在采矿应用和用于输送矿石的设备中使用泡沫来增加对气流的阻碍的制作方法

专利名称：在采矿应用和用于输送矿石的设备中使用泡沫来增加对气流的阻碍的制作方法
在采矿应用和用于输送矿石的设备中使用泡沬来增加对气
流的阻碍本申请要求于2007年7月31日提交的美国申请60/952，946的优先权，该申请的 全部内容通过引用合并于此。
背景技术：
本发明涉及用于在采矿应用中控制气体流动的方法。在诸如采掘壁面这样的采矿 操作过程中，对于控制气体流动来说本发明很有用。使用泡沫来抑制煤灰是公知的，且通常包括在开采面(mine face)处或在传送运 输点处将泡沫合成材料应用到落下的煤块。还公知的是使用泡沫来提供在垃圾上的临时屏 障层，以保护大气会受到气味和吹起的废物的影响。由金属离子盐构成的某些泡沫可以用 于控制硫化氢的产生并使硫化氢的产生最小。还公知的是，在废弃的矿井火场(mine fire) 的控制中使用泡沫，在这里泡沫可以被压力注射到地下。泡沫可以置换助燃空气和作为燃 烧产物的气体，可以消除有效的着火区域，可以从周围的地层中去除热量，且可以使已知的 化学灭火成分沉降。尽管已经提出将泡沫用在上述完全不同的应用中，但是没有提出将泡沫用于控 制气体流动，即在特定的采矿应用中——如在正在进行的采矿操作中——增加对气体流动 的阻挡。在采煤过程中，会产生甲烷。当甲烷处于从约5%到约15%的水平下时，在存在 12% -21%氧气的情况下，甲烷就具有爆炸性。由此，需要在正在进行采矿操作过程中控制 气体的相对量(例如氧气和甲烷)。通常，控制通过通风系统来提供。尽管通风系统已经足 够，但是它们很昂贵且由此需要一种成本更低的控制气体的方法。

发明内容
本发明涉及使用泡沫来控制某些矿井应用的特定区域中气体流动的方法。一方 面，本发明涉及对在矿井中空空间中的气体流动增加阻挡的方法，其包括从短壁开采机、长 壁开采机、煤柱回收机、短壁开采机的一部分、长壁开采机的一部分和煤柱回收机的一部分 中的一个向中空空间输送泡沫组合物。术语“一部分”用于表示该机器的任何部分或与该 机器有关的任何子部件。在本发明的一个方面中，在开采操作过程中，当采掘设备(该设备在现场去除原 矿)横贯盘区时，形成采空区。密封件被构造在采空区附近的正在进行开采的采掘面，以形 成半密封的采空区。密封件可以形成在合适的横巷处。密封件可配备有管路，以使得诸如 氮气这样的惰性气体能被注射，以降低氧气浓度。泡沫可以被输送到密封件附近的中空区 域，以对气体流动(例如来自采空区的甲烷和去向采空区的氧气)提供屏障。另一方面，采掘装置可以配备有一个或多个泡沫输送装置，例如在头门或尾门附 近引导根据本发明的泡沫的喷嘴，以对气体流动(例如来自采空区的甲烷和去向采空区的 氧气)提供屏障。一方面，本发明构思将尾门处的甲烷含量按重量至少降低0. 1%。对此，本发明构思在尾门处将甲烷含量按重量降低约0. 到约范围的量。此外，本发明构思在尾门处 将甲烷含量按重量降低约0.2%到约0.8%、或约0.3%到约0.6%范围的量，并通常降低约 0.4%到约0.5%范围的量。以一定流量和以足以填充由采空区附近的密封件所形成的空穴的一定的量来输 送泡沫。泡沫被选择为具有适于实现额外的开采操作停留时间。例如，泡沫可具有至少数 小时、或一天或数天、或一周或数周、或一个月或数个月、或一年或数年的停留时间。换句话 说，停留时间可以具有至少约50小时、期望的是约100小时、适当的是约200小时的半存留 期(在该时间之后有最初量的一半的泡沫存留)，尽管诸如300、400、500、600、700、1000小 时或更多这样的更长的时间也是可以的。


图1是在平行盘区中展开的示例性储矿区的俯视图。图2是图1储矿区的盘区中的一个的放大俯视图。图3是在开始长壁开采之后的图2的盘区的部分放大俯视视图。图4是在开始短壁开采之后的图2的盘区的部分放大俯视视图。图5是采掘机的示意性俯视图，具有一组支护单元并示意性地显示了存在根据本 发明原理的泡沫输送设备。图6是在第一实验日中在尾门位置处、头门(HG)泡沫应用时、大气压力下、氮气应 用时和采掘机护罩位置处测量的甲烷水平。图7显示了与图6相同的数据，只是横轴已经被扩展，以仅显示0600和2200之间 的这几个小时。图8是在第二实验日中在没有应用泡沫的情况下在尾门位置处、大气压力下、氮 气应用时和采掘机护罩位置处测量的甲烷水平。图9是显示了在图9所示那天随后的一天中在尾门位置处、头门(HG)泡沫应用 中、尾门(TG)泡沫应用中、大气压力下、氮气应用中并在采掘机护罩位置处测量的甲烷水平。图10是在第三实验日中在尾门位置处、头门(HG)泡沫应用中、尾门(TG)泡沫应 用中、大气压力下、氮气应用中和在采掘机护罩位置处测量的甲烷水平。图11显示了与图10同样的数据，只是横轴被扩展，以仅显示在0000和1400之间 的这几个小时。
具体实施例方式尽管本发明的方法可以应用到各种不同的开采操作，但是可以认为，对于煤柱 回收开采(pillar extraction mining)、短壁开采(shortwall mining)禾口长壁开采 (longwall mining)操作来说很有效。在这些操作中，储煤区(reserve) 10被分为盘区 (panel) 12，如图1所示，这些盘区被露出并被开发出。有助于对邻近平行的盘区(盘区 1到8，如图1所示)进行开采的煤储存区是最需要的，因为它们有助于盘区开发(panel development)并允许较短的设备移动。可以看到，盘区12通常是矩形的，具有介入入口 14(头门(headgate)和尾门(tailgate))，沿每一长度延伸，且都在一端通过主入口 16连
