Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса пылегазоподавления при взрывных,работах на карьерах 8
1.1. Анализ исследований по пылегазовыделению при массовых взрывах на карьерах 8
1.2. Обзор способов и средств пылеподавления на карьерах 18
1.3. Выводы, цель и задачи исследований 29
2. Механизм формирования пылегазового облака при массовых взрывах на железорудных карьерах и возможные пути предотвращения распространения вредных примесей за пределы карьера 32
2.1. Механизм формирования пылегазового облака 32
2.2. Этапы образования и развития пылегазового облака при массовых взрывах на железорудных карьерах 36
2.3. Свободное истечение продуктов детонации ВВ при взрыве сква-жинного заряда и разрушение породы в его ближней зоне 40
2.4. Лабораторный анализ электризации продуктов разрушения железистых кварцитов 54
2.5. Нейтрализация токсичных взрывных газов 58
2.6. Возможные способы и средства предотвращения пылеобразования и нейтрализации ядовитых газов 60
2.7. Выводы 63
3. Разработка рекомендаций по пылеподавлению и ней трализации токсичных газов при массовых взрывах 67
3.1. Способы снижения температуры изолированного (отдельного) термина и повышения коагулирующей способности пылевых частиц 67
3.2. Оценка влияния параметров комбинированной забойки на пылеоб-разование при взрыве скважинных зарядов и их оптимизация 70
3.3. Исследование влияния кислотно-щелочных показателей смачивающей жидкости на эффективность пылеподавления при взрывных работах на карьерах 83
3.4. Выводы 101
4. Характеристики пылегазового облака от массовых взрывов и опытно-промышленные испытания комбинированной забойки 104
4.1. Оценка ореолов загрязнения пылью, выпадающей из пылегазового облака 104
4.2. Методика проведения промышленных испытаний по взрывной отбойке массива горных пород с применением комбинированной забойки .111
4.3. Опытно-промышленные испытания способа пылегазоподавления с применением комбинированной забойки 113
4.4. Выводы 119
Заключение 123
Литература 127
Приложения 134
- Обзор способов и средств пылеподавления на карьерах
- Этапы образования и развития пылегазового облака при массовых взрывах на железорудных карьерах
- Оценка влияния параметров комбинированной забойки на пылеоб-разование при взрыве скважинных зарядов и их оптимизация
- Методика проведения промышленных испытаний по взрывной отбойке массива горных пород с применением комбинированной забойки
Введение к работе
Актуальность работы. Открытый способ разработки полезных ископаемых, в частности рудных месторождений, получил широкое распространение, и его доля в общей добыче составляет порядка 70 %. На современных карьерах горные работы ведутся на глубинах до 400 м, а в перспективе глубина карьеров достигнет 450-600 м. Применение высокопроизводительного оборудования приводит к повышению концентрации пыли и вредных газов в атмосфере карьеров и прилегающей местности, а большая глубина карьеров затрудняет воздухообмен и возможность эффективного их проветривания.
Основным технологическим процессом добычи полезных ископаемых на карьерах в скальных горных породах является их взрывная отбойка, которая сопровождается выделением большого количества пыли и газа. Количество образующейся при взрыве пыли и ее дисперсность изменяются в широких пределах и зависят от типа и крепости горных пород взрываемого массива, степени их обводненности, удельного расхода промышленных взрывчатых веществ (ПВВ) и др.
Появление в воздухе в результате взрыва большого количества оксидов азота ведет к неблагоприятным экологическим последствиям: при соединении оксидов азота с парами воды образуется азотная кислота, оседание которой на почву приводит к повышению в ней содержания нитратов, а попадание в водоемы подкисляет воду.
Вредные газы, выделяющиеся при взрыве в атмосферу, представляют опасность для людей. Поскольку оксиды азота токсичнее оксида углерода (ПДК в атмосфере соответственно 0,00025 и 0, 0016 об. %), то при оценке суммарной токсичности продуктов взрыва «Единые правила безопасности при взрывных работах» предусматривают эквивалент 6,5 для оксидов азота по отношению к оксиду углерода.
