, простое по конструкции, с низкой стоимостью, простое в применении и с возможностью создания удовлетворительного водоотлива.
Техническая схема:
устройство водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, предложенное в настоящем изобретении, содержит водоотливную трубу, проходящую в ствол скважины, пробуренный в подошве выработки, и насос исполнительного механизма, причем
несколько реверсируемых фиксаторов и водоотливные отверстия в стенке расположены на наружной стенке водоотливной трубы на расстоянии,
резиновое блокирующее воду кольцо, содержащее расширяющий агент, установлено с прилеганием поверх стыка между трубными секциями водоотливной трубы,
действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка установлена в водоотливной трубе,
зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы и внутренней стенкой отверстия ствола скважины заполнен уплотнителем,
выпускной конец водоотливной трубы соединен соединительным устройством с одним концом кольцевого водоотливного сифона,
другой конец кольцевого водоотливного сифона соединен через клапан с впуском насоса исполнительного механизма и
выпуск насоса исполнительного механизма соединен через шланг с водяным баком;
водоотливная труба выполнена из бесшовной трубы из нержавеющей стали.
Действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка имеет вал с эксцентриковым шипом, может открываться и закрываться в одну сторону в ней; водоотливные отверстия расположены перпендикулярно стенке водоотливной трубы, и только одно водоотливное отверстие просверлено в каждом сечении стенки трубы; насос исполнительного механизма является стабилизирующим давление насосом с автоматическим регулированием.
Способ водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, предложенный в настоящем изобретении, включает следующие операции:
а) установка устройства водоотлива для трещиноватой подошвы выработки и
установка с прилеганием резинового блокирующего воду кольца снаружи на водоотливной трубе, в которой просверлены водоотливные отверстия и на которой установлены реверсируемые фиксаторы, а также действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка согласно условиям водосодержания в трещиноватой подошве выработки;
b) наращивание водоотливной трубы в стволе скважины до достижения водоотливной трубой забоя ствола скважины,
вытягивание водоотливной трубы назад так, что реверсируемые фиксаторы прочно фиксируются на внутренней стенке ствола скважины;
герметизация ствола скважины после фиксации водоотливной трубы,
нагнетание уплотнителя в зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы и внутренней стенкой отверстия ствола скважины;
c) соединение открытого конца водоотливной трубы соединительным устройством с одним концом кольцевого водоотливного сифона,
соединение насоса исполнительного механизма с другим концом кольцевого водоотливного сифона,
установка клапана на впуске насоса исполнительного механизма для регулирования расхода воды,
соединение насоса исполнительного механизма трубой с водяным баком и
фиксация кольцевого водоотливного сифона к сторонам подошвы выработки;
d) открытие клапана,
пуск насоса исполнительного механизма для откачки воды в подошве через кольцевой водоотливной сифон и
настройка стационарного давления для насоса исполнительного механизма контрольно-измерительным прибором так, что насос исполнительного механизма автоматически запускается и останавливается согласно давлению воды в подошве и при этом регулирует расход воды.
Положительный эффект: при всестороннее рассмотрении в целом характеристик окружающих горных пород с развитыми трещинами, мягких окружающих горных пород и водопроницаемых горных пород в рудниках, туннелях и подземных инженерных сооружениях настоящее изобретение предлагает устройство и способ водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, в котором использован принцип соединенной емкости и принцип герметизации сифона текучей среды для откачки воды в трещинах подошвы выработки и, таким образом, предотвращения выхода из строя системы закрепления при гидратации мягкой горной породы; кроме того, в настоящем изобретении применяется клапан для эффективного регулирования расхода воды так, чтобы обеспечить надежность, безопасность и устойчивость системы закрепления мягкой горной породы в условиях воды в трещинах. Устройство является конструктивно простым, дешевым, простым в применении, надежным и эффективным. Конкретные преимущества включают в себя:
1) блокирующее воду кольцо, содержащее расширяющий агент, установлено с прилеганием поверх стыка между трубными секциями водоотливной трубы для эффективного блокирования скопившейся воды согласно условиям просачивания воды из слоев горной породы и предотвращения вытекания скопившейся воды в отличающихся слоях горной породы наружу вдоль поверхности ствола скважины; кроме того, зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы и внутренней стенкой отверстия ствола скважины заполнен уплотнителем для достижения положительного эффекта блокирования воды и сопротивления эрозии;
2) другой конец кольцевого водоотливного сифона соединен через клапан с впуском насоса исполнительного механизма для эффективного управления расходом воды и предотвращения эрозии слоев горной породы вследствие проникновения наружного воздуха в ствол скважины;
3) действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка установлена в водоотливной трубе для предотвращения протекания воды, собранной в верхней части трубы в нижнюю часть, и, таким образом, предотвращения расширения и растрескивания лежащих ниже слоев горной породы в результате проникновения скопившейся воды в течение длительного времени;
4) наружный насос исполнительного механизма, соединенный с кольцевым водоотливным сифоном, является стабилизирующим давление насосом с автоматическим регулированием, который может автоматически регулировать свою работу (включение /выключение) согласно гидравлическому давлению в водоотливной трубе для образования эффективной и экономичной циркуляции водоотлива.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана принципиальная схема конструкции, предложенной в настоящем изобретении. На фиг. 1:
1 - реверсируемый фиксатор;
2 - водоотливное отверстие;
3 - действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка;
4 - блокирующее воду кольцо;
5 - водоотливная труба;
6 - уплотнитель;
7- соединительное устройство;
8 - кольцевой водоотливной сифон,
9 - насос исполнительного механизма;
10 - водяной бак;
11 - клапан.
