Способ получения подавляющей горение суспензии, содержащей измельчённую топливную золу, для локализации пожаров на угольных месторождениях - RU2584186C1

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу локализации пожаров на угольных месторождениях, в частности к способу получения подавляющей горение суспензии, содержащей измельченную топливную золу, предназначенную для локализации пожаров, происходящих вследствие самовоспламенения угля на угольных месторождениях.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В Китае уголь является основным энергетическим ресурсом и составляет приблизительно 70% производства первичной энергии и структуры потребления. С точки зрения территориального распределения угольные ресурсы в Китае в основном распространены в Северо-западном и Северном регионах Китая, при этом доказанные запасы угля в Синьцзяне, Внутренней Монголии, Шаньси, Шэньси, Нинся и Ганьсу составляют приблизительно 80% всех запасов угля в Китае, и эти провинции и регионы являются стратегически важными для энергетической безопасности и экономического развития Китая. По мере того как географически развитие угольной промышленности все дальше смещается на запад, стратегическая роль вышеупомянутых провинций и регионов становится все более заметной. Однако в вышеупомянутых провинциях и регионах, особенно в Синьцзяне, Внутренней Монголии и Нинся, часто происходят катастрофические пожары, обусловленные сухим климатом, толщиной и неглубоким залеганием угольных пластов, а также несанкционированной и неэкономной добычей. В Синьцзяне на данный момент катастрофические пожары произошли на 44 угольных месторождениях, общая территория возгорания составила 9,92 миллиона м²; ежегодная потеря угля от пожаров достигает 5,52 миллиона тонн, 47,7 миллиарда тонн запасов находятся под угрозой со стороны территорий возгорания, а выбросы парникового газа СО₂ достигают 12,38 миллиона тонн в год. Кроме того, на данный момент общая территория возгорания крупных угольных месторождений в Уде, Столовой горе, Эрдосе, Джунгаре и Гулабене во Внутренней Монголии составляет 19,03 миллиона м², при этом общая территория возгорания на угольном месторождении в Уде в 2009 году достигала 4,754 миллиона м², увеличившись на 40% с 2004. Общая территория возгорания на угольных месторождениях в Нинся составляет 3,9456 миллиона м², прямые потери сгоревшего угля составляют почти 1 миллион тонн в год, при этом запасы матового угля под горящими территориями составляют 78,7258 миллиона тонн. В результате катастрофических пожаров на угольных месторождениях не только непосредственно сгорает невозобновляемый ресурс угля, но это также косвенно приводит к появлению матового угля, который не годен для применения, в количестве, в десятки раз превышающем количество сгоревшего угля; более того, пожары непосредственно угрожают безопасности работ в угольных шахтах, приводят к опустыниванию почв, гибели растительности, провалам грунта, выбросам пара, дыма и волн горячего воздуха, широкому распространению кристаллической серы, каменноугольной смолы, горящим провалам и выбросам огромных количеств токсичных и вредных газов в воздух (например, СО, СО₂ и SO₂), пожары серьезно угрожают местной экологической обстановке и подземным водным ресурсам, а в некоторых районах даже ставят под угрозу выживание местных жителей. Проблема угольных пожаров стала серьезной проблемой, которая угрожает надежности стратегии по энергетическим ресурсам, мешает улучшению экологического равновесия в Китае и привлекла внимание соответствующих экспертов во многих странах мира.

На настоящий момент способы локализации пожаров на угольных месторождениях по всему миру в основном включают способ снятия верхнего слоя, способ закачки воды и способ закачки суспензии. Способ снятия верхнего слоя недостаточно безопасен и включает большой объем работы. Горение приводит к образованию пустот и областей просадки грунта в области возгорания, поэтому бульдозер или экскаватор, используемый для снятия верхнего слоя, может оказаться в ловушке, что приведет к травмам персонала и серьезным экономическим потерям; кроме того, если причина подземного угольного пожара не устранена, то в результате снятия верхнего слоя угольный пожар может получить кислород и в связи с этим быстро распространиться; следовательно, площадь возгорания может увеличиться, а пожар станет более опасным и более сложным в тушении. Данный способ сложен для применения в случаях, когда его применяют для непосредственного снятия верхнего слоя при угольном пожаре на большой глубине залегания, он включает большой объем работы и большие расходы; когда область возгорания подлежит зачистке путем взрыва, обычно температура взрыва должна быть не выше чем 40-60°С; однако в шпурах в областях возгорания часто встречается температура в 100°С или выше. Следовательно, в области возгорания нельзя успешно провести взрыв. В настоящее время закачка воды или суспензии совместно с накрыванием почвы является наиболее широко применяемым способом локализации угольных пожаров. Так как вода и почва представляют собой два широко доступных и дешевых материала для пожаротушения, то закачка воды/суспензии представляет собой наиболее экономичный способ пожаротушения; однако вода и суспензия могут течь вниз по трещинам угольной породы или по туннелям старых шахт, и они не могут равномерно и эффективно покрыть область возгорания. Для того чтобы постепенно остудить угольный пласт, необходимо пробурить множество скважин, необходимо устроить множество полукруглых накопительных резервуаров для воды и необходимо закачивать большое количество воды на протяжении длительного периода времени. Статистика показывает, что 80% или более воды расходуется напрасно, не поглощая тепла и не производя охлаждающего эффекта, так как каналов протекания воды/суспензии оказывается недостаточно. В ходе закачки воды/суспензии, когда вода накапливается в высокотемпературной области, могут наблюдаться взрывы водяного пара, что может приводить к травмам людей и их гибели; кроме того, если в шахте ниже угольного пожара ведутся работы, во время закачки легко может произойти авария из-за взрыва суспензии, ставящая под угрозу безопасность работ в нижележащей области. Таким образом, обычный способ закачки воды/суспензии не может полностью удовлетворить потребности в тушении и локализации пожаров.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема

В связи с недостатками предшествующего уровня техники, задачей настоящего изобретения является разработка способа получения подавляющей горение суспензии, содержащей измельченную топливную золу, для локализации пожаров на угольных месторождениях, которая является простой, обладает высокой способностью к подавлению горения, устойчива к высоким температурам, устойчива к дегидратации и обладает низкой стоимостью.

Техническая схема: способ получения подавляющей горение суспензии, содержащей измельченную топливную золу, для локализации пожаров на угольных месторождениях в соответствии с настоящим изобретением, в котором в качестве сырья используют измельченную топливную золу, фосфат алюминия, хлорид магния, натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, силикат натрия, натриевый бентонит и воду, включает следующие этапы:

а) добавление к воде 25-30 мас.% измельченной топливной золы, 2-4 мас.% фосфата алюминия, 2-5 мас.% хлорида магния, 0,8-1,5 мас.% натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы и интенсивное перемешивание с получением смешанного раствора А;

б) добавление к воде 3-5 мас.% силиката натрия, 1-2 мас.% натриевого бентонита и интенсивное перемешивание с получением смешанного раствора В;

в) добавление раствора В к раствору А при тщательном перемешивании до гомогенного состояния при соотношении раствора В и раствора А по массе 1:2.

Преимущества: в способе получения подавляющей горение суспензии для снижения интенсивности горения в соответствии с настоящим изобретением, содержащей измельченную топливную золу, для локализации пожаров на угольных месторождениях, в воду добавляли измельченную топливную золу, фосфат алюминия, хлорид магния, натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, силикат натрия, натриевый бентонит и т.д., и хорошо перемешивали с получением загущенной суспензии, содержащей измельченную топливную золу, которая обладает высокой способностью подавлять горение и устойчивостью к высоким температурам. Полученную загущенную суспензию транспортируют при помощи винтового насоса высокого давления через трубопровод для подачи раствора в горящий угольный пласт или в трещины в угольном пласте. Указанный материал обладает хорошими теплопоглощающей и охлаждающей способностями и устойчив к высокой температуре до 1000°С или выше. Таким образом, указанный материал может быть применен для эффективного подавления огня и охлаждения областей возгорания на угольных месторождениях; кроме того, материал обладает высокой способностью подавлять горение и может эффективно инертировать структуры угольного пласта с поверхностной активностью. По сравнению с предшествующим уровнем техники способность материала снижать интенсивность горения выше в 3-5 раз. Кроме того, после того как суспензия для снижения интенсивности горения, содержащая измельченную топливную золу, покрывает угольный пласт или накапливается в трещинах угольного пласта, она превращается в загущенное мягкое твердое вещество, которое может плотно покрывать угольный пласт и герметизировать трещины в угольном пласте, тем самым изолируя уголь от кислорода и эффективно препятствуя поступлению кислорода в область возгорания. Ингибирующая горение суспензия согласно настоящему изобретению является дешевой, безопасной и экологически безвредной, обеспечивает отличные результаты по локализации пожаров на угольных месторождениях и имеет хорошие перспективы применения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения подавляющей горение суспензии, содержащей измельченную топливную золу, для локализации пожаров на угольных месторождениях в соответствии с настоящим изобретением, в котором в качестве сырья используют измельченную топливную золу, фосфат алюминия, хлорид магния, натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, силикат натрия, натриевый бентонит и воду, включает следующие этапы:

а) добавление к воде 25-30 мас.% измельченной топливной золы, 2-4 мас.% фосфата алюминия, 2-5 мас.% хлорида магния, 0,8-1,5 мас.% натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы и интенсивное перемешивание с получением смешанного раствора А;

б) добавление к воде 3-5 мас.% силиката натрия и 1-2 мас.% натриевого бентонита и интенсивное перемешивание с получением смешанного раствора В;

в) добавление раствора В в раствор А при тщательном перемешивании в течение приблизительно 5 мин, в результате чего получается подавляющая горение суспензия, содержащая измельченную топливную золу, при этом соотношение раствора В и раствора А по массе составляет 1:2.