Мельчайшие частицы пыли приводят к существенному загрязнению атмосферы карьеров и прилегающих к ним районов. Известно, что наибольшая крупность пылинок, попадающих в легкие человека, обычно не превы-
5 шает 10 мкм. Наибольшую опасность для человека в соответствии с санитарными нормами представляют пылевые частицы размером порядка 1 мкм, приводящие к такому заболеванию, как силикоз. Основные причины, приводящие к заболеванию пневмокониозом в карьерах, связаны с уровнем концентрации пыли и ее дисперсностью, периодичностью ее вдыхания, а также содержанием в ней свободного диоксида кремния, наличием адсорбированных газов (оксидов углерода и азота, альдегидов и др.) на поверхности пыли. Содержание свободного диоксида кремния в витающей пыли на различных карьерах колеблется в широких пределах: 20-50 % на карьерах Кривбасса и 1-10 % на карьерах Курской магнитной аномалии. Концентрация СО в верхней части пылегазового облака (ПГО) достигает 0,03-0,04 %, оксидов азота -0,007 %, а пыли - порядка 2000 мг/м3.
В этой связи задача пылеподавления и нейтрализации вредных газов при взрывной отбойке железистых кварцитов на карьерах является одной из важнейших. С учетом изложенного тема диссертации, посвященная обоснованию и разработке способа пылеподавления и нейтрализации вредных газов при массовых взрывах на карьерах, является актуальной.
Цель работы заключается в разработке способа пылеподавления и нейтрализации вредных газов при массовых взрывах на карьерах и обосновании рациональных параметров комбинированной забойки взрывных скважин.
Идея работы заключается в подаче в область формирования пылегазового облака высокодисперсной воды с избытком анионов и нейтрализатора вредных газов путем применения комбинированной забойки, представленной мелом в нижней ее части и водой с избытком анионов (рН <6), расположенной в верхней ее части и размещенной в полиэтиленовом рукаве.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:
1. Формирование пылегазового облака (ПГО) при взрыве скважинного заряда начинается с образования высокотемпературного изолированного термика над устьем скважины в результате истечения взрывных газов и
пыли из скважины и зоны мелкодисперсного дробления массива в течение 60 + 80 мс.
Нейтрализация положительного заряда частиц пыли обеспечивается высоко диспергированной водой с избытком анионов (рН < 6), что улучшает их смачивание, повышает величину капиллярных сил сцепления, способствует их эффективной коагуляции и осаждению влределах карьера.
Пылеподавление и нейтрализация вредных газов при массовых взрывах на карьерах осуществляются путем снижения температуры термика и уменьшения его подъемной силы за счет распыления в нем воды до частиц диаметром менее 20 мкм при суммарной площади их поверхности бо-лее 150000 м" с 1 м воды и обеспечения твердофазных реакций оксидов азота с нейтрализатором.
Распыление воды и диспергация нейтрализатора вредных газов осуществляются за счет высокой скорости вылета из скважины комбинированной забойки, представленной в верхней части полиэтиленовым рукавом, заполненным водой с избытком анионов, а в нижней части - мелом в количестве 20 -ь 40 кг на 1 тонну промышленного взрывчатого вещества.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
использованием в работе законов физической химии, газодинамики и истечения смеси продуктов детонации ИВВ и продуктов разрушения из устья скважины;
соответствием теоретических оценок с использованием фундаментальных законов газодинамики формирования пылегазового облака с данными натурных измерений параметров этих облаков в производственных условиях;
положительными результатами апробации разработанного способа пы-легазоподавления с помощью комбинированной забойки на карьере ОАО «Стойленский ГОК».
Научное значение работы заключается в установлении:
закономерности формирования ПГО над устьем скважины в процессе истечения высокотемпературных взрывных газов с пылью.
закономерности влияния термодинамических параметров взрывных газов в скважине, ее диаметра и высоты заряжаемой части на параметры истечения продуктов детонации ВВ из скважины;
зависимости влияния давления в скважине при детонации ПВВ и параметров комбинированной забойки (высоты ее нижней части, представленной высокодиспергированным мелом для нейтрализации вредных взрывных газов и высоты верхней ее части, представленной водой с избытком анионов, находящейся в полиэтиленовом рукаве и предназначенной для коагуляции пылевых продуктов взрыва) на скорость ее вылета из скважины.
