Спосіб збільшення опору потоку газу в шахті (варіанти)

Реферат: Винаходи належать до запобігання утворенню вибухонебезпечних концентрацій метану у шахтних штреках. Для підвищення опору потоку газу при підземному видобутку корисних копалин подають пінотвірну композицію у вироблений простір. Піну можна подавати з частин коротковибійного, довговибійного комбайнів або машини для виїмки ціликів. Пінний бар'єр гальмує потік вивільнених газів з виробки, що має наслідком зниження концентрації метану у хвостовому штреку на 0,1-1,0 %. UA 99732 C2 (12) UA 99732 C2 UA 99732 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Даний винахід стосується способів керування потоком газів в шахті. Даний винахід корисний при видобутку корисних копалин, наприклад при виробництві врубу, для керування потоком газу. Відоме застосування піни для придушення вугільного пилу, при якому піноутворюючу композицію наносять на падаючу масу вугілля або в вибою підземної виробітки, або в позиції перевантаження транспортера. Відоме також застосування піни для утворення тимчасового бар'єрного шару над захороненням відходів для захисту атмосфери від запахів і сміття, що розлітається. Деякі піни, засновані на солях іонів металів, можна використовувати для керування і мінімізації генерування сульфіду водню. Відоме також використання піни при керуванні пожежами на покинених шахтах, коли піну можна нагнітати під землю під тиском. Піна може витісняти повітря для горіння і гази, що утворюються внаслідок горіння, може гасити зони активного горіння, відводити теплоту від навколишніх пластів і наносити відомі хімічні протипожежні інгредієнти. Хоча піну пропонувалося використовувати для рішення так несхожих один на одну задач, використання піни для керування потоком газу, тобто для збільшення опору потоку газу, зокрема, в шахтах при активному видобутку корисних копалин, не пропонувалося. При шахтному видобутку вугілля (в шахту) може проникати метан. Метан вибухонебезпечний в присутності прибл. 12-21% кисню при вмісті метану від прибл. 5% до прибл. 15%. Таким чином, при активному видобутку корисних копалин існує необхідність регулювати відносну кількість газів (тобто, кисню і метану). Типово таке регулювання здійснюється вентиляційними системами. Хоча вентиляційні системи адекватно вирішують цю задачу, вони дорогі і, тому є потреба в недорогому способі регулювання газів. Короткий опис винаходу Даний винахід спрямований на способи використання піни для керування потоком газу на конкретних ділянках певних операцій підземного виробітку. Згідно з одним аспектом даний винахід стосується способу підвищення опору потоку газу в порожньому просторі шахти, який містить етап подачі піни від одного з наступних компонентів: коротковибійний виїмковий комбайн, довговибійний виїмковий комбайн, машина для видобутку ціликів, частина коротковибійного виїмкового комбайна, частина довговибійного виїмкового комбайна, частина машини для видобутку ціликів. Термін "частина" використовується для позначення будь-якої деталі машин або будь-якого компонента машин. Згідно з одним аспектом даного винаходу під час виробництва вруба, в міру того як врубовий пристрій (пристрій, який видаляє із вибою незбагачену руду) переміщує щит, виникає вироблений простір. За активною поверхнею утворюють ущільнення, яке примикає до виробленого простору для одержання напівущільненого виробленого простору. Ущільнення можуть утворюватися на відповідних квершлагах. Ущільнення може бути забезпечене трубами так, щоб можна було нагнітати інертний газ, наприклад азот, для зниження концентрації кисню. У порожній простір поруч з ущільненням можна нагнітати піну для утворення бар'єра для потоку газу (наприклад метану з виробленого простору або кисню у вироблений простір). Згідно з іншим аспектом, врубова машина може бути забезпечена одним або більше пристроями подачі піни, наприклад соплом для напряму піни за даним винаходом в район головного штреку або в район хвостового штреку для утворення бар'єра для потоку газу (наприклад метану з виробленого простору або кисню у вироблений простір). Згідно з іншим аспектом в даному винаході передбачається зниження вмісту метану в хвостовому штреку щонайменше на 0,1% по вазі. У цьому відношенні, в даному винаході передбачається зменшення вмісту метану в хвостовому штреку на величину, що становить від прибл. 0,1% до прибл. 1% по вазі. Додатково, в даному винаході передбачається зменшення вмісту метану в хвостовому штреку на величину, що становить від прибл. 0,2% до прибл. 0,8% по вазі або від прибл. 0,3% до прибл. 0,6% по вазі і по суті від прибл. 0,4% до прибл. 0,5% по вазі. Піну подають з витратою і в кількості, достатній для заповнення порожнин, утворених ущільненням, що примикає до виробленого простору. Піну вибирають так, щоб вона мала час витримки, достатній для проведення додаткових гірських операцій. Наприклад піна буде мати час витримки, який дорівнює щонайменше декільком годинам, або добам, або декільком добам, або тижню, або декільком тижням, або місяцю, або декільком місяцям, або одному року або декільком рокам. Іншими словами, час витримки повинен бути такий, що дорівнює половині терміну служби (часу, після якого зберігається половина первинного об'єму піни) порядку щонайменше прибл. 50 год., бажане прибл. 100 год., відповідно прибл. 200 год., хоча передбачений і більш тривалий час, такий як 300, 400, 500, 600, 700, 1000 годин або більше. 1 UA 99732 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Фіг. 1 - вигляд зверху ілюстративного покладу корисних копалин, розміченого на паралельні виїмкові панелі, відділені від іншого виробітку ціликами. Фіг. 2 - збільшений вигляд зверху однієї виїмкової панелі за фіг. 1. Фіг. 3 - збільшений частковий вигляд зверху виїмкової панелі за фіг. 2 після початку розробки довгими вибоями. Фіг. 4 - збільшений частковий вигляд зверху виїмкової панелі за фіг. 2 після початку розробки короткими вибоями. Фіг. 5 - схематичний вигляд зверху врубової машини, що має групу опорних вузлів і схематично, що ілюструє наявність пристрою для подачі піни згідно з принципами даного винаходу. Фіг. 6 - діаграма, та, що ілюструє рівні металу, виміряні в хвостовому штреку, подачу піни в головний штрек, барометричний тиск, подачу азоту, і положення щита врубової машини в перший день експерименту. Фіг. 7 - ті ж дані, що і на фіг. 6, за винятком того, що абсциса була продовжена, щоб показати тільки час між 06:00 і 22:00. Фіг. 8 - діаграма, що ілюструє рівні метану, виміряні в хвостовому штреку, барометричний тиск, подачу азоту і положення щита врубової машини без подачі піни на другий день експерименту. Фіг. 9 - діаграма, та, що ілюструє рівні металу, виміряні в хвостовому штреку, подачу піни в головному штреку (HG), подачу піни в хвостовому штреку (TG), барометричний тиск, подачу азоту, і положення щита врубової машини в день, наступний за днем, показаним на фіг. 9 (sic). Фіг. 10 - діаграма, що ілюструє рівні метану, виміряні в хвостовому штреку, подачу піни в хвостовому штреку (TG), подачу піни в головному штреку (HG), барометричний тиск, подачу азоту, і положення щита врубової машини в третій день експерименту. Фіг. 11 - ті ж дані, що на фіг. 11, за винятком того, що абсциса була продовжена щоб показати тільки час між 00:00 і 14:00. Хоча спосіб за даним винаходом може бути застосований до різних операцій видобутку корисних копалин, вважається, що він буде ефективним для розробки з видобутку ціликів, розробки короткими вибоями і розробки довгими вибоями. При таких операціях поклад 10 ділиться на виїмкові панелі 12, як показано на фіг. 1, які розмічуються і розробляються. Поклади вугілля, що піддаються розробці сусідніми паралельними виїмковими панелями (панелі 1-8 на фіг. 1), є найбільш бажаними, оскільки вони полегшують розробку панелей і дозволяють переміщувати обладнання на більш короткі відстані. Як показано на кресленні, виїмкові панелі 12 звичайно є прямокутними, і мають входи 14 (головний штрек і хвостовий штрек), які проходять вздовж: кожної довжини, і всі вони з'єднані на одному кінці головними штреками 16. Ці виїмкові панелі 12 розробляються з використанням відомих врубових машин або комбайнів безперервної дії. У системах розробки довгими вибоями виїмкові панелі звичайно мають ширину 400-1200 футів (121,92-365,76 м) і довжину від 4000 до 20000 футів (1219,2-6096 м). При виїмці ціликів або в системах розробки короткими вибоями виїмкові панелі коротких вибоїв звичайно мають ширину 100-200 футів (30,48-60,96 м) і довжину 2000-4000 (609,6-1219,2 м). Видобуток вугілля або інших осадових відкладень починається на одному кінці виїмкової панелі 12 з підготовчої виробітки 18 для розробки пласта вздовж його грані або стінки в напрямі, показаному стрілкою 19. На фіг. 2 виїмкова панель 12 за фіг. 1 показана більш детально як виїмкова панель 20, що має головні штреки 22а-с, що спільно іменуються головні штреки 22, і хвостові штреки 24а-с, що спільно іменуються хвостові штреки 24. Кожний з головних штреків 22а-с і хвостових штреків 24а-с визначені або сусідніми опорами, що чергуються або ціликами 21а-b і 23а-b відповідно. Хоча напрям видобування проходить по стрілці 19, при виробленні короткими вибоями виробітки або стругова виїмка вугілля завжди ведеться від головного штреку 22 до хвостового штреку 24 в напрямі, показаному стрілкою 25 і, потенційно в обох напрямах в системах з довгим вибоєм, як більш детально буде описано нижче. У системі видобування з трьома штреками використовується три головних штреки 16а-с, спільно головні штреки 16, три головних штреки 22а-с і три хвостових штреки 24а-с, які спільно використовуються для утворення вентиляційних каналів, шляхів евакуації і виконують інші функції. Система дозволяє встановити в центральному штреку стрічковий транспортер і утворити прохід, а один зовнішній штрек дозволяє використовувати, як поворотний повітровід. Хоча даний винахід описаний в зв'язку з "трьохіптрековою" системою видобування, фахівцям зрозуміло, що даний винахід може також використовуватися в інших системах, як буде зрозуміло з нижченаведеного опису. По завершенні розробки виїмкових панелей 12, як показано на фіг. 3 і 4, відповідно, починається видобуток довгими вибоями, короткими вибоями або видобуток ціликів. Більш 2 UA 99732 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 конкретно, як показано на фіг. 3, обладнання 30 для видобутку довгими вибоями і шахтарі захищені кріпленням 32, 33, виконаним з можливістю витримувати величезний тиск перекриваючих порід. Матеріал, що містить викопний мінерал (напр., вугілля, поташ, або інші пластові рудні тіла), вирубують з торця покладу стругом, виїмковим комбайном, комбайном безперервної дії або іншим пристроєм для подрібнення мінералу і видобутку його з його стану на місці 34 залягання перед обладнанням 30 для видобутку довгими вибоями або іншим обладнанням, і завантажують на привибійну транспортну систему (не показана) для транспортування на головну конвеєрну систему 36, яка в свою чергу транспортує матеріал на поверхню. По мірі того, як видобування у виїмковій панелі просувається, стеля в вибою зміцнюється механізованим кріпленням 32, 33 або ціликами, що залишаються і, там, де це використовується, привибійний транспортер подається в пласт в напрямі, показаному стрілкою 19, створюючи порожній простір за репью 32, 33 або ціликами, що залишаються, для формування так званого завалу 38, або виробленого простору. Якщо використовується механізоване кріплення 32, 33, вона не тільки подається в напрямі видобування, але розсовується відомим способом, і на кресленнях кріплення 32 показане в розсувній конфігурації, а кріплення 33 показане в здвинутій конфігурації. Як показано на фіг. 4, коротковибійне обладнання 40 і шахтарі також захищені кріпленням 42, 43, виконаної з можливістю витримувати величезний тиск перекриваючих порід. На відміну від довговибійного комбайна, який стругає пласт паралельно його торцю, ріжуча головка 44 коротковибійного комбайна 40, що має ширину прибл. 10-12 футів (3,048 3,6576 м) здійснює різання в напрямі, по суті перпендикулярному торцю пласта і скидає матеріал на конвейєрну систему (не показана) або на вагонетки для транспортування до головної конвейєрної системи 46, яка, в свою чергу, транспортує матеріал на поверхню. Послідовні заходи виконуються вздовж торця пласта від головного штреку 22 до хвостового штреку 24 в напрямі, показаному стрілкою 25, при цьому кріплення 42, 43 і скребковий ланцюговий конвеєр подаються в пласт в напрямі видобування, показаному стрілкою 19, дозволяючи перекриваючим породам обсипатися або обрушуватися за кріплення 42, 43, утворюючи завал 48. Кріплення переміщується не тільки в напрямі видобування, як показано кріпленням 42а, 42b, але розсовується відомим способом, при цьому кріплення 42 показане в роздвинутій конфігурації, а кріплення 43 показане в здвинутій конфігурації. Повертаючись до фіг. 2, відомі ущільнення або перегородки на певних ділянках головного і хвостового штреків для кращого напряму і регулювання потоків свіжого повітря і поворотного повітря. У багатьох випадках ущільнення утворюють в квершлагах, які з'єднують сусідні штреки. Для інертизації газів, які утворюються у виробленому просторі, можна використовувати суміші газів з низьким вмістом кисню, витісняючи або ізолюючи кисень і утворюючи інертну і нешкідливу атмосферу. Альтернативно, для інертизації можна використовувати чистий газ, такий як азот. Згідно з принципами даного винаходу, газова суміш з низьким вмістом кисню, який використовується для інертизації простору, також може використовуватися для генерування піни, яку, в свою чергу, можна використовувати для заповнення порожнин, як створених, так і що зустрілися під час процесу видобутку, включно, крім іншого, об'єм квершлагу. До, у час і або після будівництва вентиляційних регулюючих пристроїв, більш конкретно, ущільнень і перегородок, може бути корисним утворювати тимчасові або напівпостійні перешкоди потоку або інфільтрації газу в порожнини, які можуть бути утворені або зустрітися під час проходки. Відповідно, даний винахід передбачає композицію, яку можна примусити пінитися при відповідному змішуванні з газом, таким як газ з низьким вмістом кисню, або азот. Піна може подаватися будь-яким придатним способом, так, щоб піна розширялася і заповнювала порожнини між сусідніми перегородками, утворюючи бар'єр для присутності або потоку будьякого газу. Додатково, по мірі утворення газу, було б бажано зменшити або запобігти проходу газу або сумішам газів через або вироблений простір або з виробленого простору в активну вибійну зону, де можуть бути присутні люди. Відповідно, згідно з даним винаходом пропонується спосіб підвищення опору потоку газу через вироблений простір шляхом нагнітання піни в порожній вироблений простір, по мірі його формування. Для цього щонайменше одна подаюча форсунка може бути прикріплена до однієї або більш задньої рамної структури конвеєра, на боці щита або щита виробленого простору. Кожна форсунка повинна бути виконана з можливістю подавати піноутворюючу композицію для створення "пробки" або створення покриття і, тим самим, створити опір потоку газу або заповнити об'єм, який в іншому випадку заповнився б газом або газовою сумішшю. 3 UA 99732 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У одному прикладі даного винаходу під час операції довговибійної проходки або коротковибійної проходки, піноутворюючу композицію подають від конвеєрної системи, довговибійного комбайна або коротковибійного комбайна у вироблений простір, в якому подана піноутворююча композиція піниться і створює бар'єр або опір потоку газу, поточному з виробленого простору або через вироблений простір в активну зону вибою. По суті газ з низьким вмістом кисню або інертний газ, наприклад азот, змішують з піноутворюючою композицією для того, щоб композиція пінилася і утворила необхідну піну. Додатково, одержана піна повинна бути інертною, вогнестійкою і/або негорючою. Тому піна може утворити бар'єр або опір потоку метану від виробленого простору до ділянок, що примикають до виробленого простору. Альтернативно або одночасно, піна може створювати бар'єр або опір головному вентиляційному потоку газу у вироблений простір, що може сприяти підвищенню ефективності вентиляційних свердловин виробленого простору. На фіг. 5 представлений схематичний вигляд зверху ілюстративного виїмкового комбайна, корисного для реалізації даного винаходу. Фахівцям зрозуміло, що показаний комбайн є просто ілюстрацією і принципи даного винаходу можуть застосовуватися до будь-якого відповідного підземного гірничодобувного обладнання. Тому, хоча даний винахід буде описаний з посиланнями на комбайн, показаний на фіг. 5, потрібно розуміти, що даний винахід цим варіантом не обмежується. Виїмковий комбайн 100 виконаний з можливістю переміщення в напрямі виїмки, показаному стрілкою 19. Він містить дві врубові головки 102 і 104, що зрізають торець виїмкової панелі 20. Зрізана