专利名称：沿着地下管道运动的设备及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种沿着地下管道运动的设备以及使设备沿着地下管道运行的方法。
本发明主要是，但不完全是，为地下采矿作业而设计，过去的地下采矿作业利用一个采矿探头，将其固定在一个细长部件上，如管索上，从而探头可以通过细长部件的运动在地下层面深入。探头为细长部件开创了一个向前运动的管道。这种方法的问题是，在松软的沙质以及类似的地质条件下，管道周围的物质将坍塌，从而导致地面管索的阻塞。
传统上，上述这种类型的地下采矿作业不使用探头的硬接线，而是依靠其它方法来控制并操作电动机和遥测。例如，以高压膨润土液运转的“泥浆”电动机以及用于遥测目的的“泥浆”搏动方法均限制了这种地下采矿形式的钻探能力。如果探头可以采用硬接线，通过使用电力/水力以及利用遥测缆线对探头进行直接控制将可以增加钻探能力。
在管索周围增加一个管套以衬托管道从而防止周围的物质坍塌到管索将是切实可行的。本发明的设备及方法以解决上述问题为目的而设计。
本发明提供了一种适用于在形成于地下管道里运动的设备，其特点在于一个细长部件和一个用于在细长部件纵向外围的至少一部分形成一管套以便与管道外围抵靠接合的装置，从而提供一个供细长部件运动的空间，管套是一种柔性结构，它随着细长部件在管道中的移动而逐步建立到位；以及一个用于将一种膨胀液注入管套和细长部件之间的区域使管套胀大并保持与管道外围抵靠接合的装置。
管套可以由柔性材料形成，该材料绕细长部件的一个部位回转，形成一个内层和一个外层，内层与细长部件一起运动，外层相对于内层回转并形成管套，相对于管道而言，外层是固定不动的，随着细长部件在管道中运动，柔性材料由内层转为外层而形成管套。
柔性材料可以包含两个或多个细长部分，这样，各部分的纵向侧边可以在外层一个接一个连接形成管套。
细长部分可以在纵向侧边有附加连接件，以便将各个纵向侧边连在一起。
柔性材料可以在转变装置，例如滚轴处从内层转为外层，这种转变装置随着细长部件运动。通常，滚轴安装在细长部件上。滚轴可以安装在位于细长部件前端的保护罩内。
柔性材料的内层可以附着在细长部件外围的一个或多个纵向管道内。
在要求细长部件特别长的情况下，最好是将驱动装置安置在纵向管道内或附近以促进挠性材料内层的运动。另外，最好是将驱动装置安置成有利于促进柔性材料内层连接件的运动从而促进柔性材料本身的运动。
在柔性材料外层的一个固定端和细长部件之间可以设置一个密封装置以限定管套的最外端，密封装置可以使细长部件在管道内运动时也可滑动。
在柔性材料外层和细长部件之间还可设置另一个密封装置以限定管套的最内端。
柔性材料可以卷轴形式存储，随着细长部件在管道内的向前运动，柔性材料可以从卷轴展开，逐渐传送至细长部件并形成管道内层。
膨胀液包含有一种浆液，如膨润土浆液(Betonite slurry)。
本发明另外还提供了一种适合于在地下管道内轴向运动的细长结构，包括一个细长部件和一个用于随着细长部件在管道中的移动在细长部件纵向外围的至少一部分形成管套以便与管道外围抵靠接合的装置，从而提供一个供细长部件运动的空间，管套由柔性材料构成，柔性材料绕着一个随着细长部件移动的部位回转，形成一个内层和一个外层，内层与细长部件一起运动，外层相对于内层回转，以形成管套，相对于管道而言，外层是固定不动的。
最好是，柔性材料的外层限定一个内部区域，膨胀液灌入这个区域以促使外层与管道外围的接合。
本发明还提供了一种连接装置，用于构成管套的柔性材料各个细长部分的活动连接，该连接装置包括互补结构的第一和第二连接件，从而它们可以压合在一起，将其拉开的力量起着加强两者之间啮合的作用，需要用非剥落方式或拉开拉链的方式将连接件分开。
每一连接件最好是细长的并沿着柔性材料细长部分的纵向侧边伸展。第一连接件可以设成阳结构，第二连接件设成阴结构。
第一和第二连接件另外还有互补的纵向峰突和凹陷，其设计使得力图将其分开的力量只能加强第二连接件对第一连接件的啮合。
本发明还提供了一种促进设备在地下运动的方法，其特点是，随着设备在地下管道中的移动，至少在该设备纵向外围的一部分地方形成管套，管套由随着设备一起运动的柔性材料构成。
