Способ герметизации угольного массива для снижения поступления воздуха к очагам самонагревания угля Российский патент 2019 года по МПК E21F5/18 

Настоящее изобретение относится к горной промышленности, к способу герметизации массива угля для снижения поступления воздуха к очагам самонагревания угля, в целиках между выработками, в вмещающих породах кровли, бортов, почвы горной выработки. В процессе эксплуатации подающей воздух выработки пройденной по углю необходимо постоянно контролировать и исключать различными техническими способами воздухопроницаемость массива вмещающих пород в целике угля между выработкой подающей воздух и другими выработками. Инструкцией ("Инструкция по предупреждению эндогенных пожаров и безопасному ведению горных работ на склонных к самовозгоранию пластах угля", Приказ Ростехнадзора от 16.12.2015 N 517) регламентированы работы по тампонажу массива горных пород герметизирующими материалами в качестве мероприятий по снижению их воздухопроницаемости. В случае дренажа воздуха через трещины и пустоты в массиве угля, на пластах угля склонных самонагреванию, возможно начало реакции окисления угля с различными по температуре стадиями протекания, вплоть до высокотемпературного окисления - то есть горения. Критической температурой самонагревания угля считается температура 363 - 403 К (90-130°С) (п. 1.1.8 «Инструкция по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса», Кемерово 2007 год). При протекании процесса самонагревания угля в целиках или в массиве угля применяются различные способы снижения температуры угля. В патенте РФ №2672899 представлен способ герметизации массива угля путем нагнетания с использованием пакеров через шпуры, пробуренные в целике угля, в массив угля неорганического негорючего термостойкого и водостойкого клея, изготовленного на основе смеси жидкого калиевого стекла, жидкого литиевого стекла, с наполнителем из Тальк А20 (20 мкм) с максимальным эквивалентным диаметром частиц 20 мкм, и отвердителем жидкого стекла сжиженный газ СО₂, после нагнетания и отверждения негорючего клея в массив угля подают воду с антипирогенами, которая размывает пену, образовавшуюся при контакте жидкого стекла с самонагретым до температуры 100 С0 углем, затем после охлаждения массива повторно закачивают негорючий неорганический термостойкий и водостойкий клей с наполнителем. Однако у указанного в патенте РФ №2672899 способа есть ряд недостатков: не всегда возможно обеспечить подачу газа СО₂ в необходимом количестве по горным выработкам шахты к месту производства работ в сжатые сроки; при использовании наполнителя в жидком стекле снижается проникающая способность клея и в массиве угля с наличием трещин шириной менее минимального эквивалентного диаметра частиц наполнителя, клей не проникает во все трещины, что может привести после затвердевания клея к поступлению воздуха к очагам самонагревания в массиве угля и последующего стадийного процесса увеличения очага самонагревания в массиве угля; при температуре самонагретого угля менее 90°С образование пены при контакте жидкого стекла с углем не происходит, и поэтому при подачи воды с антипирогенами для охлаждения массива вода не будет проникать в те микропоры, которые меньше размера наполнителя негорючего клея, то есть в микропоры, которые закрыты негорючим клеем, но с течением времени, в результате деформаций массива угля, могут появиться трещины в негорючем клее и по ним может поступить воздух (кислород) к микропорам, размер которых был меньше размера наполнителя негорючего клея; при температуре самонагретого угля менее 90°С при подаче воды в массив угля с антипирогенами, с точки зрения технических способов блокирования реакции окисления угля, нет необходимости, так как температура угля невысокая и по этой причине возможно снижение температуры угля только исключением контакта угля с воздухом, а при подаче воды с антипирогенами необходимо для проникновение воды и ее непрерывного дренажа по массиву угля поддерживать давление нагнетания не менее 70 ат, что может привести к гидроразрыву пласта угля и как следствие появлению новых микротрещин в массиве угля, при этом нагнетание воды с антипирогенами в массив угля обусловлено значительным трудозатратам.