руда завантажується виїмковим комбайном 100, іноді званим "врубонавалочною машиною", на конвеєр. Конвеєр складається з каналу 106, в якому вздовж торця виїмковою панелі рухається скребковий ланцюговий транспортер. Виїмковий комбайн 100 виконаний з можливістю переміщення вздовж торця виїмкової панелі 20. Канал 106 розділений на окремі вузли, з'єднані один з одним, але виконані з можливістю здійснювати переміщення відносно один одного в робочому напрямі або в напрямі проходження, показаному стрілкою 19. Кожний з вузлів каналу з'єднаний з опорним вузлом 110 (110а 110r, відповідно) за допомогою вузла 112, що складається з циліндра і поршня (подаючого поршня). Кожний опорний вузол 110 призначений для підтримки вибою. Для цього використовується ще один вузол циліндра і поршня (не показаний), який втримує плиту основи відносно плити зведення. На передньому кінці плити зведення, зверненому до рудного пласта, встановлений так званий обмежувач вибою пласта (не показаний). Обмежувач звичайно виконаний в формі заслінки, яку можна опускати перед вибоєм, що розробляється. Обмежувач вибою необхідно підіймати перед виїмковим комбайном, що наближається 100. Для цього використовується ще один також не показаний вузол циліндра і поршня. Ці робочі елементи описані тільки для прикладу, оскільки ці машини відомі. Зрозуміло, є і інші робочі елементи, але їх опис можна опустити для полегшення розуміння винаходу. Звичайно з кожною опорою 110 з'єднаний пристрій 114 керування прохідницьким щитом. З групою опор 110 або з групою пристрій 114 керування прохідницьким щитом може бути зв'язаний керуючий пристрій 120. Система 122 керування здійснює збір і зберігання даних і програмування. Пристрій 200 подачі піни містить бак 202, для зберігання піноутворюючої композиції або концентрату, і насос 210 для подачі піноутворюючої композиції. Бак 202 містить вхідну лінію 204 для завантаження піноутворюючої композиції або концентрату. Вихід 206 бака знаходиться в з'єднані з входом 208 насоса 210. Лінія 212 подачі води з'єднана або з виходом 206 бака або з входом 208 насоса. Вода подається з витратою, достатньою для розбавлення піноутворюючої композиції або концентрату для необхідного рівня. Насос 210 змішує воду і піноутворюючу композицію або концентрати і подає суміш на вихід 212. Вихід 212 веде в піногенератор 214, докладний опис якого опускається, оскільки він добре відомий. Бак 202 і насос 210 можуть бути встановлені на полозках 220 так, щоб пристрій 200 подачі піни можна було транспортувати або переміщувати разом з рухом виїмкового комбайна 100. Піногенератор 214 містить джерело 216 газу так, щоб газ, змішувався з виходом 212 насоса для спінення рідини, що виходить з насоса і створення піни, яка потім випускається через форсунку 218. Піну можна генерувати відомими способами, наприклад збовтуванням піноутворюючого розчину за даним винаходом в присутності газу і, зокрема, інертного газу, що не є повітрям, наприклад азоту. Один пристрій для цієї мети примусово пропускає піноутворюючий розчин через обмежений канал під високим тиском, і впорскує газ в розчин після цього звуження. Потім піну можна розпилювати на підкладку через форсунку 218. Під час виробництва піни піноутворюючий розчин можна прокачувати з манометричним тиском прибл. 400 500 фунтів на кв. дюйм (2757,903 3447,379 кПа) через канал керування 4 UA 99732 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 потоком із попередньо певною витратою. Після каналу керування потоком рідини в потік рідини підмішується газ і змішується з рідиною. Це може здійснюватися за допомогою газового каналу для керування потоком так само, як і на рідинному боці системи. Після з'єднання двох потоків суміш проходить через випускний канал, наприклад шланг, який може мати або не мати розподільну форсунку. Потім піну можна розподіляти по зоні, що обробляється вручну або автоматично (або з дистанційним керуванням) спрямовуючи форсунку. Аналогічно, вихід може прямувати в багатопортову магістраль для розподілу. Для розподілу піни вручну або автоматично (тобто, з дистанційним керуванням) можна використовувати магістраль, в залежності від її розміру і від витрати піни. Як показано на фіг. 5, піногенератор 214 може бути з'єднаний з виїмковим комбайном 100, який може бути коротковибійним комбайном, довговибійним комбайном, частиною коротковибійного комбайна, частиною довговибійного комбайна. Наприклад піногенератор може бути зв'язаний з частиною комбайна, що примикає до головного штреку, хвостового штреку або до обох. Крім того піногенератор може бути зв'язаний зі структурою задньої рами, з боком щита, з щитом виробленого простору, або з іншими відповідними місцями, що дозволяють досягнути цілей даного винаходу. Крім того, на кресленні показано, що піногенератор 214 може бути незалежний від виїмкового комбайна 100 і може бути портативним або з'єднаний пристроєм для видобутку ціликів так, що піну можна подавати в зони, що примикають до ущільнення квершлагу. Таким чином, згідно з даним винаходом далі пропонується піна, що генерується способами за даним винаходом. Одержана піна, зокрема, корисна як бар'єрний шар. Бажано, піна за винаходом має наступні характеристики: час витримки піни є дуже великим (тривалим) і може бути продовжене за рахунок підвищення концентрації (тобто, зниження міри розбавлення); міцність піни дозволяє покривати вертикальну поверхню матеріалу виробленого простору або матеріалу ущільнення, при цьому піна чудово зберігається. Піна може подаватися з будь-якою відповідною витратою хоча бажано подавати піну швидко. Для цього піну можна подавати з витратою від прибл. 100 галонів (378,5412 л) в хвилину до прибл. 1200 галонів (4542,494 л) в хвилину. У деяких варіантах піну можна подавати з витратою від прибл. 200 галонів (757,0824 л) в хвилину до прибл. (3785,412 л) в хвилину, або від прибл. 400 галонів (1514,165 л) в хвилину до прибл. 800 галонів (3028,329 л) в хвилину, або від прибл. 500 галонів (1892,706 л) в хвилину до прибл. 700 галонів (2649,788 л) в хвилину, або з витратою прибл. 600 галонів (2271,247 л) в хвилину. Піна має час витримки щонайменше декілька годин, або доби, або декілька діб, або тиждень, або декілька тижнів, або місяць, або декілька місяців, або один рік, або декілька років. Іншими словами, час витримки повинно мати половину терміну служби (час, після якого залишається половина об'єму піни) порядку щонайменше прибл. 50 годин, бажано 100 годин, прибл. 200 годин, хоча передбачено і більш тривалий час 300, 400, 500, 600, 700, 1000 годин і більше. Згідно з одним аспектом даного винаходу передбачається, що під час операції виїмки і після подачі піни вміст метану на хвостовому штреку можна зменшити щонайменше на 0,1% по вазі. Для цього в даному винаході передбачається зниження вмісту метану на хвостовому штреку на величину від прибл. 0,1% по вазі до прибл. 1,0% по вазі. Додатково, в даному винаході передбачається зниження вмісту метану на хвостовому штреку на величину від прибл. 0,2% до прибл. 0,8% по вазі, або від прибл. 0,3% до прибл. 0,6% і по суті на величину від прибл. 0,4% до прибл. 0,5%. Відома множина піноутворюючих композицій, і (в даному винаході) передбачається, що багато які композиції будуть придатні для вирішення поставлених задач. По суті піноутворююча композиція повинна бути такою, щоб її можна було подавати до потрібного місця, повинна мати достатню міцність щоб зберігати цілісність і безперервність протягом періоду часу, необхідного для виконання необхідної функції, і повинна мати досить тривалий час витримки, щоб можна було покривати вертикальні і не горизонтальні поверхні. Типово піна повинна мати таку міцність, щоб зберігати цілісність протягом щонайменше декількох годин, або діб, або декількох діб, або тижня, або декількох тижнів, або місяця, або декількох місяців або одного року або декількох років. Бажано також, щоб піна могла розкладатися мікроорганізмами, або була не токсичною, щоб при закритті шахти, або в будь-який інший час, коли бар'єр більше не потрібен, піна не впливала небажаним чином на навколишнє середовище. Піноутворююча композиція може містити хімічні керуючі агенти для таких речовин як сульфід водню, який може бути присутнім або утворюватися під час розробки шахти. Піна, крім того, може мати такий склад, щоб бути буфером для будь-якої кислотності або лужністю будь-якої присутньої води. 5 UA 99732 C2 5 Нижче слідує опис декількох піноутворюючих композицій, що відповідають вищепереліченим вимогам. Однак, фахівцям