PL243097B1 - Urządzenie do oceny spękania górotworu - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest urządzenie do oceny spękania górotworu, zawierające sondę aerometryczną oraz przewody z elementami dodatkowymi, doprowadzające sprężone powietrze do zbiorników rozprężnych sondy aerometrycznej i uszczelnionej przestrzeni pomiarowej pomiędzy tymi zbiornikami w otworze wiertniczym, charakteryzujące się tym, że ma przyłącze (3) do rurociągu magistrali (1) sprężonego powietrza, połączone z sondą (15) aerometryczną w sposób szeregowy przez układ kanałów, składający się z kanału upustowego, kanału sterującego i kanału pomiarowego, połączonych ze sobą w sposób równoległy, przy tym kanał sterujący ma ciśnienie równe ciśnieniu w magistrali (1), a kanał pomiarowy ma reduktor (10) stabilizujący ciśnienie powietrza.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem zgłoszenia jest urządzenie do oceny spękania górotworu wokół wyrobiska.

Wykonanie wyrobiska w górotworze, powoduje przemieszczenie skał w kierunku urobionej przestrzeni. W jego otoczeniu skały ulegają spękaniom i następuje ich odprężenie. Ocena zasięgu tych spękań ma kluczowe znaczenie dla bezpiecznej eksploatacji w podziemnych zakładach górniczych.

W warunkach in situ badania szczelinowatości górotworu można wykonać za pomocą kamery introskopowej, sondy ABS, penetrometru wielkośrednicowego lub sondy aerometrycznej.

Znane jest przykładowo urządzenie, wyposażone w zbiornik ciśnieniowy połączony układem węży z zaworami i manometrami do kołnierzy aerometrycznej sondy otworowej i jej przestrzeni pomiarowej. Zbiornik ciśnieniowy jest połączony ze sprężarką, napełniającą go sprężonym powietrzem do ściśle określonej wartości ciśnienia, na przykład 0,5 MPa. Aerometryczną sondę umieszcza się w otworze wiertniczym wykonanym w górotworze i po uszczelnieniu kołnierzami jej przestrzeni pomiarowej, wtłacza do górotworu sprężone powietrze z ciśnieniowego zbiornika, mierząc czas spadku ciśnienia w zbiorniku również do określonej ściśle wartości, na przykład 0,2 MPa. Uzyskane czasy odpowiadają sumarycznym powierzchniom spękań w górotworze. Dla określenia zasięgu strefy spękań pomiary powtarza się, przemieszczając sondę w otworze wiertniczym.

Niedogodnością powyższego rozwiązania jest to, że przeprowadzenie każdego pomiaru wymaga napełnienia zbiornika ciśnieniowego sprężonym powietrzem, co powoduje, że czas pojedynczego pomiaru wydłuża się do kilku minut. Ponadto zbiornik wypełniony sprężonym powietrzem o wysokim ciśnieniu, pomimo zabezpieczeń w postaci zaworu bezpieczeństwa, stanowi potencjalne zagrożenie dla obsługi urządzenia. Urządzenie ma przy tym dość znaczne gabaryty, a mianowicie jego długość dochodzi do 1,0 m, wysokość do 0,6 m i szerokość do 0,3 m oraz dość znaczny ciężar sięgający 40 kg. Powoduje to utrudnienia w transporcie urządzenia do miejsca badań.

