PL214483B1 - Mieszanina do poprawy rekonsolidacji gruzowiska zawałowego w trakcie wybierania pokładu węgla na warstwy systemem zawałowym w kopalniach głębokich - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest mieszanina do poprawy rekonsolidacji gruzowiska zawałowego w trakcie wybierania pokładu węgla na warstwy, systemem zawałowym w kopalniach głębokich.

Rekonsolidacja rumowisk zawałowych jest procesem tworzenia się nośnej warstwy rumowiska zawałowego w wyniku wtórnego scalania i wzajemnego powiązania się rumowiska, umożliwiając utrzymanie stropu wyrobiska górniczego. Rekonsolidacja zachodzi samoczynnie z czasem w sprzyjających warunkach górniczo-geologicznych, w wyniku dostatecznej wilgotności naturalnej lub w wyniku dodatkowego doprowadzenia wody z zewnątrz do rumowiska zawałowego, bądź też prowadzona jest sztucznie doprowadzonymi z zewnątrz środkami wiążącymi.

Wykonane dotychczas badania oraz obserwacje dołowe wykazały, że do istotnych czynników mających wpływ na rekonsolidację stropu należy profil litologiczny skał stropowych, przedział czasu pomiędzy zawałem a eksploatacją pierwszej i eksploatacją warstwy niższej, granulacja zawału, wilgotność naturalna skał oraz zdolność do rozmakania skał przechodzących w zawał.

Na podstawie dotychczasowych badań stwierdzono, że optymalne warunki do naturalnej rekonsolidacji złoża powstają, gdy ma miejsce dopływ wody do zrobów w ilości zapewniającej średnią wilgotność rumowiska zawałowego na poziomie 4-4,5%, w stropie bezpośrednim górnej warstwy pokładu występuje gruba, co najmniej 1,5-krotna grubość wybieranej warstwy ławicy iłołupków lub iłowców o właściwych parametrach rozmakalności, nacisk stropu na rekonsolidowane rumowisko wynosi co najmniej 5,0 MPa, a czas rekonsolidacji jest nie krótszy niż trzy do pięciu lat. Bardzo istotnym czynnikiem jest wzajemny udział frakcji skał typu ilastego do skał twardych (typu piaszczystego). Przekroczenie określonej, granicznej ich zawartości powoduje spadek wytrzymałości. Przy wzroście zawartości skał twardych do około 60% nie dochodzi do procesu rekonsolidacji.

Znane metody poprawy rekonsolidacji gruzowiska zawałowego w trakcie wybierania pokładu węgla na warstwy systemem zawałowym w kopalniach głębokich opierają się w głównej mierze na zatłaczaniu do strefy zawału mieszanin zestalających na bazie popiołu lotnego z kotłów fluidalnych i mułów popłuczkowych zmieszanych z wodą. Stosowane mieszaniny to popiół z wodą w stosunku objętościowym 1:1 oraz popiół i odpad mułowy z wodą w stosunku objętościowym 1:1, 2:1,1.

Zakres stosowania mieszanin zestalających na bazie odpadów mułowych ubocznych produktów spalania zmieszanych z wodą i ich często ograniczona skuteczność wynika z braku możliwości uzyskania odpowiedniej jednorodności i stabilności struktury w strefie zawału, a co za tym idzie uzyskania parametrów wytrzymałościowych stropu zapewniających bezpieczeństwo dla pracujących górników. Badania stopnia rekonsolidacji gruzowiska zawałowego pobranego bezpośrednio ze strefy prowadzonych robót, pod wcześniej eksploatowanym w systemie na zawał pokładem pokazują, że stopień zestalenia, którego miarą jest wytrzymałość na rozciąganie, jest niewystarczający do bezpiecznego kontynuowania prac wydobywczych. Wytrzymałość na rozciąganie dla nacisku jednostkowego 20,0 MPa dla próbek o różnej zawartości skał typu ilastego wynosi od 0,0285 do 0,0827 MPa.