4接。这些盘区12用常规开采法或连续开采单元开发。在长壁开采系统中，盘区通常宽为 400到1200英尺范围且长为4000到20000英尺范围。在煤柱回收或短壁开采系统中，短壁 盘区通常宽为100到200英尺且长为2000到4000英尺。煤或其他沉积矿床(sedimentary deposit)的生产在盘区12的一端——开始入口 18——开始，以沿箭头19所示方向、沿其 采掘面或壁面来开采煤层。更具体地参见图2，图1的盘区1更具体地被显示为盘区20，参照以上内容，具有 头门入口 22a-c(合起来是头门22)和尾门入口 24a_c(合起来是尾门24)。每个头门入口 22a-c和尾门24a_c分别通过间断或相邻的支护或支柱21a_b和23a_b限定。当开采方向沿箭头19所示方向前进时，对于短壁开采来说煤的生产或产出总是 沿箭头25所示方向从头门22前进到尾门24，且对于长壁系统来说可能是沿这两个方向 都生产，如在后文详细描述的那样。“三入口”开发系统使用三个主门(maingate)入口 16a_c(合起来是主门16)。“三入口”开采系统使用三个主门入口 16a-c(合起来是主门16)、 三个头门入口 22a_c和三个尾门入口 24a_c，它们通常用于提供必要的空气通道、逃逸通道 和其他功能。该系统允许在中间入口中安装带子和行车路线，且可允许一个外部入口被用 作返回空气通道。尽管本发明是结合“三入口”开发系统作出的描述，但是本领域技术人员 有必要理解，本发明同样可以用在其他结构中，可在下文中更清楚地得知。在完成盘区12的开发时，盘区20的长壁、短壁或煤柱回收开采分别如图3和4所 示那样开始。更具体地参见图3，长壁机械30和矿工被顶板支护32、33保护，该顶备支护被 设计为能承受极大的过载压力。在长壁或其他开采过程机械30之前，含有矿物(例如煤、碳 酸钾(potash)、天然碱(trona)、或其他层片状沉积矿石本体)的物质被刨煤机(plough)、 滚齿刨煤机(shearer)、连续采煤机(continuous miner)或其他用于从矿物的原位状态 34破碎出矿物的其他设备从沉积面采掘出来，并被装载到采掘面区域材料输送系统(未示 出)，用于传送到主输送系统36，该系统又将材料输送到地面。当穿过盘区进行生产过程 时，通过机械化的顶板支护32、33或其他支柱在采掘面处实现顶板管理(roof control)， 且在使用处，采掘面输送机沿箭头19所示的开采方向前进到煤层中，在顶板支护或其他支 柱32、33后方形成中空空间，以形成所谓的采空区38。在被使用处，机械化的顶板支护32、 33不仅沿开采方向前进，而且可以如本领域公知的那样延伸，支护32被显示为处于已延伸 的状态且支护33被显示为处于收回状态。现在参见图4，短壁机械40和矿工也被顶板支护42、43保护，该顶板支护被设计为 能承受极大的过载压力。不像平行于其采掘面来刨掘煤层的长壁采矿机，短壁机械40的短 壁采矿机采掘头44 (其约为10到12英尺宽)沿基本平行于煤层采掘面的方向刨掘并将物 质掉落到输送系统(未示出)上或可动的梭式矿车上，用于传送到主输送系统46，该主输输 送系统又将材料传送到地面。当沿煤层的采掘面从头门22到尾门24、沿箭头25所示生产 方向进行连续采掘时，顶板支护42、43和带装甲的链式输送机沿箭头19所示的开采方向前 进到煤层中，允许过重的载荷垮塌或陷在顶板支护42、43的后方，形成采空区48。顶板支护 不仅如支护42a和42b所示的那样沿开采方向前进，而且可以如本领域公知的那样延伸，支 护42被显示为处于伸出状态而支护43被显示为处于收回状态。回过来参见图2，已知的是，在某些头门和尾门部分中提供密封件或隔墙 (stopping)来更好地引导和控制新鲜空气和返回空气的流动。在许多情况下，在与相邻的巷道相互连结的横巷(cross cut)中构造密封件。低氧含量的气体混合物可以被用于通过置换或隔开氧气且通过形成惰性且无害的气氛使形成在采空区中的气体惰性化。替换地， 诸如氮气这样的纯净的气体被用于进行惰性化。根据本发明的原理，被用于使空间惰性化的低氧含量气体混合物也可以用于产生泡沫，其又可被用于填充在开采过程中形成或遇到的中空空间，包括但不限于横巷空间。在 构造通气控制装置、特别是密封件或隔墙之前、过程中或之后，有益的是对进入到可能在开 采过程中形成或遇到的中空空间中的气流或渗透物提供临时或半永久的阻挡。因而，本发 明的构思是，提供一种在与诸如低氧含量的气体或氮气这样的气体混合时能被膨胀成泡沫 的组合物(composition)。泡沫可以以任何合适的方式被输送，以使得可以造成泡沫膨胀并 填充在相邻的隔墙之间的中空空间，并由此对任何气体的存在和流动提供屏障。此外，在采空区形成时，需要的是降低或防止气体或气体混合物穿过采空区或从 采空区到达可能有人存在的正在开采的区域。因而，本发明提供一种通过在采空区形成时 向采空区的中空空间中施加泡沫从而对流过采空区的气体流动增加阻挡的方法。在这点 上，至少一个输送喷嘴被固定到输送机的一个或多个的尾部框架结构、护罩侧、或采空区护 罩。每个喷嘴可被构造为输送泡沫组合物，以形成“塞堵物”或形成包覆层，并由此形成对 气体流动的阻挡或置换可能被气体或气体混合物填充的空间。在本发明的例子中，在长壁开采操作或短壁开采操作过程中，泡沫组合物从输送 系统、短壁机械、长壁机械中的一个输送到采空区，在该采空区处，当输送时，泡沫组合物被 促使膨胀并提供对来自废石堆(gob pile)或通过废石堆到达正在进行开采工作地点的气 体流动提供屏障或阻挡。通常，低氧含量的气体或诸如氮气这样的惰性气体与泡沫组合物 混合，以促使组合物膨胀，以形成所需的泡沫。此外，所得到的泡沫应该是惰性的、阻燃的和 /或不可燃烧的。在这点上，泡沫可以对从采空区到采空区附近区域的甲烷流动提供屏障或 阻挡。替换地或同时地，泡沫可以对气体到采空区的主要通气流动提供屏障或阻挡，这可有 助于采空区通气孔(gob vent boreholes (GVB))的效率。参见图5，显示了对实施本发明有用的示例性采掘机的示意性俯视图。本领域技术 人员应理解，所示机器仅是示例性的，且本发明的原理可以实施在任何合适的地下采掘机 器上。因此，尽管本发明将结合图5所示的机器进行描述，应理解，本发明并不因此受到限 制。采掘机100可沿采掘方向19运动。其具有两个采掘辊(cutting roll) 102、104， 以截割(shear)盘区20的采掘面。被采下的矿物被采掘机100 (有时被称为“采掘-装载 机”)装载在传输机。传输机包括槽道106，其中，有装甲的链式输送机沿盘区采掘面移动。 采掘机100适于沿盘区采掘面20移动。槽道106被再分成相互连接但能相对于彼此沿工 作或采掘方向19进行运动的独立单元。每个槽道单元连接到支护单元110(110a-110r，分 别通过缸体-活塞单元(前进活塞(advance pist0n))112。每个支护单元110用于支撑 壁面的目的。为此，使用另一缸体-活塞单元(未示出)，其相对于顶板支住底板。在面向 矿床的顶板的前端，顶板安装所谓的矿面抓持器(未示出)。抓持器通常是翼片(flap)，其 可在被采掘的矿面前方下降。矿面抓持器必须在正在接近的采掘机100之前升起。同样， 为此目的，使用另外的未示出的缸体_活塞单元。这些操作元件仅通过例子描述，因为这些 机器都是公知的。当然，存在额外的操作元件，但是对于理解本发明来说不必提及或描述它们。
