автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка и исследование параметров скважинной забойки для снижения пылегазовых выбросов при взрыве

РГб од

- 8 КЮй

На правах рукописи

МИРОНОВ ЮЛИЙ АЛЬБЕРТОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СКВАЖИННОЙ ЗАБОЙКИ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПЫЛЕГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ

ПРИ ВЗРЫВЕ

Специальность 05.15.11 - Физические процессы горного

производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Менжулин Михаил Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Филишювский Виталий Иванович

Кандидат технических наук Кучерявый Владислав Фсодосьевич

Ведущее предприятие - ОАО ПО «Глинозем»

Защита диссертации состоится « /У » ¿//¿Р^ЗХ- 1998 г. в. час. /Э мин. На заседании диссертационного Совета Д.063.15.01 при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199026 Санкт-Петербург, 21 линия, д. 2. -/¿¿06°

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан «

» ^ЛлЭсА^ 1998 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета Профессор, д.т.н. Л.) Ш Э.И. Богуславский

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Последнее десятилетие было отмечено дальнейшим обострением проблемы создания нормальных санитарно-гигиенических условий труда в карьерах по фактору загрязнения при взрывных работах. Это обусловлено интенсивным углублением горных работ, использованием более дешевых типов ВВ с повышенной газовостью, а также увеличением количества одновременно взрываемого ВВ.

Анализ работ, посвященных изучению вопроса загрязнения атмосферы карьеров показывает, что существует необходимость поиска новых эффективных научно-технических решений, позволяющих решить вопросы нормализации атмосферы карьеров после массовых взрывов.

Сокращение пылегазовыделения при массовых взрывах эсуществляется в основном за счет мероприятий, которые включают: применение ВВ с нулевым кислородным балансом; взрывание на неубранную горную массу, использование забоечного иатериала с минимальным удельным пылеобразованием, орошением юны выпадения пыли из ПГО водой или пылесмачивающими юбавками. Гидрообеспыливание для сокращения выделения и )ассеивания вредных примесей осуществляется с помощью идрозабойки скважин.

Существующие перечисленные методы борьбы с юразованием ПГО и выбросом ядовитых газов в атмосферу :арьеров имеют ряд недостатков. Несмотря на их эффективность, [рименение данных операций требует больших финансовых затрат. Ъэтому для решения данной проблемы наиболее целесообразным редставляется развитие направления, заключающегося в создании онструкции забойки и композиционного материала для ее зготовления, позволяющего уменьшить уровень загрязнения гмосферы с одновременным достижением экономического эффекта ри ведении взрывных работ.

Цель диссертационной работы: Снижение уровня )грязнения атмосферы карьера токсичными продуктами и

мелкодисперсными пылевыми фракциями при массовых взрывах путем применения профилированной скважинной забойки.

Основная идея работы: Забойка со специально рассчитанным внутренним профилем и композиционным составом, позволяет увеличить время истечения продуктов детонации из пространства зарядной полости и снизить выброс ядовитых газов в атмосферу.

В соответствии с поставленной целью основными задачами

являлись:

1. Исследование основных физических процессов, протекающих при торможении потока продуктов детонации профилированной забойкой.

2. Разработка метода расчета геометрических параметров скважинной забойки, увеличивающей время нагрузки на разрушаемый массив и снижающий скорость вылета продуктов детонации, на основе газодинамических принципов.

3. Рациональное обоснование состава композиционного материале для изготовления скважинной забойки, эффективне распираемой в зарядной полости и снижающей, путе\ каталитической реакции, выброс ядовитых газов в призабойнук зону.

4. Проведение промышленных испытаний разработанного тип; забойки и оценка экономического эффекта при ее применении.

Методы исследований. При решении поставленных зада1 использовались современные методы физического I математического моделирования, аналитические 1 экспериментальные исследования, лабораторные и промышленны испытания.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Ступенчатое торможение потока продуктов детонаг¡и профилированной скважинной забойкой обеспечивает с/шженп скорости истечения газов и уменьшает высоту пьиегаювог облака.

