Спосіб одержання забивки при вибухових роботах у вугільних шахтах

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано при проходке горных выработок. Забойка шпуров в значительной мере предотвращает потери энергии в процессе детонации заряда В В, обеспечивает полноту детонации и дает возможность максимально использовать потенциальную энергию взрыва, способствует увеличению длительности воздействия продуктов детонации на стенки шпура, импульсы взрыва и, как следствие, улучшению дробления породы и коэффициента использования шпуров, уменьшает дальность разлета кусков породы, ослабляет воздушную ударную волну. Поэтому в шахтах, опасных по взрыву метана или угольной пыли, применение забойки обязательно. Наиболее близким по технической сущности является способ получения забойки из плотной смеси глины с крупнозернистым песком (состоящей из трех частей глины и одной части песка) в зависимости от влажности глины для изготовления песчано-глиняный смеси добавляют 15-18% воды [1]. Однако применение этой забойки ограничено горно-геологическими условиями угольных шахт, а ее использование лишь незначительно повышает работоспособность ВВ. Кроме того, при заблаговременном машинном изготовлении песчано-глиняных пыжей они быстро высыхают, что резко снижает эффективность забойки. Заявляемое изобретение решает задачу повышения, эффективности использования забойки на основе песчано-глиняного материала и воды, расширяет возможности ее использования в угольных шахтах (в том числе опасных по газу и угольной пыли), а также улучшает ее эксплуатационные свойства, в частности, делая забоечный материал более гигроскопичным и предохраняя от быстрого высыхания песчано-глинистые пыжи. Отличительными признаками способа являются следующие: перед получением смеси глину обезвоживают до твердой консистенции, а после получения смеси ее перемешивают с водой до тугопластичной консистенции, причем в качестве воды используют подземную соленую воду хлоридного типа с минерализацией от 230 до 325 г/л. Все отличительные признаки предлагаемого способа являются существенными, так как именно они влияют на достигаемый технический результат, что показано ниже. Все глинистые породы обладают естественной влажностью, величина которой достигает 25 - 40% и выше. Эта особенность глинистых пород приводит к тому, что при перемешивании глины с песком смесь "принимает" весьма небольшое количество воды (не более 15 - 20%). Однако для решения поставленной задачи необходимо, чтобы забоечный материал "принимал" как можно большее количество подземной соленой воды хлоридного типа. Это обеспечивается тем, что перед получением смеси глину обезвоживают до твердой консистенции. . Дальнейшее обезвоживание глины нецелесообразно, так как связано со значительными энергозатратами. Обезвоживание глины осуществляют высушиванием в естественных условиях или при незначительном подогреве. При этом влажность глины снижается в 1,5 - 2 раза (до 15 - 25%), т. е. песчано-глинистая смесь при ее перемешивании с водой будет способна "принять" уже 15 - 20%, а вдвое больше подземной соленой воды хлоридного типа. Добавление этой воды осуществляют до получения тугопластичной консистенции. Такая консистенция обеспечивает максимальную плотность вещества забойки, герметичность шпура и хорошее сцепление забойки со стенками шпура. Дальнейшее повышение количества воды в забоечном материале переводит его в мягкопластичную консистенцию, что снижает механические характеристики забойки, и, как следствие, работоспособность ВВ. Консистенция глинистой породы может быть определена не только качественно, но и количественно. Состояние глинистой породы в числовом выражении характеризуется показателем консистенции В, определяемым по зависимости: ω- влажность породы, мас.% PL- предел пластичности, мас.