Состав для нагнетания в угольные пласты

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦКАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111 ц11 E ?1 F 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

/ д

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 1(ОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (? 1) 3 586864/2? -03 (22) 04. 05.83 (46) 15.09.84. Бкл. М 34 (72) В.Н.Лотураев, В.Е.Забивайло, .В.В.Репка и Г.A.Ðûæîâ (71) Институт геотехнической механики AH УССР (53) 622.807(088.8) (56) 1. Москаленко Э.М. Научные основы биохимического и физико-химического способа борьбы с метаном в угольных шахтах. — Автореф. дис. на соиск. учен. степени д-ра техн. наук.

M. МГИ, 1971, с. 17-22.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 729365. кл. Е 71 5/ОО, Е 21 f 7/ОО, 19СО.

3. Абрамов Ф.А. и др. Физико-химический способ предотвращения газодинамических явлений в угольных шахтах.

Киев, "Наукова Думка", 1982, с.104 (прототип). (54) (57) СОСТАВ ДЛЯ НАГНГТАНИЯ В

УГОЛЬНЫЕ ПЛАСТЫ, включаюший гелеообразователь и воду, о т л и ч а ю щ н iic я тем, что, с целью улучшения условий труда и повышения эффективности обработки массива, он содvðæèò в качестве гелеобразователя лигносульфонаты прц следующем соотношении ингредиентов, маг./.:

Ли r нос ул ь<, юнаты 5, 0-40

Вода Остальное

1113567

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для реализации физико-химического способа предотвращения выбросов угля и

- газа, горных ударов в угольных шахтах,1 уменьшения газовыделения и пылеобразонания.

Известны составы для физико-химического воздействия на угольные, в том числе выбросоопасные пласты, содержащие мочевино-формальдегидную смолу, коагулянт, например клористый аммоний, и воду Г13 °

Известны также составы, содержащие мочевино-формапьдегидную смолу, инерт-15 ный наполнитель, добавляемый с целью уменьшения концентрации смоли, коагулянт и воду Г23.

Недостатками указанных составов является то, что при их отверждении 20 выделяется формальдегид, являющийся первичным ядом и оказывающий вредное воздействие на работающих в забое людей. Кроме того они имеют высокую стоимость, достигающую бР руб. за

1 т рабочего состава.

Наиболее близок к предлагаемому состав для нагнетания н угольные пласты, содержащий воду, жидкое стекло и reneîáðàçîâàòånü, например 30 бикарбонат натрия. При нагнетании в угольные пласты состав образует вязкий гель, изменяющий механические свойства угля н сторону снижения выбросоопасности и блокирующий метан в углс благодаря уменьшению гаэопроницаемости ГЗ).

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

Состав образует неорганический гель, адгеэионно не связанный с углем и со временем претерпевающий значи- 45 тельный синерезис, что приводит к малой степени блокирования метана в угле. Обработка ныбросоопасного угля этим составом не вызывает значительных изменений физико-механических 50 свойств в сторону снижения выбросоопасности.

Недостатком данного состава является также сложность технологии его изготовления, вызванная необходимос- 55 тью проведения в каждом случае исследований по подбору необходимой концентрации коагулянта, обеспечивающей требуемое время схватывания при заданном составе шахтной воды.

Цель иэобретени: — улучшение условий, повышение безопасности труда и повышение эффективности обработки массива.

Для достижения указанной цели состав для нагнетания н угольные пласты, включающий -гелеобразователь и воду, содержит в.качестве гелеобразователя лигносульфонаты при следующем соотношении ингредиентов, мас. 7:

Лигносульфонаты 5,0-40

Вода Остальное, Были приготовлены водные растворы, содержащие 2 5; 20; 40 и 45 мас.7 лигносульфонатов (в виде раствора концентрата сульфито-дрожжевой бра— жки целлюлозно-бумажного комбината).

Об эффективности предлагаемого состава судили по результатам определения механических свойств образцов выбросоопасног угля.