Из существующего уровня техники и технологии известны способы силикатизации грунтов, которые в общем случае представляют собой: последовательное нагнетание водного раствора жидкого стекла и затем последующее нагнетание водных растворов отвердителей жидкого стекла и определяются как двух растворная силикатизация грунтов; либо нагнетание смеси жидкого стекла с отвердителями, которое определяется как одно растворная силикатизация грунтов. В общедоступном источнике «Пособие по химическому закреплению грунтов инъекцией в промышленном и гражданском строительстве (к СНиП 3.02.01-83)» подробно указаны составы отвердителей и технология нагнетания в грунты водных растворов жидкого стекла и водных растворов отвердителей. Отвердителями жидкого стекла являются: хлористый кальций, соляная, щавелевая и кремнефтористо-водородная кислоты, алюминат натрия, азотнокислый аммоний, сульфитно-спиртовая барда, ортофосфорная кислота, формамид, этилацетат, контакт Петрова. Любые типы цементов (портланд цементы, портланд цементы с минеральными добавками, шлакопортланд цемент, пуццолановый цемент, композитный цемент) так же являются отвердителями жидкого стекла, так как в составе цементного клинкера присутствует двухкальциевый силикат 2СаО⋅SlO₂.

Из общедоступной технической информации известно, что для профилактики самонагревания и самовозгорания угля используют вещества антипирогены. Принцип действие антипирогенов основан на снижении химической реакции на сорбирующей поверхности угля или на уменьшении площади сорбирующей поверхности угля. Антипирогены оказывают механическое, химическое или механико-химическое воздействие на уголь. При применении водного раствора хлористого кальция в качестве антипирогена для обработки самонагретого угля происходит разложение хлористого кальция с выделением соляной кислоты, которая выступает ингибитором реакции окисления угля. При применении водного раствора мочевины в качестве антипирогена происходит разложение мочевины от самонагретого угля с образованием углекислого газа и аммиака, которые вступают в реакцию с углем и в результате этого снижается число активных функциональных групп, что приводит к торможению процесса окисления. Мочевина растворяется в воде в зависимости от температуры воды: при температуре О С0 растворимость мочевины составляет 40% массы мочевины от массы воды; при температуре воды 50 С0 растворимость мочевины составляет 67,23% массы мочевины от массы воды.

В книге авторов Корнеев В.И., Данилов В.В. Растворимое жидкое стекло. Санкт-Петербург: Строй-издат, СПб., 1996. - 216 с. :ил обобщены принципы твердения жидких стекол. Жидкие стекла,- водные щелочные растворы силикатов натрия, калия и лития твердеют при воздействии температуры, за счет потери (испарения) воды, так же твердение происходит при химических реакциях жидкого стекла с отвердителями. Одним из отвердителей жидкого стекла является хлористый кальций CaCl₂.

В книге «Неорганические клеи» - 2-е изд., перераб. и доп..- Л.: Химия, 1986. - 152 с., ил. автор Сычев М.М. подробно представлены физико-химические процессы твердения различных неорганических клеев. Представлены составы и способы получения клеев. Подробно описаны составы термостойких неорганических негорючих клеев на основе жидких стекольных смесей с различными отвердителями. Одними распространенных неорганических термостойких клеев это клеи на основе жидкого стекла. При этом неорганические клеи из жидкого стекла могут применятся без добавление отвердителей, твердение таких клеев происходит за счет нагревания жидкого стекла. Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является способ герметизации массива угля для снижения поступления воздуха к очагам самонагревания угля и одновременное торможение и блокирование реакции окисления угля с температурой менее 90°С за счет уменьшения площади сорбирующей поверхности угля в очагах самонагревания и исключения поступления воздуха по трещинам и полостям из действующей выработки в массив угля к очагам самонагревания угля.