2. Обоснованный выбор комозпозиционного и дисперсного состава материала забойки позволяет значительно уменьшить выброс токсичных продуктов взрыва в атмосферу карьера.

3. Скважин пая забойка, параметры внутреннего профиля которого рассчитываются с учетом газодинамических процессов истечения продуктов детонации через устье зарядной полости, позволяет, увеличить время нагрузки на разрушаемый массив, что приводит к повышению эффективности работы взрыва.

Научная пови та работы.

Установлены зависимости для расчета внутреннего профиля и размеров скважинной забойки, позволяющей увеличить время 1агружения на разрушаемый массив горных пород, одновременно /меньшая высоту пылегазового облака; синтезирован материал )екомендуемый для изготовления данной забойки, который, зступая во взаимодействие с потоком продуктов детонации, снижает шброс токсичных газов, образующихся при взрыве в атмосферу сарьерного пространства.

Практическая ценность работы заключается

• в выборе материала и оптимальном подборе составляющих ;омпозиционного материала для изготовления забойки, гоеспечивающего восстановление и окисление токсичных газов, •бразующихся при взрыве, до конечных продуктов реакции с :ислородом воздуха;

• в масштабных натурных исследованиях работы забойки гозволяющих использовать методику расчета проектов массовых зрывов при скважинной отбойке, разработанную для ромышленного применения;

• в возможности использования разработанной забойки на лубоких карьерах с затрудненным проветриванием или в условиях изких температур с замедленной естественной циркуляцией оздуха.

Личный вклад автора диссертационной работы заключается в 5оре и анализе результатов, постановке и проведении натурных и

аналитических исследований, разработке практических рекомендаций.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

• Достаточным объемом экспериментальных и натурных исследований, выполненных на модельных материалах и в горных породах;

• Корректностью постановок задач и использование при их решении разработанных аналитических зависимостей, а также литературных источников;

• Достаточной сходимостью расчетов с результатами масштабных, промышленных испытаний.

Апробация работы:

Основные положения работы докладывались на:

• третьем Международном симпозиуме «Горное дело в Арктике». Санкт-Петербург, октябрь 1994 г.

• первой и второй конференции молодых ученых СПГГИ (ТУ), Санкт-Петербург, апрель 1996 и 1997 гг.

• ежегодном семинаре в МГГУ «Неделя взрывника - 98»,февраль 1998 г.

• научных семинарах кафедры разрушения горных пород Санкт-Петербургского горного института.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 научных работ.

Объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 149 страницах текста, содержит 21 рисунок, 8 таблиц, список литературы из 109 наименований и 3 приложения.

Диссертационная работа выполнена в СПГГИ в течение 19941998 годов и входит в комплекс исследований, проводимых на кафедре «Разрушения горных пород», под руководством зав. кафедрой РГП доц. к.т.н. Парамонова Г.П.

Автор выражает благодарность научному руководителю профессору Менжулину М.Г. за большую методическую помощь в

выполнении работы, доц. Парамонову Г.П., доц. Михайлову В.А., доц. Артемову В.А., проф. Боровикову В.А., инж. Артемовой С.А., и другим сотрудникам кафедры РГП за помощь в работе над диссертацией.

Особо признателен Мешкову В.М. за помощь в компьютерном оформлении работы, а также зам. Генерального директора ОАО ПО «Глинозем», Слепову В В. за содействие в проведении полигонных экспериментов.

Основное содержание работы

Разработкам в области повышения эффективности и безопасности ведения взрывных работ были посвящены труды таких выдающихся ученых как Баум Ф.А., Боровиков В.А., Кутузов Б.Н., Мосинец В Н., Покровский Г.И., Ханукаев А.Н. и др.

