автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Обоснование рациональных параметров буровзрывных работ для снижения вредных выбросов пыли и газа при производстве массовых взрывов на карьерах

На правах рукописи

ЛАРИЧЕВ Анатолий Юрьевич

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ПЫЛИ И ГАЗА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ МАССОВЫХ ВЗРЫВОВ

НА КАРЬЕРАХ

Специальность 05.26.03 - «Пожарная и промышленная безопасность» (в горной промышленности)

005016089

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

З ііімл ¿Ьі2

Москва 2012

005016089

Работа выполнена в ФГБОУ «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)» на кафедре «Химическая энергетика»

Научный руководитель МАЗУР Андрей Семёнович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)», декан инженерно-технологического факультета, заведующий кафедрой «Химическая энергетика»

Официальные оппоненты: ДРЕМОВ Виктор Иванович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ «Московский государственный горный университет», профессор кафедры «Аэрология и охрана труда»

ГОРЛОВ Юрий Владимирович, кандидат технических наук, «Межведомственная комиссия по взрывному делу» при Академии горных наук, Генеральный директор

Ведущая организация: ФГУП «ННЦ ГП - Институт горного дела

им. A.A. Скочинского» (МО, г. Люберцы)

Защита диссертации состоится « 14 » мая 2012 г. в 15 ч. 00 мин, на заседании диссертационного совета Д 212.128.06 в Московском государственном горном университете по адресу: 119991 Москва, ГСП-1, Ленинский пр., д.6. ^

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета (МГГУ).

Автореферат разослан « /о»ап^ел.а 2012 г.

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

КОРОЛЕВА

Валентина

Николаевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Снижение вредных выбросов пыли и газа при производстве массовых взрывов на карьерах строительных материалов во многом зависит от технологии производства взрывных работ. Взрывные работы являются основным способом подготовки горной массы к выемке, в то же время они представляют собой интенсивный источник выброса пыли и газа.

При производстве массовых взрывов выделяется огромное количество пыли и газа в окружающую среду. Масса заряда при производстве взрывных работ на карьерах достигает 300-1000 т, а объём взорванной горной массы — 2 млн. м3. По гранулометрическому составу раздробленных взрывом горных пород разной крепости установлено, что на 1 кг взрывчатых веществ при проведении массовых взрывов в пылегазовое облако поступает от 80 до 320 г пылевой фракции до 20 мкм. Существующие способы снижения вредных примесей в пылегазовом облаке при производстве массовых взрывов основаны на их нейтрализации различными растворами, пенами, пылесвязующими добавками, применении новых взрывчатых веществ, способов взрывания, различных видов забоечных материалов.

Несмотря на большой объем исследований и достигнутые успехи в этом направлении, до настоящего времени нет достаточно обоснованной методики численного определения пылегазовых выбросов для различных параметров БВР; не определена численная зависимость пылегазовыделения от конструкции зарядов и энергетических характеристик ВВ, определяющая формирование и распространение пылегазового облака.

Таким образом, обоснование рациональных параметров буровзрывных работ для снижения вредных выбросов пыли и газа при производстве массовых взрывов на карьерах является актуальной для горной

промышленности в научном и практическом плане задачей, решение которой позволяет повысить безопасность и эффективность горных работ.

Цель работы состоит в установлении зависимостей выхода пыли и газа от конструкций заряда и типов ВВ доя обоснования рациональных параметров буровзрывных работ, обеспечивающих повышение безопасности и эффективности горных работ за счет снижения вредных выбросов пыли и газа при производстве массовых взрывов на карьерах.

Идея работы заключается в учёте газодинамических процессов, протекающих в зарядной полости, и свойств пород при выборе рациональных конструкций заряда и типов ВВ.

Научные положения, разработанные соискателем, и их новизна:

1. Основной объем пылевидных фракций формируется в узкой зоне интенсивного мелкодисперсного дробления массива взрывом и определяется газодинамическими параметрами продуктов детонации и свойствами породы.

2. Гранулометрический состав образующихся пылевидных фракций остаётся постоянным при взрыве удлиненных скважинных зарядов независимо от их конструкций и типов ВВ.

3. Снижение вредных выбросов пыли и газа при производстве массовых взрывов на карьерах достигается применением сплошных и рассредоточенных скважинных зарядов ВВ уменьшенного диаметра (75-165 мм) и типов ВВ с пониженной энергией взрыва, при этом оптимальная величина воздушного промежутка составляет одну четвёртую длины заряда.

4. Разработанный метод оценки количества, гранулометрического и химического состава вредных выбросов пыли и газа в зависимости от типа ВВ и параметров буровзрывных работ при производстве массовых взрывов на карьерах позволяет рассчитать границы зоны высокого загрязнения и тем самым обеспечить повышение безопасности и эффективности горных работ.

Обоснованность и достоверность защищаемых положений, выводов и рекомендаций подтверждаются большим объемом проанализированной информации отечественных и зарубежных

исследований, использованием современных представлений физики и механики в области трещинообразования при динамических нагрузках, достаточной сходимостью расчётных данных с результатами производственных и лабораторных экспериментов; положительными результатами внедрения разработанных рекомендаций при проведении массовых взрывов на карьерах ЗАО «Каменногорское карьероуправление».

Научная значимость работы заключается в установлении зависимостей выхода пыли и газа для различных конструкций заряда и типов ВВ при производстве взрывных работ.

Практическое значение работы заключается в разработке методики расчёта пылегазовых выбросов для различных параметров БВР; прогнозировании выхода мелкодисперсной пылевой фракции в ближней зоне взрыва для условий карьеров ЗАО «Каменногорское карьероуправление» на различных расстояниях от заряда; в рекомендации конструкций скважинных зарядов и типов ВВ, обеспечивающих снижение вредных выбросов пыли и газа при производстве массовых взрывов на карьерах.

Реализация работы. Разработанные в диссертации технологические решения внедрены на карьерах ЗАО «Каменногорское карьероуправление» при проведении массовых взрывов.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы» (Санкт-Петербург, 2009), научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ 2009-2011) и заседаниях кафедр «Химическая энергетика» в СПбГТИ (ТУ) и «Взрывное дело» и «Аэрология и охрана труда» в МГГУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 6 в научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 36 рисунков, 28 таблиц, список литературы из 109 наименований и 2 приложения.