Осуществление изобретения
Ниже настоящее изобретение дополнительно описано со ссылкой на примеры, показанные на прилагаемом чертеже.
Устройство водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, предложенное в настоящем изобретении, в основном содержит действующую в одном направлении водяную дроссельную заслонку 3, блокирующее воду кольцо 4, водоотливную трубу 5, кольцевой водоотливной сифон 8, насос 9 исполнительного механизма и водяной бак 10, при этом водоотливная труба 5 проходит в ствол скважины в подошве, конец водоотливной трубы 5, расположенный снаружи за пределами ствола скважины, соединен с кольцевым водоотливным сифоном 8, и кольцевой водоотливной сифон 8 соединен с насосом 9 исполнительного механизма; водоотливная труба 5 выполнена из бесшовной трубы из нержавеющей стали, несколько реверсируемых фиксаторов 1 и водоотливные отверстия 2 расположены на наружной стенке водоотливной трубы 5 на расстоянии, резиновое блокирующее воду кольцо 4, которое содержит расширительный агент, установлено с прилеганием поверх стыка между трубными секциями водоотливной трубы 5, действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка 3 установлена в водоотливной трубе 5 и имеет вал с эксцентриковым шипом, выполненный с возможностью открытия и закрытия в одну сторону; когда вода отсутствует, действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка 3 свободно опускается под действием силы тяжести и находится в закрытом положении; когда имеется вода, действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка 3 отодвигается направленной вверх силой давления, приложенного снизу потоком воды.
Зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы 5 и внутренней стенкой отверстия ствола скважины заполнен уплотнителем 6, выпускной конец водоотливной трубы 5 соединен соединительным устройством 7 с одним концом кольцевого водоотливного сифона 8, другой конец кольцевого водоотливного сифона 8 соединен через клапан 11 с впуском насоса 9 исполнительного механизма, насос 9 исполнительного механизма является стабилизирующим давление насосом с автоматическим регулированием, и выпуск насоса 9 исполнительного механизма соединен через шланг с водяным баком 10; водоотливные отверстия 2 расположены перпендикулярно стенке водоотливной трубы 5, и только одно отверстие просверлено в каждом сечении стенки трубы.
Способ водоотлива для трещиноватой подошвы выработки, предложенный в настоящем изобретении, включает следующие операции:
a) установка устройства водоотлива для трещиноватой подошвы выработки и
установка с прилеганием резинового блокирующего воду кольца 4 снаружи на водоотливной трубе 5, в которой просверлены водоотливные отверстия 2 и на которой установлены реверсируемые фиксаторы 1 и действующая в одном направлении водяная дроссельная заслонка 3 согласно известным условиям водосодержания в трещиноватой подошве выработки;
b) наращивание водоотливной трубы 5, устанавливаемой с фитингами в ствол скважины, до достижения водоотливной трубой 5 забоя ствола скважины,
затем вытягивание водоотливной трубы 5 назад так, что реверсируемые фиксаторы 1 прочно фиксируются на внутренней стенке ствола скважины;
герметизация ствола скважины после фиксации водоотливной трубы 5,
нагнетание уплотнителя 6 в зазор между наружной стенкой выпуска водоотливной трубы 5 и внутренней стенкой отверстия ствола скважины;
герметизация пространства между стволом скважины и водоотливной трубой 5;
c) соединение открытого конца водоотливной трубы 5 с одним концом кольцевого водоотливного сифона 8 соединительным устройством 7,
соединение насоса 9 исполнительного механизма с другим концом кольцевого водоотливного сифона 8,
установка клапана 11 на впуске насоса 9 исполнительного механизма для регулирования расхода воды,
соединение насоса 9 исполнительного механизма трубой с водяным баком 10 и
фиксация кольцевого водоотливного сифона 8 к сторонам подошвы выработки;
d) открытие клапана 11,
пуск насоса 9 исполнительного механизма для откачки воды в подошве через кольцевой водоотливной сифон 8 и
настройка стационарного давления для насоса 9 исполнительного механизма контрольно-измерительным прибором так, что насос 9 исполнительного механизма автоматически запускается и останавливается согласно давлению воды в подошве и при этом регулирует расход воды.