СОСТАВ ДОННО-УСТЬЕВОЙ ЗАБОЙКИ Российский патент 1997 года по МПК E21C37/00 

Изобретение относится к веществам, являющимся средствами обеспечения безопасности взрывных работ в шахтах, опасных по газу и пыли, в частности к составу донно-устьевой пламегасящей забойки шпуров, предназначенной предотвращать выгорание шпуровых зарядов, охлаждать взрыва в объеме шпура до утраты способности воспламенять метано-воздушную смесь при выбросе в загазованное призабойное пространство, нейтрализовать ядовитые газы продуктов взрыва и подавать взвешенную угольную пыль.

Наиболее широко применяется в качестве донно-устьевой пламегасящей забойки шпуров обычная техническая вода, заполненная в полиэтиленовую ампулу [1]
Недостатком гидроампул является то, что при наличии мелких отверстий, трещин вода из ампул вытекает при доставке в забой и в процессе заряжения шпура. Вследствие этого пламегасящее действие ослабевает вплоть до утраты. Кроме того, гидроампулы трудно досылать в шпуры. В процессе досылки они деформируются, зачастую с нарушением целостности ампулы и вытеканием воды. Кроме этого, вытекающая вода увлажняет ВВ, содержащее гидрофильные компоненты, детонационная способность ВВ ухудшается до отказа. Это действие усиливается при избыточном давлении метана в шпуре.

Известен состав забойки в виде загущенной воды, представляющий гидрогель на основе жидкого стекла [2] Он состоит из 5%-ного жидкого стекла, 5% гелеобразователя и 90% воды. В качестве гелеобразователя можно использовать питьевую соду, карбоновые кислоты.

Гидрогелевая забойка представляет собой наполненную гидрогелем полиэтиленовую ампулу, имеющую цилиндрическую форму, один торец которой запаян, а второй снабжен обратным клапаном.

Сначала примерно 2/3 ампулы заполняется водным раствором ингибитора и гелеобразователя, а потом оставшуюся свободной 1/3 ампулы заполняют водным раствором жидкого стекла. Жидкости в ампулах смешиваются путем переворачивания ампул, 2-3 переворотов достаточно, чтобы внутри ампул образовалась студенистая масса. Данная гидрогелевая забойка предотвращает выгорание шпуровых зарядов, т.е. гасит загоревшиеся патроны. При отказе пассивного заряда продукты взрыва боевика раздавливают ампулу с гидрогелем. При ударе гидрогель превращается в жидкость, которая, вытекая из ампулы, заполняет пространство между стенками шпура и поверхностью патронов ВВ и гасит горение.

Недостатком гидрогелевой забойки является малый срок сохранения консистенции. Через 15-20 сут консистенция гидрогеля разрушается. Образовавшаяся жидкость вытекает из ампул. Кроме того технология образования стабильного гидрогеля сложна и качественный гидрогель не может быть изготовлен потребителем шахтой. Главным тормозом внедрения гидрогеля является высокая дефицитность жидкого стекла.

Делались попытки использовать суспензию в виде забойки [3] Суспензия состояла из мела (мелкодисперсного известняка), хлористого калия, воды, ПВА в виде стирального порошка. Суспензия патронировалась в полиэтиленовые ампулы. Недостатки суспензионной забойки суспензия не загущала воду, и вода из ампул вытекала. Суспензионная забойка у дна шпура не предотвращала выгорания шпуровых зарядов, а также сложна технология ее изготовления.

Задачей изобретения является создание состава донно-устьевой забойки с вязкостью консистенции в условиях хранения и снаряжения, обеспечивающей невытекание ее через отверстие в ампуле и превращения в жидкость при ударе взрывном боевике для гашения загоревшегося пассивного заряда, достижение более длительного срока хранения с указанными свойствами.

Решение поставленной задачи достигается составом донно-устьевой забойки в виде эмульсии "вода в масле", состоящей из 10-20% пламегасителей (галогенидов, в частности хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов), жидких нефтепродуктов или их смесей, в частности 4-7% индустриального масла, 1,5-2,5% эмульгатора эфира жирных кислот и многоатомных спиртов, 70,5-89,5% воды.