Практическое значение работы состоит в разработке способа пылега-зоподавления при-взрывной отбойке железистых кварцитов, обеспечивающего эффективное подавление пыли и нейтрализацию вредных газов при массовых взрывах на карьерах.
Реализация выводов и рекомендаций работы.
Способ пылегазоподавления с применением комбинированной забойки, включающей воду с рН < 6 и нейтрализатор газов, прошел промышленные испытания на ОАО «Стойленский ГОК». Было проведено пять массовых взрывов, которые показали, что при использовании комбинированной забойки имеет место практически полное подавление пыли и вредных газов.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодной конференции «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 1999 - 2006 гг.), технических советах Стойленского ГОКа (2004 - 2006 гг.), семинарах каф. ФГП и П МГГУ (2003 - 2007 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 статей.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, 49 рисунков, 4 таблиц и списка литературы из 78 наименований.
Обзор способов и средств пылеподавления на карьерах
Вопросу подавления пыли и нейтрализации токсичных газов, выделяемых при производстве массовых взрывов, а также эрозии поверхностей хво-стохранилищ посвящено большое количество научных публикаций, среди которых основными являются работы Адушкина В.В., Азарковича А.Е., Бе-лина В.А., Бересневича П.В., Викторова С.Д., Гончарова С.А., Захарова М.Н., Луговского СИ., Каркашадзе Г.Г., Конорева М.М., Крюкова Г.М., Кузьменко П.К., Кутузова Б.Н., Михайлова В.А., Неженцевой Н.Г., Нестеренко Г.Ф., Соловьева СП., Тарасенко В.П., Ткаченко А.В., Филатова С.С., Федорова И.С
За последние годы на отечественных и зарубежных предприятиях были изготовлены и внедрены различные технические средства и способы, предназначенные для снижения концентрации вредных газов и пыли в рабочих зонах [1]. Ведущими институтами стран СНГ была выполнена прогнозная оценка состояния атмосферы и предложены способы и средства ее нормализации в карьерах вплоть до 2015 г. [14] Такая оценка выполнялась методом экстраполяции, исходя из имеющихся информационных материалов по данной проблеме и фактических данных о составе атмосферы в современных карьерах. Прогноз способов нормализации атмосферы в России включал: анализ направлений проектно-конструкторских и научно-исследовательских работ по проблеме улучшений условий труда в карьерах; анализ конкретных способов и средств борьбы с загрязнением атмосферы. При этом был использован метод экспертных оценок, с учетом информации из отечественной и зарубежных источников, а также патентных материалов по вопросам нормализации состава атмосферы карьеров [15]. Основными этапами, подлежащими учету при составлении прогнозных оценок, по степени важности для заданного периода являются: период до 2000 г. пылеподавление, пылеулавливание, кондиционирование воздуха в кабинах оборудования, нейтрализация отработавших газов, технологические способы уменьшения выделения ядовитых и вредных веществ, искусственное проветривание, естественная аэрация; период до 2015 г. кондиционирование воздуха в кабинах оборудования, пылеподавление, нейтрализация отработавших, газов, технологические способы уменьшения выделения ядовитых и вредных веществ, пылеулавливание, искусственное проветривание, естественная аэрация. На период до 2000 г. прогнозная оценка в полной мере не оправдалась. За этот период в нашей стране не появилось новых технических разработок, направленных на решение проблемы пылеподавления. В зарубежной практике в некоторых частных случаях удалось полностью решить эту проблему. В частности, созданы технические средства, позволяющие полностью исключить выделение пыли при буровых работах и создающие комфортные условия для рабочего персонала. Это позволяет говорить о более строгом подходе к про-, блеме охраны окружающей среды на зарубежных предприятиях. Что касается, прогноза до 2015 года, то его в большей степени следует воспринимать как руководство к действию.