Исследования, проведенные профессором Сапожниковым A.B., Романовым B.C., Росси Б.Д. по определению механизма образования ядовитых газов при взрывных работах в нашей стране, Дж. Мерфи, Я. Ван-Доллахом за рубежом, а также Бухманом Я З. на Урале, Бересневичем П.В. в Криворожском бассейне; Балковым П.И., Миндели Э.О. по изучению распространения ПГО и концентраций вредностей в нем внесли значительный вклад в повышение экологической безопасности прикарьерного пространства после проведения массовых взрывов.

Известно, что размещение забойки из инертного материала в устье зарядной полости скважины является одним из важных условий повышения эффективной взрывной отбойки горных пород.

Исходя из предпосылки, что при использовании внутренних забоек с большим сопротивлением выбросу газов происходят химические реакции между газообразными продуктами взрыва; продуктами взрыва л окружающей средой и т.д., допустим вывод о возможности уменьшения выброса в атмосферу неразложившихся частиц ВВ при помощи забойки.

С другой стороны, активно применяемая в настоящее время ¡абойка скважин из буровой мелочи и т.п., увеличивает сонцентрацию пылевых фракций в ПГО за счет выброса инертной ¡абойки. Использование «активной» забойки приводит к Увеличению себестоимости взрывных работ и, кроме того, пособствует взметыванию ранее осевшей пыли с поверхности.

7

Достижение высокой эффективности взрывной отбойки горных пород скважинными зарядами, оставляет возможность разработки конструкции забойки, обеспечивающей надежное запирание пространства зарядной полости до момента активного трещинообразования массива и снижающей загрязнение атмосферы карьера, за счет уменьшения скорости вылета продуктов детонации и реакции материала забойки с ядовитыми газами продуктов взрыва.

В рамках решения указанных выше задач защищаются следующие научные положения, выдвинутые автором:

I. Ступенчатое торможение потока продуктов детонации профилированной скважинной забойкой обеспечивает снижение скорости истечения газов и уменьшает высоту пьшегазового облака.

Наиболее выгодным с точки зрения геометрической конфигурации для торможения сверхзвукового потока продуктов детонации до критической скорости представляется выбор сверхзвукового диффузора с внутренним сжатием, обеспечивающим торможение потока в системе внутренних волн уплотнения или скачков. Благодаря плавной вогнутости профилированных стенок, в каждой точке которых поток совершает поворот на малый угол, во входной части возникает система волн сжатия. В минимальном сечении поток приобретает критическую скорость, за которым она становится до звуковой.

Профилирование сверхзвукового диффузора определяется параметрами потока на входе из известных соотношений для давления, плотности и скорости потока продуктов детонации на входе.

Вводя расход:

= (Н

где: Рь Р2 - площади поперечного сечения на входе, и на

выходе соответственно;

^(/.1), газодинамические функции продуктов

детонации на входе и выходе.

Режим критического истечения, при котором скорость газа на выходе в уравнении расхода равна линейной скорости звука,

выполняется при условии: й(Х-2) = 1, таким образом радиус сечения на выходе:

Для расчета длинны суживающейся части диффузора вводится относительная скорость М = с/а, (число Маха) где с - скорость течения (1.1ц), м/с;

а - местная скорость звука, которую согласуем с давлением и плотностью набегающего потока, м/с. В зависимости от числа М назначается число скачков на входном участке п - косых и один висячий прямой скачек, образующийся непосредственно перед горловиной диффузора Рф Зная скорость на входе и скорость перед прямым скачком путем вариантных расчетов можно найти углы наклона отдельных поверхностей торможения (косых скачков). В данном случае рационально воспользоваться таблицами или графиками газодинамических функций. Из условия фокусировки скачков в выбранной точке внутренней поверхности устанавливается длина отдельных элементов поверхности торможения (/]. /2. /3. ...) Замена получившейся ломанной в плавную кривую образует внутренний профиль диффузора от входного сечения до критического, скорость за которым дозвуковая. (Рис. ].)

