СПОСОБ ТУШЕНИЯ ГОРЯЩИХ ПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ Российский патент 2009 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для тушения отвальных пород угольных месторождений и углеобогащения, а также скоплений, склонных к самовозгоранию полезных ископаемых: угля, сланцев, торфа, пиритизированных руд.

Известен способ тушения пород путем нагнетания в них известковой суспензии через инъекторы (Зборщик М.П. и др. Предотвращение савмовозгорания пород и тушение горных отвалов. - Уголь Украины, 1982, №4, с.7-9).

Однако эффективность этого способа невелика из-за отсутствия возможности управлять движением известковой суспензии в породной массе и неизбежности вытеснения в атмосферу большей части продуктов горения.

Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения является способ тушения горящих породных отвалов, включающий бурение в породных отвалах скважин, обработку окрестности очагов горения путем нагнетания через скважины в межкусковое пространство отвала известковой суспензии с одновременным вакуумированием межкускового пространства отвала и изолированным отводом газов и паров в накопительную емкость (SU, №1093824 А, МПК E21F 5/00, опубл. 23.05.1984 г.).

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками предлагаемого изобретения: бурение в породных отвалах скважин; обработка окрестности очагов горения путем нагнетания через скважины в межкусковое пространство отвала известковой суспензии; вакуумирование межкускового пространства отвала и отвод газов и паров.

Известный способ характеризуется значительной трудоемкостью выполняемых работ, связанных с монтажом и эксплуатацией вакуум-насоса, накопительной емкости, осуществляющих реализацию способа. Это обусловлено ограничением возможности управления нагнетанием известковой суспензии в межкусковое пространство и отводом газов и паров в нагнетательную емкость вследствие значительной удаленности зоны вакуумирования от зоны инъектирования известковой суспензии.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа тушения горящих породных отвалов путем изменения технологических параметров.

Технический результат - возможность управления движением известкой суспензии и отводом газов и паров, что обеспечивает повышение эффективности и снижение трудоемкости тушения горящих породных отвалов.

Технический результат достигается тем, что в способе тушения горящих породных отвалов, включающем бурение в породных отвалах скважин, обработку окрестности очагов горения путем нагнетания через скважины в межкусковое пространство отвала известковой суспензии, вакуумирование межкускового пространства отвала и отвод газов и паров, по изобретению скважины бурят через каждые 5-7 м, известковую суспензию нагнетают в пробуренные скважины через одну, межкусковое пространство отвала вакуумируют через другие скважины с помощью установленных в их устье дефлекторов, которые орошают известковой суспензией, причем функции скважин меняют.

Целесообразно при тушении плоских горящих породных отвалов устья скважин размещать через каждые 5-7 м на линиях, параллельных контуру плоской части отвала, при этом первую линию располагать на расстоянии 15-20 м от его бровки, другие - с уменьшением расстояния до нее на каждые 5-7 м, а нагнетание известковой суспензии вести фронтально в направлении от дальней линии к бровке отвала.

Целесообразно при тушении конических горящих породных отвалов нагнетание известковой суспензии и вакуумирование межкускового пространства осуществлять по направлению снизу вверх.

Бурение скважин на расстоянии между ними менее 5 м приводит к неоправданно завышенному объему буровых работ, при большем расстоянии снижается эффективность вакуумирования межкускового пространства отвала дефлекторами и увеличивается продолжительность профилактических работ.

Отличие предлагаемого способа от существующего состоит в том, что зону вакуумирования межкускового пространства отвала с помощью установленных в их устье скважин дефлекторов, то есть без использования специальных энергетических установок, максимально приближают к очагу горения породного отвала, в окрестность которого нагнетают через скважины, расположенные на расстоянии 5-7 м от первых, известковую суспензию. Благодаря этому обеспечивается направленное движение суспензии в горящую породу, а продуктов горения в скважины, в которых создается разрежение с помощью дефлекторов, орошаемых известковой суспензией, для нейтрализации выделяющихся из отвала экологически вредных газов. При проникновении известковой суспензии во всасывающие скважины функции нагнетательных и всасывающих скважин меняют для завершения процесса тушения породного отвала обратным движением известковой суспензии.

Благодаря всему этому обеспечивается направленное движение известковой суспензии в горящей породе по линии «нагнетание - всасывание» и, следовательно, максимально эффективное ее тушение с изолированным отводом вытесняемых через оборудованные дефлекторами скважины газов и паров, нейтрализация которых происходит при прохождении их через завесу известковой суспензии. При этом отпадает необходимость использования вакуум-насоса, внедряемого в отвал всасывающего патрубка, всасывающего магистрального трубопровода с арматурой, накопительной емкости для аккумулирования и нейтрализации отсасываемых из породного отвала экологически вредных газов.

Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема расположения скважин в плоском породном отвале и оборудования для тушения горящей породы; на фиг.2 - схема расположения скважин в коническом породном отвале и оборудования для тушения горящей породы.

Тушение горящего породного отвала осуществляют следующим образом.

С плоской поверхности горящего породного отвала 1 бурят через каждые 5-7 м скважины, одни из которых 2 - нагнетательные, другие 3 - всасывающие (функции их в процессе тушения породы меняют). В устьях всасывающих скважин 3 устанавливают дефлекторы 4, которые оснащают сверху форсунками 5, подключенными трубопроводами 6 к нагнетательному насосу 7 со смесительной емкостью 8 для приготовления известковой суспензии. Нагнетательные скважины 2 присоединяют к насосу 7 смесительной емкости 8 трубопроводами 9. Использованные скважины 10 находятся в зоне, где завершен процесс тушения горящей породы (Фиг.2).