Автор выражает глубокую и искреннюю благодарность научному руководителю профессору A.C. Мазуру, заведующему кафедрой «Взрывное дело» профессору В.А. Белину, доценту М.Г. Горбоносу, доценту A.B. Дугарцыренову и другим сотрудникам кафедры, а также профессору Г.П. Парамонову.

Особую благодарность автор выражает гл. инженеру ЗАО «Каменногорское карьероуправление» Черноморцу P.A. за предоставленную возможность провести научно-практические исследования и эксперименты.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Разработка полезных ископаемых на карьерах является источником пылевыделения, а добычные технологические процессы, которые связаны с бурением и проведением массовых взрывов, погрузочно-транспортными работами, - основные его составляющие. На эти виды работ приходится суммарно около 70% от общего выброса пыли.

Было выявлено, что из всех технологических процессов на карьере при проведении буровзрывных работ (БВР) выход пыли максимальный. Пылегазовое облако (ПГО), образующееся в результате взрыва, а также скорость оседания пылевых частиц, напрямую зависящая от скорости сноса пылевого облака, влияют на степень загрязнения карьера и близлежащих территорий.

Из проведённого в работе анализа исследований следует, что при разработке железорудных карьеров дробление пород взрывным способом сопровождается образованием пылевых частиц, в среднем около 75 г с тонны рудной массы, на долю остальных технологических процессов в карьере приходится выделение пыли - 50-150 г/т. Следует отметить, что погрузочно-разгрузочные работы по сути являются источником образования пылевых фракций, более рассредоточенным по территории и растянутым во времени,

и не оказывают такого мгновенного вредного воздействия пыли и газа, в отличие от БВР.

Основная масса пыли в виде пылегазового облака обычно уносится из карьера в течение 10-30 минут в зависимости от скорости ветра. Вредные продукты взрыва (оксиды азота и углерода, мелкодисперсная пыль) в ПГО оказывают существенное отрицательное воздействие, снижая безопасность и эффективность горных работ.

Вопросами снижения воздействия взрывных работ на окружающую среду занимались ведущие ученые: Адушкин В.В., Азаркович А.Е., Барон Л.И., Белин В.А., Бересневич П.В., Викторов С.Д., Гончаров С.А., Джигрин A.B., Ефремов Э.И., Захаров М.Н., Зыков Ю.Н., Каледина Н.О., Каркашадзе Г.Г., Конорев М.М., Крюков Г.М., Кузьменко П.К., Кутузов Б.Н., Луговской С.И., Менжулин М.Г., Михайлов В.А., Неженцева Н.Г., Нестерешсо Г.Ф., Очиров B.C., Парамонов Г.П., Перник Л.М., Пучков Л.А., Родионов Н.Ф., Скочинский A.A., Соловьев С.П., Спивак A.A., Тарасенко В.П., Ткаченко A.B., Федоров И.С., Филатов С.С., Шувалов Ю.В., и др.

Влияние энергии ВВ на процесс пылегазообразования рассматривается во многих работах. Отмечается, что детонационная волна на начальной стадии взрыва преобразуется в ударную волну, на которую расходуется приблизительно 5-15% общей энергии взрыва. В большинстве работ основное внимание уделяется повышению использования энергии взрыва на полезные формы работы, но не рассматривается влияние энергетических характеристик взрыва на выход пыли и газов.

Существует большое количество работ, посвящённых характеру влияния параметров буровзрывных работ на формирование выброса пыли и газа, но они не рассматривают процессы образования мелкодисперсной пыли в ближней зоне взрыва при изменении газодинамических параметров в зарядной полости.

В связи с этим в диссертации решались следующие задачи:

1. Исследование особенностей образования пылевой фракции в ближней зоне взрыва скважинного заряда при различных условиях динамического нагружения.

2. Анализ и оценка влияния параметров БВР на формирование пылегазового облака при производстве массовых взрывов на карьерах.

3. Разработка методики оценки вредных выбросов пыли и газа для различных параметров буровзрывных работ при производстве массовых взрывов на карьерах, позволяющей рассчитывать границы зоны высокого загрязнения.

4. Изучение влияния технологии проведения взрывных работ и свойств используемых ВВ на образование пылевой фракции.

5. Обоснование рациональных параметров БВР для снижения вредных выбросов пыли и газа при производстве массовых взрывов на карьерах.

Для определения объёма пылевидных фракций, образующихся в ближней зоне взрыва, необходимо рассчитать газодинамические параметры в зарядной камере и на их основе с использованием статистических законов распределения гранулометрического состава определить выход пылевых фракций на различных расстояниях от заряда ВВ с учётом свойств горных пород и энергетических характеристик используемых ВВ. Для решения поставленной задачи предлагается модель формирования пылевой фракции, включающая следующую последовательность процессов. На фиксированных расстояниях от взрыва действуют переменные во времени напряжения, создаваемые волной напряжений, и продуктами детонации, находящимися в зарядной полости под высоким давлением на квазистатической стадии. Квазистатическая стадия взрыва - начальная стадия, протекающая в зарядной полости. Если известны параметры напряжений в породе при взрыве, то могут быть рассчитаны концентрации микротрещин различных размеров и образуемых ими отколовшихся кусков на различных расстояниях от заряда ВВ.

Исследование протекающих газодинамических процессов в скважине и нагружения её стенок при взрыве зарядов различных конструкций осуществлялось посредством численного решения двухмерной нестационарной задачи в гидродинамическом приближении. При решении изучались детонационные и газодинамические процессы, процессы истечения продуктов через устье скважины, и путём обработки этих расчетов вычислялись параметры течения: ударно-волновые, волновые процессы и определялось давление на стенки скважины.

Результаты численного расчёта давления на стенки скважин в фиксированных точках для сплошного заряда граммонита 79/21 с обратным инициированием представлены на рис. 1. Длина скважины - 10 м, длина колонки заряда -7 м. Фиксированные точки расчёта располагались от дна скважины на расстояниях соответственно: 1— Ом, 2 — 1м (точка инициирования), 3-3,5 м,4-6м, 5-7м,6-10м(устьескважины).

Р„,МП1

8000 6000 4000 2000

О 123436789 1,ие р„.мт

4000 3000 2000 1000

о 123456789 ^с

Рисунок 1. Изменение давления с течением времени в фиксированных точках скважины

Из рис. 1 видно, что давление в точках 1+5 с течением времени резко возрастает, затем резко убывает, а далее выравнивается. В устье скважины

7

Т-1-г

(точка 6) в начальный период времени давление незначительно возрастает, а затем выравнивается. Это говорит о том, что при взрывании сплошного заряда в устье скважины происходит постоянное истечение продуктов взрыва, формирующее ПГО.

