способ ликвидации прорыва глинистой массы в действующие горные выработки шахты

Формула изобретения

1. СПОСОБ ЛИКВИДАЦИИ ПРОРЫВА ГЛИНИСТОЙ МАССЫ В ДЕЙСТВУЮЩИЕ ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ ШАХТЫ, включающий возведение ограждающей перемычки, установку замораживающих колонок и перфорированных инъекторов, подачу по ним газообразного и жидкого азота, вспенивание глинистой массы барботированием газообразного азота и замораживание вспененной глинистой массы с последующей ее выемкой, отличающийся тем, что ограждающую перемычку возводят в затопленной горной выработке со стороны действующих выработок на ближайших подступах к границе прорвавшейся глинистой массы, причем перфорированные инъекторы устанавливают под уровень затопления по длине выработки и перед подачей газообразного и жидкого азота нагнетают по ним водный раствор ПАВ до разжижения глинистой массы за перемычкой в пульпу, при этом одновременно с возведением ограждающей перемычки в затопленной горной выработке в русле канала истечения глинистой массы вблизи его устья, входящего в затопленную выработку, образуют льдопородную пробку путем введения в русло канала и вмещающие породы замораживающих колонок из дополнительно пройденной горной выработки или скважины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ПАВ в водном растворе берут с массовым расходом 0,5 1,0% массы глинистой пульпы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при аварийной проходке и вскрытии горных выработок шахт, например, после их затопления при прорывах глинистых плывунов или закладочных масс.

Известен способ замораживания грунта, который состоит в том, что через ряд замораживающих колонок, выполненных в виде труб, введенных в замораживающий массив, подают жидкий азот [1]

Известен также способ проходки обрушений в горных выработках шахт, включающий возведение предохранительной перемычки, установку перфорированных инъекторов, нагнетание вспененного тампонажного раствора за перемычку с последующим замораживанием зоны обрушения подачей жидкого азота по инъекторам [2] Недостаток известных способов в том, что они в случае прорывов глинистого плывуна или глинистой закладочной массы не обеспечивают необходимых условий для быстрой ликвидации глинистых скоплений из затопленных горных выработок. Вязко-пластическое состояние глинистых масс обладает высокими адгезионно-когезионными свойствами, что значительно усложняет технологический процесс их выемки и очистки горных выработок. Налипание глины на рабочие органы очистных механизмов резко снижает их производительность, повышает энерго- и трудозатраты и приводит к их частым поломкам и выходу из строя. Замораживание глины позволяет избавиться от вредного воздействия адгезии. Однако смерзшийся глинистый массив обладает значительной прочностью, что также приводит к частым поломкам рабочих органов очистных машин и повышенным затратам энергоресурсов и времени на ликвидацию затоплений. Кроме того, не исключается возможность поступления новых глинистых масс из мест локализации глинистого плывуна по каналам и руслам истечения глины как естественного, так и искусственного происхождения, что также приводит к резкому возрастанию времени ликвидации аварии.

Целью изобретения является снижение энергозатрат и сокращение времени на ликвидацию прорыва и вскрытие аварийного участка.

Поставленная цель достигается тем, что, в способе ликвидации прорыва глинистой массы в действующие горные выработки шахты, включающем возведение предохранительной перемычки, установку замораживающих колонок и перфорированных инъекторов, подачу по ним жидкого азота и замораживание глинистой массы с последующей ее выемкой, образуют льдопородную пробку путем введения в русло канала и вмещающие породы замораживающих колонок из дополнительно пройденной горной выработки или скважины.

При этом одновременно в затопленной горной выработке со стороны действующих выработок на ближних подступах к границе проpвавшейся глинистой массы возводят ограждающую перемычку и под уровень затопления по длине выработки устанавливают перфорированные инъекторы и нагнетают по ним водный раствор ПАВ до разжижения глинистой массы за перемычкой в пульпу, которую барботированием газообразного азота вспенивают и подвергают замораживанию подачей жидкого азота, затем производят ее выемку. Причем ПАВ в водном растворе берут с массовым расходом 0,5.1,0% от массы глинистой пульпы.