зрозуміло, що ці композиції є просто прикладами і піноутворюючі композиції можуть мати різноманітні інгредієнти, щоб така піноутворююча композиція досягала вищеперелічених цілей. Одним прикладом піноутворюючої композиції, корисною в процесі за даним винаходом є піна, приготована з водної композиції, що містить приблизно в молярному відношенні 1:1 (А) аніонна поверхово-активна речовина і (В) сіль карбонової кислоти, R 2COOM1, де R2 - алкільна група, що містить від 8 до 30 атомів вуглецю, а М 1 - одновалентний катіон. Аніонна поверхово активна речовина може бути сульфатом, що має наступну формулу: 10 де -OR є алкокси-, алкіленокси- або алкарілоксигрупою, що має від 10 до 20 атомів вуглецю, або алкілполіефірною групою 15 1 20 25 30 2 де R - алкільна група, яка містить від 10 до 20 атомів вуглецю, R -H або алкільна група, яка містить до 4 атомів вуглецю, наприклад С або СН3, a n - ціле число від 1 до 1, переважно від 3 до 6, і де М - одновалентний катіон. М може бути іоном лужного металу, іоном амонію або алкілзаміщеним або гідроксіалкілзаміщеним амонієм. Коли М є лужним металом, лужним металом може бути натрій, калій або літій. Коли М є амонієм із заміщеною алкільною або гідроксіалкільною групою, він по суті має до шести або, переважно, до 3 атомів вуглецю. До відповідних алкільних груп відносяться метил, етил, ізопропіл і інші радикали. Відповідними гідроксіалкільними групами відносяться гідроксіетил, гідроксипропіл і інші радикали. Прикладами заміщених радикалів амоній є моно-, ди- і три-алкіл радикали амоній, що містять 1-3 атоми в кожній заміщуваній групі, і моно-, ди- і триалканоламонієві групи, що мають 2-3 атоми вуглецю в кожній заміщуваній групі. Заміщені групи амонію включають моно-, ди- і триетаноламонієві радикали. 1 Типовими складовими R є алкіли, такі як децил, додецил, тетрадецил, гексадецил, октадецил та ін.; алкенілові групи, такі як 1-додеценіл, 1-тетрадеценіл, 2-гексадеценіл, та ін.; і алкарілові групи, такі як додеценілбензол, ізопропілнафталін, гексадецилтетраетокси та ін. Альтернативно, аніонною поверхово-активною речовиною може бути сульфонат, що має формулу: 35 1 40 де R - алкіл, алкілен, або алкільна група, що містить від 10 до 20 атомів вуглецю, і де М 1 одновалентний катіон, описаний вище. До типових замісників R відносяться алкіли, такі як децил, додецил, тетрадецил, гексадецил, октадецил та ін., алкенільні групи, такі як 1-додецил, 1-тетрадецил, 2-гексадецил, та ін., і алкільні групи такі як додецилбензол, ізопропілнафталін та ін. 6 UA 99732 C2 5 10 15 20 25 Поверхово-активні речовини на основі сульфонату, бажані для використання в даному винаході, включають калій додецил сульфонат, натрій 1-додецилсульфонат, натрій додецилбензоленсольфонат, амоній ізопропілнафталінсульфонат та ін. Бажано, сульфонати включають натрій альфа-олефінсульфонат, суміш, утворена по суті альфа-олефіновими радикалами С12 і С14. Поверхово-активні речовини на основі сульфату, які бажано використовувати в даному винаході, включають алкілсульфати, такі як натрій лаурилсульфат, алкеніл сульфати, такі як калій 1-додеценілсульфат, алкарилсульфати, такі як амоній додецилбендолсульфат, і алкілполіефірсульфати, такі як натрій октодецилтетраетоксисульфат. До відповідних сульфатів відносяться алкілполіефірсульфати. Можна також застосовувати змішані сульфонати і/або сульфати, тобто, суміші сульфонатів або суміші сульфатів або суміші сульфонатів і сульфатів, які мають різні складові. Для деяких варіантів застосування може виявитися бажаним використовувати сульфонати і/або сульфати, що мають як замісник R або R' радикала, що містить гетероатом. У доповнення до атомів вуглецю і водню, може бути присутнім кисень в формі карбоксилу, простого ефіру або інших груп. Аніонна поверхово-активна речовина може бути присутня в композиціях за даним винаходом в концентраціях в діапазоні прибл. 10-30% і по суті, прибл. 15-25% на основі загальної сухої ваги композиції. Піни, приготовані, як описано вище, мають більш тривалий термін життя в порівнянні з водними пінами загалом, і мають міцність схожу з міцністю "цукрової вати". Таким чином, ці піни можна наносити на нерівномірну, шорстку або похилу поверхню, на якій вони зберігають свою цілісність і безперервність. Одним з двох головних компонентів піноутворюючої композиції, що використовується по одному аспекту даного винаходу, є аніонний поверхово-активний сульфат або сульфонат, що має відповідні формули, показані і описані вище. R, R' і R 1 є відносно великими групами, що містять 10-20 атомів вуглецю. Прикладами алкільних груп для R, R' і R 1 є лауріл, міристил, пальмітил і стеарил. Прикладами алкіленових груп для OR і R1 є альфа-олефіни С10-С16. Прикладами алкарілових груп для OR і R 1 є децилбензол, додецилбензол і пропілнафталін. Прикладами алкільних поліефірних груп є 30 35 40 45 50 55 і одержані з комерційних схожих сумішей, в яких, наприклад R' може бути сумішами алкільних груп С10 і С12 або С12 і С14 і n може бути цілим числом у вказаних діапазонах. Переважними OR групами є алкіленоксигрупи, особливо альфа-олефіни, що містять від 10 до 14 атомів вуглецю, і алкілбензилоксигрупи, в яких алкільні групи містять від 10 до 16 атомів вуглецю. Що стосується солі карбонової кислоти, R2 переважно є алкільною групою з прямим ланцюжком і може мати від 8 до 20 атомів вуглецю. Прикладами алкільних груп для R 2 є пеларгоніл, лаурил, міристил, пальмітил, стеаріл і т.п. М - це одновалентний катіон, що забезпечує розчинність у воді, наприклад солей лужних металів, таких як натрій, калій або літій; амоній або заміщений амоній. Для М придатні натрій, калій і амоній. Суміш готується простим змішуванням аніонної поверхово-активної речовини на основі сульфату або сульфонату і солі карбонової кислоти у воді. Один або більше з компонентів можна формувати на місці. Наприклад сіль карбонової кислоти можна формувати на місці, додаючи карбонову кислоту до необхідної основи. Для полегшення розчинення може бути потрібне нагрівання. Водневий показник рН повинен бути нейтральним або слабколужним і становити від прибл. 7,5 до прибл. 8,5. Можна використовувати комбінації сульфонату і сульфату, хоча по суті використовується або один, або інший. З точки зору формування піни, концентрація комбінації у воді може мінятися в широких межах від прибл. 1% до прибл. 30% по вазі. Однак, з точки зору зберігання і транспортування, бажано одержати високу концентрацію, щоб уникнути транспортування зайвої води. Потім концентрат розбавляє водою на місці використання. Під час виробництва піни, концентрація з'єднаних спінюючих агентів А і В переважно становить від прибл. 1% до прибл. 3% по вазі. 7 UA 99732 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Під час виробництва піни, рідку композицію можна прокачувати під манометричним тиском, напр., від 400 до 500 фунтів на кв. дюйм (2757,903 3447,379 кПа), через піногенератор 214 наприклад канал регулювання потоку при попередньо певній витраті. Після каналу регулювання потоку рідини, в потік рідини нагнітають газ, який змішується з рідиною. Це можна здійснювати за допомогою каналу для керування потоком так само, як і на рідинному боці системи. Після того, як два потоки з'єднуюються, суміш проходить на вихід, яким, наприклад є кінець шланга, який може бути забезпечений, або може бути не забезпечений розподільною форсункою. Потім піну можна розподіляти по зоні, що покривається. Аналогічно, вихід (піногенератора) для розподілу можна спрямувати в магістраль з множиною портів. Ця магістраль, в залежності від її розміру і витрати піни, може використовуватися для розподілу піни. На термін існування одержаної піни може впливати жорсткість води, що використовується для виробництва піни за даним винаходом. Відповідно, в ситуації, коли жорсткість води, що є в наявності для приготування композиції в формі концентрату або на місці, може впливати шкідливим чином на необхідну піну, в композицію можна вводити агент, регулюючий жорсткість води, для скріплення кальцію і/або магнію, що міститься у воді. Прикладами відповідних агентів, регулюючих жорсткість води, є етилендіамінтетраоцтова кислота, триполіфосфат натрію і калію і поліакрилати. Кількість пом'якшувального агента визначається, як відомо, мірою жорсткості конкретної доступної води і мірою, в якій бажано знизити жорсткість. Триполіфосфат калію є ілюстративним бажаним пом'якшувальним агентом. У склад, який буде перетворений в піну, можна вводити загусник/диспергатор, і прикладами розчинного