W opisie wynalazku PL173612 ujawniono urządzenie do określania zasięgu strefy i sumarycznej powierzchni spękań w górotworze, ukazane na Rys. 1. Urządzenie to ma sprężarkę, umieszczoną w obudowie na podstawie. Sprężarka jest zaopatrzona w zawór bezpieczeństwa oraz połączona bezpośrednio z wężem doprowadzającym sprężone powietrze do kołnierzy aerometrycznej sondy otworowej i wężem doprowadzającym sprężone powietrze do przestrzeni pomiarowej tej sondy. Na wężach są zabudowane odpowiednio zawory z manometrami. Za zaworem z manometrem na wężu doprowadzającym sprężone powietrze do przestrzeni pomiarowej aerometrycznej sondy otworowej jest zamocowany rozłącznie rurowy kalibrator, z szeregiem otworów o narastających średnicach. Dla określenia zasięgu strefy i sumarycznej powierzchni spękań w górotworze łączy się sprężarkę poprzez sprzęgło z wiertarką górniczą oraz z wężem, do którego za zaworem z manometrem jest dołączony rurowy kalibrator. Następnie odsłania się kolejne otwory rurowego kalibratora i mierzy ustabilizowane ciśnienie sprężonego powietrza przy przepływie przez te otwory, odpowiadające sumarycznej powierzchni spękań w górotworze. Po takim wycechowaniu urządzenia łączy się sprężarkę wężami z aerometryczną sondą otworową, którą umieszcza się na końcu metrowego otworu wiertniczego wykonanego w górotworze. Sprężone powietrze ze sprężarki napełnia kołnierze sondy otworowej poprzez wąż, zawór i manometr, który wskazuje ciśnienie w tych kołnierzach. Przy zamkniętym zaworze i otwartym zaworze sprężone powietrze jest przesyłane do wyizolowanej za pomocą rozpartych kołnierzy przestrzeni pomiarowej aerometrycznej sondy otworowej, poprzez wąż, zawór i manometr. Manometrem mierzy się ustabilizowane ciśnienie sprężonego powietrza, a tym samym sumaryczną powierzchnię spękań w górotworze. Pomiary powtarza się, wycofując aerometryczną sondę co 25 cm w otworze wiertniczym i określa zasięg strefy spękań w górotworze.

Niedogodnością powyższego rozwiązania jest to, że w związku z gabarytami oraz masą opisanego urządzenia, badań nie można prowadzić w miejscach pozbawionych urządzeń transportu oraz ograniczonych z uwagi dość duże wymiary rzeczowego urządzenia.

Celem wynalazku jest opracowanie rozwiązania, które wyeliminuje niedogodności rozwiązań znanych ze stanu techniki.

Powyższy cel realizuje urządzenie do oceny spękania górotworu według wynalazku.

Istotą urządzenia do oceny spękania górotworu, zawierającego sondę aerometryczną oraz przewody z elementami dodatkowymi, doprowadzające sprężone powietrze do zbiorników rozprężnych sondy aerometrycznej i uszczelnionej przestrzeni pomiarowej pomiędzy tymi zbiornikami w otworze wiertniczym jest to, że ma przyłącze do rurociągu magistrali sprężonego powietrza, połączone z sondą aerometryczną w sposób szeregowy przez układ kanałów, składający się z kanału upustowego, kanału sterującego i kanału pomiarowego, połączonych ze sobą w sposób równoległy, przy tym kanał sterujący ma ciśnienie równe ciśnieniu w magistrali, a kanał pomiarowy ma reduktor stabilizujący ciśnienie powietrza.

Korzystnie przyłącze do rurociągu magistrali sprężonego powietrza ma zawór główny sterujący, a za nim dwa trójniki połączeń, które łączą przyłącze do magistrali sprężonego powietrza z kanałami: upustowym, sterującym i pomiarowym.

Korzystnie kanał upustowy ma zawór kanału upustowego.

Korzystnie kanał sterujący ma zawór kanału sterującego, za którym znajduje się złącze kanału sterującego, za którym znajduje się przewód elastyczny łączący kanał sterujący z sondą aerometryczną.

Korzystnie kanał pomiarowy ma zawór kanału pomiarowego, za którym znajduje się filtr powietrza, za którym znajduje się reduktor ciśnienia powietrza, za którym znajduje się manometr, za którym znajduje się przepływomierz elektroniczny, za którym znajduje się szybkozłącze kanału pomiarowego, za którym znajduje się przewód elastyczny łączący kanał sterujący z sondą aerometryczną.

Korzystnie sonda aerometryczną składa się z perforowanej rury, najlepiej stalowej, z wprowadzonymi do jej wnętrza przewodami sprężonego powietrza, to jest przewodem sprężonego powietrza z kanału sterującego i przewodem sprężonego powietrza z kanału pomiarowego, mającej zbiorniki rozprężne (kołnierze), rozprężające się pod wpływem wprowadzenia do nich sprężonego powietrza, a pomiędzy nimi odcinek, najlepiej na długości 0,25 m, zawierający dysze.

