способ снижения фильтрационных свойств изолирующих сооружений

Формула изобретения

1. Способ снижения фильтрационных свойств изолирующих сооружений, включающий использование в составах для их возведения бентонитовой глины, отличающийся тем, что предварительно стабилизируют гелеобразную форму суспензии бентонитовой глины добавкой в нее полиакриламида в количестве 1-2% от массы сухой глины, а затем полученную смесь вводят в состав для возведения изолирующего сооружения в количестве 5,0-12,5% от сухой массы состава.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стабилизацию гелеобразной формы суспензии бентонитовой глины проводят путем приготовления однородной водной суспензии бентонитовой глины с полиакриламидом и высушивания ее при температуре 30-50°С, а полученную смесь используют в измельченном виде.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к технике безопасности при подземной разработке полезных ископаемых, и может быть использовано при изоляции горных выработок и выработанных пространств путем возведения изолирующих или водоупорных перемычек, при создании изолирующих полос и т.д.

Известен способ возведения изоляционной перемычки, где для повышения герметичности производят уплотнение каждого слоя полотна и по контуру перемычки воздухонепроницаемым покрытием, например резиной, полиэтиленом или другими эластичными материалами (авторское свидетельство СССР №1317151, кл. Е 21 F 1/14, опубликовано в 1987 г.). Кроме высокой трудоемкости к основным недостаткам известного способа следует отнести низкую эксплуатационную надежность конструкции перемычки и быструю потерю герметичности.

Опыт использования различных изолирующих сооружений показывает, что наиболее приемлемыми показателями герметичности обладают сооружения, в конструкции которых использованы расширяющиеся составы.

Например, известен способ изоляции отработанных участков и горизонтов шахт, заключающийся в том, что пространство между двойными перемычками заполняют гранулами полистирола, которые затем вспенивают путем обработки паром (авторское свидетельство СССР №1247558, кл. Е 21 F 1/14, опубликовано в 1986 г.). В результате вспенивания гранулы полистирола могут увеличивать свой объем в несколько раз, однако на практике трудно обеспечить равномерную обработку гранул полистирола по всему объему перемычки. Кроме того, при высокой метанообильности угольных пластов получение перегретого пара в шахтных условиях представляется весьма проблематичным из-за опасности воспламенения и взрыва метановоздушной смеси.

Известен также способ возведения изолирующих сооружений в шахтах с использованием расширяющихся суспензий, приготовленных из глин, в частности бентонитовой или лессовой, с большим содержанием мелких фракций (Технологические схемы заиловочных работ для предупреждения и тушения эндогенных пожаров в шахтах восточных районов СССР. ВостНИИ, Кемерово, 1979 г., с.26-28). Сущность известного способа заключается в том, что в пространство между двойными перемычками подают глинистую суспензию. Многолетней практикой установлено, что при использовании обычной пульпы (суспензии) не представляется возможным заполнить пространство между двойными перемычками до кровли выработки. Это значительно снижает герметичность изолирующего сооружения. Применение расширяющихся суспензий на основе монтмориллонитовых (бентонитовая, лессовая) глин позволяет существенно повысить воздухо- и водонепроницаемость изолирующих сооружений.

Истинные бентониты обладают способностью набухать в воде и увеличиваться в объеме от 10 до 20 раз, образуя при этом гелеобразную водную суспензию. Недостатком известного способа возведения изолирующих сооружений является то, что при избыточном количестве воды суспензия теряет свойства геля, в результате чего глинистые частицы из нее могут вымываться, что приводит к снижению герметичности. Необходимо отметить, что суспензия бентонитовой глины, заранее приготовленная и поданная в пространство между перемычками, не обладает способностью увеличиваться в объеме, так как увеличение объема глины произошло ранее в процессе получения суспензии. Заполнение же пространства между перемычками сухой бентонитовой глиной с последующим увлажнением ее на практике не применяется, так как очень сложно обеспечить равномерное увлажнение бентонитовой глины во всем объеме и в соответствующих пропорциях. Кроме того, в шахтных условиях чрезвычайно сложно определить оптимальное количество бентонитовой глины, способное при увлажнении заполнить весь объем пространства между двойными перемычками. Ошибка в определении необходимого количества бентонитовой глины, с одной стороны, не обеспечит герметичности изолирующего сооружения, а с другой, может привести к разрушению перемычки.

Предложен способ снижения фильтрационных свойств изолирующих сооружений, включающий использование в составах для их возведения бентонитовой глины. Отличием предложенного способа является то, что предварительно стабилизируют гелеобразную форму суспензии бентонитовой глины добавкой полиакриламида в количестве 1-2% от массы сухой глины, а затем полученную смесь вводят в состав для возведения изолирущего сооружения в количестве от 5,0 до 12,5% от массы состава.

Отличием является также то, что стабилизацию гелеобразной формы суспензии бентонитовой глины проводят путем приготовления однородной водной суспензии бентонитовой глины с полиакриламидом и последующего высушивания ее при температуре 30-50°С. Полученную смесь в дальнейшем используют в измельченном виде.