Поставленная задача решена путем заполнения микропор, пор, микротрещин, трещин, полостей, пустот в массиве угля неорганическим негорючим термостойким клеем без наполнителя, который твердеет в массиве угля, непосредственно: в микропорах; порах; микротрещинах; трещинах; пустотах; полостях. Твердение клея происходит при контакте компонента клея «негорючий клей без наполнителя», изготовленного на основе жидкого стекла с самонагретым до температуры 90°С углем за счет испарения воды из жидкого стекла или при смешивании компонента клея «негорючий клей без наполнителя», изготовленного на основе жидкого стекла с компонентом клея «отвердитель без наполнителя», - водным раствором хлористого кальция. Компонент клея «негорючий клей без наполнителя» изготавливается на основе: жидкого натриевого стекла - водный щелочной раствор силиката натрия Na₂O(SiO₂)_n; жидкого калиевого стекла - водный щелочной раствор силиката калия K₂O(SiO₂)_n, жидкого литиевого стекла - водный щелочной раствор силиката лития Li₂O(SiO₂)_n или их смесей, где n - характеризует отношение числа молекул кремнезема к числу молекул щелочи. Компонент клея «отвердитель без наполнителя» изготавливается на основе водного раствора хлористого кальция (CaCl₂), который является отвердителем жидкого стекла. Получение неорганического негорючего и термостойкого клея без наполнителя непосредственно в микропорах, порах, микротрещинах, трещинах, пустотах и полостях в массиве угля осуществляют путем нагнетания под давлением компонента клея, состоящего из жидкого стекла в угольный массив или путем последовательного нагнетания компонентов клея в угольный массив сначала компонента из жидкого стекла, а затем компонента водного раствора хлористого кальция - отвердителя жидкого стекла со стороны действующей выработки с использованием пакеров через шпуры, пробуренные в массиве угля. При этом в компонент клея, изготовленного на основе жидкого стекла добавляется мочевина (карбамид) путем растворения в жидком стекле при изготовлении компонента или, непосредственно при нагнетании компонента на основе жидкого стекла, в шпур одновременно нагнетается водный раствор мочевины (карбамида).

Сущность изобретения.

Массив угля и породы, для которого необходимо выполнить работы по герметизации (тампонажу), то есть по исключению дренажа воздуха по массиву горных пород через микротрещины, трещины, микропоры, поры, пустоты, полости с одновременным торможением и блокированием реакции окисления угля с температурой менее 90°С, представляет собой локальные разрушения монолита из горных пород, в которых в следствии деформации пород образовались микропоры, поры, микротрещины, трещины, пустоты, полости. Границы контуров внутренних микротрещин, трещин, пустот, полостей в массиве представляют собой сильно измельченную горную породу, фиг. №1. При нагнетании в массив горной породы жидкого стекла внутреннее пространство микропор, пор, микротрещин, трещин, пустот, полостей в массиве заполняется жидким стеклом которое при контакте с самонагретым до температуры 90°С углем твердеет в результате получается неорганический негорючий и термостойкий клей при этом измельченные горные породы, которые находятся на контакте между монолитными горными породами обволакиваются получившемся клеем, фиг. 2. При последовательном нагнетании в массив горной породы жидкого стекла и водного раствора отвердителя жидкого стекла внутреннее пространство микропор, пор, микротрещин, трещин, пустот, полостей в массиве заполняется сначала жидким стеклом, а затем в микропоры, поры, микротрещины, трещины, пустоты, полости попадает отвердитель жидкого стекла, в результате химической реакции жидкого стекла с отвердителем получается неорганический негорючий и термостойкий клей при этом измельченные горные породы, которые находятся на контакте между монолитными горными породами обволакиваются получившемся клеем, фиг. 2.

