автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка способов предупреждения взрывов сульфидной пыли на основе управления параметрами взрывного нагружения

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ВЗРЫВОВ СУЛЬФИДНОЙ ПЫЛИ НА ОСНОВЕ УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ВЗРЫВНОГО НАГРУКЕНИЯ

Специальность 05.15.11 - "Физические процессы горного производства"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1995

Работа выполнена в Санкт-Петербургском ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени государственном горном институте им. Г.В.Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель : доктор физико-математических наук,

профессор Менжулин Михаил Георгиевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Филипповский Виталий Иванович.

кандитат технических наук Кучерявый Владислав Феодосьевич.

Ведущее предприятие - АО " Гаиский ГОК ".

.—Защита состоится 11 Zk^&jTuf 1995 г. в час.

нин. на заседании диссертационного совета Д.063.15.01 в Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В.Плеханова (техническом университете) по адресу : 199026, г.Санкт-Петербург, В.О., 21-я линия, д.2, зал 2. С диссертацией моино ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " /У" ¿Се 995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук профессор

Э.И.Богуславский

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность дроблены. Для повышения эффективности добычи сульфидных руд, отработка которых осложняется опасностью возникновения взрывов сульфидной пыли весьма важным является разработка методов борьбы с ними. Взрывы сульфидной пыли, имеющие место в настоящее время на ряде колчеданных, антимонитовых и полиметаллических рудниках, в значительной мере повышают опасность производства, ухудшают санитарно-гигиенические условия и снижают производительность труда, а также выбросы ядовитых газов, образующихся при взрыве сульфидных аэровзвесей, наносят значительный экологический ущерб окружающей среде.

Исследования в области взрывов сульфидной пыли до недавнего времени носили ограниченный характер и сводились, в основном, к изучению ее аэровзвесей. Все существующие способы борьбы со взрывами пыли основаны на подавлений уже образованной пылевоздушной смеси, в то время, как методам предотвращения образования взрывоопасных концентраций сульфидной пыли не уделялось должного вникания.

Отсутствие научно обоснованного метода оценки параметров образующихся взрывоопасных концентраций сульфидной пыли и ее взрывчатости при взрывном разрушении затрудняло создание эффективных способов борьбы со взрывами пыли. Поэтому разработка способов борьбы со взрывами сульфидной пыли, основанных на предотвращении образования взрывоопасных концентраций сульфидной пыли на основе исследования механизма пылеобразования при взрывном разрушении является актуальной научной и практической задачей.

Цель работу. Разработать способы предотвращения взрывов сульфидной пыли на основе снижения образования ее взрывоопасной дисперсности в ближней зоне взрыва.

Идея работы: Управление процессом пылеобразования в ближней зоне взрыва целесообразно осуществлять регулированием объемной концентрации энергии ВВ за счет изменения конструкции заряда ВВ.

Обчая нетодика выполнения работы. При реиении поставленных задач использовался комплексный метод, который включает анализ современного состояния способов борьбы со взрывами пылевоздуш-ных смесей, аналитические и экспериментальные исследования, применение математического и численного моделирования, лабораторные и промышленные испытания.

Основные тучные положения, выносимые на защиту:

1. Взрывчатость сульфидной пыли определяется температурой воспламенений, давлением взрыва и скоростью нарастания давления взрыва.

2. Увеличение длительности воздействия продуктов взрыва на разрушаемый горный массив за счет предложенной конструкции заряда ВВ приводит к выгоранию сульфидной пыли в ближней зоне до начала сдвижения горных пород, что исключает образование в призабойном пространстве аэровзвеси ныли взрывоопасной концентрации .

3. Пыль взрывоопасной дисперсности образуется в ближней зона взрыва. Параметры пылеобразования в ближней зоне определяются величиной амплитуды радиальной волны напряжения.

Наутая новизна работы. Установлена зависимость среднего размера пылевидной частицы от величины амплитуды радиальной составляющей волны напряжения и разработан на ее основе метод оценки параметров пылеобразования при взрывном разрушении.

Обоснованность и достоверность научных: положении, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- значительным объемом экспериментальных и натурных испытаний, выполненных на модельных материалах и в горных породах;

- корректностью постановок задач и использования при их решении методов математического моделирования;

- сравнением результатов расчетов по разработанным программам с экспериментальными данными;

- достаточной сходимостью расчетов с результатами лабораторных и промышленных экспериментов и результатами работ других исследователей.

Практическая ценность работы заключается в

- разработке научно-обоснованного метода оценки взрывчатости сульфидных руд; разработке рекомендаций по созданию конструкций зарядов, обеспечивающих снижение образование пыли взрывоопасносной дисперсности; разработке способов по борьбе со взрывами сульфидной пыли основанном на применении запирающего газодинамического устройства и разуплотнения заряда ВВ.

- разработке методик инженерных расчетов и пакета программ для определения параметров взрывной волны напряжения в горной породе, максимального радиуса зарядной полости и величины зоны

смятия и параметров образования пыли в ближней зоне при использовании шпуровых и скважинных зарядов различных конструкций;

Апробация работ. Основные положения работы докладывались

на :

- Международном симпозиуме по проблемам прикладной геологии, горной науки и производства. Санкт-Петербург, апрель 1993 г.;

- третьем Международном симпозиуме "Горное дело в Арктике". Санкт-Петербург, октябрь 1994 г.;

- научных семинарах кафедры разработки месторождений открытым способом и разрушения горных пород Санкт-Петербургского горного института.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 научных работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов и заключения, изложенных на 170 страницах машинописного текста, содераит 31 рисунок, 10 таблиц, 4 приложения, список литературы из 163 наименований.

