Способ тушения породных отвалов на поверхности угольных шахт

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при тушении горящих породных отвалов на поверхности угольных шахт, сформированных при ведении работ на угольных шахтах и углеобогатительных фабриках.

Известен способ тушения породных отвалов путем их перепланирования, при котором применяется удаление или разбрасывание горящего очага (Зборщик М.П., Осокин В.В. Горение пород угольных месторождений и их тушение. Донецк, ДонГТУ, 2000). К недостаткам вышеуказанного способа можно отнести его высокую трудоемкость, сохранение условий для самовозгорания горных пород после перепланирования породного отвала и возможное усилие процесса самовозгорания и горения в связи со снижением плотности, увеличением коэффициента разрыхления переработанных пород.

Кроме того, известен способ тушения горной породы на породных отвалах путем инъектирования в нее растворов или суспензий. При этом происходит охлаждение очага жидкостью, осаждение на поверхности обломков горной породы, содержащихся, в жидкости компонентов (известковой суспензии, глины), вытеснение из межкускового пространства горючих газов и паров серы, связывание вредных веществ в новообразования (а.с. 1093824, опубл. в Б.П. №19, 1984).

К недостаткам такого способа можно отнести его недостаточно высокую эффективность. Охлаждение породных кусков происходит неповсеместно и после прекращения подачи жидкости происходит их разогрев за счет сохранившегося тепла и продолжающихся физико-химических реакций. Вытеснение из межкускового пространства горючих газов и паров серы не может быть достигнуто в полном объеме, во всех случаях очаги могут быть потушены частично, и после прекращения подачи растворов или суспензий, процесс горения возобновится.

Известен способ тушения породных отвалов на поверхности угольных шахт, Патент РФ№2280766, опубликовано 27.07.2006, МПК E21F 5/00, А62С 3/02, взятый за прототип. Способ тушения породных отвалов на поверхности угольных шахт включает нагнетание в зону горения охлаждающих растворов или суспензий, после нагнетания охлаждающих растворов или суспензий производят увеличение их объема путем инъектирования вспучивающихся при нагревании веществ, объем которых определяют по формуле

где К1 - коэффициент, определяющий отношение расширяющего вещества к охлаждающему, изменяющийся в пределах 0,1÷0,5;

V3 - объем зоны тушения породного отвала;

Кр - коэффициент разрыхления материала породного отвала.

К недостаткам такого способа можно отнести его низкую эффективность, так как не учитываются свойства всех горных пород, составляющих породный отвал.

Вытеснение из межкускового пространства горючих газов и паров серы не может быть достигнуто в полном объеме, во всех случаях очаги могут быть потушены частично, и после прекращения подачи растворов или суспензий, процесс горения возобновится, в местах неполного проникновения вспучивающихся веществ.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности тушения породных отвалов при сохранении экологической безопасности окружающей среды.

Технический результат-изменение порядка ведения работ при тушении, с учетом свойств горных пород и распределения температуры горения в горных породах составляющих породный отвал.

Технический результат достигается тем, что способ тушения породных отвалов на поверхности угольных шахт, включающий нагнетание в зону горения охлаждающих растворов или суспензий, увеличение их объема путем инъектирования вспучивающихся при нагревании веществ, причем бурение скважин для инъектирования проводят по периметру зоны горения, которую определяют по результатам температурной съемки, подачу охлаждающих растворов или суспензий и вспучивающихся при нагревании веществ в скважины производят по ее периметру от края зоны горения к ее центру циклично, поконтурно, по мере затухания инъектированных ранее участков, а объем вспучивающихся при нагревании веществ, определяют исходя из расстояния между скважинами по периметру зоны горения и глубиной скважин по формуле:

где К₁ - коэффициент, определяющий отношение расширяющего вещества к охлаждающему, изменяющийся в пределах 0,1÷0,5;

К_рi - коэффициент разрыхления материала, составляющего породный отвал в пределах инъектируемого контура;

n - количество инъектируемых контуров (циклов выполнения работ по тушению породного отвала);

L_пзгi - длина периметра зоны тушения (горения) породного отвала i-го инъектируемого контура;

- расстояние между скважинами по периметру зоны горения породного отвала i-го инъектируемого контура;

h_сквi - глубина скважин i-го инъектируемого контура.

Способ осуществляется следующим образом. По результатам температурной съемки определяют зону горения породного отвала. В первую стадию по периметру зоны горения породного отвала производят закачивание охлаждающих растворов (например, по пробуренным скважинам), которые снижают температуру в очаге горения. Тем самым исключается возможность преждевременного расширения вспучивающихся веществ, которые могут привести к закупориванию подающих магистралей (скважин).

Во вторую стадию производят увеличение объема подаваемого в зону горения породного отвала вещества. Для этого производят инъектирование участка очага возгорания, расположенного по периметру зоны горения, вспучивающимися при нагревании веществами, например измельченным вермикулитом в чистом виде (или в смеси с другими материалами), который при нагревании вспучивается, увеличиваясь в объеме в 20-30 раз. Вспученный материал заполняет имеющиеся пустоты в массиве породного отвала, создает препятствие для движения воздуха, изолирует горящие очаги и препятствует теплообмену между горящими кусками горной породы. Усиление горения очага возгорания приводит к большому вспучиванию вермикулита и усилению тушащего воздействия на очаг. В дальнейшем, по мере затухания инъектированного ранее участка, закачивание охлаждающих растворов и инъектирование участка очага возгорания производят по внутреннему (уменьшенному) периметру зоны горения породного отвала по направлению к центру зоны горения. Технологические параметры цикла тушения (L_пзгi, , h_сквi) в пределах i-го контура, определяют в зависимости от температуры породного отвала и коэффициент разрыхления материала, составляющего породный отвал в пределах i-го контура.

Объем вспучивающихся при нагревании веществ, инъектируемых в зону (очаг) возгорания, определяют по формуле

где К₁ - коэффициент, определяющий отношение расширяющего вещества к охлаждающему, изменяющийся в пределах 0,1÷0,5;

К_рi - коэффициент разрыхления материала, составляющего породный отвал в пределах инъектируемого контура;

n - количество инъектируемых контуров (циклов выполнения работ по тушению породного отвала);

L_пзгi - длина периметра зоны тушения (горения) породного отвала i-гo инъектируемого контура;

- расстояние между скважинами по периметру зоны горения породного отвала i-го инъектируемого контура;

h_сквi - глубина скважин i-го инъектируемого контура.