Жидкий неорганический негорючий термостойкий клей без наполнителя, изготовленный на основе жидкого стекла обладает адгезией к углю, горным породам. Жидкое стекло представляет собой водный щелочной раствор силиката натрия, водный щелочной раствор силиката калия или водный щелочной раствор силиката лития, то есть обладает смачивающей способностью, в результате чего может проникать в микропоры угля и горных пород за счет смачивания. Жидкое стекло является очень сильным антипирогеном и оказывает механическое воздействие на уголь, с температурой менее 90°С путем образования воздухонепроницаемой пленки на поверхности угля, при этом полностью заполняя внутренние микропоры угля, связанные с поверхностью угля, тем самым снижая площадь сорбционной поверхности угля. Добавка мочевины в жидкое стекло при нагревании в массиве угля приводит к химической реакции разложения мочевины с образованием углекислого газа и аммиака с последующим химическим блокированием реакции окисления угля. Компоненты для получения клея доставляются по горным выработкам к месту производства работ в герметичной упаковке: жидкое натриевое стекло, жидкое калиевое стекло, жидкое литиевое стекло или смеси из жидкого натриевого, калиевого и литиевого стекла - в пластиковых канистрах объемом 20 литров, в IBC контейнерах объемом 1000 литров, водный раствор отвердителя - в пластиковых канистрах объемом 20 литров, водный раствор мочевины в пластиковых канистрах объемом 20 литров, в IBC контейнерах объемом 1000 литров. В месте производства работ при помощи специального насоса для нагнетания с давлением нагнетания от 10 ат., при помощи пакеров, через шпуры пробуренные в массиве угля, в зависимости от состояния массива угля,- наличия трещин, связанных с действующей выработкой и их эквивалентного диаметра, производят нагнетание компонентов неорганического негорючего термостойкого клея. При наличии незначительных трещин в массиве угля, с эквивалентным диаметром трещины менее 1 мм производят нагнетание в шпуры, пробуренные в массиве угля через пакеры, одного компонента «негорючий клей без наполнителя», изготовленного на основе жидкого стекла, в зависимости от температуры в локальных очагах самонагревания угля в компонент добавляют мочевину (карбамид) путем разбавления в жидком стекле при изготовлении компонента или, непосредственно при нагнетании, одновременно с нагнетанием компонента из жидкого стекла в тот же пакер нагнетают водный раствор мочевины (карбамида) в соотношении объема водного раствора мочевины к объему жидкого стекла равного от 1:4 до 1:1. В процессе нагнетания компонента клея «негорючий клей без наполнителя», благодаря наличию пакера в шпуре, создается постоянное давление нагнетания компонента клея в массив угля, в результате чего во внутрь микропор, пор, микротрещин, трещин, пустот, полостей в массиве угля проникает жидкое стекло, которое обволакивает измельченные горные породы находящиеся на контакте между монолитными горными породами, полностью заполняя микропоры, поры, микротрещины, трещины, пустоты, полости, затем, от контакта с самонагретым до 90°C углем жидкое стекло затвердевает.

При значительном разрушении массива угля,- наличии в массиве угля трещин эквивалентным диаметром более 1 мм, в шпуры, пробуренные в массиве угля через пакеры, последовательно нагнетают сначала компонент клея «негорючий клей без наполнителя», изготовленный на основе жидкого стекла, а затем компонент «отвердитель без наполнителя» отвердитель жидкого стекла- водный раствор хлористого кальция, в зависимости от температуры в локальных очагах самонагревания угля в компонент клея на основе жидкого стекла добавляют мочевину (карбамид) путем растворения в жидком стекле при изготовлении компонента или, непосредственно при нагнетании, одновременно с нагнетанием компонента из жидкого стекла в тот же пакер нагнетают водный раствор мочевины (карбамида) в соотношении объема водного раствора мочевины к объему жидкого стекла равного от 1:4 до 1:1. В процессе нагнетания компонентов клея, благодаря наличию пакера в шпуре, создается постоянное давление нагнетания компонентов клея в массив угля, в результате чего во внутрь микропор, пор, микротрещин, трещин, пустот, полостей в массиве угля сначала поступает жидкое стекло, а затем, отвердитель жидкого стекла, в результате неорганический негорючий и термостойкий клей твердеет непосредственно в микропорах, порах, микротрещинах, трещинах, пустотах, полостях, полностью их заполняя, обволакивая измельченные горные породы, находящиеся на контакте между монолитными горными породами. Нагнетание компонента клея «негорючий клей без наполнителя», изготовленного на основе жидкого стекла производится до момента появления компонента на поверхности бортов выработки. Нагнетание компонента клея «отвердитель без наполнителя» производится в пропорции от объема закаченного компонента «негорючий клей без наполнителя», в зависимости от применяемого состава. На фиг. №3 представлена пневмогидравлическая схема нагнетания в шпур с использованием разжимного пакера компонента клея «негорючий клей без наполнителя», изготовленного на основе жидкого стекла одновременно с водным раствором мочевины нагнетающим плунжерным насосом с пневмоприводом через смеситель, установленный перед пакером.

