Порошковий склад для приборкання вибухів метано-повітряної суміші в вугільних шахтах

Изобретение относится к средствам обеспечения безопасности взрывных и проходческих работ в угольных шахтах, а именно, к химически активным порошковым ингибиторам взрыва пыле-метано-воздушных смесей. В зависимости от конкретного назначения порошкового состава к нему предъявляют разные требования по эксплуатационным свойствам, динамике распыления, времени жизни ингибирующего облака, частичной концентрации ингибитора в нем, эффекта осланцевания, поглощения вредных газов и др. Но, непременным общим свойством является ингибирующая способности которая характеризуется эффективной концентрацией порошка и представляет собой количество порошка, необходимое и достаточное для надежного ингибирования единицы объема (г/м3) взрывоопасной среды. Наиболее жесткие требования практически по всем параметрам предъявляются к порошковым ингибиторам, предназначенным для использования в призабойном пространстве при ведении взрывных работ. Так как при этом складывается ситуация, в которой с наибольшей вероятностью возможно одновременное присутствие всех факторов, необходимых и достаточных для возникновения взрыва. Усугубляется такая ситуация неизбежным присутствием различного количества угольной пыли. Для предотвращения и подавления взрывов в угольных шахтах известно применение карбамида (1). Составы на основе карбамида имеют удовлетворительную эффективность по ингибированию пыле-метановоздушной смеси, что имеет определяющее значение при подавлении слаборазвитых взрывов в угольных шахтах. Недостатком карбамида и композиций на его основе является низкая способность образования аэрозольного облака (ухудшенная динамика распыления), низкая его устойчивость, неравномерность распределения частиц в нем, короткое время жизни облака. Известный состав для подавления взрывов в шахтах (2), содержащий карбамид 50,0-84,5%, хлорид калия 15,0-45,0%, гидрофобизирующую добавку 0,5-5,0% (например аэросил), по подавлению взрывов пыле-метановоздушной смеси оказался эффективнее инертной пыли в 7,3 раза, или почти в 2 раза чистого карбамида. Однако способность образования аэрозольного облака, его активность, плотность, устойчивость этого облака являются недостаточными для надежной взрывозащиты в жестких условиях, например, в призабойном пространстве при ведении взрывных работ по принципу предварительной флегматизации взрывоопасной среды. Наиболее близкой является взрывоподавляющая порошковая композиция (3), содержащая 45-55% отходов производства хлорида кальция, представляющих собой смесь 91,0-98,0% хлорида натрия, 1,5-6,5% хлорида кальция и 0,5-2,5% карбоната кальция, смесь поверхностно-активных веществ, в состав которой входит 0,1-0,2% сульфанола, 0,05-0,1% алкилсульфатов вторичных жирных спиртов и 0,01-0,02% моноэтаноламидов синтетических жирных С10-С16-кислот и остальное - карбонат кальция. Данная порошковая композиция обеспечивает хорошую динамику распыления при взрывном способе постановки предохранительных завес - в течение менее 15мс образовывает стабильное аэрозольное, активное облако, устойчивое и сохраняющее активность, способную предупредить воспламенение взрывоопасной среды в призабойном пространстве, порядка 100мс, и позволяет получить высокоэффективный забоечный материал. Однако, композиция, несмотря на достаточную взрывоподавляющую эффективность, не обеспечивает взрывозащиту по сети горных выработок из-за физико-химических свойств ингибитора - порошка, которым снабжены автоматические системы взрывоподавления, находящиеся в рабочих зонах горных выработок в режиме "ожидания", и работающие по единственно приемлемому, в условиях присутствия рабочих, принципу принудительного распыления энергией газообразных продуктов газогенерирующих зарядов, например, пороховых, или инертных газов, находящихся до срабатывания системы, под давлением. Кроме того, состав по прототипу характеризуется сложностью технологии его получения: необходимостью строго выдерживать в небольшом диапазоне незначительные количества трех компонентов ПАВ, т.к. отклонения от диапазона содержания компонентов ПАВ в сторону увеличения или уменьшения ведет к изменению на противоположные, поверхностных свойств частичек порошка ингибитора, что резко ухудшает его эксплуатационные свойства: слеживаемость, влагопоглощение, а следовательно, ингибирующую и взрывоподавляющую эффективность. Наличие в композиции порошка до 50% хлористого натрия придает составу коррозионно-агрессивные свойства, что особенно опасно в рабочих шахтных условиях 100% влажности и высоких температурах (до 50°С) при применении порошка при взрывозащите по сети горных выработок, где находятся металлические конструкции, машины и механизмы. Задачей изобретения является создание порошкового состава для подавления взрывов метано-воздушной смеси в угольных шахтах, который, путем изменения качественного состава и количественного содержания компонентов, обеспечивал бы повышение эффективности взрывоподавления при одновременном упрощении процесса получения композиции. Поставленная задача достигается тем, что в известном составе, содержащем хлорид щелочного металла, карбонат кальция и поверхностно-активное вещество, согласно изобретению, в качестве хлорида щелочного металла используют хлорид калия, а в качестве ПАВ - оксиэтилированный моноалкилфенол на основе тримера пропилена (неонол), при следующем соотношении компонентов: хлорид калия 5,0-35,0 оксиэтилированный моноалкилфенол на основе тримера пропилена (неонол) 0,1-0,5 карбонат кальция остальное Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. Предварительно просушенные 60кг хлористого калия и 189кг карбоната кальция размалывают в шаровой вибромельнице в течение 15мин. В полученный состав вводят 0,2кг ПАВ-неоонола и размалывают еще 2 минуты. Аналогичным способом было подготовлено 13 смесей ингредиентов в соотношениях (в вес.