Z opisu patentowego PL 170766 znana jest masa uszczelniająca, zwłaszcza podłoże składowisk otwartych, która zawiera 50-98 części wagowych suchych popiołów lotnych powstałych w procesie spalania węgli kamiennych w kotłach pyłowych, 50-150 części wagowych wody oraz 2-50 części wagowych gliny i/lub iłu, przy czym korzystnie połowa masy gliny i iłu ma uziarnienie poniżej 20 μm. W przykładzie zamieszczonym w opisie podano, że masa uszczelniająca podłoże składowiska składa się z 90 części wagowych suchych popiołów lotnych z 28% udziału ziaren poniżej 20 μm oraz z 10 części wagowych iłu z udziałem 90% ziaren poniżej 20 μm oraz z 70 części wagowych wody.

Ił, według słownika Ryka W., Maliszewska A. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa 1991, to „słabo zwięzła, często plastyczna skała ilasta, tekstura bezładna, rzadziej kierunkowa, struktura pelitowa”. Na podstawie tego samego źródła, za iły przyjmuje się skały pochodzenia sedymentacyjnego, o średnicy ziaren poniżej 0,0039 mm, których zawartość jest nie mniejsza niż 50%. Zawartość frakcji piaskowej, ziarna o średnicy od 0,05 mm do 2,0 mm, w iłach wynosi poniżej 10%.

Mieszanina do poprawy rekonsolidacji gruzowiska zawałowego w trakcie wybierania pokładu węgla na warstwy systemem zawałowym w kopalniach głębokich, zawierająca od 10% do 90% objętościowych popiołu lotnego z kotłów fluidalnych, zmieszanego z wodą w stosunku objętościowym 1:1, według wynalazku, ma od 10% do 90% objętościowych części stałych, o udziale od 1% do 98% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu poniżej 1 mm, od 1% do 98% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu 1-5 mm oraz od 1% do 98% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu 5-10 mm.

PL 214 483 B1

Mieszanina, z dobranym ilościowo i jakościowo składem według wynalazku, wykazuje nieoczekiwanie odpowiednie właściwości fizyko-mechaniczne, które umożliwiają znaczącą poprawę stopnia rekonsolidacji gruzowiska zawałowego, a ponadto umożliwia ograniczenie ilości odpadów powstających w procesie wydobywania węgla, zwłaszcza odpadów skalnych, które różnią się zasadniczo uziarnieniem i składem petrograficznym od iłu i gliny dotychczas wykorzystywanych. Przy nacisku jednostkowym wynoszącym 20,0 MPa, dla optymalnej próbki mieszaniny rekonsolidacyjnej, zawierającej drobno i gruboziarniste odpady skał typu ilastego z zakładów przeróbczych oraz uboczne produkty spalania, wytrzymałość na rozciąganie wynosi 0,272 MPa. Mieszanina wykazuje również nieoczekiwanie korzystne działanie jako materiał polepszający właściwości fizyko-mechaniczne górotworu i doszczelniający strukturę skał zawałowych wyrobiska górniczego kopalni, a tym samym zmniejszający zagrożenie powstawaniem pożarów endogenicznych.

Przykładowy skład mieszaniny według wynalazku przedstawia poniższa tabela.

Lp.	Składniki	Udział [cz. obj.]	Uwagi
1	Popiół lotny z kotłów fluidalnych zmieszany z wodą w stosunku objętościowym 1:1	26	Średnia wartość wytrzymałości na rozciąganie dla nacisku jednostkowego 20 MPa = 0,272[MPa] Średnia wytrzymałość na ściskanie = 4,12[MPa]
2	Części stałe (33% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu poniżej 1 mm, 17% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu 1-5 mm oraz 50% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu 5-10 mm)	74

Wytwarzanie mieszaniny prowadzi się w aparacie zapewniającym właściwe wymieszanie składników. Mieszanie prowadzi się do uzyskania jednorodnej mieszanki.

Claims (1)

1. Mieszanina do poprawy rekonsolidacji gruzowiska zawałowego w trakcie wybierania pokładu węgla na warstwy systemem zawałowym w kopalniach głębokich, zawierająca od 10% do 90% objętościowych popiołu lotnego z kotłów fluidalnych, zmieszanego z wodą w stosunku objętościowym 1:1, znamienna tym, że ma od 10% do 90% objętościowych części stałych, o udziale od 1% do 98% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu poniżej 1 mm, od 1% do 98% objętościowych skał typu ilastego o uziarnieniu 1-5 mm oraz od 1% do 98% skał typu ilastego o uziarnieniu 5-10 mm.