загусника/диспергатора є полімерні акрилати, що випускаються як загусники/диспергатори, такі як Acrysol ICS-1 і Acrisol A-3, що випускаються компанією Rohm & Haas Company. Інший приклад композиції, яка може використовуватися для приготування піноутворюючої композиції для використання в даному винаході, може містити білковий гідролизат кератину, модифікований крохмаль, компонент іонів двовалентного заліза, і диспергатор. Білковий компонент композиції може включати білковий гідролізат кератину. Білковий гідролізат кератину може бути сухим, наприклад в формі, що випускається компанією Indusria Suma Ltda (Бразілія), або в розчині, що випускається іншими компаніями, напр., Croda Kerr (Англія), Angus Fire (Канада), National Foam (США). Білок кератин, що використовується в композиції, може бути одержаний з рогів і копит тваринних. У той же час можна знайти і використовувати інші відповідні джерела білка. Композиція також може містити крохмаль, наприклад модифікований крохмаль, позбавлений своїх аніонних властивостей. Крохмаль в своєму природному аніонному стані може бути небажаний, оскільки він привносить нестабільність в піноутворюючу композицію за рахунок реакції з іншими компонентами, зокрема з катіонами двовалентного заліза, як описано нижче, внаслідок чого генерування і характеристики піни стають незадовільними. Модифікованому крохмалю за даним винаходом можна додавати потрібні характеристики, піддаючи його гідроксіалкілуванню, використовуючи відомі процеси. Внаслідок цього процесу видаляються аніонні характеристики крохмалю. Відповідний гідроксіалкилований крохмаль легко доступний, наприклад він випускається компанією National Starch (Instant Pure-Flo F) або Cerestar (Instant Gelex). У одному варіанті крохмаль зазнає гідроксипропілювання. Далі, крохмаль за даним винаходу бажано характеризується наявністю амілопектину, вміст якого перевищує вміст амілози, тобто, вміст амілопектину становить щонайменше прибл. 75%. Бажано, крохмаль містить від прибл. 90% до прибл. 100% амілопектину і, найбільш бажано, щонайменше прибл. 99% амілопектину. Крохмаль, що містить відповідну кількість амілопектину може бути одержаний з кукурудзи воскової стиглості або із зерен сорго воскової стиглості, і придбаний в комерційних джерелах, напр., National Starch & Chemicals або Cerestar. Далі, в даному винаході можна використовувати суміші одного або більше крохмалю з цих або інших джерел, які постачають крохмаль з відповідним вмістом амілопектину. Для зручності крохмаль, бажано, попередньо желатинують, уникаючи обробки при високій температурі і високому тиску для його желатинування і придання йому властивості розчинності. Суміш за даним винаходом також може містити компонент в формі іонів двовалентного заліза. Іони двовалентного заліза можуть мати форму сульфату заліза (FeSO 4). Сульфат заліза можна одержати з комерційних джерел і переважно в формі гептагідрату сульфату заліза (FeSO47H2O). За бажанням можна використовувати інші джерела іонів двовалентного заліза або сульфату заліза. Факультативно можна додавати диспергатори для посилення дисперсії інгредієнтів. Такі диспергатори добре відомі фахівцям і не вимагають опису. Приклади відповідних диспергаторів включають лігносульфонат натрію і лігносульфонат амоній, які є комерційно доступними, 8 UA 99732 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 наприклад лігносульфонат натрію випускається під комерційним найменуванням Maraperse N22 компанією Lignotech USA, Inc. Альтернативно, можна легко застосовувати сухі диспергатори. При бажанні можна додавати одорант, щоб замаскувати запах білка, що використовується в суміші. Одним прикладом одоранту є кориця, яку можна використовувати в формі коричного масла, диспергованого на твердій підкладці, наприклад полімерних гранулах. Такий одорант є комерційно доступним, наприклад випускається компанією Horizon Chemical, Newark, Del. (каталожний номер 2620). Фахівець може легко знайти і використовувати інші відповідні одоранти, що не впливають шкідливим чином на характеристики піни. Композиція також може містити деяку кількість модифікатора водневого показника, достатню для одержання концентрату, піноутворюючого розчину і піни з рН від прибл. 6,25 до прибл. 7, і більш переважно, близько 6,5. Як і інші описані інгредієнти, модифікатор водневого показника може бути легко знайдений фахівцем і доданий в сухій або в рідкій формі в описаній вище суміші. Відповідним модифікатором водневого показника є гідроксид амонію. Факультативно, можна додавати біоцид, для запобігання розкладанню суміші або концентрату бактеріями. Можна використовувати будь-яку кількість біоцидів, наприклад Kathon (Rohm and Haas, Co.), Nipacide BK, Nipacide BCP або Nipacide MX (Nipa Laboratories). Фахівець легко може визначити і підібрати відповідну кількість біоциду. При бажанні можна модифікувати характеристики потоку піни, додавши невелику кількість піноутворювача (foam booster), щоб деякі варіанти застосування здійснювалися більш плавно і більш ефективно, але без погіршення характеристик старіння. Відповідні піноутворювачі відомі і легко можуть бути підібрані фахівцями. Наприклад модифікатор може містити ефіри гліколю багато які з яких відомі фахівцям і прикладом яких є діетиленгліколь-монобутил-ефір. Згідно з одним аспектом даного винаходу пропонується суха суміш, яка при розбавленні може використовуватися для виробництва концентрату за даним винаходом. Альтернативно, суху суміш за даним винаходом можна розбавляти і використовувати безпосередньо для генерування піни за даним винаходом. Така суха суміш має різноманітні переваги. Наприклад суха суміш вимагає менших об'ємів для зберігання і витрати на її транспортування менше, ніж для розбавлених композицій. Суха суміш за даним винаходом містить описані вище компоненти. Гідролізат білка кератину присутній в кількості від прибл. 15% до прибл. 20% по вазі, і, більш бажано, прибл. 19% по вазі від суміші. Модифікований крохмаль присутній в кількість від прибл. 25% до прибл. 50% по вазі і, більш переважно, прибл. 30% по вазі. Компонент іонів двовалентного заліза присутній в кількості від прибл. 6% до прибл. 8% по вазі. Фахівці при необхідності можуть легко підібрати відповідні процентні співвідношення в залежності від джерела іонів двовалентного заліза. Наприклад коли джерелом є гептагідрат сульфату заліза, воно може бути присутнім в кількості від прибл. 30% до прибл. 40% по вазі і, більш переважно, прибл. 37% по вазі. По суті диспергатор присутній в сухій суміші в кількості від прибл. 10% до прибл. 15% по вазі. Кількість диспергатору, однак, можна легко регулювати в залежності від вибраної сполуки або сполук. Наприклад якщо в якості диспергатору використовується лігносульфонат амоній або лігносульфонат натрію, диспергатор переважно присутній в кількості прибл. 12% по вазі. Фахівці можуть легко визначити відповідні кількості описаних вище факультативних інгредієнтів сухої суміші за даним винаходом. Альтернативно, один або більше з цих факультативних компонентів, наприклад гліколеві ефіри, можна додавати за бажанням після розведення сухої суміші. Згідно з додатковим аспектом даного винаходу пропонується водний концентрат, який після розбавлення водою дає піноутворюючий розчин, корисний для генерування піни за даним винаходом. Компонент модифікованого крохмалю, при використанні у водному концентраті за даним винаходом, діє як захисний колоїд, який допомагає захищати компонент іонів двовалентного заліза від окислення при транспортуванні і зберіганні, навіть при контакті з атмосферним повітрям. Таким чином, концентрат за даним винаходом є стабільним і добре пристосованим до транспортування і зберігання у водній формі. Концентрат за даним винаходом містить як мінімум від прибл. 2% до прибл. 8% по вазі модифікованого крохмалю, як описано вище; від прибл. 1% до прибл. 4% по вазі іонів двовалентного заліза; і від прибл. 1% до прибл. 10% по вазі диспергатора і воду. Фахівці можуть легко підібрати ці співвідношення в залежності від джерела компонента. Компонентом іонів двовалентного заліза є гептагідрат сульфату заліза в кількості від прибл. 5% до прибл. 20% по вазі. Концентрат далі містить достатню кількість модифікатора водневого показника для того, щоб водневий показник концентрату становив від прибл. 6,5 до прибл. 7,0, а також інші бажані компоненти описані вище. 9 UA 99732 C2 5 10 15 Наприклад якщо в концентраті використовується одорант, він присутній в кількості до прибл. 