Технический результат. В процессе эксплуатации подающей свежий воздух от вентилятора выработки, пройденной по пласту угля склонного к самонагреванию, в целике угля между этой выработкой и другими выработками, а также в массиве угля образуются трещины, в которые поступает воздух. В результате этого могут сложится условия для начала стадийного процесса окисления угля. При нагнетании компонента клея «негорючий клей без наполнителя» в массив угля с максимальной температурой угля менее 90°С при помощи пакеров через шпуры, пробуренные в массиве угля, в микропоры, поры, микротрещины, трещины, пустоты, полости попадает жидкое стекло, которое обволакивает измельченные горные породы, в результате контакта жидкого стекла с самонагретым до 90°С углем за счет испарения воды с течением времени неорганический негорючий термостойкий клей твердеет, непосредственно в микропорах, порах, микротрещинах, трещинах, пустотах, полостях, полностью их заполняя. Измельченные горные породы становятся наполнителем для затвердевшего неорганического негорючего термостойкого клея, снижая его усадку. В результате этого внутренняя поверхность микропор, пор, микротрещин, трещин, пустот, полостей в массиве угля изолируется от контакта с кислородом, уменьшается сорбционная поверхность угля и исключается поступление воздуха из действующей выработки по трещинам и полостям в глубь массива угля. Мочевина, находящаяся в жидком стекле под воздействием температуры, разлагается на поверхности угля на углекислый газ и аммиак, вызывая химическую блокировку реакции окисления угля.

При последовательном нагнетании компонента клея «негорючий клей без наполнителя» и компонента клея «отвердитель без наполнителя» в массив угля с максимальной температурой угля менее 90°С и наличием множества трещин связанных с действующей выработкой, с эквивалентным диаметром трещин более 1 мм, при помощи пакеров через шпуры, пробуренные в массиве угля, в микропоры, поры, микротрещины, трещины, пустоты, полости в массиве угля попадает сначала жидкое стекло, которое обволакивает измельченные горные породы, затем в микропоры, поры, микротрещины, трещины, пустоты, полости попадает водный раствор хлористого кальция (CaCl₂) - отвердителя жидкого стекла, в результате смешивания жидкого стекла и отвердителя неорганический негорючий термостойкий клей твердеет, непосредственно в микропорах, порах, микротрещинах, трещинах, пустотах, полостях, полностью их заполняя. Измельченные горные породы становятся наполнителем для неорганического негорючего термостойкого клея, снижая его усадку. В результате этого внутренняя поверхность микропор, пор, микротрещин, трещин, пустот, полостей в массиве угля изолируется от контакта с кислородом, уменьшается сорбционная поверхность угля и исключается поступление воздуха из действующей выработки по трещинам и полостям в глубь массива угля к очагам самонагревания угля. Мочевина, находящаяся в жидком стекле под воздействием температуры, разлагается на поверхности угля на углекислый газ и аммиак, вызывая химическую блокировку реакции окисления угля. В течении времени происходит торможение реакции окисления угля и в последствии ее временное блокирование в местах очагов самонагревания угля в массиве. Затем в ходе дальнейшей эксплуатации выработки и прилегающего к ней массива угля производится мониторинг температуры массива угля. В случае повышения температуры производится повторное нагнетание в массив угля компонентов неорганического негорючего термостойкого клея без наполнителя, изготовленных на основе жидкого стекла и водного раствора хлористого кальция. В результате этого возможно снижение температуры самонагретого угля, контроль над реакцией окисления угля в очагах самонагревания угля в массиве, а также профилактическая герметизация массива угля от доступа воздуха для исключения процесса окисления угля на пластах склонных с самонагреванию.

Предлагаемый способ и материал был использован для, герметизации массива угля с одновременным блокированием реакции окисления угля в очагах самонагревания с температурой менее 90°С на одной из шахт в Кузбассе.

Пример 1.

В ходе эксплуатации воздух подающей выработки, по которой подается свежий воздух в шахту было установлено, что при контурном массиве угля горной выработки на протяжении 30 м выработки происходит процесс окисления угля и его самонагревание. Для выполнения обследования состояния массива угля были отбурены шпуры диаметром 43 мм длиной от 3 м до 6 м со стороны действующей выработки. По результатам обследования было установлено что:

1. Температура буровой мелочи из шпуров на отдельном участке длиной 15 м достигала 80°С, на отдельном участке выработки длиной 15 м в некоторых шпурах на удалении 6 м от стенки выработки температура буровой мелочи превышала 150°С;

2. Косвенно, по сопротивлению пород буровому резцу при бурении определи, что в массиве угля в при контурной части выработки на расстоянии 15 м по длине выработки образовались полости с расслоившимся углем, на этом же участке температура буровой мелочи из некоторых шпуров превышала 150°С, эквивалентный диаметр трещин выходящих на поверхность выработки на этом участке составлял более 1 мм. На участке выработки длиной 15 м, где температура буровой мелочи не превышала 80°С, косвенно, по сопротивлению пород буровому резцу при бурении, было определено, что массив угля нарушен, эквивалентный диаметр трещин, выходящих на поверхность выработки менее 1 мм.