Состав донно-устьевой забойки изготавливается по следующей технологии: водный раствор пламегасителя, нагретый до температуры 60-95^oC, наливается в нагретое до температуры 50-75^oC масло с эмульгатором при интенсивном перемешивании мешалкой со скоростью от 700 до 2500 об/мин. Изготовление может осуществляться непрерывным способом при одновременной подаче смешиваемых компонентов.

Полученное густое льющееся вещество выдавливается в полиэтиленовые ампулы.

Достоинством данного состава донно-устьевой забойки является то, что является водоустойчивой, и вода в составе эмульсии представлена дисперсной фазой размером 0,5-1,5 мкм, что способствует наиболее быстрому и полному взаимодействию водного раствора пламегасителя с продуктами взрыва. При нахождении в воде до 10 сут ее структура сохраняется. Пламегаситель из эмульсии не переходит в воду.

Пламегасящая эмульсия в полиэтиленовых гильзах сохраняет свою структуру и свойства в течение 6-ти мес. Она не вытекает из полиэтиленовых ампул через отверстия диаметром до 2-3 мм. Верхний предел содержащий эмульгирующих материалов обуславливается способностью эмульсии выполнять полиэтиленовые ампулы под небольшим давлением, а нижний предел содержания эмульгирующих материалов обусловлен способностью эмульсии не вытекать из ампулы через отверстия диаметром до 2-3 мм.

Сущность изобретения заключается в придании способности жидкостной пламегасящей забойке, упакованной в гидроампулу, легко вводится в угольные и породные шпуры без деформации и вытекания водных растворов неорганических солей из полиэтиленовых ампул через отверстия, сквозные трещины и разрывы, при этом в способности обеспечивать эффективное пламегашение и снижение температуры продуктов взрыва ниже температур, при которых возможно воспламенение метано-воздушной смеси и аэрозоли угольной пыли, исключение выгорания невзорвавшихся
патронов ВВ путем перехода в жидко-капельное состояние от воздействия ударной волны взрыва промдетонатора в сохранении более 6 мес вязкости консистенции. Полностью исключено смачивание ВВ забоечным материалом данного состава. Эти свойства указывают на соответствие изобретения критериям "научная новизна" и "существенное отличие".

Пример 1. В аппарат заливается вода и засыпается пламегаситель, которые при перемешивании нагреваются до 90-100^oC. Во второй аппарат заливается масло с эмульгатором и тоже нагреваются до 90-100^oC. Затем водный раствор пламегасителя вливается в масло с эмульгатором при перемешивании мешалкой со скоростью 700-2500 об/мин. Получается обратная эмульсия высоковязкой консистенции. Испытываемая эмульсия не вытекает из ампулы через отверстия 2-3 мм и выдавливается в ампулу с обратным клапаном диаметром 10 мм.

Из полученных данных следует (таблица), что эмульсия, содержащая до 4% масла с эмульгатором, вытекает через отверстия диаметром 2-3 мм. При составе масло с эмульгатором в сумме более 8% вязкость, затрудняющую заполнение гидроампул. Оптимальным содержанием является 5,6 8,0% суммы М+Э.

Пример 2. Изготовленная по технологии, описанной в примере 1, эмульсия, состоящая из 2% эмульгатора, 5% масла, 10% пламегасителя и 85% воды, использовалась на способность предотвращать выгорание шпуровых зарядов.

В канал мортиры вмещается эмульсия пламегасящей забойки массой 100 г, затем патрон угленита 1 ЗП массой 50 г и на расстоянии 13 см помещается патрон-боевик угленита 1 ЗП массой 100 г. Остальное пространство в мортире между боевиком и устьем канала заполняется глиной. Детонация пассивному заряду не передается. Продукты взрыва боевика поджигают пассивный заряд. Испытания показали, что без донной забойки заряд сгорает, а при наличии донной забойки
не сгорает.

