Повышение эффективности профилактики эндогенных пожаров с применением вспененных суспензий монтмориллонитовых глин

Актуальность работы. Отработка пластов, уголь которых. склонен к самовозгоранию, особенно в сложных горно-геологических условиях, сопряжена с опасностью, обусловленной возможностью возникновения эндогенных пожаров. Эндогенные пожары, возникающие в шахтах, нарушают плановое развитие горных работ, в результате чего резко снижаются технико-экономические показатели. Кроме того, пожары, возникающие в шахтах, часто являются причиной травматизма, и даже гибели людей. Так как в выработанном пространстве формируется атмосфера с повышенной концентрацией метана, то возникшее от—, крытое пламя в очаге самовозгорания угля зачастую инициирует взрывы мета-новоздушной смеси. Вследствие такого сочетания многократно возрастают масштабы и тяжесть последствий аварии, обусловленной возникновением очага самовозгорания угля.

В связи с тем, что процесс локализации и тушения эндогенных пожаров в угольных шахтах сопряжен с повышенной опасностью ведения этих работ, то вопросы, касающиеся повышения эффективности известных способов предотвращения и тушения эндогенных пожаров, а также разработки новых способов, не теряют своей актуальности.

До настоящего времени в качестве основных мер как для тушения эндогенных пожаров, так и для профилактической обработки выработанного пространства применяется глинистая суспензия, в том числе вспененная и инертизиро-ванная азотом. Глинистая суспензия остается также основным средством повышения качества изоляции выработанного пространства от действующих горных выработок.

На протяжении длительного времени (порядка 30 лет) между числом эндогенных пожаров, возникающих в выработанном пространстве отработанных выемочных участков (изолированных) и действующих сохраняется соотношение 1 к 3. Это свидетельствует о том, что, за указанный выше период, не наблюдается качественного повышения эффективности мероприятий по тушению и предотвращению эндогенных пожаров.

Перспективным направлением борьбы с эндогенными пожарами следует считать дальнейшее совершенствование традиционных способов, основанных на использовании глинистых суспензий, в том числе при подаче их в выработанное пространство в виде инертизированной пены.

Цель работы.

4г'.

— повышение эффективности применения глинистых суспензий при использовании их для тушения эндогенных пожаров и для изоляции отработанных выемочных участков.

Идея работы.

— разработка составов для получения высоко устойчивой пены, период полураспада которой возрастет в 20−30 раз по сравнению с пеной, используемой в г настоящее время, материалов для заполнения пространства между изоляционными перемычками для повышения герметичности изолирующих сооружений, возводимых в шахтах.

Задачи исследований:

— установить закономерность влияния фракционного и качественного составов глин, используемых для тушения и предупреждения эндогенных пожаров в виде вспененной глинистой суспензии, на устойчивость получаемой пены;

— установить возможность использования залежей монтмориллонитовых глин, имеющихся в угледобывающих регионах, для получения высоко устойчивой пены;

— разработать составы глинистой суспензии, при вспенивании которой образуется высоко устойчивая пена;

— обосновать возможность модификации глины для получения материала, использование которого позволит повысить герметичность изоляционных сооружений в шахтах, упростить и облегчить технологию создания воздухонепроницаемого заполнения пространства между изолирующими перемычками;

— разработать технологию применения высоко устойчивой пены для борьбы с эндогенными пожарами и провести ее опытно-промышленную проверку.

Методы исследований В работе использован комплексный метод исследований, включающий:

— обобщение и анализ отечественного и зарубежного опыта предупреждения и тушения эндогенных пожаров в угольных шахтах;

— аналитические и лабораторные исследования физико-химического процесса образования высоко устойчивой пены из глинистой суспензии, в том числе изучение механизма взаимодействия полиакриламида с глинистыми частицами;

— методы математической статистки при обработке и анализе экспериментальных данных.

Научные положения, выносимые на защиту:

— использование твердых заряженных гидрофильных частиц приводит бронированию поверхностей пузырьков, к созданию структурированной коллоидной системы с изменяющимися вязкостными свойствами, уменьшает скорость истечения раствора из межпузырькового объема пены и увеличивает продолжительность ее сохранения;

— стабилизирующими факторами воздушно-механической пены являются добавки бентонитовой глины с фракцией менее 0,005 мм при соотношении Т: Ж в исходящей глинистой суспензии 1:13;

— применение технологической схемы профилактической обработки выработанного пространства и способа возведения изоляционных сооружений на основе бетонитовой глины, модифицированной полиакриламидом, обуславливает безопасность, эффективность и экономическую целесообразность работы угольных шахт.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: корректностью методов исследований и обработке экспериментальных данныхположительными результатами аналитических и лабораторных исследований пенообразующей способности суспензии из монтмориллонитовой глины;

— удовлетворительной сходимостью результатов натурных и аналитических исследований.