Выходной участок представляет собой дозвуковое сопло. Элементарный расчет суживающихся сопл сводится к определению размеров выходного сечения по заданному расходу газа и скорости истечения. Используя уравнение постоянства расхода и известный радиус критического сечения, можно определить выходной радиус сопла Я].

(2)

Рис. 1. К расчету профиля сверхзвукового диффузора.

Рис. 2. К расчету внутреннего профиля сопла.

Таким образом, длину дозвукового сопла в рассматриваемом случае целесообразно принять оптимизируя с одной стороны, технологические ограничения, накладываемые при изготовлении изделия, а с другой - требованием предъявляемым к эффективной работе забойки. Профилирование внутреннего канала с использованием текущего радиуса Я производится по формуле Витошинского, причем при учете в дальнейшем явлений абляции и дополнительного распора забойки в зарядной полости профиль сопла выполняется с прямолинейными образующими, (рис. 2.)

Для оценки эффективности использования предлагаемого типа забойки, с целью определения снижения скорости вылета продуктов детонации, также была проведена серия экспериментальных взрывов.

На рис. 3. приведены зависимости скоростей распространения пылевых фракций, выносимых струей ПВ от времени, полученные при обработке фотоотпечатков кинограмм, сгруппированные по типам забоек.

Наиболее ярко характер истечения ПВ в случае скважины с испытуемой забойкой проявляется из сравнения скоростей распространения струй. Для скважин без забойки и с плотной забойкой производные скоростей отрицательны и изменяются достаточно плавно, то в случае с предлагаемой забойкой во всех опытах производные имеют положительный максимум - пик, что говорит о резком изменении режима истечения ПВ.

ISO 100 so

О 5 10 75 20 -J5 30 ^ 41) 1.МГ

Рис. 3. I. - плотная забойка: 2. - без забойки; 3, - скважины с исншуемой забойкой

Нарастание скорости распространения струи происходит по завершении процесса абляции канала и увеличении расхода, что

также может характеризовать эффективное время запирания ПД в полости взрыва.

Одновременно с проводимым экспериментом было произведено фотографирование «султанов», образующихся при формировании в скважине пылегазового облака на первой секунде после взрыва. Анализ фотоснимков показывает, что наименьшая высота подъема газообразных продуктов взрыва в процессе формирования ПГО, а следовательно дальнейшего его распространения имеется в случае применения предлагаемой забойки.

2. Обоснованный выбор комозпочиционного и дисперсного состава материала забойки позволяет значительно уменьшить выброс токсичных продуктов взрыва в атмосферу карьера.

Исходя из предпосылки, что одним из методов снижения количества ядовитых газов, образующихся при взрыве, может служить введение в состав материала забойки веществ, выполняющих роль катализатора для превращения промежуточных продуктов окисления в конечные, задача о правильном выборе используемого материала сводится к определению природы пластификатора и наполнителя, а также размеров его частиц.

Картина разрушения образцов полиэтилена высокой плотности (ПВД). при растяжении: не наполненные образцы сначала деформируются однородно, затем в области предела текучести деформация становится существенно неоднородной по образцу, формируется шейка. При малых степенях наполнения картина деформации образцов при растяжении та же, что и для не «полненных полимеров.

При больших степенях наполнения образец разрушается в тот .гомент, когда только появляется неоднородная пластическая 1еформация и начинает формироваться шейка. Поэтому предельная (еформация в этом случае приблизительно равна деформации при феделе текучести. Условие развития шейки можно записать в виде:

<(1-ая-з)^а^1_а7.а2з) (3)

где <трм, <Т|М - соответственно разрушающее напряжение при растяжении и предел текучести полимерной матрицы, Па;

ат и аР - эмпирические параметры, зависящие от геометрической формы и размера частиц наполнителя, а также уровня передачи нагрузки на наполнитель. Полученное выражение позволяет определить критическое содержание наполнителя, соответствующее переходу от пластического к квазихрупкому разрушению.

Чем больше частица наполнителя, тем раньше при нагружении возникает пора. Большие частицы (более 500 мкм) опасны, даже если они встречаются в небольшом количестве.

