Способ нейтрализации подземных пожаров Советский патент 1993 года по МПК E21F5/00 

Заявляемое изобретение относится к горному делу и может быть использовано дл|я профилактики и объемного тушения подземных пожаров на угольных шахтах, нефтяных скважинах.

Цель изобретения - повышение эффективности нейтрализации подземных пожаров.

На чертеже приведена схема реализации способа, где 1 - автоцистерна с жидким азотом, 2 - вакуумирующая емкость, 3 - испаритель, 4 - приборы контроля и регулирования, 5 - трубопровод, 6 - изолирующие перемычки, 7- конвейерный штрек, 8 -очаг пожара, 9 -лава, 10 -скважины для размещения источников, 11 - источники,. 12 - упруго-вязкое тело (материал, которым заполняют скважины с размещенными в них невзрывными пневматическими источниками), 13 - компрессор высокого давления ЭУ-5 или ЭУ-7, 14 - электронный пульт управления для синхронизации работы

группы виброисточников, 15 - вытяжной вентилятор.

Способ осуществляют следующим образом.

Автоцистерна с жидким азотом представляет собой тягач и прицеп массой 38 тонн. Внутренний резервуар цистерны представляет собой емкость с вместимостью 24,5 Мз при степени заполнения 95% при температуре 15°С и давлении 0,1 МПа. В задней части прицепа установлен центробежный насос вводимый в действие электродвигателем. Он служит для заполнения аккумулирующей емкости, так и для питания испарительной установки 3. Питание электродвигателя осуществляется либо от генератора двигателя, либо от местной сети электроснабжения.

Длительность заправки зависит от давления в аккумулирующей емкости 2 и составляет для автоцистерны 38 т как правило 1-1,5 часа. Подключение цистерны к аккуму(Л

С

00

ы

00

о ю

W

пирующей емкости осуществляется с помощью гофрированного шланга томпак со специальными герметичными муфтами. Аккумулирующие емкости 2 имеют два резервуара вместимостью 12,5-50 т при давлении до 2 МПаиТ 15°С, давление регулируется клапаном 4. Расход жидкого азота регулируется приборами контроля 4 с расчетом 3 м5/с, Расход азота регулируется выходом его из аккумулирующей емкости 2 с помощью счетчика турбинного типа, соединенного с количественным преобразователем. В последнем с учетом величины давления и температуры, фиксируется измерительный импульс, передаваемый на тахометр, выходной ток которого соответствует расходу азота. Измерения ведутся в двух диапазонах- от 0 до 1,2 и от О до 5,6 м3/с. Переключение диапазонов осуществляется автоматически и может осуществляться вручную. Величина расхода азота, а также его давления и температуры, на вход в став трубы в шахтном стволе записывается на лентах самописцев. Затем по технологическому проводу 5 и с учетом размещения изолирующих перемычек 6 в конвейерном штреке 7 на предмет утечки газа и попадании его в вентиляционную струю, подают жидкий азот в зону пожара 8. Во время выполнения подготовительных работ для нейтрализации очага пожара посредством жидкого азота, вспененной суспензии или других составов по длине лавы, бурят скважины 10 с шагом через 15-20 м и диаметром о 200-500 мм и глубиной 5-7 ми размещают в низ невзрывные пневматические источники типа: Импульс-1 .Пилон и другие и заполняют скважины с размещенными в них виброисточниками 11 упруговяз- ким телом 12, причем, в качестве материала упруговязкого тела используют штыб, мокрый кварцевый песок, вбуровую мелочь и другие минеральные добавки, подбирая их акустическое сопротивление таким образом, чтобы оно было равно по величине акустическому сопротивлению углей или вмещающих пород е массиве для лучшей передачи энергии акустического импульса в тело пласта. Глубина скважин 10 обусловлена давлением, которое обеспечивает материал упруговязкого тела 12 на источник, для диапазона частот 60-1500 Гц составляет 5- 10 атмосфер и найдено экспериментально в морской сейсморазведке на акваториях.

Оси источников ориентируют в направлении очага пожара, возбуждают упругие колебания в совокупности с нагнетанием в пласт рабочего раствора с добавкой 3-5 ПАВ и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором деформация

сжатия в пласте сменяет деформации растяжения, что соответствует оптимальной проницаемости углей и вмещающих пород и увеличивает их гидро-и аэродинамические

свойства. Затем переходят на частоту виб- ровоздействия равную частоте нагнетания жидкого азота или суспензий в пласт через нагнетательные скважины причем, их нагнетание производят в резонансном режиме. При этом в рабочие растворы добавляют расклинивающих веществ с размерами 0,01-0,06 мм и плотностью 3,6 г/см3, что с одной стороны соответствует естественной трещиноватости углей и вмещающих пород,

5 составляющих 0,,0 мм и с другой, при такой плотности веществ выдерживают горное давление обусловленное весом пород. Расклинивающие частицы.попадая в поры и трещины не дают им закрыться и следова0 тельно, повышают проницаемость углей и пород, и кроме того, служат новыми концентраторами трещин в пласте и тем самым снижают их прочность на разрыв на пути распространения мощных вибрационных

5 колебаний и увеличивают гидро- и аэродинамические свойства массива.

