Состав для нагнетания в угольные пласты Советский патент 1984 года по МПК E21F5/06 

со

ел

О5

Изобретение относится к горному делу и может быть нспо-тгьзовано для реализации физико-химического способа предотвращения выбросов угля и газа, горных ударов в угольных шахта уменьшения газрвыделения и пылеобразования.

Известны составы для физико-химического воздействия на угольные, в том числе выбросоопаснЕ 1е пласты, содержащие мочевино-формальдегидную смолу, коагулянт, например Х.ПОРИСТЫЙ аммоний, и воду til.

Известны также составы, содержащи мочевино-фОрмальдепщную смолу, инер ный наполнитель, добавляемый с целью уменьшения концентрации смолы, коагулянт и воду С 7-3.

Недостатками указанных составов является то, что при их отверждении вьщеляется формальдегид, являюпщйся первичным ядом и оказьгаающий вредное воздействие на работающих в забое людей. Кроме того,/они имеют высокую стоимость, достигающую 60 руб. за 1 т рабочего состава.

Наиболее близок к предлагаемому состав для нагнетания в угольные пласты, содержащий воду, жидкое стекло и геле.образователь, например бикарбонат натрия. При нагнетании в угольные пласты состав образует вязкий гель, изменяющий механические свойства угля в сторону снижения выбросоопасности и блокирующий метан в угле благодаря уменьшению газопроницаемости СЗ.

Однако пыль из угля., обработанного известным составом, оказывает неблагоприятное воздействие на здоровье людей..

Состав образует неорганический гель, адгезионно не связанный с угле и со временем претерпевающий значительный синерезис, что приводит к малой степени блокирования метана в угле. Обработка выбросоопасного угля этим составом не вызывает значительнмх изменений физико-механических свойств в сторону снижения выбросоопасности.

Недостатком данного состава является также сложность технологии его изготовления, вызванная необходимоетью проведения в каждом случае исследований по подбору необходимой концентраиии коагулянта, обеспечивающей

требуемое время схватывания при заданном составе шахтной воды.

Цель изобретени ; - улучшение условий, повышение безопасности труда и повьштение эффективности обработки массива.

Для достижения указанной цели состав для нагнетания в угольные пласты, включающий гелеобразователь и воду, содержит в.качестве гелеобразователя лигносульфонаты при следующем соотношении ингредиентов, мае. %:

Лигносульфонаты5,0-40 Вода Остальное. Были приготовлены водные растворы, содержащие 2,5; 20, 40 и 45 мас.% лигносульфонатов (в виде раствора концентрата сульфито-дрожжевой бражки целлюлозно-бумажного комбината).

Об эффективности предлагаемого состава судили по результатам определения механических свойств образцов выбросоопасного угля,

В таблице приведены результаты сравнительных испытаний свойств образцов выбросоопасного угля, обработанных предлагаемым и известным составами.

Как видно из таблицы бработка выбросоопасного угля предлагаемым составсм более эффективна, чем составом прототипа. Увеличивается пластичность угля (так как уменьшился модуль спада), уменьшается склонность угля к бурному разрушению (уменьшение отношения модуля спада к модулю упругости), а такясе повышается устойчивость краевой части угольного пласта (увеличение критического значения коэффициента интенсивности напряжений), что приводит к снижению выбросоопасности и удароопасности пласта после его физико-химической обработки. Кроме того, уменьшаются коэффициент разрыхленности,число образующихся трещин,параллельных свободной поверхности, и газопроницаемость кернов, что снижает выбросоопасность . обработанного угля по газовому факору и приводит к уменьшению газовыеления в горные выработки.

Как видно из таблицы,обработка предлагаемым составом вызывает значи тельное уменьшение количества образующихся пылевых фракций.

3 1

Механизм действия предлагаемого состава состоит в следукнцем,

Так как в переходные поры и в микропоры угля впитывается вода, а макромолекулы лигносульфонатов и их агрегаты не могут вследствие своего большого размера проникнуть в микропоры, состав в трещинах и микропорах концентрируется, значительно увеличивая свою вязкость. При взаимодействии с карбонатными включениями в угле уменьшается концентрация ионов гидроксония и вязкость состава увеличивается также благодаря образованию в нем коагуляционных структур.

Проникая в переходные поры и микропоры и адсорбируясь на полярных функциональных группах угля, молекулы воды вызывают внутриструктурную пластификацию, а вязкий продукт, содержащий лигносульфонаты, находящийся в трещинах и макропорах, вызывает межструктурную пластификацию, что в целом ведет к увеличению пластичности угля и уменьшению его выбросоопасности.

Адгезионно связываясь с углем, лигносульфонаты вызывают агрегатирование пыли и уменьшг.ют на несколько порядков газопроницаемость угля.

Нижний предел концентрации лигносулъфонатов (5 мас.%) определен из условия эффективности действия состава (см. таблицу).

Верхний предел концентрацин лигносульфонатов (40 мас.%) определен из того факта, что при увеличении кон7

центрации уменьшается эффективность обработки угля вследствие их значительной вязкости и низкой проникающей способности.

Предлагаемый состав позволяет

исключить токсичность и вредное воздействие на организм людей, так водные растворы лигносульфонатов не обладают вредным действием, что улумшает условия труда, в несколько раз повысить эффективность физико-химической обработки массива противовыбросного и противоударного мероприятия и способа уменьшения газопыделения и пьшеобразования благодаря тому, что обработка угля предлагаемым составом в большей мере (2-5 раз) изменяет механические свойства угля в сторону снижения выбросоопасности,

удароопясности и уменьшает газопроницаемость и пылеобразующую способность угля, что повышает безопасность и улучшает условия труда горнорабочих в результате увеличения эффективности мероприятий по борьбе с основными опасностями и вредностями в угольных шахтах, упростить технологию -приготовления состава, вследствие исключения работ по подбору для

каждой из используемых шахтных вод необходимой коиц€нтрации коагулянта, обеспечивающей нужное время схватывания, а также уменьшить загрязнение

окружающей среды путем уменьшения количества не находящих применения лигносульфонатов, сбрасываемых со сточными водами целлю1ггозно-бумажными предприятиями.

СОСТАВ ДЛЯ НАГНЕТАНИЯ В УГОЛЬНЫЕ ПЛАСТЫ, включающий гелоообразователь и воду, отличаю 1ч и Iiс я тем, что, с целью улучшения условий труда и повышения эф

9,4

4,2

3,2

1,9 1,85

,0

4,0

2,1

1,3 1,2

1,4

2,5 Коэффициент разрыхленности0,999 0,998 0,998 Критическое значение коэффициента интенсивностинапряжения, 41,045,0 МПа.м20,5 Число трещин, параллельных свободной поверхности, образующихся при разрушении угля 13,5 Газопроницаемость кернов, 3, 5,0.1П 5,0.-1 м Содержание Пылевых фракций (менее 0,8 мм) в разрушенном угле, %1,2

Продолжение таблицы 10,7 ,997 0,997 0,9970,998 0,5 60,5 62,0 ,08,7 8,5 , 1,0.-юЬ,8 1о 1,0.-10 ,20,05 0,05