Необходимым условием развития отслоения (сдвиговой деформации) является неравенство Еу > Еп, где Еу - упругая энергия, выделяющаяся в элементе объема образца, содержащем включение, при образовании отслоения, а Е„ - поверхностная энергия образующегося отслоения. Предполагая, что поле напряжений, создаваемое частицей, эффективно в объеме матрицы, равном объему частицы, и размер отслоения эквивалентен размеру включения, приближенное выражение для критического размера включения может быть получено из условия равенства критической энергии образования новой поверхности:

где а Ч

У Е

С учетом вышеизложенного в лаборатории кафедры РГП СПГГИ с целью определения оптимального соотношения компонентов композиционного материала для изготовления забойки, уменьшающей выход ядовитых газов при взрыве, был проведен ряд экспериментов.

<Р - ГТ (4)

- приложенное одноосное напряжение, Па;

- коэффициент концентрации напряжений на включении;

- удельная поверхностная энергия, Дж/м~;

- эффективный модуль упругости элемента объема, в котором выделяется энергия, Па.

В качестве катализатора использовался СаСО;,, наполнителя -кварцевый песок (фракция < 0,2 им), пластификатора - ПВД. Полученная смесь при различных соотношениях компонентов запирала устье трубки и использовалась в качестве забойки. Измерение количества образовавшихся при взрыве ядовитых газов определялась хроматографическим методом.

Установлено, что наиболее целесообразным с точки зрения себестоимости и воздействия на токсичные газы продуктов взрыва в качестве составляющих композиционного материала для изготовления забойки можно принять кварцевый песок, СаС03 и полиэтилен высокого давления в соотношении: 40% - 30% - 30% по объему.

Исходя из плотности составляющих и объема спроектированного изделия, получена ориентировочная масса забойки, составляющая 18 кг.

Материал предлагаемой конструкции работает под воздействием высокотемпературного, скоростного потока продуктов детонации, что приводит к расплаву, испарению и выносу в приустьевую зону поверхностного слоя данного профиля.

Катализатор, входящий в состав материала забойки, уменьшает выброс в атмосферу ядовитых газов, образовавшихся в результате взрывчатого превращения. Поэтому количественная оценка той части наполнителя, которая способна участвовать в химической реакции в приустьевой зоне и над поверхностью разрушаемого блока представляет непосредственный интерес.

Под действием теплового потока q поверхность тела разрушается со скоростью т. Тогда эффективная энтальпия материала Ь ,ф

11,ф = я/т (5)

где т - масса вещества уносимого с поверхности внутреннего профиля забойки (кг/м2-с).

Условием каталитического процесса является превышение температуры поверхности внутреннего профиля, разогретого потоком ПД температуры плавления материала забойки.

Таким образом, если температурный режим процесса соответствует нагреву изделия позволяющему катализатору

участвовать в реакции восстановления оксида азота до азота ч окислению окиси углерода до углекислого газа.

С целью определения взаимодействия материала предлагаемой забойки и токсичных составляющих продуктов детонации был проведен ряд экспериментальных взрывов скважинных зарядов гранулотола. Замеры производились на развале горной массы.

Таблица 1

Шмепепие кошюнфащш ядошлъг\ 1а ;ои при и ;рывс «ряда ос; заСчаки

Время, с 1 10 60 300 900 1800

Кониентоаиия % СО 0.02 0.15 0.1 0 0" 0.004 0.001

Концентрация мг/м"1 230 1722 1 148 345 46 21

Концентрация % N0? 0,01 0,03 0,014 0,004 0.000 0,000

Концентрация мг/\г 189 566 264 75 13 5,7

Таблица 2

Изменение коицетраюш ядовитых г азов при взрыве заряда с ¡потной заОойкои

Время, с 1 10 60 300 900 1800

Концентрация % СО 0 0,1 0,07 0,017 0,002 0,0011

Концентрация мг/ЧГ 0 1148 804 195 26 13

Концентрация % N02 0 0,024 0,016 0,002 0,000 0,0001

Концентрация мг/м' 0 453 302 38 9,4 2,8

Таблица 3

Изменение концентрации ядовитых I азов при взрыве заряда с предлагаемой

забойкой.