Время воздействия - время синхронной работы группы виброисточников регулируется посредством электронного пульта уп0 равления 14 и зависит от обводненное™ пласта и геомеханических условий залегания пласта. При синхронной работе источников их амплитуду колебаний медленно поднимают от минимально возможного до

5 уровня равного 0,2-0,3 от разрушающих напряжений в пласте, чтобы не вызвать негативных динамических проявлений горного давления - внезапных выбросов угля, породы и газа и при достижении положительного

0 эффекта - нейтрализации очага пожара, вновь переходят на частоту вибровоздействия равную 60-1500 Гц с таким условием, чтобы нагнетая в пласт .воду осуществить региональное увлажнение пласта водой для

5 профилактики его самовозгорания.

Колебания вызывают в пласте относительную подвижку структурных элементов пласта, в поры и трещины которых проникают под действием вибрации вначале раз0 упрочняющие растворы, повышающие проницаемость пласта в несколько порядков по сравнению со случаем, когда вибровоздействия не производят. Колебания вызываемые группой источников или одним

5 из них, вызывает в пласте миграцию - перемещение флюидов, жидкостей и газов, содержащихся в порах и трещинах, и происходит перераспределение поля упругих напряжений и частичная дегазация пласта. Работу виброисточникрв контролируют

измеряя до, во время и после вибровоздей- стйия:

температуру пласта;

скорость газовыделения;

напряженно-деформированное состоя- ниЈ пласта и вмещающих пород.

Подачу жидкого азота в пласт производя таким образом, что она осуществлялась в направлении противоположном направлению движения вентиляционной струи с целью исключения утечки азота при его испарении и попадания в свежую струю.

| Сущность изобретения сострит в том, чтс| размещение виброисточников в массиве позволяет привести в возбужденное состояние локальную часть пласта, подвергшегося возгоранию и нагнетая в пласт суспензии или жидкий азот осуществить объемное тушение пожара за счет миграции флюидов в порах и трещинах за счет ви€ раций и замещения газовой фазы жидкой в пропластках угля. Возникающие под воздействием упругих колебаний в диапазоне 30-1500 Гц волны сжатия и растяжения действуют как тектонический насос и спо- собствует увеличению миграции флюидов в порах и трещинах на несколько порядков быстрее, чем в отсутствие волны.

Преимущества способа заключаются в том, что нейтрализация подземных пожаров по предлагаемому способу позволяет осуществить:

| возбуждать в пласте колебания в вы- браНном диапазоне частот в режиме накопления упругой энергии при неизменных контактных условиях и закачать в пласт не- ОбхЬдимую энергию для управления прони- цае остью пласта;

свести к минимуму вероятность динамики проявления горного давления;

увеличить гидро- и аэродинамические свойства пласта и вмещающих пород в массив за счет нагнетания разупрочняющих веществ и расклинивающих агентов;

Осуществить объемное тушение под- земного пожара в считанные часы и дни и повысить эффективность способа и его производительность.

{Использование заявляемого способа позволяет более эффективно произвести ту- шенйё подземного пожара во всем его объеме и снизить сроки его тушения при большей его производительности по сравнению с классическими способами не позволяющими управлять проницаемостью пласта при вибровоздействиях.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения заявляемого способа составляет в год 50 т. рублей.

Формула изобретени я

1. Способ нейтрализации подземных пожаров, включающий бурение скважин и подачу через них суспензии в район очага пожара, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности нейтрализации подземных пожаров, скважины бурят по длине лавы с шагом 15-20 м, размещают в них невзрывные пневматические источники, которые ориентируют в направлении очага пожара, заполняют скважины упруговязкими агентами и приводят локальный участок пласта в возбужденное состояние путем вибровоздействия в диапазоне 60-150 Гц, при этом амплитуды колебаний поднимают от минимального возможного уровня до уровня, равного 0,2- 0,3 от разрушающих напряжений, и одновременно е вибровоздействием производят нагнетание в пласт воды с добавкой 3-5% ПАВ и расклинивающих веществ с размером частиц 0,01-0,06 мм и плотностью 3,6 г/см , причем вибровоздействие в указанном диапазоне частот осуществляют в течение времени, при котором деформации сжатия в пласте перейдут в деформации растяжения, после чего переходят на видро- воздействие с частотой, равной частоте собственных колебаний пласта, и одновременно с этим производят нагнетание жидкого азота в резонансном режиме.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что подачу жидкого азота в очаг пожара осуществляют в направлении, противоположном направлению движения вентиляционной струи.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время до и после вибровоздействия осуществлять контроль за скоростью газовыделения, изменением температуры и напряженно деформированным состоянием пласта.

15

4 3

У r4

Использование: при тушении, например, угольных пластов открытых и подземных месторождений. Сущность изобретения: вдоль лавы бурят скважины, размещают в них невзрывные пневматические источники, заполняют их упруговязким телом. Ориентируют оси источников в направлении очага пожара. Возбуждают упругие колебания в диапазоне 60-150 Гц в совокупности с нагнетанием ПАВ. Нагнетание жидкого азота или суспензий и вибровоздействие в указанном диапазоне осуществляют в течение времени, при котором деформации сжатия в пласте перейдут в деформации растяжения. Затем переходят на частоту собственных колебаний пласта. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.