% и кг), приведенных в таблице, согласно примерам 1-13. Для сравнения был взят промышленно изготовленный состав по прототипу (пример 14) и традиционно применяемая инертная пыль (пример 15). Полученные в соответствии с примерами образцы взрывоподавляющих составов были испытаны на лабораторной установке по определению ингибирующей эффективности, на экспериментальной штольне "Гранит" (г. Донецк) по определению эффективности предварительной флегматизации в предохранительных завесах. Также были определены наиболее важные эксплуатационные характеристики - влагопоглощение и слеживаемость (г/см3). Результаты испытаний сведены в таблицу. Как следует из таблицы, заявляемый состав в указанных в формуле изобретения соотношениях ингредиентов по всем контролируемым параметрам значительно превосходит как прототип, так и традиционно применяемый порошковый состав инертной пыли. Обусловлено это тем, что композиция активной основы с группой ПАВ по прототипу приобретает такие структурно-механические свойства, которые резко снижают способность порошкового состава к аэрозолеобразованию (при диспергировании на стадии его получения, что проявляется в применении порошка при распылении его сжатым газом). А так как эти испытания моделируют взрывоподавление метано-воздушной смеси в начальной стадии взрыва, то, следовательно, состав по прототипу, как и подтвердили промышленные испытания, не применим для взрывозащиты по сети горных выработок, так как при распылении его из устройства взрывозащиты сжатым газом не обеспечивается получение аэрозольного облака с плотностью и концентрацией частиц ингибитора достаточными для обрыва цепных реакций слабого взрыва. Данный же состав при испытаниях по этой же методике показал достаточно высокую ингибирующую эффективность (порядка 50г/м3), что более чем в 3 раза превосходит традиционно применяемую инертную пыль. Это свидетельствует о том, что состав имеет высокую способность к аэрозолеобразованию. Состав по примерам 2,5 и 6 был испытан в особо жестких условиях, когда время предварения (время между распылениями ингибитора, т.е. созданием предохранительной завесы и поджигом взрывоопасной метановоздушной среды, т.е. началом взрыва) составляет 30мс, 2с, 30с. при концентрации ингибитора порядка 250-300г/м. 30мс -это минимальное время, необходимое и достаточное для образования взрывозащитного облака. Через 30мс такое облако уже образуется и взрыв даже при поджиге метановоздушной, смеси не возникает или локализуется и подавляется в момент ее поджига. Дальнейшие испытания показывают, что при поджиге зафлегматизированной взрывоопасной смеси через 2 сек, 30 сек. взрыв также не регистрируется, т.е. в течение этого времени образованное взрывопредохранительное облако сохраняет все необходимые параметры для предотвращения возникновения взрыва. И только при поджиге взрывоопасной смеси через 5мин. после распыления ингибитора наблюдается по осциллограммах прохождение слабого взрыва. Это свидетельствует о таком длительном времени жизни взрывопредохранительного облака: т.е. сохранении им флегматизирующей активности и геометрических параметров на столь длительный период. В то время,как состав по прототипу обеспечивает взрывозащиту во взрывоопасной среде через 30мс при концентрации ингибитора порядка 400г/м3 против 250-300г/м3 заявляемого ингибитора. Как следует из анализа данных по эксплуатационным свойствам образцы данного состава в оптимальном диапазоне концентраций имеют показатель влагопоглощения примерно в 2 раза ниже, чем образцы по прототипу (4,5% против 9,0%). По слеживаемости образцы заявляемого состава в оптимальном диапазоне концентраций компонентов имеют значения в 4,5 раза ниже, чем у прототипа (1,8-1,9г против 9,5г). Как показывают сравнительные испытания порошковый состав в данном диапазоне концентраций имеет оптимальные значения контролируемых параметров и выгодно отличается от прототипа. Увеличение, например, количества хлорида калия (более 30%) приводит к резкому снижению времени жизни (активности) взрывопредохранительного облака, т.к. он обладает высокой константой коагуляции частиц в аэрозольном облаке. Уменьшение количества хлорида калия (менее 5,0%) уменьшает резко ингибирующую (флегматизирующую) эффективность. Оптимальный диапазон концентрации ПАВ - неонола помимо экспериментального подтверждения, объясняется тем, что при содержании его более 0,5% визуально наблюдается эффект комкования порошка, минимальный предел выбран по технологичности производства: количество неонола менее 0,1% неравномерно распределяется по массе порошка, что затрудняется еще и его адсорбцией мелом. Наиболее технологичным и эффективным является состав, содержащий 10% хлорида калия, 0,1% неонола, 89,9% карбоната кальция. Таким образом, ингибирующий порошковый состав в данном диапазоне концентраций имеет одновременно высокую ингибирующую эффективность по подавлению взрывов метановоздушных смесей и флегматизирующую эффективность по предотвращению возникновения взрывов во взрывоопасной среде при неизбежном его инициировании. Состав более простой композиционно, значительно менее коррозионно-агрессивный, более технологичный в изготовлении открывает возможности использования отходов производства.