Время, с 1 10 60 300 900 1800

Концентрация % СО 0,01 0,07 0,04 0,008 0,000 —

Концентрация мг/м1 115 804 459 92 10 —

Концентрация % N02 0,00 0,01 0,008 0.001 0,000 След

Концентрация мг/м"' 56 339 151 22 1,9 —

Результаты эксперимента показывают, что максимальная концентрация ядовитых газов во всех случаях достигается в районе 10 секунды. Через 30 минут после взрыва концентрация снижается практически до ПДК, которая составляет по СО - 0,0016 % по об., по N0:- 0,0002 % по об. Результаты эксперимента показывают, что

предлагаемая конструкция забойки уменьшает выброс ядовитых газов в окружающую атмосферу при максимальной концентрации в 1,85 раз по сравнению с зарядом без забойки и в 1,37 раз в случае с традиционной забойкой, (табл. 1,2,3.)

Таким образом, конструктивно, разработанное изделие представляет собой цилиндр (1) с осевым каналом, который имеет форму вытянутой полусферы (2), совмещенной с усеченным конусом (3). Наружный диаметр цилиндра

соответствует диаметру зарядной полости. Для фиксирования положения забойки в скважине со стороны выходного отверстия предусмотрены распорные лопасти (4), расположенные по окружности цилиндра. Длина забойки, рассчитанная совместно с геометрическими параметрами

внутреннего профиля составляет 2,5 диаметра, (рис. 4.)

Сырьевой основой материала скважинной забойки служит: кварцевый песок фр. менее 0,2 мм. в сочетании с порошком мела, с добавлением полиэтилена высокого давления (ГОСТ 16337-70) в качестве пластификатора

3. Скважинная забойка параметры внутреннего профиля которой рассчитываются с учетом газодинамических процессов истечения продуктов детонации через устье зарядной полости позволяет увеличить время нагрузки на разрушаемый массив, что приводит к повышению эффективности работы взрыва.

Для разработки конструкции скважинной газодинамической забойки проанализированы основные физические процессы, протекающие при взрыве скважинного заряда, и рассмотрено их влияние на конструктивные характеристики предлагаемого изделия.

15

Рис. -4. Внешний вид изделия.

После преломления детонационной волны в воздушное пространство скважины происходит взаимодействие ударной волны с входным диффузором забойки, форма которого может быть задана, как вытянутая полусфера. Появление ударно-волновой конфигурации во входном диффузоре, приведет к повышению давления и при выбранных пластических характеристиках материала забойки к улучшению условий распора. После отражения ударной волны наступает квазистатическая стадия взаимодействия продуктов детонации с внутренней полостью забойки, характеризуемая установлением критических параметров истечения через выходной конус.

По мере истечения продуктов детонации будут происходить процессы плавления, абляции, пластического деформирования материала, которые приводят к изменению профиля внутреннего канала забойки и одновременно, к увеличению критического сечения, что в конечном итоге приведет, к нарушению критического режима истечения, изменению условий запирания и расходе продуктов детонации. Тем не менее, запирающее действие забойки будет реализовано, что приведет к повышению среднего давления в скважине и времени его воздействия на массив.

Эффективность предлагаемой конструкции определяется исходя из величины полного импульса, передаваемого продуктами взрыва в породный массив. Величина полного импульса взрыва

п

^ общ ^^ А/ )

1

где 1„ - импульс, передаваемый массиву в ходе прохождения детонационной волны и волн отражения по длине заряда между забойкой и дном скважины

п - количество волн отражения.

За время запирания из зарядной полости через осевой канал предлагаемого устройства произойдет утечка продуктов детонации.