通常，矿车防护控制装置114与每个支护110关联。控制装置120可以与一组支 护110关联或与矿车防护控制装置114关联。控制系统122包括数据获取部、数据存储部 和编程部。泡沫输送装置200包括用于容纳泡沫组合物或浓缩物的罐202和用于输送泡沫组 合物的泵210。罐202包括用于输送泡沫组合物或浓缩物的输入管线204。罐的输出部206 流体地连接到泵210的输入部208。供水管线212连接到罐206的输出部或泵208的输入 部中的一个。水以足以将泡沫组合物或浓缩物稀释到所需水平的流量供应。泵210将水与 泡沫组合物或浓缩物混合并提供到输出部212。输出部212被引到泡沫产生设备214，该设 备的详细情况没有给出，因为这是本领域公知的。罐202和泵210可设置在滑车(skid) 220 上，以使得泡沫输送装置200可以在采掘机100移动时被运送或移动。泡沫产生设备214包括气体供应部216，以使得气体与泵输出部212混合，以将液 体输出部膨胀并形成泡沫，泡沫随后通过喷嘴218排放。泡沫可以用公知的方法产生，例如 通过在存在气体的情况下搅动本发明的可发泡溶液(foamable solution)，且气体特别是 并非空气的惰性气体，如氮气。用于该目的的一种设备迫使可发泡溶液以高压流过受限制 的通道并将气体注射到该受限制部分下游的溶液中。泡沫随后可通过喷嘴218被喷射在基 板上。在产生泡沫时，可发泡溶液例如以400到500psig泵送并以预定的流量通过流动 控制孔口。在液体控制孔口下游，气体被喷射并与液体流混合。这可通过以与系统液体侧相 同的方式使用气体孔口控制流动来实现。在两种流结合时，混合物流过出口，该出口诸如是 可以具有或可以不具有附连的分配喷嘴的软管。泡沫随后可通过手动或自动(或远程地) 引到软管喷嘴而在要被覆盖的区域上分布。类似地，输出部可以被引到用于分配的多端口 总管。取决于其尺寸和泡沫流量的总管可以被用于手动或机械地(即远程地)分配泡沫。如图5所示，泡沫产生设备214可以与采掘机100关联，该采掘机可以是短壁开采 机器、长壁开采机器、短壁开采机器的一部分和长壁开采机器的一部分。例如，泡沫产生设 备可以与头门、尾门或二者附近的机器部分关联。此外，泡沫产生设备可以与尾部框架结 构、护罩侧、采空区护罩或其他合适的位置关联，可以实现本发明的目的。此外，可以看到， 泡沫产生设备214可以独立于采掘机100且是可携带的或可与煤柱回收机关联或与煤柱回 收机的一部分关联，以使得泡沫可以被供应到横巷密封件附近的区域。由此，本发明进一步提供一种通过本发明的方法产生的泡沫。所形成的泡沫特别 可用于屏障层。期望的是，本发明的泡沫具有以下特点泡沫的停留时间(dwell time)非 常长(慢)且可以通过增加浓度来延长(即降低稀释比例)；泡沫的刚度具有能覆盖采空 区物质或密封物质的竖直表面的能力，泡沫的持久性优异。泡沫可以以任何所需的流量输送，尽管期望的是快速地输送泡沫。对此，泡沫可 以以约100加仑每分(gpm)到约1200gpm之间的流量输送。在一些方面，泡沫可以以在约 200gpm到约lOOOgpm、或约400gpm到约800gpm之间、或约500gpm到约700gpm之间、或约 600gpm的流量输送。泡沫具有至少数小时、或一天或数天、或一周或数周、或一个月或数月、或一年或 数年的停留时间。换句话说，停留时间可以具有至少约50小时、期望的是约100小时、适当的是约200小时的半存留期(在该时间之后有泡沫最初量的一半存留)，尽管诸如300、 400、500、600、700、1000小时或更多这样的更长时间也是可以的。在一个方面中，本发明期望的是，在开采操作过程中和输送泡沫之后，在尾门处的 甲烷含量可以按重量降低按重量至少0. 1%。对此，本发明期望的是，在尾门处将甲烷的含 量按重量降低从约0. 到约范围的量。此外，本发明期望在尾门处将甲烷的含量按重 量降低约0. 2%到0. 8%范围、或约0. 3%到约0. 6%范围的量，或约0. 4%到0. 5%范围的
Mo许多泡沫组合物是已知的且可预期的是许多组合物能适用于所需应用。通常，泡 沫组合物应能被输送到指定地点，应具有足够的刚度来保持其完整性和连续性一段时间， 以用于所需的功能，且应具有理想较长的停留时间，以使得可以覆盖垂直和非水平的表面。 通常，泡沫应具有的刚性使得其能保持其完整性至少数小时、或一天或数天、或一周或数 周、或一个月或数个月、或一年或数年。还期望的是，泡沫是可生物降解的或无毒性的，以使 得当矿井关闭时或在某些其他时候——当屏障不再需要时，泡沫不再具有不期望有的环境 危害。泡沫组合物可被配制为包括用于诸如硫化氢这样的化合物的化学控制剂(chemical control agents)，该化合物可能在开采工作过程中存在或产生。泡沫还可以以使得可能存 在的任何水的酸性或碱性缓冲的方式来配制。根据这些目的，下面将描述几个示例性的泡沫组合物。但是，本领域技术人员应理 解，这些组合物仅是示例性的且泡沫组合物可具有各种成分，以使得泡沫组合物能实现上 述目的。可用在本发明的过程中的泡沫组合物的一个例子包括用含水组合物(aqueous composition)制备的泡沫，该含水组合物以接近1 1的摩尔比包括(A)阴离子表面活性 剂和(B)羧酸盐，R2COOM1，其中R2为含有8到30个碳原子的烷基且M1为单价阳离子。阴
