Введение к работе
Актуальность работы. При отработке пластов угля, склонного к самовозгоранию, особенно в сложных горно-геологических условиях, часто возникает угроза эндогенных пожаров. Эндогенные пожары в шахтах не только нарушают плановое ведение горных работ, в результате чего резко снижаются технико-экономические показатели, но становятся причиной травматизма и даже гибели людей. А сочетание таких факторов, как наличие повышенной концентрации метана в выработанном пространстве и открытого пламени в очаге самовозгорания угля, может привести к взрывам метановоздушной смеси, что многократно увеличивает масштабы и тяжесть последствий аварии, обусловленной возникновением очага самовозгорания угля.
В связи с тем, что процесс локализации и тушения эндогенных пожаров в угольных шахтах характеризуется повышенной опасностью ведения этих работ, вопросы, касающиеся роста эффективности известных способов предотвращения и тушения эндогенных пожаров, а также разработки новых способов, не теряют своей актуальности.
В настоящее время в качестве основного средства для тушения эндогенных пожаров и для профилактической обработки выработанного пространства применяется глинистая суспензия, в том числе вспененная и инертизированная азотом. Глинистая суспензия остается также основным средством повышения качества изоляции выработанного пространства от действующих горных выработок.
Из анализа существующих данных известно, что на протяжении длительного времени (около 30 лет) между числом эндогенных пожаров, возникающих в выработанном пространстве отработанных (изолированных) и действующих выемочных участков, сохраняется соотношение 1:3. Это свидетельствует о том, что за указанный выше период не наблюдалось ка-
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ] БИБЛИОТЕКА СПе О*
явственного повышения эффективности мероприятий по предотвращению и тушению 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.
Целью работы является повышение эффективности применения глинистых суспензий для профилактики и тушения эндогенных пожаров и для изоляции отработанных выемочных участков.
Идея работы состоит в разработке составов для получения высокоустойчивой пены, период полураспада которой возрастает в 20-30 раз по сравнению с пеной, используемой в настоящее время для заполнения пространства между изолирующими перемычками с целью повышения герметичности изолирующих сооружений в шахтах.
Задачи исследований:
определить закономерности влияния фракционного и качественного составов глин, используемых для предупреждения и тушения эндогенных пожаров в виде вспененной глинистой суспензии, на устойчивость получаемой пены;
установить возможность использования залежей монтмориллони-товых глин, имеющихся в угледобывающих регионах, для получения высокоустойчивой пены;
разработать состав глинистой суспензии, при вспенивании которой образуется высокоустойчивая пена;
обосновать возможность модификации глины для получения материала, использование которого позволит повысить герметичность изолирующих сооружений в шахтах, упростить и облегчить технологию создания воздухонепроницаемого заполнения пространства между изолирующими перемычками;
- разработать технологию применения высокоустойчивой 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 преду
преждения и тушения эндогенных пожаров в угольных шахтах;
- аналитические и лабораторные исследования физико-химического процесса образования высокоустойчивой пены из глинистой суспензии, в том числе изучение механизма взаимодействия полиакриламида с глинистыми частицами;
- методы математической статистики при обработке и анализе экс
периментальных данных.
Научные положения, выносимые на защиту:
использование твердых заряженных гидрофильных частиц приводит к бронированию поверхностей пузырьков, 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 исходной глинистой суспензии 1:13;
применение технологической схемы профилактической обработки выработанного пространства и способа возведения изолирующих сооружений на основе бентонитовой глины, модифицированной полиакрилами-дом, обеспечивает безопасность и повышает эффективность работы угольных шахт.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
корректностью методов исследований и обработки экспериментальных данных;
положительными результатами аналитических и лабораторных исследований пенообразующей способности суспензии из монтмориллони-товой глины;
удовлетворительной сходимостью результатов натурных и аналитических исследований.
Научная новизна работы заключается:
в теоретическом и экспериментальном обосновании возможности получения высокоустойчивых вспененных глинистых суспензий на основе монтмориллонитовых глин;
в обосновании практической возможности и целесообразности использования материала на основе модифицированной полиакриламидом бентонитовой глины для повышения качества изоляции выработанного пространства от действующих горных выработок;
в разработке комплексной системы создания завесы из высокоустойчивой вспененной суспензии на основе монтмориллонитовой глины;
в разработке способа модификации бентонитовой глины полиакриламидом для получения материала, использование которого позволит повысить герметичность изолирующих сооружений в угольных шахтах.
Личный вклад автора состоит:
- в обосновании возможности повышения устойчивости воздушно-
механической пены путем использования монтмориллонитовой глины в
качестве стабилизатора пены;
в разработке составов для получения высокоустойчивой пены из суспензий на основе монтмориллонитовых глин из различных угольных месторождений России;
в разработке технологии модификации бентонитовой глины поли-акриламидом для получения материала с новыми свойствами, которые обеспечат возможность повышения герметичности сооружений, возводимых в шахтах для изоляции выработанного пространства от действующих горных выработок;
в разработке и проведении опытно-промышленной апробации технологической схемы обработки выработанного пространства высокоустойчивой пеной.
Практическая значимость работы:
-
Разработана технология модификации бентонитовой глины поли-акриламидом, использование которой обеспечит повышение герметичности изолирующих сооружений, возводимых в шахтах для предотвращения возникновения эндогенных пожаров в выработанном пространстве.
-
Разработан состав для получения высокоустойчивой пены из водной суспензии монтмориллонитовой глины, позволивший повысить эффективность мероприятий по предупреждению и тушению эндогенных пожаров в выработанном пространстве как действующих, так и отработанных выемочных участков.
Реализация работы
Результаты исследований использованы на шахтах Кузбасса и О.Сахалин при составлении мероприятий по повышению эффективности применения вспененных глинистых суспензий для предупреждения и тушения эндогенных пожаров в выработанном пространстве.
Разработанные составы глинистой суспензии на основе местных монтмориллонитовых глин для получения высокоустойчивой воздушно-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 высокоустойчивой пены и модифицированной бентонитовой глины положительно оценены угольными компаниями Кузбасса и восточных угледобывающих регионов России, 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 Гос-гортехнадзора России (1999,2001,2002 гг.), ФГУП РосНИИГД (2001-2004 гг.), НЦ ВостНИИ (2003-2004 гг), угольных компаний Кузбасса (2001-2004 гг.), где были одобрены и рекомендованы для практического использования.
Публикации. По теме диссертационной работы соискателем опубликовано 10 печатных работ, 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 рисунок, 13 таблиц, список использованных источников из 57 наименований.