Снижение выделения пыли и газа при производстве массовых взрывов осуществляют за счет технологических, организационных и инженерно-технических мероприятий [1]. К технологическим мероприятиям относят: взрывание высоких уступов (от 30 м и более), что уменьшает высоту пылегазового облака в 1,25 раза; а также снижению образования і оксит дов азота [5]; применение ВВ с нулевым или близким к нему кислородным балансом (замена ВВ с отрицательным кислородным балансом на граммонит 79/21, игданит и др.), что ведет к уменьшению до 2 - 9 раз количества образующихся вредных газов при взрывах в любых горнотехнических условиях [16]; взрывание в зажатой среде или на неубранную горную-массу (на подпорную стенку из разрушенной ранее.горной массы). При этом ширина подпорной стенки должна быть не менее 20 м. При большей ширине стенки (до 30 м) резко сокращается объем вторичного пылегазового облака, либо оно вообще не образуется [17]; уменьшение удельного расхода: ВВ и его рассредоточение по: высоте скважины за счет применения воздушных промежутков [17,18; 19]; применение активной забойки. Реализация технологических мероприятий возможна:; как на , стадии проектирования, так и. при эксплуатации карьеров [8]. Правильный; выбор технологии является наиболее эффективным средством улучшения атмосферных условий, не требующим специальных материальных затрат.
В частности, использование граммонита 79/21 при взрывании обводненных скважин с предварительным насыщением воды аммиачной селитрой по методу НИГРИ позволяет в2-12 раза снизить количество образующихся вредных газов по сравнению с таковым при взрыве тротила.
При взрыве ВВс близким к нулю кислородным балансом имеет место существенное снижение выделения, ядовитых газов [20]: Так при взрыве 1 кг граммонита 79/21 выделение вредных газов сокращается в 4-6 раз по сравнению с гранулотолом, а при взрыве порэмита- 10-12 раз.
Заслуживает внимания способ нейтрализации ядовитых продуктов взрывах помощью добавок в заряды ВВ различных веществ, способных до-окислить ядовитые компоненты [21]. В качестве нейтрализаторов применя 21 лась гашеная известь, сода и мел. Опыты показали, что добавление 2-6 % мела или извести к зарядам из селитры и игданита снижает концентрацию ядовитых окислов в 10-50 раз.
Наиболее широкое применение из перечисленных способов получило взрывание в зажатой среде или на неубранную горную массу. Здесь имеет место сокращение пылевыделения за счет отсутствия образования пыли в направлении формирования развала. Проведенные институтом ВНИИБТГ исследования показали, что при толщине буферного слоя не менее 20-30 м выброс облака сокращается и концентрация выделяющегося из горной массы СО на нижней отметке взорванного уступа достигает допустимого уровня через 2-3 ч после взрыва почти независимо от количества взрываемого ВВ.
Также распространен способ, связанный с направлением инициирования ВВ в скважине, которое приводит к сокращению выхода остатков продуктов детонации из устья скважины. Взрывание высоких уступов не нашло широкого применения из-за отсутствия соответствующей погрузочной и буровой техники. Применение зарядов с воздушными промежутками (продольными и радиальными) сокращает количество ВВ, размещаемого в скважине, уменьшает радиус ближней зоны, в которой происходит переизмельчение горной породы и соответственно снижает количество образуемой при взрыве пыли и вредных газов (окислов азота). Однако трудоемкость создания таких зарядов в связи с отсутствием механических средств заряжания препятствует их внедрению.
Этапы образования и развития пылегазового облака при массовых взрывах на железорудных карьерах
Основными породообразующими минералами железистых кварцитов являются: кварц (плотность р=2,65 10 кг/м ), гематит (р=5,27 10 кг/м ), и магнетит (р=5,2 103 кг/м3). Именно эти минералы в абсолютном большинстве будут формировать пылевое облако при взрывных работах на карьерах, разрабатывающих железистые кварциты.