离子表面活性剂可以是具有下式的硫酸盐
<formula>formula see original document page 8</formula>其中，-OR为具有10到20个碳原子的烷氧基、烯氧基(alkylenoxy)或烷芳基氧 基(alkaryloxy),或烧基聚醚基(alkyl polyether group)
<formula>formula see original document page 8</formula>其中，R’为具有10到20个碳原子的烷基，R”为H或具有高达4个碳原子的烷基， 如H或CH3,且η为1到12、优选为3到6的整数；且其中，M为单价阳离子。M可以是碱金 属离子、铵离子或烷基取代的或羟烷基取代的铵。当M为碱金属时，其可以是钠、钾、或锂。当M为烷基或羟烷基取代的铵时，其通常 具有高达6且优选高达3个碳原子。合适的烷基包括甲基、乙基、异丙基等基团基团。合适的羟烷基包括羟乙基、羟丙基等基团基团。取代的铵基团是在每个取代基中含有1-3个 碳原子的单、二和三烷基铵基团，和在每个取代基中含有2-3个碳原子的单、二和三烷醇铵 基。取代的铵基包括单、二和三乙醇铵基团。典型的R’构分包括诸如癸基、十二基、十四基、十六基、十八基等这样的烷基；诸 如1-十二碳烯基、1-十四碳烯基、2-十六碳烯基等这样的烯基；和诸如十二烷基苯、异丙基 萘、十六烷基四乙氧基(hexadecyltetraethoxy)等这样的烷芳基。或者，阴离子表面活性剂可以是具有下式的磺酸盐<formula>formula see original document page 9</formula>
其中，R1为含有10到20个碳原子的烷基、烯基(alkylene)或烷芳基，且其中，M 为进一步如上所述的单价阳离子。典型的R1取代基包括诸如癸基、十二基、十四基、十六基、 十八基等这样的烷基；诸如1-十二碳烯基、1-十四碳烯基、2-十六碳烯基等这样的烯基； 和诸如十二烷基苯、异丙基萘等这样的烷芳基。可用于本发明的磺酸盐表面活性剂包括十二基磺酸钾、1-十二碳烯基磺酸钠、 十二烷基苯磺酸钠、异丙基萘磺酸盐铵等。期望的是，磺酸盐包括α-烯属磺酸钠，主要包 括C12和C14 α -烯烃基团的混合物。可用于本发明的硫酸盐表面活性剂包括烷基硫酸盐，诸如十二烷基硫酸钠；烯 基硫酸盐，诸如ι-十二碳烯基硫酸钾；烷芳基硫酸盐，诸如十二烷基苯硫酸铵；和烷基聚醚 硫酸盐，如十八烷基四乙氧基硫酸钠。合适的硫酸盐包括烷基聚醚硫酸盐。也可使用混合 的磺酸盐和/或硫酸盐，即，具有不同取代基的磺酸盐的混合物、或硫酸盐的混合物、或磺 酸盐与硫酸盐的混合物。对于某些应用来说，理想地是使用具有含杂原子的基团作为R或R’取代基的磺酸 盐和/或硫酸盐。除了碳和氢原子外，氧可以以羧基、酯基或醚基的形式存在。阴离子表面 活性剂可以存在于本发明的组合物中，基于组合物的总干重量，浓度范围为约10-30%，且 通常为约15-25%。如所述那样制备的泡沫与通常的含水泡沫相比具有较长的寿命，且呈现出类似棉 花糖那样的刚性。由此，泡沫可被应用到不规则、粗糙或倾斜的表面，在那里它们能保持其 完整性和连续性。根据本发明方法的一个方面所使用的泡沫组合物的两个主要组分中的一个是阳 离子表面活性硫酸盐或磺酸盐，其具有如上所述和定义的各自的化学式。R、R’和R1是含有 10到20个碳原子的相对较大的基团。对于R、R’和R1，烷基的实例为十二烷基、十四烷基、 十六烷基和十八烷基。OR和R1的烯基的例子是Cltl-C16 α烯烃。(《和队的烷芳基的例子是 癸基苯，十二烷基苯和丙基萘。烷基聚醚基的例子是<formula>formula see original document page 10</formula>和从商业可获得的同系物混合物衍生的那些，其中，例如R’可以是Cltl和C12或C12 和C14烷基的混合物且η可以是在所述范围内的各种整数。优选的-OR基是烯氧基(特别 是含有10到14个碳原子的α烯烃)和烷基苄氧基(其中烷基含有10到16个碳原子)。对于羧酸盐来说，R2优选是直链烷基，且可以具有8到20个碳原子。R2的烷基的 例子是壬基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基等。M1是提供水溶性的单价阳离子，如碱金属，如钠、钾、或锂；铵或取代的铵。钠、钾和 铵适用于M1。混合物仅通过将阴离子表面活性硫酸盐或磺酸盐与羧酸盐在水中混合来制备。一 种或多种组分可以在原位形成。例如，羧酸盐可以通过添加羧酸和所需的碱而在原位形成。 通常可能需要加热来获得溶液。组合物的ρΗ应是中性的或弱碱性的，ρΗ在约7. 5到约8. 5之间。可以采用磺酸 盐和硫酸盐的组合，尽管通常可以使用其中一种或另一中。从形成泡沫的角度看，该组合在水中的浓度范围可以宽泛地从低至约重量到 高达约30%重量。但是，从储存和运输的角度看，理想的是浓缩物，以避免处理较大量的水。 该浓缩物随后可在使用地点用水来稀释。在产生泡沫时，组合的发泡剂A和B的浓度优选 为约到约3%重量。在产生泡沫时，液体组合物可以例如通过泡沫形成设备214以400到500psig泵 送，诸如以预定流速流过流动控制孔口。在液体流动控制孔口下游，气体被注射并与液体流 混合。这可以通过使用孔口以与系统液体侧一样的方式控制流动而实现。压缩机可以产生 经调制的气体压力。在两个流结合之后，混合物流过出口，该出口例如是可以具有或可以不 具有附接的分配喷嘴的软管的一端。泡沫随后可以被分配到要被覆盖的区域上。类似地，输出部可以被引到到用于分 配的多端口总管。取决于其尺寸和泡沫的流速，该总管可被用于分配泡沫。用于根据本发明的方法制造泡沫的水的硬度会对所形成的泡沫的寿命有影响。因 而，在可用于制备浓缩形式的组合物或在现场可用的水的硬度会对所需泡沫具有不利的影 响的情况下，可将水硬度控制剂加入到组合物中，以与存在于水中的钙和/或镁结合。合适 的硬度控制剂的例子是乙二胺四乙酸，钠和钾的三聚磷酸盐和聚丙烯酸盐。如所公知的，可 以通过可用的具体水的硬度和需要减少的硬度的程度来规定所用的硬度控制剂的量。