Korzystnie rura ma długość 1 m.

Korzystnie zbiorniki rozprężne stanowią zbiorniki wykonane z tworzywa sprężystego, najlepiej z gumy.

Korzystnie zbiorniki rozprężne są dwa.

Zaletą urządzenia do oceny spękania górotworu według wynalazku jest to, że jego konstrukcja pozwala wyeliminować konieczność stosowania zbiornika ciśnieniowego i sprężarki. Osiągnięto to wyposażając urządzenie w przyłącze do rurociągu magistrali sprężonego powietrza, połączone z sondą aerometryczną w sposób szeregowy przez układ kanałów, składający się z kanału upustowego, kanału sterującego i kanału pomiarowego, połączonych ze sobą w sposób równoległy. Zastosowane połączenie umożliwia dostarczenie stałego ciśnienia sprężonego powietrza z magistrali służącego do uszczelnienia otworu, z jednoczesnym podawaniem go poprzez reduktor ciśnienia i przepływomierz na kanał pomiarowy. Taka konstrukcja urządzenia umożliwiła zasilanie go w sprężone powietrze bez udziału zbiornika i sprężarki, dzięki czemu stało się ono urządzeniem o niewielkich wymiarach i niskiej wadze. Jego niewielkie wymiary oraz relatywnie niska waga umożliwiają przeprowadzenie badania praktycznie wszędzie. Wyniki otrzymywane można interpretować podczas odczytu i od razu podejmować koniecznie działania wynikające z otrzymanych danych. Podczas badania spękań nie ma znaczenia zapylenie czy hałas. Ponadto eliminując z urządzenia zbiornik wypełniony sprężonym powietrzem o wysokim ciśnieniu, stanowiący potencjalne zagrożenie dla obsługi urządzenia, uzyskano efekty w zakresie poprawy bezpieczeństwa pracy.

Urządzenie do oceny spękania górotworu według wynalazku pozwala stwierdzać istnienie spękań w górotworze mierząc ilość przepływającego powietrza do wcześniej uszczelnionego odcinka otworu odwierconego w górotworze, co także jest zaletą. Rozwiązanie według wynalazku pozwala wykrywać spękania górotworu we wcześniej odwierconych otworach, najlepiej o średnicy ~ 0 43-48 mm.

Badanie zasięgu spękań górotworu przy pomocy urządzenia według wynalazku z sondą aerometryczną ma tą przewagę nad badaniem endoskopowym, iż nie wymaga wysokiego poziomu czystości wykonanego otworu badawczego. Z uwagi na wizualną ocenę ścianki otworu, może dochodzić do nieprawidłowych wyników badania endoskopowego, z powodu zawodnienia, zapylenia lub innej nieprzewidzianej zmiennej. Kolejnym aspektem jest analiza wyników, która w przypadku badania z wykorzystaniem urządzenia według wynalazku jest natychmiastowa, uzyskiwana podczas badania i nie wymaga innych urządzeń poza samą sondą.

Przedmiot wynalazku opisano w poniższym przykładzie realizacji oraz ukazano na Fig. 1 przedstawiającej schemat blokowy urządzenia do oceny spękania górotworu, Fig. 2 przedstawiającej schemat urządzenia do oceny spękania górotworu wokół wyrobiska, Fig. 3 przedstawiającej schemat sondy w przekroju.

Urządzenie do oceny spękania górotworu jest urządzeniem mobilnym, służącym do wykrywania spękań górotworu we wcześniej odwierconych otworach, najlepiej o średnicy ~ 0 43-48 mm (każda wartość z tego przedziału).

Urządzenie do oceny spękania górotworu przyłącza się do rurociągu magistrali 1 sprężonego powietrza, wyposażonej w zawór 2 główny zasilana w sprężone powietrze, poprzez przyłącze 3.

Urządzenie ma kanał upustowy, kanał sterujący i kanał pomiarowy tworzące układ kanałów, znajdujący się pomiędzy przyłączem 3 do magistrali sprężonego powietrza a sondą 15 areometryczną. Ten układ kanałów łączy sondę 15 aerometryczną z przyłączem 3 w sposób szeregowy. Kanał upustowy, kanał sterujący i kanał pomiarowy są położone względem siebie równolegle, zaś pomiędzy przyłącze 3 i sondę 15 aerometryczną włączone są szeregowo.

