Состав для тушения и профилактики эндогенных пожаров в выработанном пространстве

 

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

СОЮЗ СООЕТСКИХ

О4ФЛИО

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1,0-8,0

:(21)3312754/23-26

;(22)26.05.81 "-. (46) 07.04.83. Бюл . Р 13

:(72)В. С. Евсеев, Ю. А. Миллер, В. И. Хавова, Ю. А. Смолин, В.A.Êàëèничеико и T. М. Грачева (71)Восточный научно-исследовательский институт по беэопасности работ в горной промышленности (53)614.842 ° 6(088.8) (56)1. Авторское свидетельство СССР

Р 663852, кл. Е 21 F 5/00, 1977.

2. Технологические схемы эаиловочных работ для предупреждения и ту. шения эндогенных пожаров в шахтах восточных районов СССР. Кемерово, ВОСТНИИ, 1979 с; 26-28 ° (54) (57) СОСТАВ,,ДЛЯ ТУШЕНИЯ И ПРОФИЛАКТИКИ ЭНДОГЕННЫХ ПОЖАРОВ В ВЫРА,80„„100Я455 А

М50 62 D 1 00 Е 2 F 5 00

БОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ, включающий силикат щелочного металла, отходы флотации. угля и воду, о т л и ч а юшийся 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 металла 0,6-5,0

Отходы флотации угля

Сульфат или хлорид аммония 0,7-2,5

Натриевая соль е галоидоводородной кислоты 0,001-0i1

Вода. Остальное

1009455

8-12

Изобретение относится к средствам для профилактики и тушения эндогенных пожаров в выработанном пространстве шахт при отработке пластов угля, склонных к самовозгоранию.

Известен состав для тушения эндогенных пожаров, содержащий, вес.%: глина 20-30, пенообразователь 0,5-2,0; вода — остальное 1 .

Этот состав подают в выработанное пространство во вспененном состоянии 10 при кратности вспенивания 100-500.

При этом в выработанное пространство поступает с пеной большое количество воздуха, а после разложения пены введенный воздух ускоряет самонагревание15 угля, активизирует очаги эндогенных пожаров. Состав оказывает кратковременное воздействие только за счет изоляции 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.%:

Цемент

Отходы флотации угля 88-92.

В этот состав вводят также жидкое стекло — силикат щелочного металла до ЗЪ для сокращения срока схватывания 2 .

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 жидкого в твердое состояние, т.е. исключает- 40 ся в дальнейшем опасность прорыва ее в действующие горные выработки или заиливание их.

Недостатком известного состава является низкая эффективность действия 45 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 50% ) имеет недостаточную подвижность, что вызывает необходимость бурения большого числа скважин для качественной обработки выработанного пространства. В. связи с вышеуказанными недостатками этот состав применяют только в аварийных ситуациях при заполнении пустот или сооружении двойных перемычек.

Целью изобретения является повышение эффективности и снижение стои .мости работ.

Цель достигается тем, что в состав, содержащий силикат щелочного металла, отходы флотации угля и воду, 65

1,0-8,0 дополнительно введены сульфат или хлорид аммония и натриевая соль галоидоводородной кислоты при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:

Силикат щелочного металла 0,6-5,0

Отходы флотации угля

Сульфат или хлорид аммония 0,7-2,5

Натриевая соль галоидоводородной кислоты 0,001-0,1

Вода . 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 (коагулятора и бромида натрия (соль-галоидоводо.родной кислоты) образуется стойкий гель с высокими защитными свойствами.. ,Силикаты щелочных металлов например, жидкое стекло) широко используются в строительстве и в горном деле (при тампонажв 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

0,6 вес.Ъ 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 изменять сроки гелеобраэования от нескольких минут до нескольких суток. Условием для выбора пределов содержания данного компонента являет- . ся то, что минимальные сроки гелеобразомания требуются при обработке небольших участков, создании завес и воздухонепроницаемых полос вдоль выработок, заполнении полостей и т.д.

При этом -сроки гелеобразования должны находиться в пределах 12-15 мин при условии нахождения установки непосредственно под землей около места

1009455 производства работ. Этому сроку соответствует содержание коагулянта 2,5%.

Максимальные сроки гелеобраэования 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 10-35 высота отработанного участка 100-120 м, фильтрующие свойства обрушенных пород ниже средних. 10

Этим условиям соответствует содержание коагулянта 0,7Ъ.

Соль галоидоводородной кислоты (Naf4r, NaF и др.) переводит ко-. ординационно ненасыщенный четырех- 15 валентный кремний в шестивалентный.

