Спосіб створення водорозпилювальних завіс при вибухових роботах у вугільних шахтах

Изобретение относится к буровзрывному делу и может быть использовано при проведении взрывных работ в угольных шахтах, преимущественно опасных по взрыву метана и угольной пыли. Водораспылительные завесы создаются путем диспергирования воды взрывом заряда ВВ при взрывных работах в шахтах и предназначены для предотвращения воспламенения и взрыва метана и угольной пыли. Кроме того, применение таких завес позволяет примерно в два раза снизить запыленность воздуха в призабойном пространстве после взрывания шпуровых зарядов, а также допускает дробление крупных кусков породы взрывным способом [1]. Основным недостатком известного способа создания водораспылительных завес, является необходимость использования большого количества воды. Экспериментально установлено, что развитие взрыва прекращается при наличии во взрывоопасной рудничной атмосфере диспергированной воды в количестве около 0,3 кг на 1 м объема, а удельный расход воды в завесе принимается не менее 8 кг на 1 м площади поперечного сечения выработки вчерне. Физически затруднительна установка (подвеска) полиэтиленовых мешков с водой большой емкости (40 - 50 л). Другой существенный недостаток известного способа состоит в том, что при его использовании по существу используется лишь один механизм предотвращения воспламенения и взрыва метана и угольной пыли, а именно - отвод тепла из-за высокой теплоемкости тонкодиспергированной воды. Поэтому известны попытки введения в воду добавок, улучшающих ее качество. Например, в воду рекомендуется добавлять смачиватель ДБ в количестве 0,01 % по объему [2]. Общими признаками прототипа и заявляемого технического решения являются следующие: - введение в состав воды целевой добавки; - распыление воды с добавкой взрывом заряда ВВ. Однако при больших объемах используемой воды требуются большие количества реагента ДБ, кстати, дефицитного и относительно дорогостоящего. Кроме того, наличие смачивателя улучшает лишь осаждение угольной пыли после взрыва, практически не меняя плазмезащитных свойств диспергированной воды (хотя и способствуя в какой-то мере процессу диспергации). В свете перечисленных выше недостатков известных технических решений авторами решается задача резкого уменьшения количества используемой для создания во-дфраслылительных завес воды, расширения комплекса механизмов огнезащиты при использовании этих завес и улучшения пылеподавления. Кроме того, решается задача длительного профилактического огнезащитного воздействия продуктов водораспылительных завес на горные выработки. Предложенный способ создания водо-распылительных завес при взрывных работах в угольных шахтах включает диспергирование воды (с добавкой) взрывом заряда ВВ. Поставленные выше задачи решаются тем, что в качестве воды с добавкой используют подземную рассольную воду хлоридного типа со следующим содержанием компонентов, мас.%: Сразу же отметим, что указанные рассольные воды практически безвредны для здоровья человека (как продукт естественной среды). Об этом свидетельствует вся мировая практика добычи нефти и газа; для нефтегазодобывающей промышленности рассольные воды хлористого типа - неизбежный попутный продукт (на многих площадях на 1 τ добытой нефти приходится 3 -4 τ рассольных вод; по нашим подсчетам в мире ежегодно из недр земли извлекается около 5 млрд. м таких вод). Более того, во многих случаях эти воды используются для получения питьевых минеральных, а также в бальнеологических целях. Способ предполагает простой прием: в качестве воды с солевой добавкой используют подземную рассольную воду хлоридного типа, при этом наиболее эффективными являются составы №№ 4 и 5 (табл. 1). Эту воду разливают в полиэтиленовые мешки емкостью 20 - 25 и 40 - 50 л. В мешках размещают также патроны ПВП-І-У или угленита Э-б соответственно массой 100 и 200 г. Мешки размещают в горных выработках (на почве, у боковых стенок, на специальных полках или в подвешенном состоянии) и осуществляют взрывание совместно со шпуровыми зарядами предохранительными ЭД мгновенного действия, соединенными в общую электровзрывную сеть. Для доказательства достижения более высокого технического результата, чем в аналоге и прототипе, авторами рассматривалось пять вариантов составов рассольных вод (при граничных, средних и промежуточных содержаниях компонентов). Количественная характеристика этих составов дана в таблице 1. В качестве состава, полученного способом-прототипом, принята водопроводная вода с добавкой смачивателя ДБ в количестве 0,01 % по объему. Примечание к таблице 1: вариант 5 весьма редок, так как рассольные воды с предельной концентрацией солей 600 - 620 г/л встречаются лишь в некоторых нефтегазоносных бассейнах (Кембрийские отложения Иркутского амфитеатра, юрские отложения Средней Азии и др.). Но все же они встречаются, и это обстоятельство необходимо было учитывать. Внешним свойством любого пламегасительного состава является период индукции (таблица 2). Под этим термином понимается способность состава замедлять воспламенение метановоздушной смеси, т. е. любой пламегаситель рассматривается как отрицательный катализатор. Для сравнительного анализа приняты хлориды металлов, применяемые при изготовлении предохранительных В В и патронов, а также сухой остаток, полученный выпариванием состава, приведенных в таблице 1. Из рассмотрения данных, приведенных в таблице 2, видно, что по способности замедлять вспышку метановоздушной смеси все пять вариантов предложенных составов превышают такой эффективный пламегаситель как хлористый калий. Это может быть объяснено присутствием в составах, прежде всего, бромистых и йодистых солей. Это обстоятельство позволяет резко снизить количество водных растворов, используемых для формирования водораспылительных завес (таблица 3). Механизм пламегашения в результате использования заявленного способа не ограничивается только отводом тепла за счет высокой теплоемкости диспергированной воды - главное здесь - обрыв цепей горенця на поверхности выделившихся аэрозольных частиц солей, а также ингибиторами (бромом, йодом и бором). Предложенные растворы также более эффективны в аспекте пылеподавления, что обусловлено высокой гигроскопичностью и смачивающей способностью солей, входящих в состав этих растворов (таблица 4). После создания водораспылительных завес заявляемым способом осевшая угольная пыль длительное время сохраняет свойство гигроскопичности и практически теряет способность воспламенения (из-за ее увлажнения и наличия в поровом пространстве и на поверхности частиц солевых ингибиторов горения). Составы, необходимые для реализации предложенного способа недефицитны и общедоступны. Достаточно указать, что только НГДУ "Полтаванефтегаз" может ежегодно составлять до 3 млн. м3 рассольных вод хлоридного типа, что покрывает потребность всех угольных шахт Украины.