Если ожидается более высокая скорость загущения, то процентные содержания двух материалов в растворе В по массе можно выбрать из указанных более высоких значений; если ожидается более низкая скорость загущения, то процентные содержания двух материалов в растворе В по массе можно выбрать из указанных более низких значений.

Варианты реализации

Вариант реализации 1: сначала в 1000 кг воды добавляли 250 кг измельченной топливной золы, 20 кг фосфата аммония, 20 кг хлорида магния, 8 кг натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы и тщательно перемешивали до полностью гомогенного состояния так, чтобы приготовить смешанный раствор с концентрацией 23%; далее в 500 кг воды добавляли 15 кг кремнекислого силиката натрия, 5 кг натриевого бентонита и тщательно перемешивали до полностью гомогенного состояния с получением смешанного раствора концентрацией 3,8%; смешивали два этих раствора и тщательно перемешивали до полностью гомогенного состояния в течение 5 минут с получением новой подавляющей горение суспензии, содержащей измельченную топливную золу.

Вариант реализации 2: сначала в 1000 кг воды добавляли 300 кг измельченной топливной золы, 40 кг фосфата алюминия, 50 кг хлорида магния, 15 кг натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы и тщательно перемешивали до гомогенного состояния так, чтобы приготовить смешанный раствор с концентрацией 28,8%; далее в 500 кг воды добавляли 25 кг силиката натрия, 10 кг натриевого бентонита и тщательно перемешивали до гомогенного состояния с образованием смешанного раствора с концентрацией 6,5%; смешивали два этих раствора и интенсивно перемешивали до гомогенного состояния в течение 5 минут с получением новой подавляющей горение суспензии, содержащей измельченную топливную золу.

Вариант реализации 3: сначала в 1000 кг воды добавляли 270 кг измельченной топливной золы, 30 кг фосфата алюминия, 30 кг хлорида магния, 10 кг натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы и тщательно перемешивали до гомогенного состояния так, чтобы приготовить смешанный раствор с концентрацией 25,4%; далее в 500 кг воды добавляли 20 кг силиката натрия, 10 кг натриевого бентонита и тщательно перемешивали до гомогенного состояния с образованием смешанного раствора с концентрацией 5,7%; смешивали два этих раствора и интенсивно перемешивали до гомогенного состояния в течение 5 минут с получением новой подавляющей горение суспензии, содержащей измельченную топливную золу.

Подавляющую горение суспензию, содержащую измельченную топливную золу, приготовленную так, как описано выше, транспортировали с помощью винтового насоса через трубопровод для подачи раствора к горящему угольному отвалу, температура горения угольного отвала могла достигать 500°С или выше; подавляющая горение суспензия быстро равномерно покрывала угольный отвал, таким образом пожар был быстро потушен и температура угольного отвала быстро падала до нормальной температуры в очень короткий период времени. Были показаны отличные характеристики пожаротушения и способность к охлаждению горячего угольного пласта, подвергшегося самовозгоранию.

Реферат

Изобретение относится к средствам подавления и предотвращения пожаров в угольных месторождениях. Техническим результатом является повышение эффективности подавления огня и охлаждения областей возгорания на угольных месторождениях. Предложен способ получения подвляющей горение суспензии, содержащей измельченную топливную золу, для локализации пожара на угольных месторождениях, в которой в качестве сырья используют измельченную топливную золу, фосфат алюминия, хлорид магния, натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, силикат натрия, натриевый бентонит и воду. При этом способ включает следующие этапы: а) добавление к воде 25-30 мас.% измельченной топливной золы, 2-4 мас.% фосфата алюминия, 2-5 мас.% хлорида магния, 0,8-1,5 мас.% натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы и тщательное перемешивание с получением смешанного раствора А; б) добавление к воде 3-5 мас.% силиката натрия, 1-2 мас.% натриевого бентонита и тщательное перемешивание с получением смешанного раствора В и в) добавление раствора В в раствор А при тщательном перемешивании до гомогенного состояния, при этом соотношение раствора В и раствора А по массе составляет 1:2.

Формула