1% по вазі, а біоцид присутній в кількості від прибл. 0,1% до прибл. 1,0% по вазі від концентрату. По суті, якщо в концентраті присутні будь-які піноутворювачі, їх кількість становить до прибл. 2% по вазі і, найбільш бажано, від прибл. 0,75% до прибл. 2% по вазі. Фахівці при необхідності легко можуть регулювати ці кількості. Для приготування піноутворюючого розчину суху суміш або, альтернативно, концентрат, розводять відповідною кількістю води. При бажанні, склад сухої суміші або концентрату можна регулювати згідно з мірою розбавлення, яка застосовується замовником при генеруванні піни за даним винаходом. По суті концентрат за даним винаходом для одержання піноутворюючого розчину, що має концентрацію діючих речовин від прибл. 1% до прибл. 5% по вазі і, переважно від прибл. 2% до прибл. 4% по вазі, розводиться в співвідношенні від 3 до 10 частин по вазі води на 1 частину по вазі концентрату. Фахівці легко можуть приготувати інші необхідні концентрації і розчини, використовуючи наведені діапазони і описані принципи. У одному варіанті концентрат за даним винаходом розбавляють в співвідношенні прибл. 6,5 частин води на 1 частину концентрату, одержуючи піноутворюючий розчин за даним винаходом. У іншому варіанті той же концентрат розбавляють в співвідношенні 3,75 частини води на 1 частину концентрату. Інший приклад композиції, яка може бути корисною в даному винаході, є суміш у воді, яка містить (А) сульфонат натрію загальної формули: 20 25 30 35 40 45 50 де R - алкільна, алкіленова або алкарильна група, яка містить від 10 до 20 атомів вуглецю, (В) карбонову кислоту R1 COOH, де R1 - алкільна група, яка містить від 8 до 30 атомів вуглецю; (С) гідроксид калію; (D) силікат калію, так, щоб співвідношення (С) і (D) вистачало для по суті повної нейтралізації для формування калійної солі (В), а співвідношення (В) і (А) давало молеве співвідношення більше, ніж 1:1 і до прибл. 2:1; (Е) не іонний, твердий органічний розчинний у воді матеріал, такий як сахароза або сечовина, і (F) гідроксильний розчинник для калійної солі (В). Якщо використовується жорстка вода, можна включити кондиціонер (G), наприклад триполіфосфат калію. Ця композиція утвориться внаслідок змішування компонентів з (А) по (F) включно у воді так, що в одержаній композиції ідентичність деяких з компонентів може бути загублена, наприклад внаслідок обміну іонами і нейтралізації. Компонент А є сульфонатом натрію, що має певну формулу. Він є поверхово-активним спінюючим агентом. Переважно, компонент А є альфаолефіновим сульфонатом натрію, який містить від 10 до 20 атомів вуглецю, особливо сумішшю, яка містить в принципі 14 і 16 атомів вуглецю. Карбонова кислота (компонент В) дає після нейтралізації до калійної солі мильний спінюючий агент. R є алкільною групою з прямим ланцюжком, що містить від 8 до 20 атомів вуглецю, особливо, стеаринової і пальмітинової кислотою. У такій суміші відносні пропорції стеаринової кислоти і пальмітинової кислоти можуть становити від прибл. 45% до прибл. 55% по вазі першої до прибл. 55% до прибл. 45% по вазі останньої, переважно, прибл. 50:50. Для формування необхідного вмісту іонів калію можна використовувати два джерела: компонент 3, гідроксид калію, і компонент D, силікат калію. Наприклад силікат необхідний для мінімізації випадання солі карбонової кислоти. Однак, якщо як джерело нейтралізуючих іонів калію використовується силікат калію, виникає випадання силікатного комплексу. Як указано вище, співвідношення С плюс D до карбонової кислоти (В) досить для по суті повної нейтралізації для утворення калійної солі карбонової кислоти (компонента В). Однак, пропорція С до D буде такою, щоб одержати від прибл. 50% до прибл. 90% калійної основи з гідроксиду калію (С) і від прибл. 50% до прибл. 10% калійної основи з силікату калію (В). Переважно молеве відношення становить 4 моль калійної основи з гідроксиду калію (С) до 1 моля калійної основи з силікату калію (D). Для підвищення міцності одержаної піни за рахунок збільшення вмісту твердих речовин без порушення іонної рівноваги композиції, можна вводити твердий не іонний розчинний у воді 10 UA 99732 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 матеріал, такий як сахароза або сечовина (компонент Е). Переважною є сахароза завдяки часу витримки, фізичним властивостям концентрату і міцності піни. В'язкість концентрату переважно становить 200-300 сантипуаз при 30°С, тому ним можна легко маніпулювати при зберіганні в резервуарах або при розбавленні. Тому в нього введений компонент F, розчинник солі калію карбонової кислоти (В). Звичайно це гідроксильний розчинник, такий як метиловий спирт, ізопропіловий спирт, етиленгліколь, пропіленгліколь, гліколеві ефіри і т.п. З них переважними є гліколеві ефіри, особливо етиленгліколь-монобутилефір і діетиленгліколь-монобутил-ефір, особливо останній. Твердість води, яка використовується для одержання композиції, як в концентрованій, так і в розбавленій формі, може впливати на стійкість і якість одержаної піни. Для того, щоб використовувати будь-яку воду різної жорсткості, що є з різних джерел, в композицію введений пом'якшувач, компонент G можна використовувати такі пом'якшувачі, як етилендіамінтетраоцтова кислота або фосфати калію, але переважним є відомий диспергатор триполіфосфат калію, оскільки він поліпшує фізичні характеристики концентрату. При підготовці концентрату пом'якшувач (G) переважно додають у воду відразу після додавання альфаоліфінсульфонату натрію (А). Вище було вказане співвідношення різних компонентів. По суті пропорції компонентів на безводній основі і в процентах по вазі на основі сумарної ваги компонентів з (А) по (F) включно, такі: (А) від прибл. 15% до прибл. 20%, переважне 18-19%, (В) від прибл. 25% до прибл. 35%, переважно, прибл. 30 32%, (С) від прибл. 2% до прибл. 8%, переважно, прибл. 5-6%, (D) від прибл. 2% до прибл. 5%, переважно, 3-4%, (Е) від прибл. 15% до прибл. 30%, переважне 2324%, і (F) від прибл. 10% до прибл. 15%, переважне 13-14%. У переважному концентраті триполіфосфат калію (G) також включений в кількості від прибл. 3% до прибл. 7%, переважно, прибл. 5-6%, на основі сумарної ваги компонентів A-G. Також згадувалося приготування композиції в формі концентрату з подальшим розбавленням водою, звичайно на місці використання, для генерування піни. Концентрат може мати концентрацію компонентів з А по F включно по масі на безводній основі від прибл. 10% до прибл. 40%, переважно, 23-31%, на основі сукупної ваги концентрату. Для генерування піни такий концентрат можна розводити приблизно 7-9 об'ємами води на 1 об'єм концентрату для одержання концентрації компонентів AF включно по вазі на безводній основі від 1 до 6%, переважно 3-4%, на основі сукупної ваги розбавленої композиції. Піна генерується з розведеної композиції шляхом перемішування в присутності газу, бажано інертного газу, такого як азот, як описано вище. Іншим прикладом піноутворюючої композиції, яку можна використовувати в зв'язку з способом, що пропонується, є тиксотропна композиція, яка містить поверхово-активну речовину на основі аніонного сульфонату або сульфату, жирну кислоту, тиксотропний загусник, полімер акрилової кислоти і основа. Така композиція факультативно містить пом'якшувач. Аніонними поверхнево-активними речовинами є алкіл, алкілен, алкаріл і алкілполіефірні сульфонати і сульфати, описані вище. Жирні кислоти це кислоти, що мають від 14 до 18 атомів вуглецю. Тиксотропними загусниками є загусники, що складаються з акрилової кислоти алкоксильованих метакрилатних ефірів і основами є алканоламіни. Компонент, що є жирною кислотою, працює в комбінації з поверхово-активною речовиною для створення спінюючої активності. До таких жирних кислот може відноситися будь-яка з жирних кислот, що мають від прибл. 8 до прибл. 