Расчёт выполнялся следующим образом. Доли пылевых фракций на каждом из расстояний определялись по формуле:

Суммарная разрушенная масса горной породы в некотором известном цилиндрическом объёме толщиной Дг, который находится на расстоянии г, от заряда, равна АМ1. = 2тгАг, следовательно, масса некоторой пылевой фракции тогда равняется

В соответствии с принятой моделью формирования пылевой фракции масса пыли в некотором слое цилиндрической формы, который находится между поверхностью заряда и поверхностью радиусом п, будет равна

Для установления влияния конструкции заряда на процесс пылеобразования было проведено численное моделирование. Результаты приведены на рис. 2 и 3.

Результаты численных расчётов показывают, что основная масса (до 80%) образующихся пылевидных фракций от 0 до 100 мкм формируется на расстояниях 10 радиусов заряда. Из анализа полученных зависимостей следует, что для граммонита 79/21 при уменьшении массы заряда в 1,3 раза (т.е. с воздушным промежутком 1/4 длины заряда) диаметром 252 мм по сравнению со сплошным зарядом выход пылевой фракции уменьшается в 2,5-3 раза и составляет 0,32 г на 1 пог. м.

(1)

ЛЛ/я = 2яфДг)г Дг.

(2)

(3)

«а,

т. 1 1> 1 ?! а в

! iix-да) < ai

Í,

/ (Stt-IMt> V

к /

У «CjVB.

в-»««

в R* > .1

«Щ1

/

¡y

/ .JIM-I

/ ff !

V Lit»)<tai

, |ÍM»«>

Рисунок 2. Зависимость выхода массы пылевой фракции 0 - 200 и км на погонный метр удлиненного скважннного заряда с воздушным промежутком 1/4 длины заряда граммонита 79/21 диаметром 252 мм от относительного расстояния

Рисунок 3. Зависимость выхода массы фракции 0 -200 мкм на погонный метр удлиненного сплошного заряда граммонита 79/21 диаметрам 252 мм от относительного расстояния

Для определения количества образовавшейся мелкодисперсной пыли при взрыве скважинных зарядов с различными энергетическими показателями были проведены лабораторные эксперименты.

Для экспериментов были изготовлены кубики с размерами 150x150 мм из гранитов карьера Каменногорского месторождения. В центре кубика бурился шпур длиной 100 мм и диаметром 5 мм. В шпуре размещался заряд ТЭНа массой 1,5 г. Модель помещалась во взрывную камеру, фугированную изнутри резиной, для исключения дополнительного дробления образца породы.

Для уменьшения теплоты взрыва в состав заряда вводились инертные добавки - порошок СаС03.

После взрыва с использованием ситового вибрационного анализатора АСВ-200 проводились ситовой и микроскопический анализы фракционного состава образовавшейся пыли.

Дня каждой серии экспериментов проводилось не менее пяти взрывов. Энергетические характеристики применяемых в экспериментах ВВ приведены в табл. 1.

№ ВВ Количество а

опыта добавки. % кДж/кг

на) Чистый ТЭН - 5900

2 (О) ТЭН+ СаСОз 25 4425

з«3) ТЭН+СаСОз 50 2950

По результатам экспериментов построена зависимость (рис. 4), характера процесса пылеобразования от энергетических характеристик ВВ.

7в»

1

1 Д' У

І

1

І

2Э1 1 № 3000 «ОН £04 Гаплага »ірш«) О» зо бооо га»

Рисунок 4. Зависимость процесса пылеобразования фракция 0-150 мкм от энергетических характеристик ВВ

Анализ данных рис. 4 показал, что масса пыли, образующейся в результате взрыва, прямо пропорциональна величине теплоты взрыва.

Для установления зависимости влияния энергетических характеристик ВВ на процесс газообразования из взрывной камеры после экспериментов газоотборником брались пробы воздуха для последующего анализа на переносном хроматографе ХПМ-4. Результаты замера состава газообразных продуктов взрыва приведены в табл. 2.

Газовый состав продуктов взрыва

Таблица 2

№ опыта N,0,, л/г N2. л/г н2, л/г СО, л/г со2, л/г

1(Ш 0.0125 0,0024 0.0031 0,0038 0,0091

2ССМ 0,0894 0,0017 0,002 0.0045 0,0132

ЗГО,) 0,1455 0.0015 0,0017 0,0060 0,0151

С целью оценки количества выбрасываемой пыли по фракционному составу для условий карьеров «Каменногорского Карьероуправления» были рассчитаны массы пылевых фракций, образующихся от взрывов разных ВВ. Результаты расчётов гранулометрического состава пыли в ПГО для рассматриваемых типов ВВ приведены в табл. 3.

Гранулометрический состав пыли в ПГО при взрывании

ТипыВВ Гранулометрический состав пыли. %

Фракция, мш

0-40 40-75 75-150 0-150

Среднее значение 0,182 3.185 96.63 100

Для аммонита 6ЖВ 0,283 3,305 96.41 100

Для граммонита 79/21 0,145 2.979 96,87 100

Для сибирита-1000 0,118 3.268 96.61 100

Гранулометрический состав пыли. %

фракция, мш

0-150 150-300 О-ЗОО

Среднее значение 54,030 45.968 100

Дм аммонита 6ЖВ 53.885 46.113 100

Для граммонита 79/21 53,686 46,312 100

Для сибирита-ЮОО 54.519 45.479 100

Анализ данных табл. 3 показывает, что при использовании в качестве ВВ граммонита 79/21 плотностью 870 кг/м3 за год в атмосферу карьера выделяется пыли по фракциям 0-40, 40-75, 75-150 мкм при пересчёте на общую массу пыли - соответственно 0,08, 1,62 и 52,53 т, а по фракциям 0150, 150-300 соответственно 54,23 и 46,79 т. Результаты расчётов показывают, что пылевой фракции 0-300 выделяется 101,02 т при взрывах граммонита 79/21 плотностью 870 кг/м3 Д;Кв=252 мм. Для аналогичных условий были проведены расчёты для зарядов аммонита 6ЖВ и сибирита-1000 с плотностями соответственно 950 и 1000 кг/м3. Как показывают результаты, гранулометрический состав пыли различных фракций в пределах выбранного диапазона является одинаковым для различных типов ВВ.