В смесительной емкости 8 приготавливают суспензию с содержанием гашеной извести не менее 5%. Затем включают в работу нагнетательный насос 7 (типа ЦНС-60). Из смесительной емкости 8 насосом 7 подают известковую суспензию по трубопроводам 9 в нагнетательные скважины 2 и через них в межкусковое пространство породного отвала, а также по трубопроводам 6 в форсунки 5. Вследствие обдувания внешними воздушными потоками дефлекторов 4 во всасывающих скважинах 3 создается разрежение и, следовательно, перепад давления в линии скважин 2, 3, что способствует движению по этому направлению известковой суспензии и вытесняемых ею из межкускового пространства породного отвала экологически вредных газов. Выделяющиеся из всасывающих скважин 3 через дефлекторы 4 продукты горения проходят через завесу известковой суспензии, разбрызгиваемой форсунками 5. При этом протекают реакции их нейтрализации:

CO₂+Ca(OH)₂=СаСО₃+H₂O; SO₂+Ca(OH)₂=CaSO₃+Н₂О; SO₂+CaSO₃+Н₂O=Са(HSO₃)₂; H₂S+Са(ОН)₂=CaS+2H₂О; 2H₂S+Са(ОН)₂=Ca(HS)₂+2Н₂O.

Аналогичные процессы взаимодействия известковой суспензии с продуктами горения породы происходят в ее межкусковом пространстве. Происходит также карбонизация гидроксида кальция: Са(ОН)₂+CO₂+nH₂O=СаСО₃+(n+1)Н₂O. Кристаллы образующегося карбоната кальция срастаются между собой с кристаллами гидроксида кальция и обломками породы. В этих условиях образуются также соединения типа СаСО+nCa(OH)₂mH₂O. Вследствие протекания вышеуказанных процессов происходит заполнение межкускового пространства породного отвала продуктами химических реакций, что снижает его газопроницаемость и, следовательно, предотвращает поступление атмосферного воздуха в очаги горения. Испарение воды при протекании указанных выше реакций способствует охлаждению породы.

После проникновения известковой суспензии из нагнетательных скважин во всасывающие скважины функции их меняют: всасывающие скважины 3 присоединяют к нагнетательному насосу 7, а в устье нагнетательных скважин 2 устанавливают дефлекторы 4. Нагнетание известковой суспензии в обратном направлении повышает эффективность обработки породы, при этом все скважины в завершающей стадии процесса тушения оказываются заполненными суспензией, что исключает необходимость тампонирования их, например, глиной для изоляции от доступа атмосферного воздуха.

Плоские породные отвалы тушат нагнетанием известковой суспензии в скважины, расположенные на расстоянии 15-20 м от бровки отвала, во избежание преждевременного прорыва ее на поверхность и подсоса атмосферного воздуха через нее в вакуумирующие скважины.

Конические породные отвалы тушат по направлению снизу вверх, что обеспечивает вытеснение газопарообразных веществ из них известковой суспензии в направлении действия тепловой депрессии и, следовательно, высокую эффективность выполняемых работ (Фиг.2).

Использование предлагаемого способа позволяет повысить эффективность и снизить трудоемкость тушения горящих породных отвалов, исключая в отличие от ближайшего аналога расходы энергии на их вакуумирование.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для тушения отвальных пород угольных месторождений и углеобогащения, а также скоплений, склонных к самовозгоранию полезных ископаемых: угля, сланцев, торфа, пиритизированных руд. Техническим результатом является повышение эффективности и снижение трудоемкости тушения горящих породных отвалов. Способ включает бурение в породных отвалах скважин, обработку окрестности очагов горения путем нагнетания через скважины в межкусковое пространство отвала известковой суспензии, вакуумирование межкускового пространства отвала и отвод газов и паров. При этом скважины бурят через каждые 5-7 м, известковую суспензию нагнетают в пробуренные скважины через одну, межкусковое пространство отвала вакуумируют через другие скважины с помощью установленных в их устье дефлекторов, которые орошают известковой суспензией, причем функции скважин меняют. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ тушения горящих породных отвалов, включающий бурение в породных отвалах скважин, обработку окрестности очагов горения путем нагнетания через скважины в межкусковое пространство отвала известковой суспензии, вакуумирование межкускового пространства отвала и отвод газов и паров, отличающийся тем, что скважины бурят через каждые 5-7 м, известковую суспензию нагнетают в пробуренные скважины через одну, межкусковое пространство отвала вакуумируют через другие скважины с помощью установленных в их устье дефлекторов, которые орошают известковой суспензией, причем функции скважин меняют.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при тушении плоских горящих породных отвалов устья скважин размещают через каждые 5-7 м на линиях, параллельных контуру плоской части отвала, при этом первую линию располагают на расстоянии 15-20 м от его бровки, другие - с уменьшением расстояния до нее на каждые 5-7 м, а нагнетание известковой суспензии ведут фронтально в направлении от дальней линии к бровке отвала.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при тушении конических горящих породных отвалов нагнетание известковой суспензии и вакуумирование межкускового пространства осуществляют по направлению снизу вверх.