Пример 3. Изготовленная по технологии, описанной в пример 1, ЭПЗ испытывалась на способность создавать предохранительную оболочку вокруг заряда ВВ, который имитировался металлическим стержнем.

Для этого в канал мортиры помещалась эмульсионная пламегасящая забойка, к торцу которой плотно прилегал конец металлического стержня длиной 30 см; вслед за ним располагался патрон аммония ПЖВ 20 массой 360 г с электродетонатором. Инициирование прямое. При взрыве аммонита ПЖВ-20 из канальной мортиры отраженной волной выбрасывался металлический стержень, покрытый слоем белой пламегасящей эмульсии, выполняющей функцию предохранительной оболочки. Надо полагать, что пассивный патрон аммонита ПЖВ-20, лежащий на месте металлического стержня, тоже покрывается белым налетом пламегасящей эмульсии. Взрыв боевика давит на металлический стержень, последний раздавливает забойку, т.е. рвет полиэтиленовую ампулу, и пламегасящая эмульсия заполняет зазор между стенками шпура и поверхностью металлического стержня. Оболочку вокруг пассивного заряда способна образовывать опережающая ударная волна, идущая по зазору между стенками шпура и поверхностью пассивного заряда. Предохранительная оболочка на пассивном заряде может также образоваться в процессе заряжения шпуров при давлении забойником. Пассивный заряд раздавливает слегка подрезанную забойку и вытекающая эмульсия образует вокруг него оболочку.

Пример 4. Эмульсионная пламегасящая забойка (ЭПЗ) диаметром 36-38 см испытывалась на сохранность целостности при прохождении через сквозные угольные и породные шпуры диаметром 43-44 мм. Для этого через них стержнем проталкивалась забойка и на противоположном конце вынималась и рассматривалась. При осмотре установлено, что ЭПЗ сохраняет конфигурацию. При проталкивании гидрозабойки (ампула с водой) через шпур вода из ампул вытекала, и забойка теряла свой первоначальный вид. В полиэтиленовой ампуле практически отсутствовала вода. Следовательно, ЭПЗ технологична в применении.

Источники информации
1. Руководство по применению забойки при взрывных работах в угольных шахтах. Донбасс, 1980. с. 7.

2. Разработать рациональную конструкцию забойки шпуров для повышения безопасности и эффективности взрывных работ в забоях, опасных по газу и пыли. Отчет ВостНИИ, N гос. регистрации 81071724, 1993, с. 33-37.

3. Патент Франции N 2436964, F 42 D 1/08, E 21 C 37/00.

Использование: обеспечение безопасности взрывных работ в шахтах, опасных по газу и пыли, и предназначено для приготовления состава донно-устьевой пламегасящей забойки шпуров, предназначенной предотвращать выгорание шнуровых зарядов, охлаждать продукты взрыва в объеме шпура до утраты способности воспламенять метано-воздушную смесь при выбросе в загазованное призабойное пространство, нейтрализовать ядовитые газы продуктов взрыва и подавлять взвешенную угольную пыль. Сущность: составов донно-устьевой забойки шпуров содержит, мас. %: хлорид щелочного или щелочно-земельного металла 10 - 20; нефтепродукты с температурой кипения выше 230^oC 4 - 7; эмульгатор, образующий обратную эмульсию 1,5 - 2,5 и воду - остальное. В качестве эмульгатора, образующего обратную эмульсию могут быть использованы эфиры жирных кислот и многоатомных спиртов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Состав донно-устьевой забойки, содержащей хлорид щелочного или щелочно-земельного металла и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит нефтепродукты с температурой кипения выше 230^oС и эмульгатор, образующий обратную эмульсию, при следующем соотношении исходных ингредиентов, мас.

Хлорид щелочного или щелочно-земельного металла 10 20
Нефтепродукты с температурой кипения выше 230^oС 4 7
Эмульгатор, образующий обратную эмульсию 1,5 2,5
Вода Остальное
2. Состав по п. 1, отличающийся тем, что в качестве эмульгатора, образующего обратную эмульсию, он содержит эфиры жирных кислот и многоатомных спиртов.