Przyłącze 3 do rurociągu magistrali 1 sprężonego powietrza ma zawór główny 4 sterujący, a za nim dwa trójniki 5 połączeń. Trójniki 5 łączą przyłącze 3 do rurociągu magistrali 1 sprężonego powietrza z kanałem upustowym wyposażonym w zawór 6 kanału upustowego. Łączą także przyłącze 3 do magistrali sprężonego powietrza z kanałem sterującym wyposażonym w zawór 7 kanału sterującego, za którym znajduje się złącze 16 kanału sterującego, za którym znajduje się przewód 14 elastyczny łączący kanał sterujący z sondą 15 aerometryczną. Łączą także przyłącze 3 do magistrali sprężonego powietrza z kanałem pomiarowym mającym zawór 8 kanału pomiarowego, za którym znajduje się filtr 9 powietrza, za którym znajduje się reduktor 10 ciśnienia powietrza, za którym znajduje się manometr 11, za którym znajduje się przepływomierz 12 elektroniczny, za którym znajduje się szybkozłącze 13 kanału pomiarowego, za którym znajduje się przewód 14 elastyczny łączący kanał sterujący z sondą 15 aerometryczną.

Zasilanie sondy 15 aerometrycznej w sprężone powietrze doprowadzone jest z kopalnianej magistrali sprężonego powietrza rurociągiem 1 poprzez zawór 2 główny zasilania i przyłącze 3. Podanym ciśnieniem można sterować poprzez główny zawór 4 sterujący, skąd ciśnienie zostaje rozdzielone na dwóch trójnikach 5 na poszczególne kanały: kanał upustowy, kanał sterujący, kanał pomiarowy. Każdy z wymienionych powyżej kanałów posiada swój zawór sterujący, tj. zawór 6 kanału upustowego, zawór 7 kanału sterującego i zawór 8 kanału pomiarowego.

Odczyt pomiaru można rozpocząć po otwarciu zaworu 8 kanału pomiarowego, gdzie wpierw powietrze przechodzi przez filtr 9 powietrza, a następnie przez reduktor 10 ciśnienia wyposażony w manometr 11, dochodzi do przepływomierza 12 elektronicznego i szybkozłączy 13 kanału pomiarowego z przewodem 14 elastycznym.

Sprężone powietrze płynące kanałem sterującym i kanałem pomiarowym, przewodami 14 elastycznymi dostarczane jest do sondy 15 aerometrycznej, gdzie wtłaczane jest do zbiorników 20 rozprężnych i pomiędzy uszczelnienie do dysz 21.

Po otwarciu zaworu 4 sterującego, powietrze bez redukcji ciśnienia kierowane jest przez złącza 16 kanału sterującego i przewód 14 elastyczny do uszczelnienia sondy 15 aerometrycznej, w postaci zbiorników 20 rozprężnych (kołnierzy). Uszczelniacze w postaci zbiorników 20 rozprężnych, rozprężone ciśnieniem powietrza, stanowią uszczelnienie otworu i umożliwiają badanie szczelin na długości otworu pomiędzy uszczelniaczami sondy 15 aerometrycznej poprzez odczyt ilości przepływającego powietrza kanałem pomiarowym.

Sonda 15 aerometryczna składa się z perforowanej rury 17, najlepiej stalowej, co nie wyklucza innych materiałów, najlepiej o długości 1 m, co nie wyklucza innych długości, z wprowadzonymi do jej wnętrza przewodami sprężonego powietrza - przewodem 18 sprężonego powietrza z kanału sterującego oraz przewodem 19 sprężonego powietrza z kanału pomiarowego. Z zewnątrz rura 17 na dwóch odcinkach najlepiej o długości 0,25 m, co nie wyklucza innych długości, obłożona jest sprężystym tworzywem (najlepiej gumą) tworzącym, dwa zbiorniki 20 rozprężne, co nie wyklucza innych ilości. Pomiędzy zbiornikami 20 rozprężnymi, rura 17 ma wolny odcinek, najlepiej o długości 0,25 m, zawierający dysze 21.