三聚 磷酸钾是示例性的所需的硬度控制剂。增稠剂/分散剂可以加入到要被转化成泡沫的组合物中，且适当的增稠剂/分散 剂的例子是聚丙烯酸酯，如作为增稠剂/分散剂出售的Rohm & HaasCompany的Acrysol ICS-I 禾口 Acrysol A-3。可在本发明中用于制备泡沫组合物的组合物的另一例子可以包括经水解的角蛋 白、改性淀粉、亚铁离子组分和分散剂。组合物的蛋白质组分可包括经水解的角蛋白。经水解的角蛋白可以是干燥的，例 如可从Industria Suma Ltda.(巴西)获得，或者是从其他来源获得的溶液，例如CrodaKerr (英格兰)，Angus Fire (加拿大)，National Foam(美国)。用在组合物中的角蛋白可 以从动物的蹄和角获得。尽管也可以方便地确定并使用其他合适的蛋白质的来源。组合物也可含有淀粉，如被改性成去除了其阴离子特性的淀粉。淀粉在其自然的 阴离子状态下是不期望使用的，因为其会通过与其他组分(特别是阳离子亚铁组分)反应 而造成发泡组合物的不稳定，如下所述，导致不令人满意的泡沫产生和性能。本发明的改性淀粉特点是使用已知过程进行了羟烷基化。该过程具有去除淀粉 阴离子特性的效果。合适的羟烷基化的淀粉可以方便地从商业来源获得，例如National Starch(Instant Pure-Flo F)或 Cerestar (Instan t Gelex)。在一个实施例中，淀粉被羟 丙基化。而且，本发明的淀粉理想的特点是具有超过直链淀粉含量的支链淀粉含量，即支 链淀粉含量为至少约75%。理想地是，该淀粉含有约90%到约100%的支链淀粉，且最理 想地是，至少约99%的支链淀粉。含有适当的支链淀粉含量的淀粉可从蜡质种玉米(waxy maize)或蜡质种高粱(waxy sorghum)中获得，从商业来源获得，例如National Starch & Chemical或Cerestar。而且，从这些或其他来源获得的一种或多种淀粉的混合物(其能提 供具有适当支链淀粉含量的淀粉)可被用在本发明中。为了方便，理想地将淀粉预胶凝化， 避免高温、高压和蒸煮(cooking)，以便获得胶凝化或可溶性。本发明的混合物还可以含有亚铁离子组分。亚铁离子可以是硫酸亚铁(FeSO4)的 形式。硫酸亚铁可以从商业来源获得，且优选地是七水合硫酸亚铁(FeSO4 ·7Η20)的形式。 如果需要可以代替使用其他亚铁离子或硫酸亚铁的来源。任选地，可以加入分散剂，以增强成分的分散度。这种分散剂对本领域技术人 员来说是公知的且不是本发明的限制。适当的分散剂的例子包括木质素磺酸钠(sodium lignosulfonate)和木质素磺酸铵(ammoniumlignosulfonate)，它们是商业可获得的，例 如木质素磺酸钠(可从LignotechUSA Inc.以Maraperse N-22商业获得)。或者，可方便 地选择干燥的分散剂。如果需要，可以加入添味剂，以掩盖与在混合物中使用的蛋白质有关的气味。添 味剂的一个例子是肉桂，其可以是分散在例如聚合物珠(polymericbead)的固体基质上 的肉桂油的形式。该添味剂例如可从美国特拉华州(编码#2620)的纽华克市的Horizon Chemical获得。本领域技术人员可以方便地决定和替换使用不会影响泡沫性能的其他合适 的添味剂。组合物也可含有一定量的pH改性剂，其足以提供具有pH在约6. 25到约7之间且 优选为约6. 5的浓缩物、可发泡溶液和泡沫。如同本文所述的其他成分，本领域技术人员可 以方便地选择适当的PH改性剂，可以以干燥的形式加入到上述混合物，或以液体形式加入 到本文所述的含水浓缩物或可发泡溶液中。合适的PH改性剂是氢氧化铵。任选地，可以加入生物杀灭剂，以防止由于细菌造成的混合物或浓缩物的分解。可 以使用任何的生物杀灭剂，如Kathon (Rohm and Haas, Co.) ,Nipacide BK,Nipacide BCP或 Nipacid MX(Nipa Laboratories)。本领域技术人员可方便地确定并调整生物杀灭剂的合 适量。在需要的情况下，泡沫的流动特点可以通过添加小量的泡沫促进剂来改变， 该泡沫促进剂允许某些泡沫应用更加顺畅且更有效，而不会损失老化性能(agingperformance) 0合适的泡沫促进剂是公知的且本领域技术人员可以方便地选择。例如，改 性剂可以包括乙二醇醚，许多乙二醇醚对于本领域技术人员来说是公知的且其例子是二甘 酉享单丁基醚(diethyleneglycolmonobutylether)。在一个方面，本发明提供一种干燥混合物，其在稀释时能用于产生本发明的浓缩 物。或者，本发明的干燥混合物可以被稀释并直接用于产生本发明的泡沫。由于许多原因 这种干燥混合物是有优点的。例如，与更稀的组合物相比该干燥混合物允许降低存储空间 和运输成本。本发明的干燥混合物包括上述组分。适当地，水解的角蛋白的存在量为混合物的 约15%到约20%重量，且更理想地是约19%重量。改性淀粉的存在量为约25%到约50% 重量，且更优选是约30%重量。亚铁离子组分的存在量为约6%到约8%重量。本领域技术 人员可以容易地按需要、根据亚铁离子的来源调整这些百分比。例如，当来源为七水合硫酸 亚铁时，其存在量可以为约30 %到约40 %重量，更优选约37 %重量。通常，在干燥混合物中 存在的分散剂的量为约10%到约15%重量。但是，分散剂的量可以容易地根据所选择的一 种或多种化合物来调整。例如，在分散剂为木质素磺酸铵或木质素磺酸钠的情况下，优选存 在约12%重量的分散剂。用于包含在本发明的干燥混合物中的适当量的上述任选成分可由本领域技术人 员容易地确定。或者，这些任选成分中的一种或多种，例如乙二醇醚，可以按需要在稀释干 燥混合物时添加。在另一方面，本发明提供一种含水浓缩物，其在用水稀释时形成可用于形成本 发明泡沫的可发泡溶液。改性淀粉组分当用在本发明的含水浓缩物时用作保护胶体 (colloid)，其有助于在运输和储存过程中甚至在暴露在大气下时保护亚铁离子组分不被 氧化。由此，本发明的浓缩物是稳定的且能很好地以含水形式适应运输和储存。