管套的柔性材料的特点是，管套的柔性材料在一个随着设备运动的部位回转，形成一个内层和一个外层，内层与设备一起运动，外层相对于内层回转以形成该管套，相对于管道而言，外层是固定不动的。
参照以下结合附图对具体实施例的描述可以更好地理解本发明。附图中
图1是利用根据实施例的设备进行地下采矿作业的侧视图；图2是根据实施例的设备前端以及探头的示意图；图3是设备尾端的示意图；图4是设备局部的截面图；图5是与图4类似的截面图，但显示更多细节；图6是设备前端的断面图；图7是显示管套配置的设备前端的示意图；图8是设备前端的横截断面图；图9显示用于形成管套的连接装置的示意图，连接装置处于分离状态；图10与图9类似，但连接装置处于结合状态；图11表示根据本发明第二实施例在柔性材料外层内的管索及设备纵向部分截面图；图12与图11类似，具有置于纵向管道内用以促进柔性材料展开的驱动装置。
各项实施例均涉及用于地下采矿作业的设备，这种采矿作业要从难以到达的地下层面发现有用的物质，例如，深藏在泥浆、沙砾及玄武岩覆盖层下面的矿脉。
一种到达地下层面的方案包括图1所示的这种采矿设备10，它包括装在管索13一端的采矿探头11。采矿作业进行时，探头11将向地下层面深入。探头11从地下层面逐步挖掘矿砂，并通过管索13将矿砂输送至地面15。通过操纵管索13和探头11可以控制探头11在地下层面的工作。探头11提供全部或部分动力。探头的路径提供了图3所示的进入管道16，在采矿作业的整个过程中，管索13将沿此管道伸展。管索13将从地面站19的一个结构17中向外伸展。结构17可以设在地面，也可设在地下矿井。
管索13包含一组相互连接的管索部分，随着探头11和管索13在地下的深入，各部分在地面站19相互连接。同样，当从地下撤出探头11和管索13时，各部分在地面站19逐渐拆卸分开。
探头11通过逐步挖掘矿砂为其本身以及随之其后的管索13开创一条通路而到达地下层面，如图2所示。这种方法的问题在于探头11挖掘出来的管道16会在管索13周围坍塌，尤其是在周围的物质14不稳定，例如松软的沙砾的情况下更是如此。
本实施例在管索13周围提供一个管套20，以对管道16加衬，从而防止周围的物质14坍塌到管索13上。
管套20由柔性材料构成，该材料从两个部分21，22传送，然后在管索13周围形成管套。柔性材料的每一部分21，22以卷轴形式储存在地面站19，随着管索13的深入，它们也将逐步展开。
管索13包含一个限定中心通道33的内管31，见图4和图5，以及一个与内管31有空隙并在其周围的外管35，这样，外部通道37限定在内管31和外管35之间。中心通道33用来向地面传送来自探头11的挖掘泥浆。外部通道37用来从地面向探头11高压送水，以用于采矿作业。
管索13还包含一个装在外管35外面的外罩41，见图5。外罩41提供了一个纵向空间43，该纵向空间沿着管索伸展以安装服务缆线(如电源和遥测缆线)，这些服务缆线在地面站19和探头11之间延伸。空间43也可放置传感装置44以测量管索13和管套20之间的距离从而为可能发生的管套坍塌提供报警。
纵向空间43还包含两个纵向管道48，49，柔性材料的两个部分21，22可以紧凑方式沿此管道从地面站19向设备的前端50输送。
在设备的前端50，如图6-8所示，有两个滚轴51，52，每个滚轴对应于柔性材料的一个部分21，22。柔性材料是沿着纵向管道48，49以紧凑方式伸展的，滚轴51，52的安装可使柔性材料的各个部分分别在一个滚轴上回绕从而形成一个内层53和一个外层55。外层55以紧凑方式从管道48，49出来，然后汇聚一起形成管套20，其方式将在下面详述。
滚轴51，52装在一个围绕在前端50的外罩57内。外罩57与管索13之间有一定的空隙，在此限定了一个环型空间58。外罩57还有个突出部位59容纳滚轴51，52，如图8所示。
环型空间58提供了一个路径，沿此路径，柔性材料各部分21，22的外层55可以沿汇聚一起的各部分的纵向侧边展开形成管套20。
每个柔性部分21，22都有两条纵向侧边，纵向侧边上设有连接装置61，连接装置包括一个第一连接件(阳结构61a)和一个第二连接件(阴结构61b)。其设计是使得每一柔性部分的阳部件61a与另一柔性部分的阴部件61b以拉链方式连接。这样，两个部分21，22的纵向侧边可以联合在一起形成管套，如图4所示。两个部分21，22的纵向部分逐步靠拢然后通过位于外罩57上的滚轴导向组件58联合起来。