Для снижения температуры в зонах окисления угля с параллельным торможением и блокированием реакции окисления угля, за счет исключения поступления воздуха к зонам окисления угля на участке выработки длиной 15 м с нарушенным при контурным массивом угля, эквивалентным диаметром трещин, выходящих на поверхность выработки менее 1 мм и температурой буровой мелочи из шпуров не более 80°С было предложено выполнить нагнетание с использованием металлических пакеров через шпуры диаметром 43 мм при помощи нагнетающего насоса неорганического негорючего термостойкого клея - компонента «Негорючий клей без наполнителя» герметизирующей композиции «Негорючая крепь» без наполнителя по ТУ 5772-004-50576573-2014, изготовленного на основе смеси натриевого, калиевого и литиевого жидкого стекла, состав №1.

Состав №1

Компонент «Негорючий клей без наполнителя» герметизирующей композиции «Негорючая крепь» без наполнителя по ТУ 5772-004-50576573-2014 состава №1 поставлялся в шахту в IBC контейнерах объемом 1 м³ к месту производства работ. Компонент «Негорючий клей без наполнителя» нагнетался в массив угля с использованием нагнетающего насоса (16) с давлением нагнетания 15 ат, фиг. 4, с использованием металлических пакеров (18) через шпуры диаметром 43 мм длиной 6 м (14).

Для снижения температуры в зонах окисления угля с параллельным торможением и блокированием реакции окисления угля, за счет исключения поступления воздуха к зонам окисления на участке выработки длиной 15 м с нарушенным при контурным массивом, с наличием полостей в массиве угля, эквивалентным диаметром трещин, выходящих на поверхность выработки более 1 мм и температурой буровой мелочи из шпуров более 150°С, было предложено выполнить последовательное нагнетание с использованием металлических пакеров через шпуры диаметром 43 мм при помощи нагнетающего насоса компонентов неорганического негорючего термостойкого клея - герметизирующей композиции «Негорючая крепь» без наполнителя по ТУ 5772-004-50576573-2014: компонента «Негорючий клей без наполнителя», изготовленного на основе натриевого жидкого стекла (состав №2) с последующим нагнетанием компонента «Отвердитель без наполнителя» состав №3 в объемном соотношении (компонент «Отвердитель без наполнителя» состав №3): (Компонент «Негорючий клей без наполнителя» состав №2) = 1:30, с последующим нагнетанием в тот же шпур компонента «Негорючий клей без наполнителя» состав №1 в количестве равным объему закаченного компонента «Негорючий клей без наполнителя» состав №2.

Состав №2.

Состав №3.

Компонент «Негорючий клей без наполнителя» герметизирующей композиции «Негорючая крепь» без наполнителя по ТУ 5772-004-50576573-2014 состава №2 доставлялся в шахту в IBC контейнерах объемом 1 м³ к месту производства работ. Компонент «Отвердитель без наполнителя» герметизирующей композиции «Негорючая крепь» без наполнителя по ТУ 5772-004-50576573-2014 доставлялся в шахту в пластиковых канистрах объемом 20 литров к месту производства работ. Компонент «Негорючий клей без наполнителя» герметизирующей композиции «Негорючая крепь» без наполнителя по ТУ 5772-004-50576573-2014 состава №1 доставлялся в шахту в IBC контейнерах объемом 1 м³ к месту производства работ. Компонент «Негорючий клей без наполнителя» состав №2 нагнетался в массив угля с использованием нагнетающего насоса (16) с давлением нагнетания 15 ат., фиг. 4, с использованием металлических пакеров (18) через шпуры диаметром 43 мм длиной 6 м (14). Затем, в эти же шпуры нагнетался компонент «Отвердитель без наполнителя» состав №3 в количестве 1:30 по объему от объема закаченного в шпур компонента «Негорючий клей без наполнителя» состав №2. Затем, через промежуток времени 72 часа, в эти же шпуры нагнетался компонент «Негорючий клей без наполнителя» состав №1 в количестве по объему равному объему закаченного в этот шпур компонента ««Негорючий клей без наполнителя» состав №2. При производстве работ по нагнетанию на участке выработке длиной 15 м с нарушенным при контурным массивом, эквивалентным диаметром трещин, выходящих на поверхность выработки более 1 мм и наличием полостей в массиве угля было отмечено, что при нагнетании состава №2 негорючий клей вытекал из массива через трещины с эквивалентным диаметром более 1 мм, во время нагнетания компонента «Отвердитель без наполнителя» состав №3, вытекание клея прекратилась и из трещин проступил гель. При последующем нагнетании в шпуры состава №1, из трещин с эквивалентным диаметром более 5 мм выделялся жидкий клей с частицами затвердевшего клея.