本发明的浓缩物按最小量含有约2%到约8%重量的水解的角蛋白，约到约 7. 5%重量的本文所述的改性淀粉，约到约4%重量的亚铁离子和约到约10%重量 的分散剂以及水。本领域技术人员可容易地根据该组分的来源调整这些百分比。亚铁离子 组分是七水硫酸亚铁，其存在的量为约5%到约20%重量。该浓缩物进一步含有足够量的 PH改性剂，以将浓缩物的pH调整到约6. 5到约7. 0，且含有其他如上所述的所需任选组分。例如，当存在于浓缩物中时，添味剂存在的量高达浓缩物的约重量，且生物杀 灭剂存在的量为浓缩物的约0. 到约重量。通常，当存在于浓缩物中时，使用的任何 泡沫促进剂存在的量高达约2%重量，且最优选约0. 75%到约2%重量。本领域技术人员可 以按需要容易地调整这些量。为了制备可发泡溶液，干燥混合物或含水浓缩物被适当量的水稀释。在需要时，干 燥混合物或浓缩物的配制可以根据客户用于产生本发明的泡沫而进行的稀释情况来调整。 通常，以3到10份重量的水对1份重量的浓缩物的比例来稀释本发明的浓缩物，以获得可 发泡溶液，该可发泡溶液具有约到约5%重量，且优选约2%到约4%重量的活性物浓 度。在已经给出了所述范围和指导的情况下，本领域技术人员可以容易制备其他所需的浓 缩物和稀释液。在一个实施例中，以约6. 5份水对1份浓缩物来稀释本发明的浓缩物，形成本发明 的可发泡溶液。在另一实施例中，以约3. 75份水对1份浓缩物来稀释与上述相同的浓缩物。
可用在本发明中的组合物的另一例子是在水中的混合物，其包括(A)磺酸钠，其 具有以下通式
<formula>formula see original document page 13</formula>其中，R为含有10到20个碳原子的烷基、烯基或烷芳基；(B)羧酸R1COOH,其中R1 为含有8到30个碳原子的烷基；(C)氢氧化钾；(D)硅酸钾，使得C加D对B的比例足以基 本上完全中和，以形成B的钾盐，且B对A的比例提供的B对A的摩尔比大于1 1且高达 约2 1; (E)非离子的、固体的、有机的、水溶性的物质，如蔗糖或尿素；以及(F)羟基溶剂， 用于B的钾盐。在遇到硬水的情况下，可以包括诸如三聚磷酸钾这样的水调节剂(G)。该组合物是在水中将组分(A)到(F)进行混合而成的，因此在所形成的组合物中， 某种组分的特性可能例如通过离子交换和中和而消失掉。组分A是具有规定的式的磺酸 钠。其是表面活性剂发泡剂。优选地，A是含有10到20个碳原子的α烯烃磺酸钠，特别 是主要含有14和16个碳原子的混合物。羧酸(组分B)在中和成其钾盐时提供皂发泡剂(soap foaming agent) 0 R为含 有8到20个碳原子的直链烷基，特别是硬脂酸和棕榈酸。在这种混合物中，硬脂酸对棕榈 酸的相对比例可以是约45%到约55%重量(前者)比约55%到约45%重量(后者)，优选 地是约50 50。为了形成所需的钾离子含量，可以使用两种来源组分C，氢氧化钾，和组分D，硅 酸钾。例如，需要硅酸盐以使得羧酸盐的沉淀最小化。但是，如果硅酸钾被用作中和钾离子 的来源，则会发生复合硅酸盐的沉淀。如上所述，C加D对羧酸⑶的比例足以基本上完全 中和，以形成B的钾盐。但是C对D的比例可以是由氢氧化钾(C)来提供约50%到90% 的钾碱(potassium base)和由硅酸钾(D)提供约50%到10%的钾碱。优选的摩尔比是4 摩尔钾碱来自氢氧化钾(C)对1摩尔钾碱来自硅酸钾(D)。为了通过增加固体含量来增强所形成泡沫的刚性而不扰乱组合物的离子平衡，可 以加入固体的、非离子的水溶性物质，诸如蔗糖或尿素(组分E)。鉴于停留时间、浓缩物的 物理性质和泡沫刚性，蔗糖是优选的。浓缩物的粘度优选在30°C时为200-300cps，以使得其可以容易地在大量存储/稀 释系统中处理。因此，包括组分F，用于羧酸(B)的钾盐的溶剂。其通常是羟基溶剂，如甲 醇、异丙醇、乙二醇、丙二醇、乙二醇醚等。这些物质中，乙二醇醚是优选的，特别是乙二醇一 丁醚和二乙二醇一丁醚，且特别是后者。用于制造组合物(浓缩物和稀释形式的)的水的硬度会对所形成泡沫的持续时间 和质量有影响。为了适应来自不同可用来源的不同硬度的水，可包括硬度控制试剂(组分 G)。可使用诸如乙二胺四乙酸(ethylene diaminetetraacetic acid)或磷酸钾这样的硬度 控制剂，但是一种公知的分散剂三聚磷酸钾是优选的，因为其能改善浓缩物的物理特性。在 浓缩物的制备中，硬度控制剂(G)优选地在添加α烯烃磺酸钠(A)之后立即添加到水中。已经对特定组分的比例关系进行了如上阐述。通常，以无水为基础且基于组分A到F的组合重量并按照重量百分比，为(A)为约15%到约20%，优选为约18-19%; (B)为 约25%到约35%，优选为约30-32% ； (C)为约2%到约8%，优选为约5-6% ； (D)为约2% 到约5%，优选为约3-4% ； (E)为约15%到约30%，优选为约23-24% ；和(F)为约10%到 约15%，优选为约13-14%。 在优选的浓缩物中，基于组分A-G的组合重量，也可包括约3%到7%、优选约 5-6%的三聚磷酸钾(G)。也已经对作为通常在使用地点用水稀释来产生泡沫的浓缩物的组合物的制备进 行了阐述。以无水为基础，基于浓缩物的总重量，该浓缩物具有的组分A到F的浓度可以为 按重量约10%到约40%、优选约23%到31%。为了产生泡沫，这种浓缩物可按每体积浓缩 物用约7到约9体积水来稀释，以提供以无水为基础约到约6%、优选约3%到4%的组 分A到F的浓度，基于稀释组合物的总重量。通过在气体(优选是惰性气体而非空气，例如上述氮气)存在的情况下进行搅动， 从稀释的组合物产生泡沫。可与本方法一起使用的泡沫组合物的另一例子是触变性的(thixotropic)组合 物，其包含基于阴离子磺酸盐或硫酸盐的表面活性剂、脂肪酸、触变性增稠剂、丙烯酸聚合 物和碱。该组合物任选含有水软化剂。阴离子表面活性剂是如上所述的烷基磺酸盐和硫酸盐、烯基磺酸盐和硫酸盐、烷 芳基磺酸盐和硫酸盐和烷基聚醚磺酸盐和硫酸盐。脂肪酸为具有14到18个碳原子的脂肪 酸。触变性增稠剂为包括丙烯酸_烷氧基化甲基丙烯酸酯的那些，且碱为链烷醇胺。