Powietrze pod ciśnieniem z rurociągu magistrali 1, przez przewód 18 sprężonego powietrza z kanału sterującego, biegnący we wnętrzu perforowanej rury 17 sondy 15 aerometrycznej, dostarczane jest do zbiorników 20 rozprężnych sondy 15 aerometrycznej i rozpręża je, tworząc w ten sposób uszczelnienie odcinka otworu.

Powietrze pod ciśnieniem z rurociągu magistrali 1, przez przewód 19 sprężonego powietrza z kanału pomiarowego, biegnący we wnętrzu perforowanej rury 17 sondy 15 areometrycznej 15, przedostaje się przez dysze 21 do uszczelnionego odcinka otworu. Ciśnienie z magistrali 1, ustabilizowane jest w reduktorze 10 do zadanej wartości ~ 1,2 MPa, którą to wartość można kontrolować na manometrze 11. Ilość przepływającego powietrza odczytana na przepływomierzu 12 elektronicznym, świadczy o ilości spękań na odcinku wykonanego uszczelnienia.

Claims (9)

1. Urządzenie do oceny spękania górotworu, zawierające sondę aerometryczną oraz przewody z elementami dodatkowymi, doprowadzające sprężone powietrze do zbiorników rozprężnych sondy aerometrycznej i uszczelnionej przestrzeni pomiarowej pomiędzy tymi zbiornikami w otworze wiertniczym, znamienne tym, że ma przyłącze (3) do rurociągu magistrali (1) sprężonego powietrza, połączone z sondą (15) aerometryczną w sposób szeregowy przez układ kanałów, składający się z kanału upustowego, kanału sterującego i kanału pomiarowego, połączonych ze sobą w sposób równoległy, przy tym kanał sterujący ma ciśnienie równe ciśnieniu w magistrali (1), a kanał pomiarowy ma reduktor (10) stabilizujący ciśnienie powietrza.

2. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że przyłącze (3) do rurociągu magistrali (1) sprężonego powietrza ma główny zawór (4) sterujący, a za nim dwa trójniki (5) połączeń, które łączą przyłącze (3) do magistrali sprężonego powietrza z kanałem upustowym, z kanałem sterującym i kanałem pomiarowym.

3. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że kanał upustowy ma zawór (6) kanału upustowego.

4. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że kanał sterujący ma zawór (7) kanału sterującego, za którym znajduje się złącze (16) kanału sterującego, za którym znajduje się przewód (14) elastyczny łączący kanał sterujący z sondą (15) aerometryczną.

5. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że kanał pomiarowy ma zawór (8) kanału pomiarowego, za którym znajduje się filtr (9) powietrza, za którym znajduje się reduktor (10) ciśnienia powietrza, za którym znajduje się manometr (11), za którym znajduje się przepływomierz (12) elektroniczny, za którym znajduje się szybkozłącze (13) kanału pomiarowego, za którym znajduje się przewód (14) elastyczny łączący kanał sterujący z mobilną sondą (15) aerometryczną.

6. Urządzenie według zastrz. 1 znamienne tym, że sonda (15) aerometryczną składa się z perforowanej rury (17), najlepiej stalowej, z wprowadzonymi do jej wnętrza przewodami sprężonego powietrza, to jest przewodem (18) sprężonego powietrza z kanału sterującego i przewodem (19) sprężonego powietrza z kanału pomiarowego, mającej zbiorniki (20) rozprężne, rozprężające się pod wpływem wprowadzenia do nich sprężonego powietrza, a pomiędzy nimi odcinek, najlepiej na długości 0,25 m, zawierający dysze (21).

7. Urządzenie według zastrz. 6 znamienne tym, że rura (17) ma długość 1 m.

8. Urządzenie według zastrz. 6 znamienne tym, że zbiorniki (20) rozprężne stanowią zbiorniki wykonane z tworzywa sprężystego, najlepiej z gumy.

9. Urządzenie według zastrz. 6 znamienne tym, że ma dwa zbiorniki (20) rozprężne.