В течении 15 суток после начала производства работ по нагнетанию температура при контурном массиве угля горной выработки снизилась и составила 22°С.

Для дальнейшего снижения температуры при контурном массиве угля горной выработки было принято решение выполнять повторное нагнетание в шпуры с использованием металлических пакеров состава №1 и повторное последовательное нагнетание состава №2 с последующим нагнетанием состава №3 с последующим нагнетанием состава №1.

В течении последующих 30 суток температура массива угля понизилась до 15°С. Для проверки фактического состояния угля в массиве угля, в зонах, где отмечалась наибольшая температура были повторно пробурены шпуры диаметром 43 мм длиной 6 м.

По сопротивлению горной породы при бурении и буровой мелочи из шпуров было определено:

1. Пустоты полностью заполнены затвердевшей герметизирующей композицией «Негорючая крепь» с частицами угля и породы;

2. Температура буровой мелочи из шпуров составляет 15°С.

Пример 2.

Состав №4 водного раствора мочевины для нагнетания одновременно с компонентом «Негорючий клей без наполнителя» герметизирующей композиции «Негорючая крепь» без наполнителя по ТУ 5772-004-50576573-2014 с использованием плунжерного нагнетающего насоса и смесителя, установленного перед пакером.

Состав №4.

Краткое описание чертежей.

На фиг. №1 представлено схематичное изображение поперечного сечения трещины в массиве угля:

1. Угольный массив;

2. Разрушенный уголь.

На фиг. №2 представлено схематичное изображение поперечного сечения трещины в массиве угля, заполненной неорганическим негорючим термостойким клеем без наполнителя:

3. Неорганический негорючий термостойкий затвердевший клей.

На фиг. №3 представлена пневмогидравлическая схема нагнетания компонента клея «негорючий клей без наполнителя», изготовленного на основе жидкого стекла одновременно с водным раствором мочевины при помощи нагнетающего плунжерного насоса с пневмоприводом:

4. Емкость с водным раствором мочевины;

5. Емкость с компонентом клея «негорючий клей без наполнителя», изготовленным на основе жидкого стекла;

6. Плунжерная пара;

7. Пневмопривод;

8. Магистраль подачи сжатого воздуха;

9. Обратный клапан;

10. Смеситель (сумматор потоков);

11. Разжимной пакер;

12. Одноразовый клапан;

13. Схематичное изображение шпура, пробуренного в массиве угля.

На фиг. №4 представлено схематичное изображение горной выработки с оборудованием для нагнетания компонентов герметизирующей композиции «Негорючая крепь» без наполнителя по ТУ 5772-004-50576573-2014 состав №1, состав №2, состав №3 в массив угля:

14. Шпур диаметром 43 мм, длиной 6 м для нагнетания состава №1, состава №2, состава №3;

15. IBC контейнер с компонентом герметизирующей композиции «Негорючая крепь» без наполнителя по ТУ 5772-004-50576573-2014;

16. Нагнетающий насос;

17. Нагнетающий рукав;

18. Металлический пакер.

Литература.

1. «Инструкция по предупреждению эндогенных пожаров и безопасному ведению горных работ на склонных к самовозгоранию пластах угля», Приказ Ростехнадзора от 16.12.2015 N517.

2. «Инструкция по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса», Кемерово 2007 год.

3. Патент РФ №2672899.

4. «Пособие по химическому закреплению грунтов инъекцией в промышленном и гражданском строительстве (к СНиП 3.02.01-83)».

5. Корнеев В.И., Данилов В.В. Растворимое жидкое стекло. Санкт-Петербург: Строй-издат, СПб., 1996. - 216 с.: ил.

6. «Неорганические клеи» - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1986. - 152 с., ил. автор Сычев М.М..