Для определения влияния параметров заряда и энергетических характеристик ВВ на процесс формирования пылегазового облака было выполнено численное моделирование образования пылевой фракции для принятых параметров БВР в условиях карьеров ЗАО «Каменногорское карьероуправление». Карьеры «Каменногорского карьероуправления» специализируются на добыче гранитов и гранито-шейсов. Крепость горных пород по шкале М.М. Протодьяконова £= 12-44, плотность р=2680-К2760 кг/м3, удельный расход ВВ находится в пределах 0,7-Ю,9 кг/м3. Объём добычи составляет 1282000 м3/год. Установленные нами зависимости выхода

пылевой фракции от диаметра скважин, скорости детонации, теплоты взрыва и типа ВВ представлены на рис.5, 6, 7.

« I i 5 у « зе-М*1. 1E4Sx* ♦ ILWIix2 • С.МЭ5*» 0.7»«

у • X-otx' ■ ТЕ-56«1♦ О.ОСЯ*1 ■ 0.1*42* * 2.Б2И 1 ^»МЯ fi

а

/

в

6 в и й . 1 t a № 2» JM

Рисунок 5. Зависимость выхода М пылевой фракции 0-300 мкм с 1 ног. м скважины от диаметра взрываемых скважин Вскв при взрыве заряда: 1 - аммонита № 6ЖВ плотностью р= 950 кг/м3;

2 - граммонита 79/21 р = 870 кг/м3

Из рис. 5 видно, что с увеличением Алев увеличивается выход пылевой фракции М, а при Джв=13(Н-230 мм увеличение М носит несущественный характер, что, с нашей точки зрения, можно объяснить энергонасыщенностью горной породы: при уменьшении диаметра происходит более равномерное распределение энергии разрушения в массиве. По результатам экспериментальных исследований установлена полиномиальная зависимость Л£=/"(Ажв), описываемая формулой (4):

(гшы?^-

Мт

-16485-/^ + + 3045,3-2%,,-^-тдэ-х^ +4,0064

к„

(4)

где К„ - коэффициент пылевыделения по аммониту;

КЛсрпот- переводной поправочный коэффициент, учитывающий

удельное пылевыделение в зависимости от крепости породы;

2/осв - общая длина взрываемых скважин, м;

Рва- плотность заряжания ВВ, кг/м3;

АдВ— масса ВВ, кг.

Рисунок 6. Зависимость выхода массы М пылевой фракцпн 0-300 мкм с 1 пог. м скважины от скорости детонации ВВ D для различных диаметров скважин: 1 - для ¿>скв =252 мм, 2 - для Х>скв =112,5 мм, где а - при взрыве ВВ, не содержащих воды; б -

эмульсионных ВВ

Результаты экспериментальных исследований показывают, что выход пылевой фракции связан линейно со скоростью детонации D для эмульсионных и ВВ, не содержащих воды, и описывается следующей зависимостью:

= (0.0027- £>-6,7782)АГл_х (5)

1 5 4' X, у,» rem?».г>' ».«»*• от

.«11 R"- і.И* 1

2

1

«09В 41М 4* Ч 42 U «а* 4344 »5» ММО,іДяжг

Рисунок 7. Зависимость выхода массы М пылевой фракции 0-300 мкм с 1 ног. м скважины от теплоты взрыва ВВ Q для различных диаметров скважин, где 1 - для •Оскв =252 мм, 2 - для Оскв =112,5 мм

По результатам экспериментальных исследований установлено, что с увеличением теплоты взрыва линейно возрастает и выход пыли:

Л^™» = Д О». Л») = (0,0117 ■ Qm - 45,56)^ х (б)

х■ ■■ рвв■ Ав■ 38.6 ■ Ю-',лг.

Для бризантности установлено, что с ее увеличением увеличивается выход пылевой фракции, что подтверждает её способность к локальному дробящему действию на породу, в которой происходит взрыв. Зависимость пылеобразования от бризантности ВВ представлена в следующем виде:

= Аьг)=

(- 0,051 ■ Ъг' + + 2,5953 -Ъг1 --43,129 -Ъг+ 240,05

Кп х

11 Ак

У, К,

Пер.попр.

■^асв-РввАв-38,6-10-9,АТ,

где Ъг— бризантность ВВ, мм.

Результаты численного расчёта зависимости выхода пылевых фракций на один погонный метр удлинённого заряда для штатных условий (Вскв=165 и 252 мм, удлинённые сплошные заряды аммонита 6ЖВ или граммонита 79/21) от диаметра заряда, скорости детонации, энергетических свойств ВВ приведены в табл. 4.

Таблица 4

Массы образовавшихся пылевых фракций при взрывах различных видов

ТипВВ Плот ность ВВ, кгЛ/ Ах» Ю3М Д м/с Масса пыли, 103 кг Масса пыли, Ю3 кг

Фракция, мш

0-40 40-75 75-150 0-150

Аммонит 6ЖВ 950 252 4500 0.58 6,73 196.37 203,68

165 0.21 3.88 126.07 130,16

1200 252 5300 0.40 8,56 276.94 285,90

165 0,20 5,51 180,51 186,22

Граммонкг 79/21 870 252 4300 0,27 5,49 178,49 184,25

165 0,12 3,61 117.25 120,98

1200 252 4800 0.37 7.58 227.59 235.54

165 0.21 4.81 148,42 153,44

Для подтверждения результатов численного расчёта были проведены опытные промышленные взрывы на карьерах строительных материалов Ленинградской области ЗАО «Каменногорское карьероуправление». Испытания проводились при штатной технологии взрывания на гранитах и гранито-гнейсах, коэффициент крепости которых по М.М. Протодьяконову изменяется в интервале 12-ь14, в летний период при температуре воздуха 22 "С, относительной влажности 65%, скорости ветра

5 м/с.

Оценка пылегазообразования и распространения ПГО при проведении опытных взрывов проводилась следующим образом. Перед взрывом в направлении предполагаемого ветрового сноса пылегазового облака в

пределах промышленной зоны карьера устанавливались планшеты для приема пыли.

Планшет представляет собой прямоугольный лист плотного картона с бортиками площадью 0,5 м2 с прикрепленным листом ватмана. Во избежание заноса пыли с поверхности грунта в месте установки планшет крепился на деревянной стойке высотой около метра. Первые планшеты устанавливались на границе опасной зоны по разлету осколков, что составляло 300 м, затем планшеты устанавливались в направлении от взрываемого блока с шагом по 100 м.