% При этом под пределом пластичности (или под границей раскатывания) подразумевается та влажность, при которой шпуры толщиной 3 мм, стандартным образом приготовленные из глины раскатыванием, начинают распадаться на куски. По показателю В глинистые породы делятся на твердые (В 1). В более детальном виде концентрация глинистых пород охарактеризована в таблице 1. Таким образом, перед получением смеси глину обезвоживают до величины показателя консистенции В < 0, а после получения смеси ее перемешивают с водой до величины показателя консистенции В = 0,25 - 0,50. Существенным является также и третий отличительный признак способа: в качестве воды используют подземную соленую воду хлоридного типа с минерализацией от 230 до 325 г/л. Такая вода способствует диспергации частиц породы (особенно наличие в воде больших количеств ионов натрия), что способствует уплотнению материала забойки. Преобладание в воде хлоридов щелочных и щелочно-земельных металлов резко повышает гигроскопичность глины, и песчано-глинистые пыжи не высыхают даже при длительном их хранении. Наконец, забойка с добавкой подземной соленой воды хлоридного типа характеризуется повышенными предохранительными свойствами, что обусловлено присутствием в нем таких сильных ингибиторов горения как хлориды металлов, бром, йод и др. Интервал минерализации 230 - 325 г/л определяется естественными причинами: именно в этом интервале наиболее часто встречаются воды хлоридного типа. Примеры рекомендуемых водных растворов (природных вод) приведены в таблицах 2, 3 и 4. Все эти природные воды находятся на территории Украины, однако подземные воды аналогичного состава известны и в других государствах СНГ (Подмосковье, Предуралье, Средняя Азия, юг Сибири и т. д.), а также в дальнем зарубежье (Мексиканский бассейн США, Северная Африка, Парижский бассейн, Румынское и Чешское Предкарпатье и т. д.). Приводим конкретный пример реализации способа. Для получения забойки берут природную глину, например, гидрослюдистого состава. Глину обезвоживают в сушильной печи до твердой консистенции (влажность не более 15 - 25%). Обезвоженную глину перемешивают с речным песком (средне- или крупнозернистым) в пропорции 3:1. В полученную смесь добавляют подземную хлористую воду, например, отобранную на Тимофеевской площади Днепровско-Донецкой впадины (ее минерализация 274 г/л, см. табл. 2, химический состав в табл. 3 и 4). Количество добавляемой воды примерно 150 - 200 г на 1 кг песчано-глинистой смеси. Увлажненную смесь перемешивают до пластичной консистенции и используют в качестве забойки. Влияние массы и материала забойки на эффективность взрыва подтверждено экспериментально (таблицы 5 и 6). Проведенные опыты показали, что минимальный объем расширения канала бомбы соответствует забойке из воды (без забойки объем расширения канала всего 319 сиг). При использовании забойки, полученной заявленным способом, работоспособность победита ВП-4 оказалась на 6 - 54 см3 выше по сравнению с лучшим вариантом известной забойки, выполненной из смеси влажной глины и песка (таблица 5). Примерно такого же порядка увеличение работоспособности (на 38 - 89 см3) получено и при использовании аммонита № 6ЖВ (таблица 6). Таким образом, использование заявляемого способа способствует повышению эффективности разрушения горных пород. Расход ВВ при этом на один и тот же объем разрушенной горной породы может быть снижен на 3 -7%. Изменение гигроскопичности забойки при сушке иллюстрируется данными таблицы 7. Из рассмотрения данных таблицы 7 видно, что забойка, полученная заявляемым способом, значительно более устойчива к сушке, чем забойка-прототип. Наконец, отметим предохранительные свойства забойки на основе песчано-глинистой смеси и подземных соленых вод хлоридного типа. Как известно, задержку вспышки метановоздушной смеси можно увеличить путем химического торможения реакций окисления метана. Поэтому в состав ВВ, его оболочки и забойку вводят солипламегасители. Так, предохранительные аммониты содержат 12 - 20% хлористого натрия, а угленит Э-6 - 7% хлористого калия. При содержании в забойке 30% соленой хлоридной воды с минерализацией 325 г/л хлориды кальция, магния и натрия составят примерно 10% ее веса. Если учесть, что кроме этих солей водадобавка содержит такие сильные ингибиторы горения как бром и йод, предохранительные свойства такой забойки несомненны. Возможно широкое промышленное использование заявленного способа. Это обусловлено не только широким распространением в природе подземных соленых вод хлоридного типа, но и их массовой добычей в виде отходов нефтегазодобывающей промышленности. Одно лишь НГДУ "Полтаванефтегаз" ежегодно добывает до 3 млн м3 таких вод. Их использование в угольных шахтах при проведении взрывных работ по сути регламентируется только транспортными расходами.