30 атомів вуглецю. По суті, бажано застосовувати жирні кислоти, що містять 10-20 атомів вуглецю і, переважно, 14 18 атомів вуглецю. Типовими жирними кислотами, які бажано використовувати в даному винаході, є деканова кислота, лаурінова кислота, міристинова кислота, пальмітинова кислота і стеаринова кислота. Також в даному винаході можна використовувати комбінації жирних кислот, що мають вищезгадану кількість атомів вуглецю. Особливо переважною жирною кислотою є комерційний сорт стеаринової кислоти, який є сумішшю жирних кислот і, переважно сумішшю пальмітинової і стеаринової кислот. Жирна кислота присутня в композиції за даним винаходом в концентраціях щонайменше 5% і може бути присутня в кількостях до 30%, на основі сукупної сухої ваги композиції. Концентрація жирної кислоти переважно становить від 5% до 25% по вазі і, найбільш переважно в діапазоні 10-20% по вазі від сукупної сухої ваги композиції. Тиксотропний загусник присутній для придання композиції здатності створення тиксотропної піни, тобто, піни, яку можна легко прокачувати, але яка не тече або не дає значного провисання в стоячому положенні. По суті в даному винаході можна використовувати будь-який полімерний тиксотропний загусник, який є на ринку. Однак переважними тиксотропними загусниками є ті, які містять значну кількість акрилової структури і які розчинні у водних лужних розчинах. Відповідні 11 UA 99732 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 тиксотропні загусники включають співполімери акрилової кислоти і акрилових ефірів. Переважним акриловим полімерним загусником є співполімер акрилової кислоти і метакрилового ефіру, такого як алкоксольованого метакрилового ефіру. Найбільш переважними тиксотропними загусником є загусник, який містять акрилову кислоту і етоксильовані метакрилові ефіри, в якому ефірний компонент має прибл. 12 30 етоксильних груп, а етоксильний зв'язок закінчується алкільною групою, яка має 12 20 атомів вуглецю. Молярне відношення одиниць акрилової кислоти до одиниць етоксильованого метакрилового ефіру в таких композиціях бажано становить 6-10:1. Комерційно доступним тиксотропним загусником, відповідним вищенаведеному опису, є Acrycol™ISC-l. Тиксотропний загусник присутній в композиціях за даним винаходом у відносно високих концентраціях. Він може становити щонайменше 5% і аж до 25% по вазі на основі сукупної сухої ваги композиції. У переважних варіантах даного винаходу тиксотропний загусник присутній в кількості 10-20% по вазі на основі сукупної сухої ваги композиції. Композиції можуть містити полімер акрилової кислоти. Хоча функції і спосіб роботи цього компонента на цілком зрозумілі, виявляється, що полімер акрилової кислоти служить технологічною добавкою і дозволяє ввести дуже високі концентрації тиксотропного загусника до складу композиції без утворення гелю. Переважними полімерами акрилової кислоти є гомополімер акрилової кислоти і співполімери акрилової кислоти в яких основною складовою є акрилова кислота. У даному винаході знаходять відповідне застосування поліакрилової кислоти, що мають середню молекулярну вагу, тобто молекулярна вага в діапазоні від 30000 до 100000, визначений середньозваженим способом, і, переважно, в діапазоні прибл. 40000-70000. Найбільш переважними поліакриловими кислотами є ті з них, які мають середню молекулярну вагу в діапазоні прибл. 50000-60000. Полімер акрилової кислоти по суті присутній в концентрації прибл. 5-20% і переважне 5-15% по вазі на основі сукупної сухої ваги композиції. Основа, присутня в композиції також грає свою роль. Оскільки компоненти за даним винаходом працюють в лужному середовищі, бажано, додати достатню кількість основи для нейтралізації кислих компонентів, тобто, кислу функцію жирних кислот, тиксотропного загусника і полімеру акрилової кислоти. Основа може бути розчинною у воді основою, яка не впливає шкідливим чином на експлуатаційні характеристики композиції. Відповідними основами є розчинні у воді одновалентні основи, включно гідроксиди лужних металів, гідроксид амонію, аміни і алканоламіни. Корисні основи включають гідроксид натрію, гідроксид калію, гідроксид літію, гідроксид амонію, первинні, вторинні і третинні аміни, в яких алкільні групи мають 1-3 атоми вуглецю, і моно-, ди- і триалканоламіни з 2-3 атомами вуглецю в кожній алканольній групі. Приклади відповідних амінів включають метиламін, діетиламін, триетиламін, ізопропіламін, бутиламін та ін. Приклади алканоламінів, корисних в даному винаході, включають діетаноламін, триетаноламін, моноізопропаноламін та ін. У даному винаході також можна використовувати суміші цих сполук. Відповідними основами для використання в даному винаході є амоній і нижчі алканоламіни, такі як моно-, ди- і триетаноламіни. Наприклад відповідна основа включає триетаноламін і суміш, яка містить 75-95% по вазі триетаноламіну і 5-25% по вазі діетаноламіну. Основа по суті присутня в кількості, достатній для нейтралізації всіх кислих компонентів складу і підвищує водневий показник композиції до величини щонайменше прибл. 7,5 і, переважно, до величини прибл. 8-10. Вода, що є для розбавлення піноутворюючих концентратів, часто буває жорсткою через присутність солей кальцію і магнію. У цьому випадку може бути бажаним включити в композицію пом'якшувачі, щоб регулювати жорсткість води. Хоча можна використовувати будь-який звичайний пом'якшувач, було виявлено, що для використання в композиції за даним винаходом найбільш придатні поліфосфатні солі. Переважними поліфосфатними солями є поліфосфатні солі лужних металів і амонію. Особливо переважним пом'якшувачем є триполіфосфат калію, оскільки він здатний працювати при низьких температурах, наприклад що зустрічаються при роботі з холодною водою в зимових умовах. Кількість пом'якшувача води залежить від жорсткості води, що використовується для одержання піни. Пом'якшувач по суті присутній в кількості, достатній для відповідного усунення жорсткості води. При виробництві концентрату звичайно переважно уникати включення до складу надмірно великих кількостей води, оскільки це приводить до зростання витрат на зберігання і транспортування. У концентрованих складах вода по суті присутня в кількості 40-90% від сукупної ваги концентрату. При розбавленні концентрату для використання для генерування піни, в концентрат додають достатню кількість води, щоб одержати композицію, що бажано містить від 95% до 99% води і від 1% до 5% інших компонентів. 12 UA 99732 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Піноутворюючі композиції за даним винаходом можна приготувати як концентрати, і змішувати їх з водою для застосування. Кваплення здійснюється шляхом з'єднання концентрату з водою в циркуляційній системі, і в примусовому пропущенні суміші через трубопровід, що має невелику площу перерізу, з відносно високою лінійною швидкістю. Щоб уникнути передчасного піноутворення, суміш випускають з трубопроводу з малою площею перерізу в трубопровід, що має збільшену площу перерізу, тим самим знижуючи швидкість потоку перед повторним введенням в основний об'єм води, що знаходиться в змішуючій посудині. Піноутворюючими композиціями, корисними в даному винаході, може бути будь-яка з множини типів пористих спінених смол. Типовими смолами, які можна пінити, є стирол, акрилонітрилбутадієнстирол, поліолефіни, фенольні смоли, силікони, уретани і вініл. Цей перелік, зрозуміло не є обмежуючим і наведений просто для ілюстрації. Описи смол, що піняться широко представлені в літературі; зокрема, в 1970-1971 Modern Plastics Encyclopedia, починаючи зі ст. 272. Два інших типи смоли, що представляють інтерес, це ізоцинурати (описані в патенті США № 3,814,659) і карбодіїміди (описані в патентах США №№ 3,502,722 і 3,891,578). Можна використовувати спінені смоли як із закритими, так і з відкритими порами. Беручи до уваги знання фахівців і численні джерела в літературі, більш докладного опису інших смол не потрібно. Кожна з піноутворюючих композицій, описаних вище, може містити агент, що видаляє або регулюючий вміст сірководню. Таким агентом для видалення або регулювання сірководню може бути сполука заліза, наприклад іон тривалентного або двовалентного заліза, координований з аніонним лігандом, наприклад поліамінокарбоновою кислотою, наприклад гідролізат білка, що є компонентом піни, етилендіамінтетраоцтова кислота, гідроксіетилетилендіамінтетраоцтова кислота, діетилентриамінпентаоцтова кислота, або нітрилотриоцтова кислота. Можна також використовувати інші агенти, регулюючі вміст сірководню, такі як азотні основи (аміни). Хоча вище були описані деякі піноутворюючі композиції, вважається, що існують і інші піноутворюючі композиції які можуть бути корисними для реалізації способів за даним винаходом. Інші піноутворюючі композиції повинні бути такими, щоб їх можна було легко постачати, вони повинні мати досить тривалий час витримки, вони повинні мати достатню міцність, щоб піна покривала вертикальні (і по суті вертикальні) поверхні матеріалу виробленого простору або ущільнюючого матеріалу, вони повинні в достатній мірі витримувати переважаючі умови навколишнього середовища протягом відповідного періоду часу, і повинні утворювати достатній бар'єр для потоку газу. У даному винаході також передбачається використання вищеописаної піни для захисту від вибуху. У цьому випадку піну можна доставляти в зони, розташовані поруч із захисними структурами, наприклад шахтними ущільненнями, для забезпечення фізичного розділення небажаних газів, що виникли внаслідок вибуху, від захисної структури. Передбачається, що наявність піни в таких місцях може знижувати вибухове навантаження на захисну структуру шляхом зниження тиску вибуху. Нижче наводяться не обмежуючі приклади даного винаходу. Приклад 1 Квершлаг заповнювався ущільненням в формі панелі Кеннеді без дверей для створення порожнього простору об'ємом прибл. 