СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОДАВЛЯЮЩЕЙ ГОРЕНИЕ СУСПЕНЗИИ, СОДЕРЖАЩЕЙ ИЗМЕЛЬЧЁННУЮ ТОПЛИВНУЮ ЗОЛУ, ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПОЖАРОВ НА УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ
METHOD OF PRODUCING COMBUSTION SUPPRESSING SUSPENSION CONTAINING GROUND FUEL ASH, FOR ISOLATION OF FIRES ON COAL DEPOSITS

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
2
2
2
2
2
2
2
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 м; 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 СО 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 м, при этом общая территория возгорания на угольном месторождении в Уде в 2009 году достигала 4,754 миллиона м, увеличившись на 40% с 2004. Общая территория возгорания на угольных месторождениях в Нинся составляет 3,9456 миллиона м, 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, СО и SO), 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.