Диссертационная работа выполнена в течение 1991-1995 гг. и входит в комплекс исследований, проводимых на кафедре РМОС и РГП Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г.В.Плеханова под руководством доцента, кандидата технических наук Парамонова Г.П.

Автор выражает благодарность проф. М.Г.Менжулину, доц. Г.П.Парамонову, доц. В.А.Михайлову, проф. Г.А.Холоднякову, проф. В.А.Боровикову, доц. В.А.Артемову, инн. Ю.А.Миронову, С.А.Артемовой, Ш.А.Чесновскому и другим сотрудникам кафедры РМОС и РГП за помощь в работе над диссертацией.

Особо признателен Н.В.Рухлиной за помочь в создании компьютерных программ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обеспечение безопасности взрывных работ на колчеданных рудниках представляет сложную научно-техническую проблему, 8 решение которой значительный вклад внесли российские ( Огиев-ский В.М., Рысс П.Г., Пензимонж Н., Годжелло М.Г., Смирнов В.И., Бахаревич Н.С., Романов А.И., Павловский Л.X., Черняв-

сккйЗ.И., Алешин A.C., БекчиуВ.Н., Лысенков П.А., Мана-ков В.Я.и др.) и зарубежные ( Бент X., Кэнт А., Гарднер Е., Эннис В., Фюджита Д. и др) ученые. Несмотря на широкие исследования в этой области, данная проблема не получила до настоящего времени окончательного решения.

При разработке взрывоопасных колчеданных руд на большинстве рудников в той или иной степени проводятся мероприятия по предупреждению взрывов пыли. В ряде случаев применение этих профилактических мероприятий осуществляется без учета степени взрывчатости сульфидных аэрозолей, что в значительной степени снижает эффективность борьбы с пылью. Выбор профилактических мероприятий производиться, как правило, экспериментальным путём без достаточного теоретического обоснования. Применяемые меры по предупреждению взрывов сульфидной пыли направлены на борьбу с уже образованной пылью путем ее нейтрализации или снижением температуры продуктов детонации используемых ВВ, что не позволяет окончательно решить проблему, так как по настоящее время теория образования пыли при взрывном разрушении, с помощью которой можно описать процесс образования взрывоопасных концентраций сульфидной пыли в ближней зоне, изучена недостаточно с точки зрения влияния параметров волн напряжений на параметры образования пыли взрывоопасной дисперсности.

Следует констатировать, что, за исключением нескольких эмпирических примеров, неполно отражающих вопрос, очень мало сделано в области теоретической оценки параметров пылеобразо-вания в зависимости от параметров нагружения, что несколько затрудняет разработку способов предупреждения образования взрывоопасных концентраций сульфидной пыли при ведении взрывных работ.

Многочисленный экспериментальный материал, накопленный в нашей стране и зарубежом, позволяет сделать вывод о том, что решение проблемы может быть достигнута лишь комплексом мероприятий, направленных с одной стороны на разработку предохранительных ВВ и эффективных средств нейтрализации пыли в приза-бойном пространстве, а с другой - на разработку способов предотвращения образования взрывоопасных концентраций сульфидной пыли. В связи с этим, в последние годы значительное количество работ посвящено вопросам предупреждения взрывов пылевоздуиных систем. Весомый вклад в решение этой задачи сделан сотрудника-

ми института ЦНИГРЙ совместно с п/я 368, института "Унипро-медь" и Уральской горно-геологической академии. Перспективным направлением в этой области является разработка научно обоснованного метода оценки взрывчатости сульфидных руд и параметров образования пыли при взрывном разрушении на основе изучения механизма пыпеобразования и способов предупреядения образования взрывоопасных концентраций сульфидной пыли путем управления действием взрыва. Однако подобным исследованиям не уделялось должного внимания.

Таким образом, в результате анализа научно-технической литературы и опыта производства взрывных работ на колчеданных рудниках, мокно сформулировать следущие конкретные задачи настоящей работы:

- Изучение взрывчатых свойств аэрозолей сульфидных руд и минералов в зависимости от их основных теплофизических свойств. Разработка аналитического метода оценки взрывчатости аэрозолей сульфидных руд.

- Исследование критических условий воспламенения сульфидной пыли в ближней зоне взрыва и установление влияния тепло-физических свойств горной породы и длительности воздействия продуктов взрыва и других параметров нагружения на взрывчатость пыли в ближней зоне.

- Разработка методики оценки параметров пылеобразования при взрывном разрушении в ближней зоне на основе изучения механизма образования пыли.

- Разработка способов предупреждению взрывов сульфидной пыли.

Методологической основой диссертации является комплексный подход, использующий обобщение производственного опыта, научных исследований, натурные и лабораторные эксперименты, аналитические методы с обработкой полученных данных на ЭВМ.

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

1. Взрывчатость сульфицной пыл» определяется температурой воспламенения а взрывного горения, цавпеняем взрыва и скоростью нарастания давленна взрыва.

Для определения взаимосвязи взрывчатости сульфидной пыли с ее основными теплофизическими параметрами был исследован процесс взрыва взвешенной пылевоздуиной смеси. Известно, что