4000 куб. футів (113,2674 куб. м). За допомогою газоподібного азоту утворювали піноутворюючу композицію за даним винаходом, яку нагнітали в порожній простір. Рівень кисню в головному просторі вимірювали під час операції заповнення і по мірі руйнування піни. На початку заповнення вміст кисню, як і очікувалося, становило 21%. Коли порожній простір був заповнений піною прибл. на 80%, вміст кисню знизився до прибл. 10%, а коли порожнина була заповнена, вміст кисню знизився до прибл. 0%. Через 200 годин, в порожньому просторі ще зберігалося прибл. 50% первинного об'єму піни. Приклад 2 Далі досліджується застосування піни за даним винаходом на головному штреку. Барометричний тиск протягом даного періоду часу змінюється, що є типовим, тому на протязі повної доби відбувається зміна від максимуму до мінімуму, що на місці випробувань відбувалося між 08:00 і 11:00, і між 15:00 і 19:00 відповідно. У результаті, об'єм метану в шахті типово падає із збільшенням барометричного тиску і навпаки. Типово, об'єм азоту безперервно пропускається від головного штреку до хвостового штреку в кількості, що залежить від барометричного тиску, для зниження кількості кисню, що проходить крізь ущільнення. Піну подавали окремими операціями на головному штреку, починаючи з 09:30, коли барометричний тиск був близьким до максимального. Вміст метану вимірювали на ISO (хвостовий штрек). Як показано на фіг. 6, незважаючи на те, що барометр почав відмовляти прибл. в 10:00, потік азоту продовжувався до прибл. 12:30. До цього часу датчик метану ISO 13 UA 99732 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 показував збільшення, і у відповідь на подачу азоту починав показувати зменшення. Видно, що потік азоту був досить великий для домінування в потоці і при масовому транспортуванні на датчику ISO, і ніякого впливу подачі піни на головний штрек не виявляється. Однак, після зменшення потоку азоту і додання піни в 16:00 і прибл. в 18:00, видно, що датчик ISO майже негайно зареєстрував зменшення метану на прибл. 0,6% і незалежно від положення зрізання (що іменується щитом, де ріжучі головки знаходяться на одному кінці або на іншому, коли відкладені точки знаходяться на максимумі або на мінімумі). На фіг. 7 показані ті ж дані, за винятком того, що використовувалася подовжена абсциса. Приклад 3 На фіг. 8 і 9 показується порівняльний день, коли піна не застосовувалася, і подальший день, коли піну наносили і в головний штрек і в хвостовий штрек, відповідно. Як показано на фіг. 8, потік азоту зберігався дуже довго і рівень метану підвищився. Видно, також, що барометричний тиск знизився, напр., прибл. в 18:00, рівень метану підвищився, навіть коли гірські роботи не проводилися. На фіг. 9 показано, що застосування піни і на головному штреку і на хвостовому штреку дає виражений ефект на рівень метану, навіть при падінні барометричного тиску, тобто, між прибл. 12:00 і прибл. 5:30, коли почалися гірські роботи. Більш того видно, що рівень метану залишався відносно постійним, навіть після початку гірських робіт і припинення подачі піни, що свідчить про те, що час витримки піни достатній для створення бар'єра потоку газу і для зниження рівня метану. Приклад 4 Як показано на фіг. 10 і 11, де фіг. 11 стосується тієї ж дати, але має подовжену абсцису, протягом всього дня нагніталася дуже невелика кількість азоту. Піна подавалася в головний штрек (HG) з 02:30, і подача продовжувалася з часовими інтервалами до прибл. 11:30. Додатково, піна подавалася на хвостовий штрек (TG) починаючи прибл. з 04:30 і подача продовжувалася з часовими інтервалами до прибл. 11:30. Видно, що коли піна подавалася і в головний штрек, і в хвостовий штрек, рівень метану був знижений. Несподівано, під час досить активних гірських робіт, у відсутності азоту, у відсутності подачі піни і при падінні барометричного тиску, рівень метану залишався низьким, нижче гранично допустимих норм. Це демонструє позитивні результати, досягнуті за допомогою даного винаходу. Хоча даний винахід був описаний з посиланнями на конкретні варіанти, потрібно розуміти, що даний винахід передбачає і інші варіанти застосування і способи. З даного опису фахівцям будуть очевидні інші варіанти даного винаходу. Таким чином, теперішній час опису повинен вважатися ілюстративним, а не що обмежується конкретними описаними варіантами. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб збільшення опору потоку газу в шахті, яка має множину входів головного штреку і входів хвостового штреку, утворених переривчастими опорами, згідно з яким вирубують із вибою шахти матеріал, використовуючи коротковибійний виїмковий комбайн або довговибійний виїмковий комбайн для створення порожнього простору і виробленого простору позаду комбайна, і подають пінотвірну композицію в порожній простір або вироблений простір від одного з групи елементів, в яку входять машина для виймання ціликів, частина коротковибійного виїмкового комбайна, частина довговибійного виїмкового комбайна і частина машини для виймання ціликів, при цьому вміст метану в хвостовому штреку знижують на щонайменше 0,1 мас. %. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що додатково подають піну через форсунку, встановлену на одному з групи елементів, в яку входять коротковибійний виїмковий комбайн, довговибійний виїмковий комбайн, машина для виймання ціликів, частина коротковибійного виїмкового комбайна, частина довговибійного виїмкового комбайна, частина машини для виймання ціликів. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що піна розширюється щонайменше в частині порожнього простору. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що порожній простір включає в себе вироблений простір. 5. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що порожній простір примикає до активної зони виробки. 6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для спінення пінотвірної композиції застосовують газ з низьким вмістом кисню. 7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для спінення пінотвірної композиції використовують газ, який містить азот. 14 UA 99732 C2 5 10 15 20 8. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що пінотвірну композицію подають з форсунки, прикріпленої до коротковибійного виїмкового комбайна або довговибійного виїмкового комбайна. 9. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що додатково встановлюють ущільнення на частині головного штреку або хвостового штреку. 10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що додатково забезпечують піну під час видобування корисних копалин. 11. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що піну подають в такій кількості, що вміст метану в хвостовому штреку знижується на від приблизно 0,1 мас. % до приблизно 1 мас. %. 12. Спосіб збільшення опору потоку газу в шахті, яка має множину входів головного штреку і входів хвостового штреку, утворених переривчастими опорами, згідно з яким вирубують із вибою шахти матеріал, використовуючи коротковибійний виїмковий комбайн або довговибійний виїмковий комбайн для створення порожнього простору і виробленого простору позаду комбайна, причому під час видобування корисних копалин пропускають азот з головного штреку в головний штрек, і подають пінотвірну композицію в порожній простір або вироблений простір від одного з групи елементів, в яку входять машина для виймання ціликів, частина коротковибійного виїмкового комбайна, частина довговибійного виїмкового комбайна і частина машини для виймання ціликів, при цьому вміст метану в хвостовому штреку знижують на щонайменше 0,1 мас. %. 13. Спосіб за п. 12, який відрізняється тим, що піну подають в такій кількості, що вміст метану в хвостовому штреку знижується на від приблизно 0,1 мас. % до приблизно 1 мас. %. 15 UA 99732 C2 16 UA 99732 C2 17 UA 99732 C2 18 UA 99732 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 19