В процессе взрыва на карьерах продукты разрушения породы, в том числе и пылеватые частицы, формирующие будущее взрывное пылегазовое облако (ПГО), за счет истечения газов из устья скважины в критическом режиме поднимаются над подошвой взрываемого уступа на некоторую высоту. При этом пылеватые частицы и частицы более крупных фракций оказываются на разных высотах. В дальнейшем, когда наиболее крупные куски, а затем и все более мелкие куски породы упадут на землю, пылеватые частицы породы будут продолжать подниматься вверх, но уже не за счет метательного эффекта взрыва, а за счет эжекции в горловину взрывного выброса породы воздуха вместе с пылью.
При этом на максимальную высоту за счет турбулентной диффузии поднимаются наиболее тонкодисперсные частицы глинистой, иловой и пыле-ватой фракций. После того, как подъем взрывного пылевого облака прекратится (высоту его подъема всегда можно зафиксировать с помощью фото- и киносъёмки) начинается процесс горизонтального перемещения пылевого облака под действием ветра и вертикального осаждения твердых частиц под действием сил гравитации.
Естественно предположить, что наиболее высокодисперсные частицы пылевого облака будут перенесены ветром на большие расстояния; а наиболее крупные частицы, осаждающиеся соответственно с большой скоростью, переносятся ветром на меньшие расстояния-по горизонтали.
Таким образом, процесс образования ПГО состоит из трех основных этапов: первого - вынос взрывных газов и пылевых частиц из скважины, смешивание с окружающим воздухом и образование так называемого изолированного термика (отдельного объема взрывных газов с пылью) над каждой скважиной (рис. 2.2.1, а); второго - объединение отдельных термиков и образование ПГО над всем блоком, восходящее движение образованного ПГО, обусловленное разностью плотностей газов в термике и окружающей среде, т.е. за счет действия архимедовой силы (рис. 2.2.1,6) и третьего - перенос ПГО ветром и осаждение пылевых частиц по траектории горизонтального перемещения облака (рис. 2.2.1,в). Исходя из этого, к наиболее эффективным следует отнести способы пылеподавления, предотвращающие образование конвективных термиков или заметно снижающие их объем и температуру.
Двухфазный поток при истечении из скважины в неподвижную среду (затопленная струя) и смешиваясь с последней (вовлечение воздуха 2), образует над ней высокотемпературный объем газов 1 (рис. 2.2.1), содержащий твердые частицы различной крупности. В термодинамике атмосферы такие объемы называют изолированным термиком или конвективным элементом с вовлечением [50]. Термодинамические параметры термика в начальной стадии могут быть получены из уравнений теории турбулентных затопленных сверхзвуковых струй [48]. Следовательно, само пылегазовое облако от массового взрыва может рассматриваться как изолированный термик.
На втором этапе термик под действием архимедовой силы перемещает 39 ся вверх, одновременно вовлекая внутрь себя массу окружающего воздуха из пограничного слоя 2 (рис. 2.2.1,6). При этом имеет место интенсивное перемешивание взрывных газов с поступающим в термик воздухом. В результате вовлечения окружающего воздуха и адиабатического расширения радиус термика растет с высотой. Точные решения задачи восходящего движения термика с вовлечением до сих пор не получены.
На втором этапе имеет место выпадение из ПГО частиц пыли тех размеров, скорость витания которых меньше скорости восходящего потока термика W{z). Для более мелких частиц эффективным возможным способом их осаждения является коагуляция в крупные агломераты. При коагуляции пылевых частиц с помощью мелкодисперсных капель воды определяющей является их смачиваемость. Поэтому вода должна содержать компоненты, улучшающие смачиваемость.
Одним из факторов, отрицательно влияющих на коагуляцию пылевых частиц, является их электростатический заряд. По результатам многих исследований [9,10,51-53] выявлено, что ПГО несет положительный электрический заряд. Естественно одноименная заряженность пылевых частиц препятствует их эффективной коагуляции в связи с их взаимным отталкиванием.
При взрывной отбойке крепких горных пород значительная часть взрывной энергии затрачивается впустую вследствие резкого падения давления продуктов детонации ВВ в скважине и кратковременности импульса, действующего на стенки скважины. Причиной этого является практически мгновенный выброс газообразных продуктов взрыва через устье скважины. Вопрос о характере снижения давления при сверхзвуковом истечении газов, влияния различных факторов на параметры данного процесса, в частности влияния геометрии скважины, о продолжительности истечения и др., изучен недостаточно.