( 2 Л 21 1

Д/и = АЛА<р \j77J (6)

где SKp - площадь поперечного сечения горловины диффузора, м~';

к = 1,2. - коэффициент изоэнтропы С помощью программы для решения системы, составленной на языке Pascal, с граничными условиями относительно t^, находятся значения t-„.„ 11, Дт.

Ударная волна, проникая в диффузор с давлением на фронте Рп, усиливается в системе скачков уплотнения, принимая величину Р,пач при этом отраженная волна, распространяющаяся к донной части скважины, становится равной: Р01р.

Следовательно, для рассматриваемого заряда полный импульс передаваемый .массиву будет складываться из импульса нагружения

детонационной волны и отраженной волны с давлением на фронте р

1 Оф-

Для оценки эффективности использования предлагаемого типа забойки, с целью определения величины зоны разрушающего действия взрыва и воронки выброса, была проведена серия экспериментальных взрывов

Экспериментальные исследования проводились на участке Юг-Н Веневского горизонта известнякового карьера Пикалевского АО «Глинозем». В каждом из трех опытов одновременно взрывались три скважины 0250 мм, с одинаковыми зарядами гранулотола массой ш, = 50 кг. Одна из скважин без забойки, вторая с традиционной забойкой из породной мелочи и третья с испытуемой забойкой. Зафиксирована зависимость величины объёма, занимаемого выбрасываемой породой, а также скорость изменения этой величины от времени. Объём, занимаемый выбрасываемой породой, в случае предлагаемой забойкой, на 10% выше, чем соответствующие объёмы для скважин с плотной забойкой и без неё. Это реализуется за счёт большего диаметра этого эбъёма и свидетельствует о большем радиусе разрушения породы в :лучае применения забойки, что находится в соответствии с характеристиками видимых воронок выброса.

Относительная эффективность разрушения породы определялась из сравнения местного действия взрывов (Рис. 5.). Во зсех опытах наблюдалась прорастание магистральной трещины лежду скважинами. Ширина магистральной трещины на дневной

поверхности максимальна в окрестности скважин с испытуемой забойкой и составляла 20-40 см. В окрестности скважин со сплошной забойкой эта величина уменьшается соответственно до 10 см, и до 4 см в окрестности скважин без забойки.

;

*I «Ис - О V I Г- я Р-

I

Рис. 5. Величина причстьевои зоны ра зрмпеиля скважин при взрыве зарядов с профилированном забойкой и с традиционной забоикои из иороднои медочи

Заключение

В диссертации изложено новое решение актуальной научно-технической задачи по разработке метода снижения уровня загрязнения карьера при уступной отбойке скважинными зарядами, основанного на применении забойки со специальным образом, рассчитанным профилем внутреннего сечения и рационально подобранным материалом для ее изготовления.

Задача решается путем торможения потока продуктов детонации в системе скачков уплотнения, образующихся е горловине сверхзвукового диффузора с внутренним сжатием, г последующим уносом массы высокотемпературным потоком с поверхности внутреннего профиля; таким образом, уменьшаете? высота ПГО образующегося при взрыве, а следовательно, и площад! его распространения, с одновременным увеличением времеш действия продуктов взрыва на разрушаемый массив.

Уменьшение концентрации ядовитых газов при взрыв« происходит не только за счет вторичных реакций в запертои пространстве зарядной полости, но и в приустьевой зоне, т.к

катализатор, входящий в состав материала заоонки обеспечивает восстановление и окисление токсичных газов, образующихся при взрыве до конечных продуктов реакции с кислородом воздуха.

Основные научные выводы, полученные в диссертации, и практические рекомендации базируются на результатах теоретических и экспериментальных исследований и сводятся к следующему:

1. Исследование основных физических процессов, протекающих при торможении сверхзвукового потока продуктов детонации в зарядной полости, позволяет на основании газодинамических принципов разработать методику расчета внутреннего профиля скважинной забойки, снижающей скорость вылета газообразных продуктов взрыва и увеличивающей время воздействия на разрушаемый массив.