7. ТУ 5772-004-50576573-2014.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для предупреждения эндогенных пожаров. Техническим результатом является повышение герметизации массива угля за счет исключения поступления воздуха к очагам самонагревания угля. В частности, предложен способ герметизации угольного массива для снижения поступления воздуха к очагам самонагревания угля, в котором используют неорганический негорючий термостойкий клей без наполнителя. При этом выполняют нагнетание в массив угля с использованием пакеров через шпуры, пробуренные в массиве угля, компонента неорганического негорючего термостойкого клея без наполнителя, являющегося смесью жидкого натриевого стекла, жидкого калиевого стекла, жидкого литиевого стекла. Указанный компонент клея поступает и заполняет микропоры, поры, микротрещины, трещины, полости в массиве угля, затем под воздействием температуры от самонагретого угля с течением времени происходит твердение неорганического негорючего термостойкого клея без наполнителя непосредственно в микропорах, порах, микротрещинах, трещинах и полостях в массиве угля. После затвердевания неорганический негорючий термостойкий клей без наполнителя полностью заполняет микропоры, поры, микротрещины, трещины, полости, по которым нагнетался, исключает контакт угля с воздухом, уменьшая при этом сорбционную поверхность угля, исключает поступление воздуха по трещинам и полостям из действующей выработки в массив угля к очагам самонагревания угля. Дополнительно одновременно с нагнетанием компонента неорганического негорючего термостойкого клея без наполнителя, являющегося смесью жидкого натриевого стекла, жидкого калиевого стекла, жидкого литиевого стекла, нагнетают водный раствор мочевины в тот же пакер с применением смесителя, установленного перед пакером, в соотношении объема водного раствора мочевины к объему жидкого стекла, равном от 1:4 до 1:1. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ герметизации угольного массива для снижения поступления воздуха к очагам самонагревания угля, с использованием неорганического негорючего термостойкого клея без наполнителя, отличающийся тем, что выполняют нагнетание в массив угля с использованием пакеров через шпуры, пробуренные в массиве угля, компонента неорганического негорючего термостойкого клея без наполнителя, являющегося смесью жидкого натриевого стекла, жидкого калиевого стекла, жидкого литиевого стекла, компонент клея поступает и заполняет микропоры, поры, микротрещины, трещины, полости в массиве угля, затем под воздействием температуры от самонагретого угля с течением времени происходит твердение неорганического негорючего термостойкого клея без наполнителя непосредственно в микропорах, порах, микротрещинах, трещинах и полостях в массиве угля, после затвердевания неорганический негорючий термостойкий клей без наполнителя полностью заполняет микропоры, поры, микротрещины, трещины, полости, по которым нагнетался, исключает контакт угля с воздухом, уменьшая при этом сорбционную поверхность угля, исключает поступление воздуха по трещинам и полостям из действующей выработки в массив угля к очагам самонагревания угля.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно одновременно с нагнетанием компонента неорганического негорючего термостойкого клея без наполнителя, являющегося смесью жидкого натриевого стекла, жидкого калиевого стекла, жидкого литиевого стекла, нагнетают водный раствор мочевины в тот же пакер с применением смесителя, установленного перед пакером, в соотношении объема водного раствора мочевины к объему жидкого стекла, равном от 1:4 до 1:1.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в компонент неорганического негорючего термостойкого клея без наполнителя, являющийся смесью жидкого натриевого стекла, жидкого калиевого стекла, жидкого литиевого стекла, добавляют мочевину.

4. Способ герметизации угольного массива для снижения поступления воздуха к очагам самонагревания угля, с использованием неорганического негорючего термостойкого клея без наполнителя, состоящего из компонентов: жидкого стекла и водного раствора хлористого кальция, отличающийся тем, что при нагнетании в массив угля с использованием пакеров через шпуры, пробуренные в массиве угля, компонента неорганического негорючего термостойкого клея без наполнителя, являющегося жидким натриевым стеклом, жидким калиевым стеклом, жидким литиевым стеклом или их смесью, в зависимости от температуры в локальном очаге самонагревания, либо непосредственно при нагнетании, в тот же пакер нагнетают водный раствор мочевины с применением смесителя, установленного перед пакером, в соотношении объема водного раствора мочевины к объему жидкого стекла, равном от 1:4 до 1:1, либо мочевину добавляют в непосредственно в жидкое стекло перед нагнетанием.