Состав для тушения и профилактики эндогенных пожаров в выработанном пространстве Советский патент 1983 года по МПК A62D1/00 E21F5/00 

(Г 4

сл

О1 Изобретение относится к средствам для профилактики и тушения эндогенны пожаров в выработанном пространстве шахт при отработке пластов угля, склонных к самовозгоранию. Известен состав для тушения эндогенных пожаров, содержащий, вес.%: глина 20-30; пенообразователь 0,5-2, вода - остальное Г I}. Этот состав подают в выработанное пространство во вспененном состоянии при кратности вспенивания 100-500. При этом в выработанное пространство поступает с пеной большое количество воздуха, а после разложения пены вве денный воздух ускоряет самонагревани угля, активизирует очагиэндогенных пожаров. Состав оказывает кратковременное воздействие только за счет из ляции масс угля от притока воздуха. Наиболее близким к изобретению является состав для предупреждения и тушения эндогенных пожаров, содержащий цемент и отходы флотации угля при следующем соотношении компонентов, вес.%: Цемент8-12 , Отходы флотации ухля88-92. В этот состав вводят также жидкое стекло - силикат щелочного металла до 3% для сокращения срока схватывания 23. Суспензия через несколько часов после приготовления теряет подвижность и через сутки имеет прочность :на сжатие до 0,25 кгс/см, а через 3 мес - 1,3 кгс/см Основным преимуществом данной суспензии является то, что после ввода в пожарный участок, происходит переход ее из жидког в твердое состояние, т.е. исключается в дальнейшем опасность прорыва ее в действующие горные выработки или заиливание их. Недостатком известного состава яв ляется низкая эффективность действия и высокая стоимость работ, которая связана с использованием цемента. Уменьшение соодержания цемента ведет к потере достоинств суспензии. Кроме того, известная суспензия вследствие высокого содержания твердой фазы (до 5Q ) имеет недостаточну подвижность, что вызывает необходимость бурения большого числа скважин для качественной обработки выработанного пространства. В связи с вышеуказанными недостатками этот состав применяют только в аварийных си туациях при заполнении пустот или со оружений двойных перемычек. Целью изобретения является повышение эффективности и снижение стой Iмости работ. Цель достигается тем, что в состав , содержащий силикат щелочного металла, отходы флотации угля и волг дополнительно введены сульфат или хлорид аммония и натриевая соль галоидоводородной кислоты при следующем соотношении компонентов,вес.%: Силикат щелочного 0,6-5,0 металла Отходы флотации 1,0-8,0 Сульфат или 0,7-2,5 хлорид аммония Натриевая соль галоидоводород0,001-0,1 ной кислоты Остальное Отличительными признаками состава является то, что в него дополнительно введены сульфат или хлорид аммония и натриевая соль налоидоводородной кислоты. Основой- предлагаемого состава является водный раствор силикатов щелочных металлов. При введении в него сульфата аммония f коагулятора) и бромида натрия ( соль галоидоводородной кислоты) образуется стойкий гель с высокими защитными свойствами. Силикаты щелочных металлов С например, жидкое стекло широко используются в строительстве и в горном дел0 (при тампонаже горных пород, при приготовлении заиловочных твердеющих суспензий и т.д.) в качестве добавки, ускоряющей сроки схватывания цементных растворов. В предлагаемом составе силикаты щелочных металлов используются как гелеобразующий компонент. Нижний предел содержания его определяется порогом коагуляции системы. Как показали исследования, при содержании данного компонента о,6 вес.% наблюдается нижний предел гелеобразования, при содержании более 5,0% свойства геля резко ухудшаются, происходит эффект высаливания . В качестве коагулятора используется соль сильной кислоты и слабого основания (например, сульфат или хлорид аммония). Содержание данного компонента определяет сроки гелеобразования и выбирается, исходя из горнотехнических условий (принятая схема профилактических работ, физико-механические свойства обрушенных пород, условия залегания пласта и т.д.). Из меняя содержание коагулятора, можно ийменять сроки гелеобразования от нескольких минут до нескольких суток . Условием ДЛИ выбора пределов содержания данного компонента являет-. ся то, что минимальные сроки гелеобразояания требуются при обработке небольших участков, создании завес и воздухонепроницаемых полос вдоль выработок, заполнении полостей и т.д. При ЭТСА1 сроки гелеобразования должны неисодиться в пределах 12-15 мин при условии нахождения установки непосредственно под землей около места

производства работ. Этому сроку соответствует содержание коагулянта 2,5%

Максимальные сроки гелеобразования должны находиться в пределах до 3 ч и определяются следующими типовыми условиями: состав готовится на поверхности и по трубам и транспортируется до участка, угол падения пласта Ю-ЗВ , высота отработанного участка 100-120 м, фильтрующие свойства обрушенных пород ниже средних. Этим условиям соответствует содержание коагулянта 0,7%.

Соль галоидоводородной кислоты (NaB, NaF и др.) переводит координационно ненасыщенный четырехвалентный кремний в шестивалентный. Результатом этого является образование более прочной структуры и превращение мономерной летучей двуокиси кремния в полимерную нелетучую форму При величине добавки, например бромида натрия, менее 0,001% эффекта практически не наблюдается. Внесение добавки более 0,10% является нецеле сообразно, так как дальнейшего роста прочности не установлено, а экономические преимущества состава снижаются .

i В качестве наполнителя используют отходы флотации угля. Целью введения его является повышение прочностных свойств и устойчивости геля. Исследованиями установлено, что при введении наполнителя менее 1,0% эффекта не наблюдается, а ограничение его по верхнему пределу 8% вызвано резким ухудшением фильтрационной способности состава вследствие выпадания из раствора напрлнителя-и забивания им путей фильтрации.