Научная новизна работы:

— теоретически и экспериментально обоснована возможность получения высоко устойчивых вспененных глинистых суспензий на основе монтмориллонитовых глин;

— обоснована практическая возможность и целесообразности использования материала, на основе модифицированной полиакриламидом бентонитовой глины, для повышения качества изоляции выработанного пространства от действующих горных выработок;

— разработана комплексная система создания завесы из высокоустойчивой вспененной суспензии на основе монтмориллонитовой глины- - разработан способ модификации бентонитовой глины полиакриламидом для получения материала, использование которого позволит повысить герметичность изолирующих сооружений в угольных шахтах. Личный вклад автора состоит:

— в формулировке задач и в обосновании методов исследований;

— в обосновании возможности повышения устойчивости водо-механической пены путем использования монтмориллонитовой глины в качестве стабилизатора пены;

— в разработке составов для получения высоко устойчивой пены из суспензий, на основе монтмориллонитовых глин из различных угольных месторождений Россиив разработке технологии модификации бентонитовой глины полиакриламидом для получения материала с новыми свойствами, которые обеспечат возможность повысить герметичность сооружений, возводимых в шахтах для изоляции выработанного пространства от действующих горных выработокi.

— в разработке и в проведении опытно-промышленной апробации технологической схемы обработки выработанного пространства высоко устойчивой пеной.

Практическая значимость работы:

1. Разработана технология модификации бентонитовой глины, полиакри-ламидом использование которой обеспечит повысить герметичность изолирующих сооружений, возводимых в шахтах для предотвращения возникновения эндогенных пожаров в выработанном пространстве.

2. Разработан состав для получения высоко устойчивой пены из водной суспензии монтмориллонитовой глины, позволивший повысить эффективность мероприятий по тушению и предупреждению эндогенных пожаров в выработанном пространстве как в действующих, так и в отработанных выемочных участках.

Реализация работы.

Результаты исследований реализованы на шахтах Кузбасса и о. Сахалин при составлении мероприятий по повышению эффективности использования вспененных глинистых суспензий для предупреждения и тушения эндогенных пожаров в выработанном пространстве.

Разработанные составы глинистой суспензии на основе местных мон-тмориллонитовых глин для получения высоко устойчивой водо-механической пены согласованы в установленном порядке и представлены для включения в бассейновые «Инструкции по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах» .

Основные выводы, рекомендации, технологии получения высоко устойчивой пены и модифицированной бентонитовой глины положительно оценены Угольными Компаниями Кузбасса и восточных угольных регионов, отрядами ВГСЧ угольной промышленности и рекомендованы для практического использования.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы, результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались и обсуждались на заседаниях научно-технических советов Кузнецкого Управления Госгортехнадзо-ра России, ФГУП РосНИИГД, НЦ ВостНИИ, Угольных Компаний Кузбасса, где были одобрены и рекомендованы для практического использования.

Публикации. По теме диссертационной работы соискателем опубликовано 10 печатных трудов, в том числе 2 патента на изобретения, 1 патент на полезную модель, 4 статьи и 3 информационно-аналитических документа по анализу аварийности в угольных шахтах России.

Структура и объем диссертации

.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 96 страницах машинописного текста, содержит 21 рисунков, 13 таблиц, список использованных источников из 57 наименований.

4.3. Выводы.

1. Разработана комплексная система создания завесы из вспененной суспензии с помощью которой представляется возможность производить профилактическую обработку разрыхленных потерь угля через скважины, пробуренные из горных выработок.

2. Предложена не традиционная технология возведения изолирующих сооружений, обеспечивающая высокий уровень герметизации отработанных выемочных участков от поступления в них воздуха из действующих гор ных выработок за счет использования для заполнения пространства между перемычками составов, расширяющихся при набухании в воде.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные технические разработки средств и способов профилактики эндогенных пожаров на основе вспененных суспензий монтмориллонитовых глин, имеющие существенное значение для обеспечения эндогенной пожаробезопасности горных работ в шахтах.

Основные научные и практические результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем:

1. Исследованы закономерности влияния фракционного и качественного состава глин на устойчивость получаемой пены и разработан способ получения высокоустойчивой пены для тушения и предупреждения эндогенных пожаров, новизна которого подтверждена патентом РФ на изобретение.

2. Установлено, что в качестве стабилизирующей присадки для получения высоко устойчивой пены следует использовать бентонитовые или монтмориллонитовые глины, залежи которых имеются практически во всех угледобывающих регионах России.

3. Рекомендовано в водо-механическую пену, подаваемую в выработанное пространство для профилактической обработки, добавлять 2−5% бентонитовой (монтмориллонитовой) глины, что стабилизирует пену, увеличивая ее устойчивость в 40 (20) раз и более.

4. Разработана комплексная система создания завесы из вспененной суспензии, новизна которой подтверждена патентом РФ на полезную модель.

5. Разработана технология получения увеличивающегося в объеме состава на основе бентонитовой глины, который целесообразно использовать для заполнения пространства между перемычками с целью повышения качества изоляции выработанного пространства от действующих горных выработок.

6. Разработанный состав на основе бентонитовой глины при набухании в воде увеличивается в объеме в 15−20 раз и при этом не происходит вымывания из него глинистых частиц, так как они связаны полиакриламидом, образуя полимер-минеральный композит. На разработанный состав получен патент РФ на изобретение.

7. Предложен способ повышения герметичности изолирующих сооружений за счет использования полимер-минерального композита при их возведении.

8. Разработанные технологии модификации бентонитовой глины полиакриламидом и получения высоко устойчивой пены из водной суспензии монтмориллонитовой глины позволят повысить эффективность мероприятий по тушению и предупреждению эндогенных пожаров в выработанных пространствах как в действующих, так и в отработанных выемочных участках угольных шахт.