Результатом этого является образование более прочной структуры и превращение мономерной летучей двуокиси кремния в полимерную нелетучую форму. о

При величине добавки, например бромида натрия, менее 0,001Ъ эффекта практически не наблюдается. Внесение добавки более 0,10% является нецелесообразно, так как дальнейшего роста йрочности не установлено, а.экономические преимущества состава снижаются.

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 способ. ности состава вследствие выпадания иэ раствора напрлнителя-и забивания им путей фильтрации.

Дозировку и смешение компонентов 4Р производят на поверхности или в горной выработке с использвоанием серийно выпускаемого оборудования (дозаторы, смесители и т.д. и раствор по трубам подают насосами в отра- 45 ботанный участок. Концентрацию раствора определяют на основании данных контрольного нагнетания воды. Для контроля заполнения обрабатываемого столба используется серийная аппаратура

ИКС-2. По поступлению сигнала электродов, установленных в зоне образования 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 1В-ного водного раствора силиката натрия с добавками

2%-ного сульфата аммония и 0,01%-ногс 60 бромида натрия составляет 1,07 сП, а 5Ъ-ного раствора — 1,18 сП.

Подаваемый н выработанное пространство раствор фильтруется через обрушенные породы, и по достижению задан- 65 ной 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 rro трубам, легко перемещается в обрушенных породах и проникает в мелкие трещины. Состав обладает высокими огнезащитными 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 отработан1ных и действующих участков на необходимую величину по падению, простира" нию и мощности. В гелеобразном состоянии состав практически воэдухонепроницаем при . депрессии до

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" тельных пределах (от 4-6 месяцев до

1-2 лет).

Ниже приводятся примеры получения и характеристики предлагаемого состава в заявленных пределах.

Пример 1. Для приготовления состава со сроком гелеобразования

15 мин необходимо следующее содержание составляющих :омпонентов, вес.%:

Силикат натрия (жидкое стекло) 0,6

Сульфат аммония 2,2

Бромид натрия 0,01

Отходы флотации 2,0

Вода Остальное

Таким образом, для получения 1 т состава требуется, кг силикат натрия 6; сульфат аммония 22, бромид натрия 0,1; отходы флотации 20; вода 951,9.

В смеситель типа СБ-85 производительностью 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 равномерного перемешивания в течение 2-3 мин указанных компонентов вводится силикат натрия. После перемешивания состав насосом ВКИ-18 подается по трубопроводу в выработанное пространство. Данный состав иМеет следующие свойства:

Время гелеобразования 15 мин

Статическое напряжение сдвига 17,3 Па

Вязкость исходного раствора, 1,02 сП

Пример 2. Для приготовления

1 т состава, содержащего 2,0Ъ силиката натрия, 1,8В сульфата аммония, 0,01% бромида натрия, 2,0% от1009455

15 мин

Составитель Ю. Куценко

Техред Т. Фанта Корректор В. Бутяга

|Редактор О. Юркова

Ю

i3axaa 2538/4 Тираж:438

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

I ходов флотации и воду, требуются сле. дующие компоненты, кг:

Силикат натрия 20

Сульфат аммония 18

Бромид натрия 0,1

Отходы флотации 20

Вода 941,9 Технология приготовления не отличается от описанной s примере 1.

Полученный состав имеет следующие свойства: 10

Время гелеобразования 30 мин

Вязкость исходного раствора 1,1 сП

Статическое напря- 15 жение сдвига 130,6 Па

Пример 3. Для получения 1 т состава, содержащего 5е силиката нат рия, 2,5% сульфата аммония, 0,01% бромида натрия, 1% отходов флотации и воду, требуются следующие исходные компоненты, кг

Силикат натрия . 50

Сульфат аммония 25

Бромид натрия 0 1 . 25

Отходы флотации 10

Вода 914,9

Технология приготовления не отличается от описанной в примере 1.

Полученный состав имеет следующие свойства:

Время гелеобраэования

Вязкость исходного раствора 1,18 сП

Статическое напряжение 190,4 Па

Подбором компонентов в заявленных пределах можно менять время гелеобра. зования от 15 мин до 3 ч.

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 основа ния (сульфат или хлорид аммония и др)

Бромид натрия может быть эамещен лю- бой 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 со -. став имеет высокую проникающую способность; сократить в 2-3 раза затраты труда, времени и средств на профилактику и тушение эндогенных пожаров, создать регулируемую по времену, и площади объемную изоляцию выработанного пространства, исключить воэйо кность прорывов пульпы в действующие горные выработки; исключить затраты на расчистку горных выработок.