阳连接件61a包含一个前端100和一个尾端102。尾端102连在柔性部分22的纵向侧边。前端100有一系列凹陷104。阴连接件61b包含一个凹型部分106和一个尾端108。尾端108连在柔性部分21的纵向侧边。凹型部分106有一个内壁110和内壁上的一系列峰突112，峰突112与阳连接件61a的凹陷104为互补关系。连接两个连接件61a和61b时，前端100正好嵌入凹型部分106。
峰突112和凹陷104的结合使得力图分开连接件61a和61b的力量成为徒劳，因为这将使凹型部分106更有力地抓紧前端100从而促进峰突112和凹陷104的结合。
一般认为应采用某种装置以确保在从探头11卸下之前连接件61固定完好。这种装置可包括电气、磁性以及直观装置，以利拆卸之前的检查。
在位于前端50附近、两个部分21，22结合形成管套的位置，管索13的外围和管套20的内壁之间设置了一个较低的密封装置(图中未显示)。内部密封装置可以是膨胀和柔性密封装置的结合，这可用来在从细长部件上拆卸下来之前检测管套20和连接件61的压力。较低的密封装置装在管索13上从而可以随管索13进退并与外层55滑动连接。
同样，较高的密封装置81装在地面附近或是管套20和管索13之间的水平面上，如图3所示。较高的密封装置81可以使管索在沿着管道16深入时滑动。
内部的与较高的密封装置在管套20内限定了一个密封区90，从而形成一个膨胀室91，如图4-5所示。膨胀液，如膨润土液浆注入膨胀室91以便在管索13周围扩张管套20促使其与管道16外围的接合。这样，管套20为管道16外围附近的物质14提供了支持，从而防止管索周围管道的坍塌。膨胀液通过输入口93注入膨胀室，输入口与位于管索13上的外罩41内的传输线95相连。传输线连至地面站19以容放膨胀液。
操作时，根据本实施例的设备逐步形成并展开管套20，管套将支持由探头11在地下深入时建立的管道16。随道管索13的深入，管套20继续展开，柔性材料的两个部分21，22将沿着位于管索上的外罩41内的纵向管道48延伸，然后在滚轴51，52上自绕，并汇集在一起形成上述的管套。用这种方式，管套20逐步在前端50形成展开，一旦管套形成，管套的外层51相对于管道16而言是静止的。
采矿作业完成时，管索13和探头11可以沿着管道16撤出。撤出时，柔性材料的两个部分21，22也被撤出并放回到存储卷轴中。在撤出过程中，连接件61被分开，21，22两个部分被拖入外罩41中的纵向管道48中并顺其撤出。
还可以安装一个清洗装置(图中未显示)，在柔性材料的两个部分21，22存入卷轴之前对其进行清洗。清洗装置可包括喷嘴，从其中可喷出清洗液，如，清水，对21，22两个部分进行清洗。
图11所示是本发明设备的第二实施例。该实施例与图1-10的实施例类似，同样的标号代表同样的各个部分。第二实施例包含一个截面基本为圆形的管索120，其中间有限定中间通道33的内管31。
管索120中还有两条水管122取代第一实施例的管索13中的外管35，并包括其它各种服务用缆线，如，电源和遥测缆线，总体上用标号124表示。另外，还可以提供漂浮物质126以便在膨胀室91内将管索120浮起来。
在管索120中还有纵向管道48，49，这可使柔性材料的两个部分21，22以紧凑方式传输。第二实施例的操作方式与第一实施例的操作方式基本一样。管索120中显示了传送清洁水的传送管128，清洁水用于对柔性材料的两个部分21，22在放回卷轴之前的清洗。
图12示出了管索120的改进形式，其中，在纵向管道130，132内的柔性材料的两个部分21，22内装有包括一对传送滚轴134的驱动装置以及相应的动力装置136。滚轴134接纳连接件61a或61b以促进柔性材料的内层53在管道130，132内的运动。在需要将柔性材料通过管索120长距离传送时，这种方法非常有利。
如上所述，本发明的实施例为使管索13在管道16内免受坍塌物质阻塞而自由运行提供了一个支持系统。
一般认为，连接两个柔性部分21，22纵向侧边的连接装置可以用其它装置代替，如，缝合、焊、粘合等。
另外，本发明对于石油勘探以及管道的重新加衬都有实用价值。在石油勘探方面，本发明将减少使用多种尺寸钻头外壳的麻烦，并可以在容易坍塌的环境下使用。以上作业中目前使用的外壳反转套入方法在类似环境下容易阻塞。