В предложенном способе снижения фильтрационных свойств изолирующих сооружений не происходит вымывания глинистых частиц и разрушения гелеобразной структуры при увеличении количества воды, так как в полученном составе глинистые частицы связаны полиакриламидом. Способ позволяет снизить расход бентонитовой глины за счет замены большей части ее наполнителем, например песком или угольной мелочью. При заполнении пространства между двойными перемычками наполнителем с добавкой в него стабилизированной полиакриламидом бентонитовой глины в количестве 12,5% и последующем увлажнении обеспечивается практически полная воздухонепроницаемость изолирующего сооружения независимо от типа использованного наполнителя. Предложенный способ лишен недостатков, которые имеются у известных способов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведены графики изменения режима фильтрации воды через слой угольной мелочи (наполнителя) в зависимости от содержания в нем бентонитовой глины, стабилизированной полиакриламидом.

Основным минералогическим компонентом бентонитовых глин является монтмориллонит, поэтому они отнесены к монтмориллонитовому типу глин. Монтмориллонитовая глина приобретает свойства бентонитов при содержании в ней не менее 60-70% монтмориллонита. Истинными бентонитами являются монтмориллонитовые глины щелочного типа, обладающие высокими ионообменными свойствами за счет высокоактивных катионов натрия.

Для осуществления предлагаемого способа сначала необходимо стабилизировать гелеобразную форму водной суспензии бентонитовой глины для исключения отрицательного влияния избыточного количества воды. Для выполнения указанной операции приготавливают суспензию бентонитовой глины, добавляют в нее полиакриламид в количестве 1-2% от массы сухой глины и интенсивно перемешивают до получения однородной консистенции, при этом происходит катионный обмен между компонентами. Полученный состав разливают тонким слоем и высушивают при обдуве воздухом, нагретым до 30-50°С. Характеристики полученных образцов приведены в таблице.

Результаты испытаний показывают, что оптимальная добавка полиакриламида к бентонитовой глине составляет 1-2% от веса сухой глины. При величине добавки менее 1% образцы непрочные и из них наблюдается вынос частиц глины. При вводе в суспензию более 2% полиакриламида прочность связей глинистых частиц возрастает незначительно, но при этом возрастают затраты.

Сушка стабилизированной полиакриламидом глинистой суспензии при температуре 30-50°С обеспечивает сохранность полученных образцов смеси. Для дальнейшего использования полученную сухую смесь на основе бентонитовой глины измельчают и расфасовывают в мешки.

Фильтрационные свойства полученной смеси исследовались по общепринятой методике. Фильтрацию воды производили в колонке из органического стекла, в которую засыпали на перфорированную перегородку, чередуя между собой три слоя: 1 слой - наполнитель; 2 слой - наполнитель с равномерно перемешанной с ним добавкой на основе бентонитовой глины; 3 слой - наполнитель. В качестве наполнителя используются, например: кварцевый песок (фракция <1 мм), зола уноса (фракция <2 мм), угольная мелочь (фракция <1 мм). Пористость наполнителя соответственно для песка - 40%, золы уноса - 38% и угольной мелочи - 60%.

Результаты исследований скорости фильтрации воды с использованием в качестве наполнителя угольной мелочи представлены в виде графиков, где: 1 - через слои только угольной мелочи; 2 - через колонку, когда средний слой содержит угольную мелочь с добавкой 5% смеси на основе бентонитовой глины; 3 - через колонку, когда средний слой содержит угольную мелочь с добавкой 10% смеси на основе бентонитовой глины; 4 - через колонку, когда средний слой содержит угольную мелочь с добавкой 12,5% смеси на основе бентонитовой глины.

Из приведенных графиков видно, что введение в слой наполнителя даже 5% по массе смеси на основе бентонитовой глины оказывает существенное влияние на уменьшение фильтрации воды через колонку, а при добавке в наполнитель до 12,5% смеси фильтрация воды через колонку полностью прекращается независимо от типа наполнителя.

Использование предложенного способа заключается в том, что добавкой полиакриламида в количестве 1-2% от веса сухой бентонитовой глины осуществляют стабилизацию гелеобразной формы водной суспензии глины, высушивают полученную смесь, измельчают ее и расфасовывают в мешки, которые доставляют в горную выработку к месту возведения изолирующего сооружения, где возводят двойную перемычку. Наполнитель в сухом виде, равномерно перемешанный со стабилизированной бентонитовой глиной в заданном соотношении, закладывают внутрь пространства между двойными перемычками, после чего подают туда воду. Через 15-20 минут завершится набухание частиц глинистого состава на основе бентонитовой глины, вследствие чего они увеличатся в объеме в 15-20 раз, приобретут резиноподобный вид и тем самым будет перекрыта пористость наполнителя. Таким образом будет достигнуто высокое качество герметичности изоляционного сооружения.

Проведенные исследования показали, что предлагаемый способ снижения фильтрационных свойств изолирующих сооружений прост в осуществлении, не требует значительных затрат и может применяться в угольных шахтах для повышения качества изоляции пожарных и отработанных выемочных участков. Предлагаемый способ может также применяться при возведении водоупорных перемычек.