Накопление пыли на планшете осуществлялось в течение всего времени ветрового сноса и рассеяния облака над местом установки планшетов, которое составляло не менее 30 мин. Собранная с каждого планшета пыль подвергалась ситовому анализу с распределением по фракциям от 0 до 400 мкм.

Результаты экспериментального замера концентраций пыли от производства экспериментальных массовых взрывов зарядов с забойкой из буровой мелочи представлены в табл. 5.

Таблица 5

Распределение частиц по размеру для карьера «Островский» штатного

№ планшета Диапазон размеров часпщ, мш Суммарная масса пыли, ///и2

-40 | 40-140 140-200 | 200-300 | 300-400

Масса пыли, г/>/

1 0,634 2,853 0,744 0,751 1Д 6,082

2 0,605 2,78 0,712 0,716 1,0 5,813

3 0,556 2,665 0,684 0,667 0,872 5,444

4 0,52 2,535 0,637 0,628 0,784 5,104

5 0,484 2,452 0,583 0,578 0,711 4,808

6 0,435 2,228 0,559 0,544 0,665 4,431

7 0,394 1,951 0,476 0,441 0,585 3,847

8 0,367 1,776 0,39 0,388 0,496 3,417

Расчётные массы образовавшихся и выбрасываемых в атмосферу пылевых фракций и вредных газов за год при заданной производительности карьера по горной массе и принятой на предприятии буровзрывной технологии добычи представлены в табл. 6.

Массы образовавшихся пылевых фракций и вредных газов

ТипВВ Плотность ВВ, кгА? Д:кв» 10"'« м/с Масса пылевой фракции 0-150 лц 103 кг/год Масса вредных газов, 103 кг/год

Аммонит 6ЖВ 950 252 4500 130,6 67.7

165 72.0 41.6

1200 252 5300 178,6 93.8

165 1083' 57.7

Граммонит 79/21 870 252 4300 118,3 65.5

165 65,2 40,3

1200 252 4800 148,3 90.9

165 81.4 55,9

Сибирит 1000 252 5080 422 23.4

165 21,9 14,4

1200 252 6000 52,9 32.0

165 32,0 19.8

Экспериментальная масса выделяющихся при массовых взрывах вредных выбросов пыли и газа при различных применяемых ВВ и разных диаметрах скважин с учётом среднего числа взрывов, проводимых за 1 год, приведена в табл. 7.

Таблица 7

Результаты экспериментальных исследований

ТипВВ Плотность ВВ ,кгА? О, м/с Ажв. 10"3 м Эксперименталь ная масса пыли, 103 кг/год Масса газов, 103 кг/год

Аммонит 6ЖВ 950 4500 252 142 72

165 78,1 44

Граммонит 870 4300 252 130 70

165 71,1 42

79/21

На основе полученных экспериментальных результатов построена диаграмма суммарных зон высокого загрязнения пыли фракции 0-20 мкм (рис. 8) от производства массовых взрывов на карьерах ЗАО «Каменногорское Карьероуправление» для штатной технологии и для параметров БВР, рассчитанных при применении в качестве ВВ - сибирита-1000. На рис.8 цифрой 1 представлена граница зоны 1 и £*=0,3 при взрывании аммонитом 6ЖВ и сибиритом-1000 соответственно; цифрой 2 — граница зоны ¿1=1627 и ¿1=520 при взрывании аммонитом 6ЖВ и сибиритом-1000 соответственно, где С± — коэффициент контрастности, равный отношению концентрации вредного вещества к ПДК. Результаты

расчёта показывают, что применение сибирита снижает зону высокого загрязнения по отношению к применению аммонита 6 ЖВ на 51%.

для ЗАО «Каменногорское карьероуправление»

Таким образом, совпадение расчетных значений масс пыле-газовыделения и экспериментальных данных, полученных при опытно-промышленных взрывах, подтверждают возможность применения разработанной методики для количественной оценки вредных выбросов пыли и газа для различных параметров буровзрывных работ и расчётов границы зоны высокого загрязнения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной для горной промышленности задачи обоснования рациональных параметров буровзрывных работ для снижения вредных выбросов пыли и газа при производстве массовых взрывов на карьерах, позволяющей повысить безопасность и эффективность горных работ.

Основные научные результаты и выводы заключаются в следующем:

1. Установлено, что формирование пылегазового облака (ПГО) при взрыве скважинного заряда начинается в результате истечения из скважины взрывных газов и пылевых фракций 0-150 мкм в течение 30 60 мс.

2. Основной объем пылевидных фракций формируется в узкой зоне интенсивного мелкодисперсного дробления массива взрывом, который

определяется газодинамическими параметрами продуктов детонации и свойствами породы. Размеры зоны мелкодисперсного дробления не превышают 10 радиусов заряда в зависимости от различных детонационных и взрывчатых свойств ВВ, конструкции заряда и типа забойки.

3. Выявлено, что гранулометрический состав образовавшихся фракций пыли в диапазоне 0-40, 40-75, 75-150 мкм остаётся постоянным при взрыве удлинённых скважинных зарядов независимо от их конструкций и типов ВВ и составляет соответственно - 0,182, 3,185 и 96,63%. Для фракций 0-150, 150300 соответственно - 54,03 и 45,968%.

4. Установлено, что уменьшение диаметра заряда с 252 до 75 мм позволяет снизить выход пылевой фракции 0-300 мкм в 2,5 - 3 раза, а при использовании воздушных промежутков, составляющих 1/4 длины заряда - в 7 раз.

5. Снижение вредных выбросов пыли и газа при производстве массовых взрывов на карьерах достигается применением рассредоточенных скважинных зарядов уменьшенного диаметра (75-165 мм), ВВ с пониженной энергией взрыва и скоростью детонации.

6. Разработана методика оценки количества, гранулометрического и химического состава вредных выбросов пыли и газа в зависимости от типа ВВ и параметров буровзрывных работ при производстве массовых взрывов на карьерах, которая позволяет рассчитывать границы зоны высокого загрязнения и тем самым обеспечить повышение безопасности и эффективности горных работ.

7. Применение разработанных рекомендаций и методики расчёта пылегазообразования для различных параметров буровзрывных работ позволило в условиях карьеров ЗАО «Каменногорское карьероуправление» обосновать рациональные параметры БВР и снизить вредные выбросы мелкодисперсной пыли и газов на 25-30%, а также значительно повысить безопасность и эффективность взрывных работ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ларичев, А.Ю. Влияние параметров буровзрывных работ на процесс образования пылегазового облака / А.Ю. Ларичев, С.Л. Маташ, А.С. Мазур, Г.П. Парамонов // Изв. СП6ГТИ(ТУ). - СПб.: Изд-во СПбГЩТУ), 2009. - № 6(32). - С.60-62.