脂肪酸组分与表面活性剂组合用于提供发泡活性(foaming activity)。脂肪酸可 以包括具有约8到约30个碳原子的任何脂肪酸。通常，需要的是具有10-20个碳原子且优 选14-18个碳原子的脂肪酸。通常，期望用在本发明中的典型脂肪酸包括癸酸、十二烷酸、 十四烷酸、十六烷酸、十八烷酸等。优选的脂肪酸是十四烷酸、十六烷酸和十八烷酸。具有 在上述范围内的碳含量的脂肪酸的组合也可用在本发明中。特别优选的脂肪酸是商业等级 的十八烷酸，其是脂肪酸的混合物，且主要是十六烷酸和十八烷酸的混合物。基于组合物的总干重，脂肪酸通常以至少5%的浓度存在于本发明的组合物中，且 存在量可以高达30%。基于组合物的总干重，脂肪酸浓度优选在约5到约25重量％的范 围，且最优选的是在约10-20重量％的范围。存在触变性增稠剂，以对组合物赋予产生触变性泡沫的能力，即其可以被容易地 泵送但在静止时不会流动或塌陷的泡沫。通常，可在市场上可获得的任何触变性聚合物增 稠剂可以用在本发明中。但是，优选的触变剂是含有大量丙烯酸结构且可溶解在含水碱性 溶液中的触变剂。合适的触变性增稠剂包括丙烯酸和丙烯酸酯的共聚物。优选的丙烯酸聚 合物增稠剂是丙烯酸和甲基丙烯酸酯的共聚物，如烷氧基化甲基丙烯酸酯。最优选的触变 性增稠剂是包括丙烯酸和乙氧基化甲基丙烯酸酯的增稠剂，其中，酯部分具有约12-20个 乙氧基且乙氧基连接(linkage)由具有12_20个碳原子的烷基封端。在这些组合物中丙烯 酸单元对乙氧基化甲基丙烯酸酯单元的摩尔比期望在6-10 1的范围。具有上述特点的 商业可获得的触变性增稠剂为AcryS0lTMICS-l。触变性增稠剂以相对较高的浓度存在于本发明的组合物中。基于组合物的总干 重，其通常占至少5重量％且可占多达25重量％。在本发明的优选实施例中，基于组合物的总干重，触变性增稠剂以约10-20重量％范围的浓度存在。组合物可包括丙烯酸聚合物。尽管该组分的起作用的机能和方式不能被完全理解，但是可以看到，丙烯酸聚合物用作加工助剂且可以使非常高浓度的触变性增稠剂掺入 到制剂中，而不形成凝胶。优选的丙烯酸聚合物包括聚丙烯酸均聚物和丙烯酸共聚物(其 中丙烯酸作为主要成分存在)。适于用在本发明中的聚丙烯酸是具有中等分子量的，即通过 重量平均技术(weightaverage technique)确定的在约30000到100000范围的那些，且优 选在约40000到70000的范围。最优选的聚丙烯酸具有的重均分子量在约50000-60000的 范围。基于组合物的总干重，丙烯酸聚合物通常以约5-20且优选约5-15重量％的浓度存 在。存在于组合物中的碱也会起作用。因为本发明的组分在碱性PH范围内起作用，所 以需要的是加入足够的碱以中和酸性组分，即脂肪酸、触变性增稠剂和丙烯酸聚合物的酸 功能。碱可以是任何水可溶的碱，其不会不利地影响组合物的性能。适当的碱可以是水 溶性的单价碱，包括碱金属氢氧化物、氢氧化铵、胺和链烷醇胺。可用的碱包括氢氧化钠、氢 氧化钾、氢氧化锂、氢氧化铵、伯胺、仲胺和叔胺(其中烷基具有1-3个碳原子)，一烷醇胺、 二烷醇胺和三烷醇胺(在每个烷醇基中具有2-3个碳原子)。合适的胺的例子包括甲胺、 二乙胺、三乙胺、异丙胺、丁胺等。可用在本发明中的链烷醇胺的例子包括二乙醇胺、三乙醇 胺、单异丙醇胺等。这些化合物的混合物也可用在本发明中。用在本发明中的合适的碱是 铵和低级链烷醇胺，如一乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。例如，合适的碱包括三乙醇胺和含 有75-95重量％的三乙醇胺与5-25重量％的二乙醇胺的混合物。碱通常以足够的量存在，以中和制剂中的所有酸组分并将组合物的pH提高到至 少约7. 5的值，且优选提高到约8-10的值。用于稀释泡沫生成浓缩物的水通常很硬，因为存在钙盐和镁盐。在这种情况下，理 想地是在组合物中包括水软化剂，以控制硬度。尽管可以使用任何常用的水软化剂，但是已 发现，聚磷酸盐很适于用在本发明的组合物中。优选的聚磷酸盐是碱金属(alkali)聚磷酸 盐和聚磷酸铵盐。具体的优选软化剂是三聚磷酸钾，因为其能在低温下起作用，如当遇到在 冬天使用冷水操作的情况时。水软化剂的量取决于被用于制造泡沫的水的硬度。软化剂通 常以足够量存在，以基本上消除水的硬度。在制造浓缩物时，通常优选的是避免在制剂中加入不必要的大量的水，因为这 会增加储存和运输成本。在浓缩的制剂中，基于浓缩物的总重量，水通常存在的量为约 40-90%。在稀释浓缩物以用在泡沫产生应用中时，足量的水被加入到浓缩物，以产生理想 含有约95到约99重量％的水和约1到约5重量％的非水组分的组合物。本发明的泡沫生成组合物可以被制备成浓缩物并与水混合以用于使用。混合是通 过将浓缩物与水在循环系统中结合并促使混合物以相对高的线速度通过具有小横截面面 积的管道而实现。为了避免过早形成泡沫，混合物从该小横截面面积管道排放到具有较大 横截面面积的管道中，从而在其重新引入到混合容器中所含的主体水中之前降低其速度。用在本发明中的泡沫组合物可以是许多类型的多孔泡沫树脂中的任一种。可发 泡的典型树脂包括苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚烯烃、酚醛树脂、硅树脂、氨基甲酸 乙酯树脂和乙烯树脂。上面所列的当然不是一种限制，而仅是示例性的。典型的可发泡树脂的描述可从各种文献中找到；例如，在1970-1971年的Modern Plastics Encyclopedia 中从第237页开始有上述树脂的这种描述。所关注的两种另外的树脂类型是异氰尿酸 酯(描述于美国专利No 3，814，659)和碳二亚胺(描述于美国专利No. 3，502，722和 No. 3，891，578)。开孔和闭孔的泡沫树脂都可以使用。鉴于本领域技术人员的知识以及文 献中的大量描述，更多的各类树脂材料的详细描述不在本文中给出。上述每种泡沫组合物可以含有硫化氢净化剂或控制剂。