Состав для предупреждения самонагревания угля Советский патент 1991 года по МПК E21F5/06 

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к технике безопасности, и может быть использовано для профилактической обработки целиков и скт тений разрыхленного угля на складах и открытых разработках, а также для обнаружения участка самонагревания угольного массива на ранних стадиях

Цель изобретения - повышение ингиби- рующей эффективности состава

Состав содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Карбамидоформальдегидная смола 28-35

Бишофит5-8

Поверхностно-активное вещество анионного типа0,5-2,0 Вода Остальное

В качестве карбамидоформальдегид- нои смолы используют ( молы марок КФ- Б, КФ-Ж, ГОСТ 11231-78Ю

Бишофит Прикаспийского месторожде- |СЛ ния представляет собой нетоксичные серо- ,fO го цвета кристаллогидраты или рассол. 0s

Химическая характеристика рассола би- ( шофита г/л. Mg2f 210-230; СГ420-450.-ВГ АЧ. 5,0-5,6, В 0,05-0,6, 1,32-1,4 НСОз 0,4-0,5 2Na+ + К+ 0 3-0,5; АН. + Кат 440-460; РН 4,4 Плот ;ость рассола 1,34 г/см3.

В качестве поверхностно-активного ве- % щества используют ПАВ анионного типа - соли карбоновых кислот R СОО (где Me - металл, алкилсульфаты элкилсульфонаты) например, сульфонол НП-3 ТУ 84-509-81

Введение ПАВ в предлагаемый состав снижает его поверхностное натяжение, что

способствует повышению кратности вспучивания состава.

Кроме того, практически, все угли гид- рофобны, т. е. плохо смачиваются водой. Поэтому для улучшения эффективности обработки угля в растворы необходимо добавлять ПАВ. Это приводит к образованию на поверхности частиц угля смачивающих пленок, устойчивых за счет сил электростатического отталкивания одноименно заряженных поверхностей пленок. Эффективность защитного действия пленки зависит от смачивающей способности композиции, а следовательно, от скорости и глубины проникновения жидкости в поры угля.

При взаимодействии карбамидофор- мальдегидной смолы с бишофитом образуются твердые гели. При формировании твердого геля из раствора полимера первичным структурным элементом является макромолекула. Механизм гелеобразования включает стадию образования ассоциатов гелеобразной структуры, а затем твердой структуры с определенной надмолекулярной упорядоченностью.

Основу каркаса твердого геля выполняют макромолекулы карбамидоформальдегид- ной смолы, с которыми в термодинамическом равновесии находятся кристаллогидраты би- ш офита. Гидратация в данном случае обусловливается образованием донорно-акцепторных связей, в результате которых химически связанная вода удерживается в каркасе твердого геля длительный промежуток времени.

При наличии в твердом геле кристаллогидратов бишофита не происходит разрыва связей в кристаллической решетке. И для того, чтобы удалить химически связанную воду, молекулам воды необходимо преодолеть диффузионное сопротивление полимерных частиц, что может быть достигнуто только при температуре выше 200°С.

Помимо химически связанной воды в каркасе твердого геля, образованного из карбамидоформальдегидной смолы и бишофита, на поверхности угля также находится свободная и связанная вода. Свободная вода адсорбируется поверхностью угля с образованием адсорбционных соединений.

Связанная вода образуется в результате химического соединения угля с минеральным веществом. Свободная вода, в свою очередь, делится на внутреннюю, т. е. адсорбируемую углем в капиллярах, и внешнюю, адсорбируемую в трещинах и на поверхности зерен угля. При самонагревании угля внешняя вода удаляется при температуре 40-60°С, а внутренняя - при температуре более 100°С. В процессе самонагревания

глг из угольного массива при температуре 4П-00°С начинает испаряться внешняя вода. При этом она подвспенивает твердый гель, состоящий из карбамидоформальдегидной смолы и бишофита.

Образовавшийся гель вместе с массивом нагревается и происходит выделение смеси газообразных продуктов, таких как диоксид углерода, формальдегид, вследствне чего состав увеличивается в объеме (вспучивается), что приводит к повышению инг ибирующей способности состава за счет более эффективного плотного заполнения трещин и микротрещин, блокирования пор

в угле и предотвращения доступа кислорода к активным центрам угля.

Кроме того, вспучивание состава при повышении температуры позволяет обнаружить учагток самонагревания на ранней

стадии. Для удаления внутренней химически связанной воды как из твердого геля, так и из угля необходима более высокая температура, при которой в составе, нанесенном на поверхность угля, и на ингибирующих

активных центрах угольной поверхности происходит деструкция и изменение структуры. Характер превращений в данном случае определяется количественным критерием Т - температурой самовозгорания, при которой происходит интенсивная потеря массы образца угля.

Для повышения температуры самовозгораний угля необходимо ввести стабилизаторы - антиоксиданты. Бишофит, вводимый

в состав на основе карбамидоформальдегидной смолы, придает отвержденному составу водоудерживающие свойства, т, е. способствует уменьшению скорости испарения воды, повышению степени ингибирования, увеличению времени инверсии.

Профилактические работы по предупреждению эндогенных пожаров заключаются в нагне ;нии в пласт через шпуры под давлением предлагаемого состава, но возможна также и обработка скоплений разрыхленного угля любым аппаратом, работающим от сжатого воздуха.

Эффективность предлагаемого состава оценивалась по снижению химической активности угля, обработанного антипирогеном, повышению температуры самовозгорания угля, уме ньшению удельной поверхности угля, обработанного предлагаемым составом. При исследовании физико-химических

свойств антипирогенов варьировались концентрации компонентов.

Примеры, подтверждающие возможность получения положительного эффекта при использовании всей совокупности существенных признаков изобретения приведены в таблице.

Как видно из таблицы, при обработке угля предлагаемым составом химическая активность уменьшается при минимальном соотношении компонентов в 4 раза (состав 1) по сравнению с углем, обработанным водой (состав 7), Наилучшие физико-химические показатели имеют составы 2-4. Химическая активность угля обработанного составами 2-4 снижается в 5-6 раз по сравнению с углем, обработанным водой (состав 7) и в 2,7-3 раза по сравнению с прототипом.

Удельная поверхность угля, обработанного составами 2-4 уменьшается в 4-6 раз по сравнению с углем, обработанным водой

(состав 7) и в 2-4 раза по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Состав для предупреждения самонагре- вания угля, включащий карбамидоформаль- дегидную смолу и отвердитель, отличающийся тем, что, с целью повышения ингибирующей эффективности состава, он дополнительно содержит поверхностно-ак- тивное вещество анионного типа и воду, а в качестве отвердителя он содержит бишофит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбамидоформальдегидная смола 28-35; бишофит5-8;

поверхностно-активное вещество анионного типа0,5-2,0;

ВодаОстальное

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для профилак- „ тической обработки целиков и скоплении разры ленного угля Цель изобретения повышение ин| ибирующеи эффективности со- сттвп Состав содержит следующие компоне чы при их соотношении, мае % карбамидоформальдегидная смола 28 35 бишофнт поверхностно активное вещество анионного гипа 0 5 2.0 вода-остальное При взаимодействии кэриэмидоформальде- гиднои смолы с оишофитом образуются твердые гели В процессе самонагревания угля из вольного массива при 40-60°С начинает испаояться внешняя вода, которая под спенипйст твердый гель Вспучивание состава при повышении температуры позволяет обнаружить участок рмонагрева- нич на ранней стадии и повышает иь ибирующую способность состава за счет более ппотного заполнения пор и трещин в угле и предотвращения доступа кислорода к чктивным центрам угля 1 1абл (Л С