目前使用的管道衬里方法通常是从管道内壁取出旧衬里再敷设一层新的衬里。使用本发明将可以在管道内敷设一层低摩擦力的衬里。这种衬里最好是聚乙烯或类似材料。
本发明的管套可用粘胶剂和一种填充材料敷设在管道内壁以促进定位。
本发明的进一步的实施例还可将一种柔软的柔性物质展开成管套，这种材料在定位后将自行凝固或在某种催化剂的作用下凝固。
另外，本发明的设备和方法也可仅用来挖掘隧道。例如，利用两个基本同心的管套，在中间注入固定物质，如，水泥。水泥将在原来位置形成管道。所用管套的最内层可以回收也可以不回收。如果留在原来位置，内层管套将防止其它物质渗入固定物质并进入生成管道的中间。
各种对本领域的技术人员来说很显见的各种修改和变化均属于本发明的范畴。
权利要求
1.一种适合于在地下形成的管道内运动的设备，其特征在于，其包括一个细长部件；用于在细长部件纵向外围的至少一部分将一管套定位的装置，以便与管道外围抵靠接合，从而提供一个供细长部件运动的空间，管套是柔性结构，它设置成随着细长部件在管道中的移动而逐步建立到位；以及用来将一膨胀液注入管套之间的区域并保持与管道外围抵靠接合的装置。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，管套由柔性材料形成，该材料绕细长部件的一个部位回转，形成一个内层和一个外层，内层与细长部件一起运动，外层相对于内层向回转并形成该管套。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，相对于管道而言，管套外层是固定不动的，随着细长部件在管道中运动，柔性材料由内层转为外层而形成管套。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，柔性材料包含两个或多个细长部分，这样，各部分的纵向侧边在外层一个接一个连接形成管套。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，细长部分在纵向侧边有互补的连接件以便将各个纵向侧边连在一起。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的设备，其特征在于，柔性材料在一转变装置处从内层转为外层。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，转变装置包括安装在细长部件上并随之运动的滚轴。
8.根据权利要求2至8中的任一项所述的设备，其特征在于，滚轴装在位于细长部件前端的保护罩内。
9.根据权利要求2至8中的任一项所述的设备，其特征在于，柔性材料的内层装在细长部件外围的一个或多个纵向管道内。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，细长部件包含一个管索，其中有一个中心通道、一个外部通道和装在外部且其中还有纵向管道的外壳；中心通道用来传送挖掘出来的泥浆，外部通道用来传送采矿作业中需用的水。
11.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，细长部件包含一个管索，其中有一个中心通道、一个外部通道和一个内有纵向管道的圆形细长部件外罩，中心通道用来传送挖掘出来的泥浆，外部通道用来传送采矿作业中需用的水。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的设备，其特征在于，驱动装置安置在纵向管道内或附近以促进柔性材料内层的运动。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，驱动装置与柔性材料内层的连接件连接从而有利于柔性材料本身的运动。
14.根据权利要求2至13中的任一项所述的设备，其特征在于，在柔性材料外层的一个固定端和细长部件之间设有密封装置以限定管套的最外端，密封装置允许细长部件在管道内运动时也可滑动。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，在柔性材料外层和细长部件之间设置另一个密封装置以限定管套的最内端。