净化剂或控制剂可以是基 于铁的化合物，诸如是铁离子或亚铁离子与阴离子配体配位，该阴离子配体如聚氨基羧酸， 比如水解的蛋白质泡沫组分，乙二胺四乙酸(EDTA)、羟乙基乙二胺四乙酸(hydroxyethyle thylenediaminetetracacetic acid, HEDTA)、二乙烯三胺五乙酸(DTPA)或次氮基三乙酸 (nitrilotriacetic acid)。也可以使用其他硫化氢控制剂，如含氮碱(胺)。尽管已经如上描述了某些泡沫组合物，但是应理解，存在能用于执行本发明方法 的其他泡沫组合物。其他合适的泡沫组合物应易于运输、应具有足够高的停留时间(缓 慢)、应具有足够的刚性以使得泡沫能覆盖采空区物质或密封物质的垂直(和基本垂直的) 表面、应具有足够的持久性以承受主要的环境条件一段适当的时间以及应对气体流动具有 足够的屏障性。本发明还构思了使用上述泡沫用于爆炸抑制。在这种情况下，泡沫可被输送到保 护结构附近的区域，例如矿井密封物，以提供不期望有的爆炸性气体与保护结构的物理分 离。预期到，在这种位置设置泡沫，可通过抑制爆炸压力减少在保护结构上的爆炸载荷。下文是本发明的非限制性例子。例子1横巷配备有Kennedy板形式的密封件，以形成约4000ft3的空穴。根据本发明的泡 沫组合物用氮气形成并被注入到空穴中。在填充操作过程中以及在泡沫衰退过程中测量在 顶部空间中的氧气水平。在填充操作开始时，氧含量如预料的那样约为21%。当空穴大约 80%被填充了泡沫时，氧含量降低到约10%，且当空穴被填充时，氧含量降低到约0%。在 约200小时之后，空穴仍含有初始泡沫体积的约50%。例子2以下是根据本发明泡沫在头门处的研究的应用。通常，给定时间段内(例如一天) 的大气压从最大和最小变化，在测试位置其分别在约08 00 (上午8点)到11:00 (上午11 点)之间和约15:00(下午3点)到约19:00(下午7点)之间发生。结果，矿井中甲烷的 量通常会降低，而大气压力增加，反之亦然。通常，一定量氮气连续从头门到达尾门，且该一 定量氮气是与大气压有关的用以以降低通过密封件的氧气量的量。当大气压力接近最大时，在约09:30时开始在头门处用分离设备输送泡沫。在 ISO(采空区隔离阻挡部)(尾门)处测量甲烷含量。参见图6，可以看到，尽管气压计在约 10:00时开始降低，但是氮气的流动持续，直到约12:30。到此时，ISO传感器甲烷增加且相 应地氮气的流动降低。可以看到，氮气流动足够高以能在ISO传感器处支配流动和质量传 输，且可以看到在HG处泡沫应用没有效果。但是，在氮气流动降低且泡沫在16:00和约18:00时添加之后，可以看到，ISO传 感器测量到甲烷几乎是立即且独立于截割(shear)位置(被称为护罩(shield)，在该处，当 所绘制的点在最大或最小位置时采掘机(cutters)在一端或另一端)降低约0.6%。
图7显示了同样的数据，只是使用了扩展的横坐标。例子3图8和9分别比较了没有施加泡沫的一天和在头门和尾门处都施加了泡沫的随后 一天。如图6那样，可以看到氮气流动停留太长且甲烷的水平增加。还可以看到当大气压 力降低时，例如在约18:00时，甲烷水平增加，甚至在没有采掘时也增加。图9显示了当开 始采掘时，例如在约12:00和约15:30之间，甚至在大气压力降低时，在头门和尾门处都应 用泡沫对甲烷水平具有显著的效果。而且，可以看到，甲烷水平保持相对恒定，即使在采掘 开始且泡沫应用停止之后，这表明泡沫的停留时间足以对气体流动提供屏障并造成甲烷水 平的降低。例子 4参见图10和11，其中，图11具有相同的数据，但是其具有扩展的横轴。可以看到 在整个一天中注入了非常小量的氮气。在头门(HG)处应用泡沫，在约02:30时开始并以约 一小时为间隔持续应用直到约11:30。此外，在尾门(TG)处应用泡沫，在约04:30时开始并 以约一小时为间隔持续应用直到约11:30。可以看到，当泡沫被应用到HG和TG 二者时，甲 烷水平降低。令人瞩目的是，在主要采掘活动中，在没有氮气、没有应用泡沫且大气压力下 降的情况下，甲烷水平保持较低且低于适应水平(compliance level)。这表明，通过本发明 的方法可以带有有益效果。尽管已经参照具体实施例描述了本发明，但是应理解，本发明构思了其他使用和 方法。且在这点上，从说明书角度考虑，本发明的其他实施例对于本领域技术人员来说是明 显的。因此，目的是应将说明书认为仅是示例性的且本发明并不限于上述具体实施例。
权利要求
一种用于在矿井中空空间中对气体流动增加阻碍的方法，包括从短壁开采机、长壁开采机、煤柱回收机、短壁开采机的一部分、长壁开采机的一部分和煤柱回收机的一部分中之一向中空空间输送泡沫组合物。
2.如权利要求1所述的方法，还包括通过安装在短壁开采机、长壁开采机、煤柱回收 机、短壁开采机的一部分、长壁开采机的一部分和煤柱回收机的一部分中之一的一个上的 喷嘴输送泡沫。
3.如权利要求1所述的方法，其中，泡沫发泡到该中空空间的至少一部分中。
4.如权利要求3所述的方法，其中，中空空间是采空区。
5.如权利要求3所述的方法，其中，中空空间邻近正在进行开采的工作地点。
6.如权利要求1所述的方法，其中，低氧含量的气体被用于使泡沫组合物发泡。
7.如权利要求1所述的方法，其中，含有氮气的气体被用于使泡沫组合物发泡。
8.如权利要求1所述的方法，其中，泡沫组合物从固定到护罩的喷嘴输送，该护罩与侧 壁开采机和长壁开采机中的一个关联。
9.一种用于在地下开采操作中对气体流动增加阻碍的方法，包括在通过两个邻近的支 柱支护限定的空穴中输送泡沫组合物。
10.一种地下矿石采掘机，该采掘机在操作过程中形成采空区，该采掘机包括至少一个 喷嘴，该喷嘴与该采掘机关联并构造为向采空区附近的区域排放泡沫组合物，其中泡沫组 合物对气体流动提供阻碍。
全文摘要
一种用于在地下采掘操作中对气体流动增加阻挡的过程，包括在所需的经选择位置处施加泡沫组合物，以对气体流动形成屏障。
文档编号E21C35/22GK101809250SQ200880108925
公开日2010年8月18日 申请日期2008年7月31日 优先权日2007年7月31日
发明者史蒂夫·L·贝辛格, 奈杰尔·R·戈夫, 詹姆斯·D·派尔 申请人:圣胡安煤矿公司