2. Ларичев, А.Ю. Влияние энергетических взрывчатых веществ на процессы пылегазообразования и пожаровзрывобезопасность / А.Ю. Ларичев, Г.П. Парамонов, М.Т. Пелех // Проблемы управления рисками в техносфере. - СПб.: Изд-во СПбУГПС МЧС России, 2010. - № 4(16).- С. 60-64.

3. Ларичев, А.Ю. Сервис безопасности при идентификации взрывчатых веществ на основе анализа продуктов взрыва / А.Ю. Ларичев [и др.] // Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы : Тез. докладов II международной научно-практической конференции. — СПб.: Изд-во СПбУГПС МЧС России, 2009. - С. 55-57.

4. Ларичев, А.Ю. К вопросу влияния параметров буровзрывных работ на процесс образования пылегазового облака / А.Ю. Ларичев [и др.]. // Теория и практика взрывного дела: Сб. Взрывное дело. — М.: ЗАО «МВК по взрывному делу при АГН», 2010. - Вып. № 103/60,- С. 268-282.

5. Ларичев, А.Ю. К вопросу оценки пылегазообразования при производстве массовых взрывов на карьерах / А.Ю. Ларичев, В.Н. Ковалевский, Г.П. Парамонов // Теория и практика взрывного дела: Сб. Взрывное дело. - М.: ЗАО «МВК по взрывному делу при АГН», 2010. - № 104/61.-С. 272-281.

6. Ларичев, А.Ю. К вопросу расчёта пылевого загрязнения атмосферы при производстве массовых взрывов на карьерах / А.Ю. Ларичев [и др.] // Изв. СПбГЩТУ). - СПб.: изд. СПбГЩТУ), 2010. - № 8(34). - С.84-88.

7. Ларичев, А.Ю. К вопросу влияния конструкции заряда на пылеобразование при производстве взрывных работ на карьерах — Горный информационно-аналитический бюллетень, 2012. - № 5. — С.6. — Деп. № 894/05-12 от 28 02.2012.

Подписано в печать 29.03.12 г. Формат 60 х 90 / 16 Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 1206

Отпечатано в отделе печати МГГУ. Москва, Ленинский проспект, д.6

61 12-5/3523

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

На правах рукописи

ЛАРИЧЕВ АНАТОЛИИ

Обоснование рациональных параметров буровзрывных работ для снижения вредных выбросов пыли и газа при производстве массовых взрывов на карьерах

05.26.03 - «Пожарная и промышленная безопасность» (в горной промышленности)

ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Мазур А.С.

Москва-2012

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ..........................4

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................10

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ...................16

1.1. Анализ представлений процесса формирования и распространения пылегазового облака при производстве массовых взрывов в карьере ..16

1.2. Современные представления о механизме пылеобразования.........21

при взрывных работах................................................................................21

1.3. Влияние параметров буровзрывных работ на процесс

пылегазообразования..................................................................................34

Выводы. Постановка задач исследования................................................40

2. МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ПЫЛИ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ ВЗРЫВА СКВАЖИННОГО ЗАРЯДА.................................................................................44

2.1. Физическая модель формирования пылевых фракций в ближней зоне взрыва...........................................................................................................46

2.2. Расчет параметров волны напряжений при взрыве скважинных зарядов с учётом газодинамических процессов в зарядной полости .... 49

2.3. Методика расчёта выхода пылевой фракции в ближней зоне при взрыве зарядов различных конструкций...................................................62

2.4. Экспериментальное определение размеров микротрещин..............70

Выводы.........................................................................................................77

3. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКЦИИ ЗАРЯДА И ТИПА ВВ НА ПРОЦЕСС ПЫЛЕГАЗООБРАЗОВАНИЯ.............79

3.1. Влияние конструкции заряда..............................................................79

3.2. Влияние энергетических свойств ВВ.................................................87

Выводы.........................................................................................................91

4. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ПЫЛИ И ГАЗА ПРИ УСТУПНОЙ ОТБОЙКЕ ГРАНИТОВ МЕТОДОМ

СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ В УСЛОВИЯХ КАРЬЕРОВ ЛЕНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ..........................................................................93

4.1. Горно-геологические условия месторождений и физико-механические свойства гранитов........................................................................................93

4.2. Существующие условия и параметры БВР на гранитных карьерах ЗАО «Каменногорское карьероуправление»............................................94

4.2.1. Результаты численного моделирования процесса образования пылевых фракций в ближней зоне при существующих параметрах БВР.....................................................................................97

4.3. Исследование образования пылевого облака при производстве массовых взрывов по рекомендуемым параметрам БВР......................108

4.4. Анализ и оценка эффективности разработанных рекомендаций по снижению пылеобразования при производстве массовых взрывов.... 120 Выводы.......................................................................................................122

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................................124

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК................................................................126

ПРИЛОЖЕНИЯ.........................................................................................................

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

Г— величина коэффициента Грюнайзена, выражающая отношение теплового давления к плотности тепловой энергии, для скальных пород =1; Т- период собственных колебаний молекул, с"1;

А0 - значение коэффициента, определяемого из начальных условий взрыва, б/размерн.;

а0 - радиус молекулы породы, м;

В1 - газодинамический параметр, экспериментально определяемый для различных взрывчатых веществ, Дж/кг;

В2 - газодинамический параметр, экспериментально определяемый для различных взрывчатых веществ, Дж/кг;

С,, С2 - концентрации вредных веществ, кг/ м3;

Сщк - предельно-допустимая концентрация вредных веществ, кг/ м3; Ск - коэффициент контрастности (отношение массы вредных выбросов к предельно-допустимой концентрации этих выбросов), б/размерн.;

С3 ~ скорость распространения поперечной волны в породе; м/с ср - скорость продольных волн в невозмущенной среде, м/с; £> - скорость детонации взрывчатого вещества, м/с; диаметр частицы, 10"6 м; - диаметр шпура, м; с13— диаметр заряда ВВ, м;

йкр - размер критических трещин мелкодисперсной пыли наиболее вредных, с точки зрения воздействия на окружающую среду, м; с1С1{В - диаметр скважины, м; с1ср - средний диаметр частиц пыли, м; с1ш- диаметр скважины, м;