По оценке Г .И.Покровского [54] коэффициент полезного действия (КПД) взрывного дробления составляет для известняка - 0,56 %, для гранита 41 0,19 %, а с учетом затрат энергии по поднятию породы при взрывах на выброс равен примерно 1 %. По современным оценкам КПД взрыва составляет 5 - 15 %. На основе обработки многочисленных опытных данных установлено, что в процессе истечения давление в зарядной полости снижается по экспоненциальному закону [55,56]. Естественно эмпирические зависимости не позволяют выявить причину и характер влияния отдельных факторов на форму импульса давления.
Оценка влияния параметров комбинированной забойки на пылеоб-разование при взрыве скважинных зарядов и их оптимизация
Основными факторами образования пылегазового облака (ПГО) являются: разрушение и переизмельчение горной массы до размеров пылевого аэрозоля в ближней зоне взрыва под воздействием высоких температур (до 4000 С) и давлений (до 1010 Па = 10 атм) продуктов детонации ВВ, разгон и вынос пылевого аэрозоля в атмосферу через устье скважины сверхзвуковой струей газообразных продуктов взрыва, подъем пылевых частиц за счет приобретенной в газовом потоке начальной скорости и движения в восходящем потоке высокотемпературных продуктов взрыва. Разрушение и разлет кусков взорванной горной массы способствуют переносу пыли в ПГО в спутном потоке, в теневой области кусков, а также взметыванию пыли, осевшей на поверхности блока и переносу ее за счет эжекции в восходящий поток высокотемпературных газов.
Критический перепад давлений в скважине и атмосфере обусловливает звуковую скорость потока продуктов взрыва в верхней цилиндрической части (устье) скважины и сверхзвуковую - в атмосфере вблизи ее устья. Установлено, что по мере истечения газов их давление в скважине снижается по экспоненциальному закону [55] , тем не менее, критический режим течения сохраняется вплоть до уменьшения давления до атмосферного. Образование и формирование термика предшествует разрушению блока взрываемых горных пород, т.е. происходит до появления и развития магистральных трещин в массиве. Разрушение и разлет кусков взорванной горной массы способствуют взметыванию пыли, осевшей на поверхности блока и переносу ее в ПГО за счет эжекции в восходящий поток высокотемпературных газов.
Таким образом, образование ПГО обусловлено в первую очередь наличием единственного канала - устья скважины, через который со значительной скоростью (до 450-1000 м/с) пылегазовая мелкодисперсная смесь истекает в атмосферу на большую высоту. По мере появления сети магистральных трещин в массиве начинается резкое снижение объема пылегазовой смеси, истекающей в атмосферу. В этом случае основная масса пылегазовой смеси уходит в образовавшиеся и вновь образуемые трещины. При этом в силу значительной площади суммарного сечения этих трещин поток пылегазовой смеси в массив имеет сравнительно малую скорость и оседает внутри развала горной массы.
Для устранения причин образования термика требуется исключить истечение пылегазовой смеси через устье скважины в атмосферу на время до момента появления и развития магистральных трещин и соответственно разрушения массива, т.е. «запереть» скважину на заданное время. Помимо этого, необходимо также снизить температуру продуктов детонации ВВ. Этого можно добиться с помощью использования комбинированной забойки, нижняя часть которой состоит из твердых материалов, а верхняя — представляет собой герметичную оболочку, заполненную водой, что приведет к уменьшению перепадов температур продуктов взрыва и атмосферы. Это минимизирует восходящий поток продуктов взрыва, что приведет к уменьшению разме-ров пылегазового облака. Наглядно этот процесс представлен на рис.3.2.1. На рис. 3.2.1, б рассмотрен вариант массового взрыва без применения забойки. В результате происходит выброс в атмосферу всех продуктов взрыва, а таюке пыли, поднятой с поверхности в результате эжекции. На рис. 3.2.1,а рассмотрена картина взрыва с применением комбинированной забойки. В таком случае большая часть энергии взрыва используется на образование сети магистральных трещин, а вырвавшийся на поверхность поток высокотемпературных продуктов взрыва нейтрализуется распыленной (15-20 мкм ) водой. С применением забойки такого рода выброс в атмосферу пылегазового облака уменьшается в несколько раз.
