СПОСОБ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ВЗРЫВООПАСНОЙ МЕТАНОУГОЛЬНОЙ СРЕДЫ В ШАХТАХ Российский патент 2007 года по МПК E21F5/06 

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано для создания безопасных условий труда в подготовительных и очистных забоях.

Известен способ нейтрализации взрывоопасной метаноугольной среды в шахтах у исполнительного органа проходческого комбайна, принятый за прототип, включающий подачу напорной воды на режущую коронку рабочего органа горной машины, распыление воды режущей коронкой и потоком воздуха, по гидромониторному стволу через вентиляторное колесо, подающее воздух в сторону груди забоя и установленное на вращающейся ступице стреловидного рабочего органа, за режущей коронкой с образованием из части напорной воды водяной завесы, отсекающей забой от горной машины и выработки, при этом гидромониторный ствол устанавливают на стреловидном рабочем органе (патент РФ № 2180401, кл. Е 21 F 5/02, опубл. 10.03.2002).

Недостатком способа является недостаточно эффективное обеспечение безопасных условий труда, т.к. нейтрализацию метаноугольной среды осуществляют не за счет растворения метана в воде и снижения тем самым его концентрации, а за счет создания водяной завесы.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является обеспечение взрывобезопасной работы в шахтах. Технический результат - нейтрализация метаноугольной среды за счет снижения концентрации метана в шахтной атмосфере.

Технический результат достигается тем, что в способе нейтрализации взрывоопасной метаноугольной среды в шахтах, включающем подачу напорной жидкости на режущую коронку рабочего органа горной машины, распыление напорной жидкости режущей коронкой, подачу напорной жидкости через установленный на рабочем органе распылитель, при этом в качестве напорной жидкости используют водный раствор карбамида с концентрацией 0,1-3 мас.%.

Впервые установлено, что водный раствор карбамида эффективно поглощает и связывает метан, образуя соединение включения (клатратное соединение). Взаимодействие водного раствора карбамида с метаном приводит к дополнительной межмолекулярной ассоциации через водородное связывание - NH₂. В ассоциации участвуют также связи>С=0. Образование за счет водородных связей внутри межкристаллической сетки способствует созданию дополнительных полостей в материале адсорбента - карбамида, способной удерживать достаточно большое количество метана.

В заявленном способе нейтрализации взрывоопасной метаноугольной среды в шахтах целью является снижение концентрации метана еще до появления взрыва. Поэтому применяют водный раствор карбамида с определенной концентрацией 0,1-3 мас.%, причем, что существенно, водный раствор карбамида данной концентрации подают под давлением (в виде напорной жидкости), благодаря чему в совокупности и происходит поглощение метана и снижение его пороговой концентрации в атмосфере шахты. Метан, взаимодействуя с водным раствором карбамида, образует комплексное соединение:

СН₄+СО(NH₂)₂→СН₄•СО(NH₂)₂

Поглощение метана водным раствором карбамида установлено по результатам следующих экспериментов.

Эксперимент проводили для разных значений давления.

Пример 1. В статический реактор с мешалкой и внешней рубашкой для повышения температуры подавали метан под давлением 9,6 атм, затем последовательно вводили 0,06 л водного раствора карбамида с концентрациями мас.%: 0,1; 1 и 3. Давление в реакторе мгновенно уменьшалось в первом случае до 5,8 атм, ΔР=3,8 атм; во втором случае давление уменьшалось до 7,0 атм., ΔР=2,6 атм; в третьем случае давление уменьшалось до 5,9 атм, ΔР=3,7 атм, ΔР - показатель растворения и связывания метана. При нагревании внешней рубашки до 80°С при включенной мешалке повышения давления не наблюдалось. Эти результаты однозначно свидетельствуют о прочной связи метана с карбамидом. При этом поглощение метана на единицу объема (см³) такого раствора составляет соответственно: 2,4; 1,6; 2,3 см³.

Неизменность давления после поглощения метана и нагревания внешней рубашки (до 80°С) и включенной мешалке наблюдалась и в последующих экспериментах.

Пример 2. Эксперимент осуществляли аналогично примеру 1. При давлении метана 11,2 атм в реактор вводили 0,06 л 0,1 мас.% водного раствора карбамида, а затем 0,5 мас.% раствора карбамида. В первом случае давление в реакторе мгновенно уменьшается до 6,4 атм, ΔР=4,8 атм, а во втором - 6,6 атм, ΔР=4,6 атм.