16.根据上述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，柔性材料以卷轴形式存储，随着细长部件在管道内的向前运动，柔性材料从卷轴展开并逐渐传送至细长部件。
17.一种适合于在地下管道内轴向运动的细长结构，其特征在于，它包括一个细长部件；用于随着细长部件在管道中的移动而在细长部件纵向外围的至少一部分形成一管套的装置，以便与管道外围接合从而提供一个供细长部件运动的空间，管套由柔性材料形成，柔性材料绕一个随着细长部件移动的位置回转，形成一个内层和一个外层，内层与细长部件一起运动，外层相对于内层回转以形成管套，相对于管道而言，外层是固定不动的。
18.根据权利要求17所述的结构，其特征在于，柔性材料的外层限定一个内部区域，一膨胀液灌入这个区域以促使外层与管道外围的接合。
19.一种连接装置，用于构成管套的柔性材料各个纵向侧边的活动连接，其特征在于，连接装置包括互补结构的第一和第二连接件，它们压合在一起，将其拉开的力量起着加强两者之间啮合的作用，需要用非剥落方式或拉开拉链的方式将连接件分开。
20.根据权利要求19所述的连接装置，其特征在于，每一连接件是细长的并沿着柔性材料细长部分的纵向侧边伸展，第一连接件设成阳结构，第二连接件设成互补的阴结构。
21.根据权利要求20所述的连接装置，其特征在于，连接件具有互补的纵向峰突和凹陷，其设计使得力图将其分开的力量只能加强第二连接件对第一连接件的啮合。
22.根据权利要求21所述的连接装置，其特征在于，第一连接件有一个前端，第二连接件有一个凹型部分，前端以互补方式嵌入凹型部分。
23.一种促进设备在地下运动的方法，其特征在于，随着设备在其所形成地下管道中的移动，在该设备纵向外围的至少一部分形成管套，管套由随着设备一起运动的柔性材料构成。
24.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，管套的柔性材料绕一个随设备运动的部位回转，以形成一个内层和一个外层，内层与细长部件一起运动，外层相对于内层回转并形成管套，相对于管道而言，外层是固定不动的。
25.一种适用于对管道加衬里的设备，其特征在于，它包括一个细长部件；用于在细长部件纵向外围的至少一部分地方形成一管套的装置，以便与管道内壁接合从而在管道内形成一衬里，管套是柔性结构，随着细长部件在管道内的移动，管套逐步形成到位。
26.根据权利要求25所述的设备，其特征在于，管套作为一种柔性材料从细长部件逐步展开，柔性材料表面带有粘合剂，敷设在管道内壁。
27.根据权利要求25或26所述的设备，其特征在于，管套由柔性材料构成，柔性材料绕细长部件的一部位回转，形成一个内层和一个外层，内层与细长部件一起运动，外层相对于内层回转并形成管套。
28.根据权利要求26或27所述的设备，其特征在于，与柔性材料一起使用一种填充材料，这样，两种材料都敷设在管道内壁以便消除内壁上的凹凸。
29.根据权利要求28所述的设备，其特征在于，柔性物质包含一种材料，这种材料一旦从细长部件展开，在适当催化剂的作用下，形成的管套将变为非柔性或刚性的。
30.一种形成管道衬里的方法，其特征在于，驱使设备在管道内移动并在管道内形成一个管套衬里，该管套的构成材料至少在开始时是柔性材料。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，其采用权利要求25至29中的任一项所述的设备。
全文摘要
适合于在地下形成的管道(16)中运动的设备，包含一个细长部件(13)和用于在细长部件纵向外围的至少一部分形成管套(20)以与管道(16)外围抵靠接合的装置，从而提供一个供细长部件运动的空间，管套(20)是一种柔性结构，它随着细长部件(13)在管道中的移动而逐步建立到位；以及用于将一种膨胀液注入管套(20)和细长部件(13)之间的区域(90)使管套(20)胀大以保持与管道(16)外围抵靠接合的装置。
文档编号E21B43/10GK1168711SQ95196604
公开日1997年12月24日 申请日期1995年10月6日 优先权日1994年10月7日
发明者尼尔·D·B·格雷厄姆 申请人:尼尔·D·B·格雷厄姆