На движение забойки в общем случае оказывают влияние следующие факторы и явления: 1) давление продуктов детонации ВВ ,которое изменяется при их расширении в процессе вылета забойки; 2) боковой распор забойки в условиях ее сжатия под действием сил инерции; 3) сила трения между твердой частью забойки и стенками скважины, определяемая величиной бокового распора. Будем рассматривать комбинированную забойку (рис. 3.2.2, а), нижняя часть которой длиной состоит из сыпучего твердого материала, а верхняя длиной в - из воды, заключенной, в герметичной оболочке (полиэтиленовый рукав). Нижняя часть в отличие от верхней испытывает трение со стенками скважины, вода же играет роль инертной массы, оказывая давление на нижнюю часть при ускоренном движении забойки. Помимо этого, за счет высокой скорости вылета забойки вода/ распыляется и способствует подавлению пыли, образующейся в результате взрыва.
Методика проведения промышленных испытаний по взрывной отбойке массива горных пород с применением комбинированной забойки
Опытно-промышленные испытания комбинированной забойки для подавления-пыли и газа при производстве массовых взрывов-применительно к условиям Стойленского карьера были проведены в несколько этапов. Первый массовый взрыв был проведен 20.10.2006 года. Место расположения блока выбиралось с учетом исключения влияния на чистоту эксперимента других взрываемых блоков. В связи с этим было показано, что указанным; требованиям удовлетворяет блок № 11 гор. 40 м. Блок сложен магнетитовым, желез-нослюдково-магнетитовым и биотито-магнетитовым кварцитами. Фактическое количество скважин на этом блоке составило 100 штук. Глубина скважин составила: по первому ряду - 18 м, по остальным трем радам - 17 метров. Длина колонки заряда ВВ принята: по первым трем рядам - 9 метров, последний ряд - 8 метров. Все скважины заряжались ГЛТ-20 (АКВАТОЛ-20 ГМ). Средняя величина заряда в скважине находилась в пределах 640-720 кг. Суммарное количество ВВв зарядах скважин составило 72,0 тонн.
Экспериментальный блок был разделен на два участка. Северная часть блока взрывалась со стандартной забойкой, на южной была выполнена комбинированная забойка, включающая активную, инертную и водяную компоненты. Инертная часть забойки длиной 1 м выполнялась из бурового шлама. Активная часть также длиной 1 м состояла из мела. После этого в скважину опускался полиэтиленовый рукав с грузом на конце. Заполнение рукава производилось 30% раствором аммиачной селитры с помощью зарядной машины «Акватол» емкостью 20 м на базе автосамосвала «Белаз» (рис. 4.3.1-4.3.3). Зарядная машина заполнялась раствором на пункте приготовления горячего раствора окислителя цеха взрывных работ. Длина водяной части забойки составила от 8 до 9 метров.
Для замера количества пыли, выделяемой при взрыве, в тылу блока были установлены четыре ловушки. При этом на каждую часть блока приходилось по две ловушки, которые предварительно были пронумерованы. Нумерация ловушек начиналась от рядовой части блока с северной его стороны.
В момент взрыва направление ветра было юго-западное в крест простирания фронту блока. Скорость ветра составила 1 м/с.
Взвешивание пыли, собранной с ловушек, в лаборатории ГОКа показало, что количество пыли с экспериментальной части блока в 117 раз меньше, чем с части с обычной забойкой и составило по массе 2,1 г/м2. Пыль с экспериментальной части представлена в основном мелкими фракциями (менее 60 мкм), а другой части - мелкими и крупными фрациями (более 170 мкм).