При этом поглощение метана на единицу объема (см³) такого раствора в обоих случаях составило 2,9 см³.

Пример 3: Следующий эксперимент проводили при давлении метана 15 атм. В реактор вводили 0,06 л водного раствора карбамида: 0,5, 1 и 3 мас.%. В первом случае давление в реакторе мгновенно уменьшается до 9,3 атм, ΔР=5,7 атм, во втором случае - 9,9 атм, ΔР=5,1 атм, в третьем случае - до 8,9 атм, ΔР=6,3 атм.

При этом поглощение метана на единицу объема (см³) такого раствора, соответственно, составило: 3,5; 3,3 и 3,9 см³.

Пример 4: Эксперимент проводили также и при 24 атм. В реактор вводили 0,06 л водного раствора карбамида с концентрациями 1 и 3 мас.%. Давление в реакторе мгновенно уменьшалось до 14,4 атм, ΔР=9,6 атм и до 17,6 атм, ΔР=6,4 атм соответственно.

При этом поглощение метана на единицу объема (см³) такого раствора в соответственно составило 6 и 4 см.

Результаты проведенных экспериментов представлены в таблице.

Таблица№Р_нач, атмР_конечн,
атмΔР, атмПоглощение метана, мас.%Объем поглощенного метана, см³Поглощение метана на единицу объема раствора, см³/см³Концентрация карбамида в водном растворе, мас.%19,65,83,839,6141,72,40,129,67,02,626,795,51,6139,65,93,738,3137,22,33411,26,44,842,9179,02,90,1511,26,64,641,1171,52,90,5615,09,35,738,0212,63,50,5715,09,95,133,9195,43,31815,08,96,341,1232,73,93924,014,49,640,0358,06,011024,017,66,426,7238,74,03

Из таблицы следует, что оптимальное содержание карбамида определяется по степени поглощения метана, а нейтрализацию взрывоопасной метаноугольной среды в шахтах целесообразно производить водным раствором карбамида с концентрацией 0,1-3 мас.%.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображена принципиальная схема осуществления нейтрализации взрывоопасной среды в шахте.

Для реализации способа используют оборудование горных выработок, а именно горную машину - комбайн 1 с рабочим органом 2, оснащенным режущей коронкой 3. На рабочем органе 2 комбайна устанавливают распылитель 4 в виде форсунки, к которому гибким шлангом 5 подводится напорная жидкость для подачи ее на режущую коронку 3.

Способ реализуют следующим образом. Комбайн 1 ведет отбойку угля режущей коронкой 3, которая перемещается по забою рабочим органом 2, при этом в зоне разрушения массива выделяются метан и угольная пыль, представляющие опасность возникновения взрыва при соответствующей их концентрации в шахтном воздухе.

Для нейтрализации взрывоопасной среды осуществляют подачу водного раствора карбамида по гибкому шлангу 5 через распылитель 4 на режущую коронку 3 в результате чего происходит распыление водного раствора карбамида режущей коронкой 3, который поглощает метан и снижает его концентрацию.

Предлагаемый способ, за счет прочного связывания метана водным раствором карбамида, позволяет повысить безопасность работы в угольных шахтах.

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано для создания безопасных условий труда в подготовительных и очистных забоях. Техническим результатом является нейтрализация метаноугольной среды за счет снижения концентрации метана в шахтной атмосфере. Для этого способ включает подачу напорной жидкости на режущую коронку рабочего органа горной машины, распыление напорной жидкости режущей коронкой, подачу напорной жидкости через установленный на рабочем органе распылитель. При этом в качестве напорной жидкости используют водный раствор карбамида с концентрацией 0,1-3% мас., 1 ил, 1 табл.

Способ нейтрализации взрывоопасной метаноугольной среды в шахтах, включающий подачу напорной жидкости на режущую коронку рабочего органа горной машины, распыление напорной жидкости режущей коронкой, подачу напорной жидкости через установленный на рабочем органе распылитель, отличающийся тем, что в качестве напорной жидкости используют водный раствор карбамида с концентрацией 0,1-3 мас.%.