с1ш - значение среднего размера куска в распределении гранулометрического состава, м;

Е - модуль Юнга;

Едисс ~ суммарное значение энергии диссипации, Дж; едисс ~ удельное значение энергии диссипации, Дж; Еп — полная удельная энергия, Дж;

Е-эф ~ эффективная энергия, которая остаётся в горной породе после диссипации энергии, Дж;

гн - удельное значение энергии нагрузки, Дж;

ер - удельное значение энергии разгрузки, Дж;

етр - удельное значение энергии трещинообразования, Дж;

Fm - сила, которая действует на торец забойки при выталкивании ее в

текущий момент продуктами детонации, Н;

Fconp- сила сопротивления движению забойки, Н;

/ - коэффициент крепости по шкале проф. Протодьяконова, для гранита =12-14;

fTP - коэффициент трения забойки, для материалов песчаного состава = 0,05+0,06;

К- постоянная Больцмана, 1,38-10"23 Дж/К;

Кп - коэффициент перехода полной энергии взрыва, б/размерн.; к — безразмерный параметр(концентрационный критерий прочности),

u т

отражающий среднее расстояние между трещинами в единицах длины L, б/размерн.;

к¡,к2 - газодинамические коэффициенты, экспериментально определяемые для различных взрывчатых веществ, б/размерн.;

Lgi - длина шлейфа (лепестка) загрязнения наземной поверхности в направлении каждого румба, м; I - длина трещины, м;

Каб ~ Длина забойки, м; lmp - длина трещины, м;

Г*р - эффективный размер дефекта, м;

lmp i - длина трещины i-ro уровня гетерогенности, м;

(Х'Л+i)- диапазон размеров микротрещин, м;

/,. - длина зоны высокого загрязнения в направлении каждого румба, м; А/ = /(t) - закономерность движения границы газов взрыва - забойки в функции приращение длины объёма, занимаемого продуктами детонации (ПД); Мт (г) - масса пыли в некотором слое цилиндрической формы, который

находится между поверхностью заряда и поверхностью радиуса г>, кг;

M„(UW) ~ мощность пылевыделения площадного источника, мг/м2с; AM, - суммарная разрушенная масса горной породы в некотором известном цилиндрическом объёме толщиной Дг, который находится на

расстоянии г< от заряда, кг;

т- величина показателя Тэта (коэффициент разрушительного воздействия времени), для скальных пород 5^7; тзав ~ масса забойки, кг;

N - количество трещин со средней длиной L в объёме нагруженного

л

образца, шт/мм ;

Na - число Авогадро, 6,022-1023 моль"1;

п* - критическая концентрация трещин, м"3;

rii - концентрация микротрещин различных размеров, м"3 AUZ - пульсация скорости ветра в направлении вертикальной оси OZ, м/с;

л

An - избыточные трещины, м" ;

Ро - повторяемость ветра одного румба при круговой розе ветров, для Каменногорска Р0=5, %;

Pi - повторяемость определяемого направления ветра, %; Pt - давление продуктов детонации в момент времени t, Па; Р - среднее давление продуктов детонации в скважине, Па;

(21 - теплота взрыва, Дж/кг;

- общий вес зарядов массового взрыва, кг; Я - универсальная газовая постоянная, 8,31 Дж/моль-К; Я0 - радиус заряда, м;

Я - относительное расстояние, м;

Я оз ~ эквивалентный радиус заряда, м;

Я3* - величина эффективного радиуса заряда, м;

Ясм - радиус зоны смятия, м;

Я/Яоз ~ относительное расстояние, б/размерн.;

г — расстояние, м;

^ - поверхность «Лагранжева объёма», м ;

5 - безразмерный параметр, отражающий среднее «опасное» для слияния расстояние между трещинами в единицах длины Ь, б/размерн.;

. V»

I - величина времени действия продуктов детонации на стенки скважинного заряда при наличии забойки, с;

и о - энергия активации разрыва ненагруженных связей, Дж/моль;

II] - скорость движения пылегазового облака в неподвижной окружающей среде при проведении массового взрыва, м/с; ию - скорость ветра на высоте флюгера, м/с;

Упго _ объём вредных газов от массового взрыва в пылегазовом облаке,

м3;

о

А¥пл - удельный объем при плавлении, м ;

Угк - скорость увеличения радиуса канала забойки, м/с;

- значение изменения удельного объема при плавлении в аморфизированном околоповерхностном слое трещины, м3/кг; х - некоторый размер фракции, м; х - средний размер фракции, м; 2— высота над подстилающей поверхностью, м;

- высота шероховатости подстилающей поверхности, м;

/? - величина дисперсии, связанная со среднеквадратичным отклонением всех величин lnx, от среднего lnx, экспериментально определяемая на основе анализа гранулометрического состава, б/размерн.; X - постоянная Кармана, % = ;

ф(х)~ величина весовой доли осколков, с калибром менее dt %. (р - влажность почвы, %; р- плотность, кг/м ;

Рвв ~ плотность взрывчатых веществ, кг/м3;

<5

рп - плотность частиц пыли, кг/м ;

р* - газодинамический параметр плотности, экспериментально определяемый для различных взрывчатых веществ, кг/м3;

сг*- предел прочности (показатель прочности) породы, Па; cjud - "предельная" прочность породы, реально описывающая ее прочностные свойства, Па;

<jp - радиальное напряжение при котором происходит рост трещин, Па; (7СЖ - напряжение сжатия, Па;

сгтах - значение максимального радиального напряжения, Па; т - долговечность при мгновенном значении напряжения a(t), изменяющегося со временем, с;

т0 - период собственных колебаний молекул, с;

л

tl - «Лагранжев объём», м ; у - адиабатическая постоянная, равная ~1,4; у' - структурный объемный коэффициент, ~10"2 - 10"3 м3/моль; ys - величина удельной поверхностной энергии на единицу толщины и длины трещины, Па-м;

БВР - буровзрывные работы;

ВАК - высшая аттестационная комиссия;

ВВ - взрывчатое вещество;

ВМ - взрывчатые материалы; ГР - грунт; ГТ - гранит;

ДТП - детектор по теплопроводности;

ДША, ДТТТВ, ДШЭ-12 - детонирующие шнуры;

ЗАО - закрытое акционерное общество;

ЗВЗ - зона высокого загрязнения;

ЗГДУ - запирающее газодинамическое устройство;

ОАО - открытое акционерное общество;

ОС - окружающая среда;

ПВВ - промышленные взрывчатые вещества;

ПГО - пылегазовое облако;

ПД - продукты детонации;

ПДК - предельно допустимая концентрация;

РП - реле пиротехническое;

СЗЗ - санитарно-защитная зона;

СПбГТИ(ТУ) - Санкт- Петербургский государственный технологический институт (технический университет);

СПГГУ - Санкт- Петербургский государственный горный университет им. Г.В. Плеханова;

УВВ - ударно-воздушная волна; ХПМ-4 - хроматограф переносной газовый; ЭВВ - эмульсионные взрывчатые вещества; ЭВМ - электронно-вычислительная машина; ЭД-8, ЭДКЗ - электродетонаторы;

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования.

