Спосіб запобігання самозапалювання гірничих порід

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для предотвращения самовозгорания отвальных пород. Известен способ предотвращения сомовозгорания ископаемых углей [I], заключающийся в обработке их 13%-ными растворами ингибирующи х ве ществ, в качестве которых рекомендуется использовать: карбонатные производные - (NН4)СО3, Са(НСО3)2, Na2CO3 ; хлориды и сульфиты -NH4Cl, МgСl2, СаСl2 и Na2SO3, NaHSO3 ; сульфитные щелока; каталитические яды. Предполагается, что действие карбонатов на уголь как ингибиторов окисления его кислородом атмосферного воздуха обусловлено наличием в растворе карбонатных анионов, а также образованием щелочной среды. Считается, что ингибирующее действие на уголь хлоридов связано с гидролитическим расщеплением их, которое сопровождается выделением соляной кислоты, разрушающей минеральный каталитический комплекс. Допускается возможность применения сульфидов (Nа2S) и фенолов в качестве каталитических ядов, которые отравляют каталитический комплекс, способствующий окислению, угля атмосферным кислородом. Рекомендации по применению растворов указанных веществ не имеют достаточного научного обоснования. Каждое из этих ве ществ химически инертно по отношению к поверхности твердых горючих ископаемых, пиритсодержащих руд и так называемых пусты х пород. Наличие этих веществ в воде не исключает возможность растворения в ней кислорода атмосферного воздуха и взаимодействия его с поверхностью горной породы, что обусловливает при определенных условиях самонагревание и самовозгорание ее. Недостаток способа предотвращения самовозгорания углей заключается втом, что при воздействии на них растворов указанных веществ на открытой поверхности не образуется защитный слой антиоксиданта. Такой слой не образуется также и на поверхности так называемых пустых пород. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ предотвращения самовозгорания горных пород путем воздействия на них известковой суспензией [2], взятый в качестве прототипа. Сущность этого способа состоит в том, что производят обработку горной породы 3,..5%-ной известковой суспензией путем орошения поверхности обломков ее или инъецирования в межкусковое пространство горной массы. Избыток гидроксида кальция по сравнению с растворимостью его в воде выпадает на поверхности горной породы, заполняет макро- и микротрещины, перекрывает устья пор. С течением времени гидроксид кальция подвергается кристаллизации и карбонизации. В результате этого на поверхности горной породы образуется защитный слой, затрудняющий доступ к ней внешних агентов выветривания. Недостаток этого способа обусловлен большой продолжительностью затвердевания защитного слоя и малой прочностью его, что снижает эффективность и надежность профилактических работ по предотвращению самовозгорания горных пород. В основу изобретения поставлена, задача разработки способа предотвращения самовозгорания горных пород, в котором путем образования на поверхности горных пород защитного слоя из силиката кальция, повышающего прочность защитного слоя, и, тем самым, эффективность профилактики самовозгорания, обеспечивается экологический эффект. Поставленная задача решается тем, что в способе предотвращения самовозгорания горных пород, содержащем их обработку 3...5%-ной известковой суспензией, согласно изобретению, в известковую суспензию вводят мелкий песок в соотношении масс песка и гашеной извести 1:1,23. Принципиальное отличие предлагаемого способа от существующи х состоит в том, что защитный слой антиоксиданта образуется на поверхности горной породы из продукта химического взаимодействия выпавших из суспензии в осадок песка и гидроксида кальция. Образование защитного слоя на поверхности горной породы связано с протеканием во влажной среде реакции: Са(ОН)2 + SiO2 = СаSiO3 + H2 O Соединение СаSiO3, обладающее достаточно большой прочностью, является основой защитного слоя. Известно, что прочность СаSiO3 намного превышает прочность затвердевших известковых растворов и продолжительность его образования меньше времени карбонизации и кристаллизации гидроксида кальция. Согласно стехиометрии приведенного уравнения химической реакции, на 60 г SiO2 требуется 74 г Са(ОН)2. Следовательно, для полного протекания этой реакции с образованием СаSiO3 необходимо соотношение масс песка и гидроксида кальция 1:1,23. Новым по отношению к прототипу является добавление в 3...5%-ную известковую суспензию мелкого песка при соотношении масса песка и гашеной извести 1:1,23, обеспечивающее образование на поверхности горной породы защитного слоя антиоксиданта из прочного соединения СаSiO3. В этом заключается также и существенное отличие предлагаемого способа. Пример. Профилактическую обработку породы известково-песчаной суспензией производили в поверхностном слое отвала. Вблизи места производства профилактических работ устраивали (устанавливали) емкость для приготовления известково-песчаной суспензии. На специально выделенной площадке создавали запасы песка и гашеной извести. В интенсивно перемешиваемую воду подавали гашеную известь из расчета 50 кг ее на 1 м 3 жидкости. Таким образом приготавливали 5%-ную известковую суспензию. Перемешивая известковую суспензию, в нее добавляли мелкий песок. В связи с тем, что по стехиометрии уравнения химической реакции Са(ОН)2 + SiO2 = СаSiO3 + Н2O для образования на поверхности горной породы защитного слоя антиоксиданта, состоящего из соединения СаSiO3, на каждые 60 г SiO2 должно приходиться 74 г Са(ОН)2, принимали соотношение масс песка и гашеной извести 1:1,23 (74/60 = 1,23). Поэтому к каждому кубометру воды, содержащей 50 кг гашеной извести -Ca(OH)2, добавляли 40,65 кг мелкого песка –SiO2 : 50 кг Ca(OH)2/1,23 » 40,65 кг SiO2. Вследствие интенсивного перемешивания гашеной извести и мелкого песка в воде образовалась известково-песчаная суспензия. Затем включали в работу шламовый насос, например типа 1В-20, и подавали суспензию по трубопроводу в инъекторы - отрезки труб длиной 2,5,..3,0 м с перфорацией, внедренные в отвальную породу. Суспензия под давлением проникала из инъекторов в межкусковое пространство породы и омывали поверхность ее обломков. Коэффициент порозности отвальной породы находится в пределах значений 0,2...0,3, поэтому расход суспензии на каждый кубометр отвальной породы принимали не менее 200...300 л. В этом количестве суспензии содержались соответственно 10...15 кг Ca(OH)2 и 8,1...12,2 кг SіO2. Нагнетание суспензии в породу прекращали (выключали шламовый насос) при прорывах ее на поверхность отвала. Для обеспечения равномерной профилактической обработки породы производили также заиливание путем обильного орошения суспензией поверхности отвала через открытый конец нагнетательного трубопровода при отсоединенных инъекторах. После прекращения движения суспензии в межкусковом пространстве породы происходило осаждение в трещинах и на поверхности ее мелких частиц извести и песка. При удалении избытков влаги из межкускового пространства породы вследствие фильтрации и испарения на поверхности ее образовался защитный слой антиоксиданта СаSiO3 вследствие протекания во влажной среде реакции: Ca(OH)2 + SiO2 - СаSiO3 + Н2O. Согласно стехиометрии уравнения этой реакции; для образования СаSiO3 в количестве 116 г требуется 74 г Ca(OH)2 и 60 г SiO2. Поэтому из 200...300 л суспензии, содержащей 10...15 кг Ca(OH)2 и 8,1...12,2 кг SiO2, в каждом кубометре породы на поверхности обломков ее выделяется осадок СаSiO3 массой 15,7...23.5 кг. Предлагаемый способ отличается простотой осуществления, не требует каких-либо изменений в известной технологии профилактики самовозгорания отвальных пород, обеспечивает существенный экологический и социальный эффект.