Дозировку и смешение компонентов производят на поверхности или в горной выработке с использвоанием серийно выпускаемого оборудования Гдозаторы, смесители и т.д. и раствор по трубам подают насосгами в отработанный участок. Концентра1Ь1Ю раство ра определяют на основании данных кон трольного нагнетания воды. Для контроля заполнения обрабатываемого столба и 5пользуется серийная аппаратура ИКС-2. По поступлению сигнала электродов , установленных в зоне образова ния воздухонепроницаемой завесы, судят о времени фильтрации раствора и определяют концентрацию его составляющих. Это допущение является правомерным, так как растворы имеют вязкость, . близкую к вязкости воды. Например, вязкость 1%-ного водного раствора силиката нагтрия с добавками 2%-ного сульфата аммония и 0,01%-ногс бромида натрия составляет 1,07 сП, а 5%-ного раствора - 1,18 сП.

Подаваемый в выработанное простран ство раствор фильтруется через обрушенные породы, и по достижению заданной отметки начинается процесс гелеобразования и создается воздухонепроницаемая стенка из обрушенных пород и геля.

Гелеобразующий состав в жидкой фазе аналогичен по свойствам воде, поэтому хорошо транспортируется по трубам, легко перемещается в обрушенных породах и проникает в мелкие трещины. Состав обладает высокими огне0защитными и огнетушащими свойствами, так как содержит большое количество воды с добавкой силикатов. Процесс образования геля во времени управляем и это дает возможность заполнять выработанное пространство отработан5ных и действующих участков на необходимую величину по падению, простира|нию и мощности. В гелеобразном состоянии состав практически воздухонепроницаем при депрессии до

0 500 кгс/м На поверхности угля образуется герметичная пленка, сохраня ющаяся и после разложения геля.Срок разложения также зависит от состава и может регулироваться в значи

5 тельных пределах (от 4-6 месяцев до 1-2 .

Ниже приводятся примеры получения и характерист ки предлагаемого состава в заявленных пределах.

0

Пример. Для приготовления состава со сроком гелеобразования 15 мин необходимо следующее содержание составляющих 1:омпонентов, вес.%: Силикат натрия

5 (жидкое стекло 0,6 Сульфат аммония 2,2 Бромид натрия 0,01 Отходы флотации 2,О ВодаОстальное

Таким образом, для получения 1 т

0 состава требуется, krs силикат натрия 6; сульфат аммония 22Г бромид натрия 0,1; отходы флотации 20, вода 951,9.

В смеситель типа СБ-85 произво5дительностью 2 м /ч подается требуемое количество воды и из Дозаторов в нее водятся добавки: сульфат аммония, бромид натрия и отходы флотации. После полного растворения и равномер0ного перемешивания в течение 2-3 мин указанныхкомпонентов вводится силикат натрия. После перемешивания состав насосом ВКМ-18 подается по трубопроводу в выработанное простран5ство. Данный состав следующие свойства: ,

Время гелеобразования 15 мин Статическое напряжение сдвига17,3 Па

0 Вязкость исходного раствора . 1,02 сП П р и м е р 2. Для приготовления 1т состава, содержащего 2,0% силиката натрия, 1,8% сульфата аммония, 0,01% бромида натрия, 2,0% от5ходов флотации и воду, требуются дующие компоненты, кг: Силикат натрия 20 Сульфат аммония 18 Бромид натрия 0,1 Отходы флотации 20 Вода941,9 Технология приготовления не от чается от oпиdaннoй в примере 1. Полученный состав имеет следую свойства: Время гелеобразования ° 30 мин Вязкость исходного раствора1,1 сП Статическое напряжение сдвига130,6 1 Примерз. Для получения 1 состава, содержащего 5% силиката рия, 2,5% сульфата аммония, 0,01% бромида натрия, 1% отходов флотац и воду, требуются следующие исход ные компоненты, кг: Силикат натрия 50 Сульфат аммония 25 Бромид натрия 0,1 Отходы флотации 10 ,9 Технология приготовления не от чается от описанной в примере 1. Полученный состав имеет следую щие свойства: ; Время гелеобразования15 мин Вязкость исходного раствора1,18 сП Статическое напряжение190,4 Па Подбором компонентов в заявленных пределах можно менять время гелеобразования от 15 мин до 3ч. В качестве гелеобразующей основы может быть принят силикат любого щелочного металла (натрия, калия и т.д.) . Коагулятором может быть любая соль сильной кислоты и слабого основания (сульфат или хлорид аммония и др. Бромид натрия может быть замещен любой другой солью галоидводородной кислоты в тех же пределах. Использование предлагаемого состава позволит повысить эффективность профилактической обработки выработанного пространства, так как гель при обычных условиях практически воздухонепроницаем и не дает усадки, а . став имеет высокую проникающую способность; сократить в 2-3 раза затраты труда, времени и средств на профилактику и тушение эндогенных пожаров; создать регулируемую по временд и площади объемную изоляцию выработанного пространства; исключить возйо кность прорывов пульпы в действующие горные выработки; исключить затраты на расчистку горных выработок.

СОСТАВ,.ДЛЯ ТУШЕНИЯ И ПРО:ФИЛАКТИКИ ЭНДОГЕННЫХ ПОЖАРОВ В ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ, включающий силикат щелочного металла, отходы флотации угля и врду, отличаю щи и с я тем, что, с целью повышения эффективности и снижения стоимости работ, в него дополнительно введены сульфат или хлорид аммония и натриевая соль галоидоводородной кислоты при следующем соотношении компонентов,. вес.%: Силикат щелочного металла0,6-5,0 отходы флотации угля 1,0-8,0 Сульфат или хлорид амьюния - 0,7-2,5 Натриевая соль галоидоводородной кислоты 0,001-0,1 Вода.Остальное