Снижение вредных выбросов пыли и газа при производстве массовых взрывов на карьерах строительных материалов во многом зависит от технологии производства взрывных работ. Взрывные работы являются основным способом подготовки горной массы к выемке, в то же время они представляют собой интенсивный источник выброса пыли и газа.

При производстве массовых взрывов выделяется огромное количество пыли и газа в окружающую среду. Масса заряда при производстве взрывных работ на карьерах достигает 300-1000 т, а объём взорванной горной массы -2 млн. м3. По гранулометрическому составу раздробленных взрывом горных пород разной крепости установлено, что на 1 кг взрывчатых веществ при проведении массовых взрывов в пылегазовое облако поступает от 80 до 320 г пылевой фракции до 20 мкм. Существующие способы снижения вредных примесей в пылегазовом облаке при производстве массовых взрывов основаны на их нейтрализации различными растворами, пенами, пылесвязующими добавками, применении новых взрывчатых веществ, способов взрывания, различных видов забоечных материалов.

Вопросами снижения воздействия взрывных работ на окружающую среду занимались ведущие ученые: Адушкин В.В., Азаркович А.Е., Барон Л.И., Белин В.А., Бересневич П.В., Викторов С.Д., Гончаров С.А., Джигрин A.B., Ефремов Э.И., Захаров М.Н., Зыков Ю.Н., Каледина Н.О., Каркашадзе Г.Г., Конорев М.М., Крюков Г.М., Кузьменко П.К., Кутузов Б.Н., Луговской С.И., Менжулин М.Г., Михайлов В.А., Неженцева Н.Г., Нестеренко Г.Ф., Очиров B.C., Парамонов Г.П., Перник Л.М., Пучков Л.А., Родионов Н.Ф., Скочинский A.A., Соловьев С.П., Спивак A.A., Тарасенко В.П., Ткаченко A.B., Федоров И.С., Филатов С.С., Шувалов Ю.В., и др.

Несмотря на большой объем исследований и достигнутые успехи в этом направлении, до настоящего времени нет достаточно обоснованной методики численного определения пылегазовых выбросов для различных параметров БВР; не определена численная зависимость пылегазовыделения от конструкции зарядов и энергетических характеристик ВВ, определяющая формирование и распространение пылегазового облака.

Таким образом, обоснование рациональных параметров буровзрывных работ для снижения вредных выбросов пыли и газа при производстве массовых взрывов на карьерах является актуальной для горной промышленности в научном и практическом плане задачей, решение которой позволит повысить безопасность и эффективность горных работ.

Цель работы состоит в установлении зависимостей выхода пыли и газа от конструкций заряда и типов ВВ для обоснования рациональных параметров буровзрывных работ, обеспечивающих повышение безопасности и эффективности горных работ за счет снижения вредных выбросов пыли и газа при производстве массовых взрывов на карьерах.

Идея работы заключается в учёте газодинамических процессов, протекающих в зарядной полости, и свойств пород при выборе рациональных конструкций заряда и типов ВВ.

Основные задачи работы.

1. Исследование особенностей образования пылевой фракции в ближней зоне взрыва скважинного заряда при различных условиях динамического нагружения.

2. Анализ и оценка влияния параметров БВР на формирование пылегазового облака при производстве массовых взрывов на карьерах.

3. Разработка методики оценки вредных выбросов пыли и газа для различных параметров буровзрывных работ при производстве массовых взрывов на карьерах, позволяющей рассчитывать границы зоны высокого загрязнения.

4. Изучение влияния технологии проведения взрывных работ и свойств используемых ВВ на образование пылевой фракции.

5. Обоснование рациональных параметров БВР для снижения вредных выбросов пыли и газа при производстве массовых взрывов на карьерах.

Научные положения, разработанные соискателем, и их новизна;

1. Основной объем пылевидных фракций формируется в узкой зоне интенсивного мелкодисперсного дробления массива взрывом и определяется газодинамическими параметрами продуктов детонации и свойствами породы.

2. Гранулометрический состав образующихся пылевидных фракций остаётся постоянным при взрыве удлиненных скважинных зарядов независимо от их конструкций и типов ВВ.

3. Снижение вредных выбросов пыли и газа при производстве массовых взрывов на карьерах достигается применением сплошных и рассредоточенных скважинных зарядов ВВ уменьшенного диаметра (75-165 мм) и типов ВВ с пониженной энергией взрыва, при этом оптимальная величина воздушного промежутка составляет одну четвёртую длины заряда.

4. Разработанный метод оценки количества, гранулометрического и химического состава вредных выбросов пыли и газа в зависимости от типа ВВ и параметров буровзрывных работ при производстве массовых взрывов на карьерах позволяет рассчитать границы зоны высокого загрязнения и тем самым обеспечить повышение безопасности и эффективности горных работ.

Обоснованность и достоверность защищаемых положений, выводов и рекомендаций подтверждаются большим объемом проанализированной информации отечественных и зарубежных исследований, использованием современных представлений физики и механики в области трещинообразования при динамических нагрузках, достаточной сходимостью расчётных данных с результатами производственных и лабораторных экспериментов; положительными результатами внедрения разработанных рекомендаций при проведении массовых взрывов на карьерах ЗАО «Каменногорское карьероуправление».

Научная значимость работы заключается в установлении зависимостей выхода пыли и газа для различных конструкций заряда и типов ВВ при производстве взрывных работ.

Практическое значение работы заключается в разработке методики расчёта пылегазовых выбросов для различных параметров БВР; прогнозировании выхода мелкодисперсной пылевой фракции в ближней зоне взрыва для условий карьеров ЗАО «Каменногорское карьероуправление» на различных расстояниях от заряда; в рекоменд