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

Как видно из таблицы обработка выбросоопасного угля предлагаемым составом 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 также повышается устойчивость краевой части угольного пласта (увеличение критического значения коэффициента интенсивности напряжений), что приводит к снижению выбросоопасности и удароопасности пласта после era физико-химической обработки. Кроме того, уменьшаются коэффициент разрьпсленности,число образующихся трещин, параллельных свободной поверхности, и гаэопроницаемость кернов, что снижает выбросоопасность обработанного угля по газовому фактору и приводит к уменьшению газовыделения в горные выработки.

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

МПа, 10-3

Отношение мо4,0

2,0 1,9 1 85

9,4

4,2

3,2 дуля спада к модулю упругости

1,3 1,2

2,1

4,2

2,5

1,4

2,8

3 11135

Механизм действия предлагаемого состава состоит в следующем.

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 взаимодейст- 10 вии с карбонатными включениями в угле уменьшается концентрация ионов гидроксония и вязкость состава увеличивается также благодаря образованию в нем коагуляционных структур. !5

Проникая в переходные поры и микропоры и адсорбируясь на полярных функциональных группах угля, молекулы воды вызывают внутриструктурную 20 пластификацию, а вязкий продукт, содержащий лигносульфонаты, находящийся в трещинах и макропорах, вызывает межструктурную пластификацию, что в целом ведет к увеличению пластичнос- 25 ти угля и уменьшению его выбросоопасности, Адгеэионно связываясь с углем, лигносульфонаты вызывают агрегатирование пыли и уменьш-.ют на несколько порядков газопроницаемость угля.

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

Верхний предел концентрации лигносульфонатов (40 мас.7) определен из того факта, что при увеличении кон67 4 центрации уменьшается эффективность обработки угля вследствие их значи\ тельной вязкости и низкой проникающей способности.

Предлагаемый состав позволяет исключить токсичность и вредное воздействие на организм людей, так как водные растворы лигносульфонатов не обладают вредным действием, что улучшает условия труда, в несколько раз повысить эффективность физико-химической обработки массива противовыбросного и противоударного мероприятия и способа уменьшения газовыделения и пылеобразования благодаря тому, что обработка угля предлагаемым составом в большей мере (2-5 раэ) изменяет механические свойства угля в сторону снижения выбросоопасности, удароопасности и уменьшает гаэопроницаемость 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 иэ используемых шахтных вод необходимой концентрации коагулянта, обеспечивающей нужное время схватывания, а также уменьшить загрязнение окружающей среды путем уменьшения количества не находящих применения лигносульфонатов, сбрасываемых со сточными водами целлюлозно-бумажными предприятиями.

1113567

Продолжение таблицы

Необработанный

Уголь,об-, работанный 3%уголь

20 40

Параметр

45 натрия

Коэффициент

\ раэрыхленности

0,998 0,998 0,997 0,997 0,997 0,998

0,999

Критическое значение коэффициента интенсивности напряжения, МПа. м

36,5

45,0 50,5 60,5 62,0

41,0

20,5

9,0 8,7 8,5

9,8

10 7

9,4

13,5

Газ опро ница емость кернов, м

3,0 10 5,0 ° 10 5,0""10 3,0 10 1,0 10 3,8 ° 1» 1,0.10

-22 -22 л

О,,"

0 2 . 0,05 0,05

0,3

0,4

Составитель И.федяева

Редактор Л.Пчелинская Техред Й.Астапош Корректор I - .Сирохман

Заказ 6546/29 Тираж 426 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, W-35, Раушская наб., д, 4/5

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

Число трещин, параллел ьнь»х свободной поверхности, образующихся при разрушении угля

Содержание пылевых фракций (менее

0,8 мм) в разрушенном угле, % ным раствором жидкого стекла, содержащим 2% бикарбоната

Уголь,обработанньп» ли»»госульфонатом, мас.%