2. Аналитически и экспериментально показано, что введение в состав материала для изготовления забойки порошка мела с оптимальным диаметром частиц 0,1 - 0,2 мм способствует, при взрывном превращении, каталитической реакции восстановления окислов азота до азота и окисления окиси углерода до углекислого газа.

3. На основании экспериментальных исследований установлено оптимальное соотношение полиэтилена высокого давления, наполнителя повышенной плотности и соли щелочноземельного металла, представляющих собой композиционный материал, применяемый при изготовлении изделия и отвечающий требованиям к работе забойки.

4. В ходе аналитических исследований определен унос массы высокотемпературным потоком продуктов детонации с поверхности внутреннего профиля, позволяющий оценить количественную составляющую массы забойки, участвующей в каталитической реакции.

5. Разработана методика, позволяющая изготовить спрофилированную забойку при диаметре скважины 150 - 300 мм, для промышленного применения, на термопрессавтоматах в металлической прессформе.

5. Проведены серии опытных взрывов скважинных зарядов на карьере ПО «Глинозем», по результатам которых получены

19

акты, подтверждающие эффективность местного действия взрыва при применении данной конструкции, увеличивающей преодолеваемую ЛНС и объем разрушаемой породы в приустьевой зоне. Замеры количества ядовитых газов, образующихся при взрыве, показали, что применение предлагаемой забойки в 1,37 раза снижает суммарную концентрацию последних по сравнению с зарядами со сплошной забойкой и 1,85 раза по сравнению с зарядами со свободным устьем.

7. По результатам исследований получен патент РФ № 97105629/03(006109) от 10.04.97 «Забойка для скважин большого диаметра».

8. Возможный экономический эффект, ожидаемый при внедрении результатов диссертационной работы в ходе выполнения хоздоговорной темы № 27/97 составит до 60 рублей со скважины, согласно типовому проекту, без учета повышения экологической безопасности.

9. Предлагаемая конструкция, как дающая экономический эффект в различных практических направлениях может быть рекомендована при уступной отбойке скважинами средней глубины на глубоких карьерах с затрудненным проветриванием, в условиях низких температур с замедленной естественной циркуляцией воздуха, а так же при ведении взрывных работ в сложных горно-геологических условиях с изменяющейся крепостью слоев породы по глубине скважины.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах

1. Миронов Ю.А. Мешков В.М. Предохранительная шпуровая забойка для проходки горных выработок на колчеданных рудниках. Труды конференции молодых ученых СПГГИ (ТУ). 1997г.

2. Миронов Ю.А. Мешков В.М. Разработка параметров скважинной забойки с использованием газодинамического эффекта. Труды конференции молодых ученых СПГГИ (ТУ). 1997г.

3. Миронов Ю.А. Мешков В.М. О влиянии загустителя ГЛВВ на загрязнение атмосферы карьеров токсичными газами при

массовых взрывах. Труды конференции молодых ученых СПГГИ (ТУ). !9%г.

4. Миронов Ю.А. Определение фракций сульфидной пыли, образующих наибольшее количество 50? при вторичном взрыве. Труды конференции молодых ученых СПГГИ (ТУ). 1996г.

5. Холодняков Г.А., Мокану Ф.И., Парамонов Г.П., Миронов Ю.А. Исследование влияния производственной деятельности разреза «Бородинский» на запыленность воздушного бассейна прилегающих территорий. Третий международный симпозиум «Горное дело в Арктике», СПб, 1994г.

6. Менжулин М.Г., Парамонов Г.П., Миронов Ю.А., Шишов А.Н., Исследование эффективности применения газодинамических устройств в качестве забойки скважинных зарядов. Тез. Докл. Семинар «Неделя взрывника - 98», МГГУ февраль 1998 г.

7. Патент РФ «Забойка для скважин большого диаметра» № 97105629/03(006109) от 10.04.97.