Предложенная совокупность отличительных признаков позволяет обеспечить положительный эффект. Предварительно разжиженная, а затем вспененная и замороженная глинистая масса теряет не только вредные адгезионные свойства, но также крепость и монолитность в смерзшемся массиве, что дает возможность легко разрушать его рабочими органами очистных механизмов в процессе ликвидации аварийного прорыва.

На чертеже представлен вариант осуществления способа.

Способ включает в себя дополнительную горную выработку 1 с трубопроводом 2 подачи хладагента, замораживающие колонки 3, которые введены в канал 4 истечения глинистой массы 5 и образование льдопородной пробки 6. В действующей горной выработке 7 размещена ограждающая перемычка 8 с инъекторами 9, коллектором 10 и трубопроводом 11.

Способ осуществляют следующим образом.

Глинистая масса 5 по причине, например, горного удара или взрывных работ прорвалась на нижний горизонт с верхнего отработанного горизонта (не показан), где ранее проводились профилактические мероприятия по заиливанию. Прорыв глины на нижний горизонт произошел по искусственному каналу 4, например печи, сбойке, бремсбергу и т.д. и при этом была затоплена действующая горная выработка 7. Для ликвидации аварии к устью канала 4 проходят дополнительную горную выработку 1, из которой в русло канала 4 и вмещающие породы вводят замораживающие колонны 3 и соединяют их с трубопроводом 2. Подачей в колонки 3 жидкого азота или другого хладогента осуществляют замораживание глинистой массы в канале 4 до образования льдопородной пробки 6, посредством которой отсекают верхний горизонт, являющийся источником новых поступлений глины, от нижнего. Одновременно в затопленной выработке 7 в свободном от затоплении пространстве и со стороны действующих выработок (не показанные возводят ограждающую перемычку 8, которую размещают вблизи границы прорвавшейся глинистой массы 5. Затем в глинистую массу под слой затопления вводят перфорированные инъекторы 9, которые посредством коллектора 10 соединяют между собой и трубопроводом 11. По геометрическим параметрам затопленной части выработки 7 и длине инъекторов 9 определяют объем глины подлежащей замораживанию за один цикл. В зависимости от реологического состояния глинистой массы опытным путем определяют объем воды необходимый для разжижения ее в пульпообразную консистенцию и далее по суммарному объему глины и воды определяют количество пенообразователя. При этом ПАВ в водном растворе берут с массовым расходом 0,5.1,0% от массы образовавшейся глинистой пульпы, что позволяет обеспечить наилучшие условия образования пены и при этом исключить излишний расход пенообразователя. Затем готовят необходимое количество водного раствора ПАВ и подают его через перфорированные инъекции 9 в глинистую массу 5 и непосредственно за перемычкой 8 разжижают до консистенции вязко-текучей пульпы. После чего в инъекторы 9 подают в начале газообразный азот и осуществляют вспенивание пульпы интенсивным барботированием газа, затем нагнетают жидкий азот до полного замораживания вспененной глинистой пульпы. В результате образуется достаточно рыхлый глинистый конгломерат 12, структура которого образована глинистыми конкрециями пронизанными сеткой снеголедяных прожилок и испещренных кавернозными пустотами. Такой массив обладает низкой прочностью и легко разрушается при механическом воздействии на него рабочими органами очистных механизмов. Выемку смерзшего конгломерата 12 производят после извлечения инъекторов 9 и демонтажа перемычки 8. Циклы повторяют до полного извлечения глинистой массы из выработки 7. На завершающей стадии ликвидации прорыва освобождают от глины устье канала 4 и заглушают его бетонированием, после чего демонтируют замораживающие колонки 3.

Предложенное техническое решение позволяет эффективно бороться с прорывами глинистой массы в действующие горные выработки. Сокращение времени на ликвидацию аварии дает возможность избежать образования больших скоплений метана в тех выработанных пространствах, где в результате затопления нарушается вентиляция. Кроме того, вспененная глинистая пульпа, проникая в трещины и разломы вмещающих пород, оказывает тампонирующее действие, чем предотвращается просачивание метана из этих скоплений в зону ведения горноспасательных работ.