Второй эксперимент был проведен при производстве массового взрыва в карьере 10.11.06. В составе взорванных блоков находился опытный блок №112 горизонт « - 10 м». Общее количество взорванных скважин составило 199 единиц. Фактическая длина скважин составила от 15 до 20 метров. Сетка скважин 6х 6 м, максимальная по первому ряду 4x15 метров. Общий вес заряда составил 129013,75 кг. «Сухие» скважины заряжались штатным ВВ граммонит 79/21, обводненные свкажины - взрывчатым веществом местного изготовления «Акватол - 20 ГМ». Система инициинирования «Примадет».
Третий эксперимент был проведен 22.12.06. В состав взорванных блоков входил блок №128 горизонт «-100 м». Общее число фактически взорванных скважин составило 140 единиц. Глубина пробуренных скважин № 83-95, 98-105, 126-137, 140 экспериментальной части блока составила от 18 до 19 метров. Сетка скважин-6x6 м, максимальная по первому ряду 15x4 метров. Общий вес заряда ВВ составил 11679,50 кг. «Сухие» скважины заряжались штатным ВВ граммонит 79/21, обводненные свкажины - взрывчатым веще 1 ством «Акватол - 20 ГМ».
Оценка количества и состава пыли и ее влияния на окружающую среду проведена на основании результатов экспериментальных исследований в районе карьера Стойленского ГОКа КМА. Для отбора проб пыли использовали ловушки - открытые сосуды определенной площади (приемники пыли из ткани ФПП). А так же - автоматические пылесборники, засасывающие за 120 пыленный воздух и осаждающие пыль на фильтрах типа АФА-В-10. Применяли также засасывание запыленного воздуха портативной воздуходувкой типа ПРМ-1М через упомянутые фильтры. Пылеулавливающие приборы ставили по ходу движения пылегазового облака через определенное (50-250 м) расстояние. Направление движения ветра и облака определяли заранее по данным гидрометеослужбы города. Автоматические приборы-пылесборники включались автоматически от сейсмического действия взрыва. Пыль из ловушек и фильтры из пылесборников собирали, взвешивали в лаборатории ГОКа, а в лабораториях МГГУ и ИПКОН РАН определяли крупность частиц пыли и ее состав в каждой точке улавливания, а также отбирали образцы почвы и определяли ее рН в лаборатории. Взвешивание проводили на аналитических лабораторных весах с погрешностью не более 10 мг, что составляло не более 1,0-1,5% от массы пыли в пробе. Крупность частиц пыли определяли под микроскопом марки МСБ-1 с увеличением 64, а также - и прибором Ценеприс-014. Определение минерального состава пыли производили рентгеновским дифракционным фазовым анализатором с получением и обработкой рентгенограмм на компьютере. Характеристику пылегазового облака (его размер, высоту подъема, время существования) определяли по фотографиям и видеозаписям.
Дисперсный состав пыли изменяется по мере удаления от места взрыва: уменьшается как крупность пылевых частиц, так и их содержание в воздухе. Наиболее крупные частицы пыли (до 260 мкм) состоят из магнетита, значительно меньше размер частиц гематита (до 70 мкм), а наименьший размер частиц относится к кварцу (около 30 мкм).
Наиболее крупные и тяжелые частицы пыли (магнетит) выпадают на расстоянии до 250 м от края карьера. Крупность частиц пыли уменьшается с расстоянием от края карьера резко для магнетита, сравнительно плавно - для гематита и почти не меняется для кварца. Состав пыли от расстояния качественно не меняется, т.е. во всех пробах остаются магнетит, гематит и кварц. С расстоянием от взрыва несколько увеличивается содержание в пыли гематита и магнетита, но уменьшается содержание кварца, однако кварца в пыли содержится больше, чем магнетита и гематита.
Водородный показатель рН почвы в районе карьера уменьшается с расстоянием от края карьера, причем у края карьера почва закислена, а далее в основном - щелочная. Вокруг карьера за много лет его работы создана зона большой площади (18,4 км ) закисленной и ощелоченной почвы с высокой концентрацией пыли (до 0,8 кг/м ), которая подвергается вторичному переносу на большие расстояния.
