Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время объем потребления взрывчатых веществ (ВВ) предприятиями Кузбасса на открытых горных работах составляет 140-150 тыс. тонн в год. При этом взрывается свыше 700 тыс. шт. скважин, в том числе 40-50% обводненных. В этих условиях количество отказов составляет 1,5-2,0% от общего числа взрываемых скважинных зарядов, что представляет потенциальную опасность при экскавации разрушенного горного массива.
Еще одной проблемой является неполная детонация скважинных зарядов, приводящая к образованию значительного объема (до 160 тыс. м3) токсичных газообразных продуктов взрыва. Это представляет серьезную угрозу как для персонала предприятий, так и для проживающего вблизи населения, а также приводит к неоправданным экономическим потерям.
Основной причиной отказов и неполной детонации скважинных зарядов является недостаточная водоустойчивость применяемых взрывчатых веществ, что приводит к загрязнению сточных вод предприятий в результате растворения и вымывания части компонентов из состава ВВ.
Перечисленные негативные моменты связаны с тем, что из-за отсутствия методов испытаний не проводится оценка сохранения эффективности действия скважинных зарядов после их нахождения в воде, а также определение количества токсичных составляющих газов, выделяющихся при взрыве. В связи с этим вопрос повышения безопасности и эффективности взрывных работ не может быть успешно решен без разработки необходимых методов контроля.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с отраслевыми тематическими планами и программами научно-исследовательских работ ВостНИИ в период 1987-1999 гг. В рамках этих программ автор участвовал в выполнении 9 работ в качестве исполнителя или ответственного исполнителя.
Целью настоящей работы является разработка методов оценки безопасности и эффективности взрывчатых веществ, предназначенных для открытых горных работ.
Идея работы заключается в проведении исследований по установлению факторов, обуславливающих возникновение отказов скважинных зарядов и неполноты их детонации, и разработка на основе результатов исследований методов оценки безопасности и эффективности их применения, а также новых более совершенных рецептур ВВ.
Задачи исследований:
-разработать метод оценки водоустойчивости промышленных взрывчатых веществ, предназначенных для открытых горных работ;
-разработать метод количественной оценки токсичных газообразных продуктов взрыва ВВ на открытых горных разработках;
-разработать и усовершенствовать рецептуры простейших гранулированных взрывчатых веществ, изготавливаемых на стационарных пунктах.
Методы исследований. При решении поставленных задач использованы аналитические, экспериментальные и статистические методы исследований с использованием вновь разработанного стендового оборудования, современных средств измерения и вычислительной техники.
Объектами исследований являются промышленные взрывчатые вещества, предназначенные для открытых горных работ и допущенные Госгортехнадзором России к постоянному применению, а также модельные составы ВВ.
Основные научные положения:
-причиной отказов при массовых взрывах является недостаточная водоустойчивость взрывчатых веществ, применяемых для формирования скважинных зарядов;
-процесс растворимости гранулированных и водоэмульсионных взрывчатых веществ осуществляется по диффузионно-конвективному механизму и зависит от интенсивности фильтрации грунтовых вод, площади контакта заряда с водой и давления;
-взрывание испытуемых зарядов ВВ в канальной мортире обеспечивает полноту их детонации в стендовых условиях испытаний;
-с уменьшением дисперсности угольного порошка при изготовлении гранулитов УП-1 возрастает эффективность действия взрыва. Наиболее оптимальной при изготовлении углесодержащих гранулитов является фракция с размером частиц от 0,37 до 0,45 мм.
Научная новизна работы:
-
Впервые предложен метод количественной оценки эффективности действия взрывчатых веществ, предназначенных для открытых горных работ, позволяющий определить флегматизирующее воздействие грунтовых вод и прогнозировать эффективность ведения взрывных работ при длительном нахождении ВВ в обводненных скважинах при различной степени обводненности.
-
Предложен метод определения токсичных составляющих газов взрыва зарядов ВВ массой до 1,0 кг в канальной мортире, сообщающейся с камерой объемом 7 м3, предназначенной для сбора газов и отбора проб.
-
Обоснована возможность применения разработанных методов для создания новых и совершенствования существующих рецептур ВВ в направлении снижения числа отказов и неполноты детонации скважинных зарядов.
Достоверность научных положений подтверждается:
-теоретическим обоснованием условий постановки экспериментов, соответствующих производственным;
-представительным объемом экспериментов;
-воспроизводимостью результатов экспериментов;
-положительными результатами испытаний в промышленных условиях усовершенствованной рецептуры углесодержащих гранулитов, применяемых в качестве скважинных зарядов на открытых горных работах;
-положительными результатами опытно-промышленной проверки разработанного гранулита.
Практическая значимость работы заключается:
-в разработке метода количественной оценки эффективности действия взрыва предназначенных для открытых горных работ взрывчатых веществ и метода определения токсичности их газообразных продуктов взрыва;
-в получении рецептуры углесодержащих гранулитов, позволяющей снизить образование токсичных газов взрыва за счет полноты детонации скважинных зарядов;
-в разработке рецептуры состава гранулита АП, обеспечивающей повышение условной плотности заряжания и полноту детонации зарядов, а также меньшее в сравнении с прототипом - гранулитом АС-8 (ГОСТ 21987-76) образование токсичных газов взрыва при сопоставимых взрывчатых показателях ВВ;
-в повышении безопасности и эффективности взрывных работ на открытых горных предприятиях за счет снижения количества отказов скважинных зарядов в результате контроля влияния грунтовых вод на эффективность действия и токсичность газов взрыва еще на стадии разработки ВВ и постановки их на производство.
Реализация работы. Результаты разработок, представленных в диссертации, реализованы в следующих работах:
-отраслевой методике «Вещества взрывчатые промышленные. Метод измерения водоустойчивости ВВ с пониженной чувствительностью к детонации по сохранению эффективности действия» (Кемерово, 1990);
-отраслевой методике «Вещества взрывчатые промышленные. Метод измерения токсичных газов взрыва ВВ с пониженной чувствительностью к детонации» (Кемерово, 1990).
Использование методов позволяет повысить безопасность и эффективность взрывных работ на открытых горных предприятиях за счет снижения числа отказов обводненных скважинных зарядов, повышения полноты детонации и уменьшения образования токсичных составляющих газообразных продуктов взрыва. Это обусловлено возможностью прогнозирования эффективности действия ВВ для скважинных зарядов при их длительном контакте с грунтовыми водами с учетом степени обводнения, скорости фильтрации, давления.
Использование разработанных методов позволяет получить экономический эффект за счет оптимизации условий промышленного применения для конкретных штатных взрывчатых веществ и разрабатываемых рецептур.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях научно-технического семинара ВостНИИ «Взрывные работы», заседаниях Ученого совета ВостНИИ, XXIV Международной конференции научно-исследовательских институтов по безопасности работ в горной промышленности (г. Донецк, 1991), Научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах» (г. Кемерово, 1994), II Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах» (г. Кемерово, 1998)
Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликовано 12 работ, включая 2 отраслевые методики и 1 авторское свидетельство.
Структура и объем работы:
Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 114 страницах, содержит 27 рисунков, 23 таблицы, список литературы из 40 источников.
Автор выражает глубокую признательность своим коллегам по работе канд.техн.наук Доманову В.П., Климову В.И., Горковенко В.П. и другим, оказавшим методическую помощь в проведении экспериментальных исследований, проверке, развитии и реализации научных разработок.
