СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НАПРАВЛЕННЫХ НА СНИЖЕНИЕ ПЫЛЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА КАРЬЕРАХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Бабкин Р.С.¹, Абиев З.А.²

¹Аспирант кафедры Взрывного дела, Санкт-Петербургский Горный Университет, ²Аспирант кафедры Взрывного дела, Санкт-Петербургский Горный Университет

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НАПРАВЛЕННЫХ НА СНИЖЕНИЕ ПЫЛЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА КАРЬЕРАХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Аннотация

В работе рассмотрены различные известные методы решения задачи снижения образования мелкодисперсной пыли: изменение диаметра скважин, использование зарядов с воздушным промежутком, применение пеногелевых забоек и другие. Представлены зависимости интенсивности образования различных фракций пыли и ее плотности на разных интервалах от центра проведения взрыва применительно к условиям карьеров по добыче строительных материалов. Описаны методики лабораторных и экспериментальных испытаний, проводимые на территории РФ. Указаны основные вопросы, связанные с повышением точности проводимых исследований.  

Ключевые слова: мелкодисперсная пыль, взрыв, диаметр заряда, забойка, буровзрывные работы.

Babkin.R.S.¹, Abiev Z.A.²

¹Postgraduate student, St. Petersburg Mining University, ²Postgraduate student, St. Petersburg Mining University

CURRENT TRENDS EXPERIMENTAL AND THEORETICAL RESEARCH AIMED AT REDUCING DUST DURING BLASTING AT THE QUARRY BUILDING MATERIALS

Abstract

The paper discusses the various known methods of solving the problem of reducing the formation of fine dust: changing the diameter of the wells, the use of charges with an air gap, the use of peoplewas the tamping and others. Shows the dependences of the intensity of the formation of various dust fractions and their density at different intervals from the center of the explosion in relation to the conditions of quarries for extraction of construction materials. The techniques of laboratory and experimental tests carried out on the territory of the Russian Federation. Indicate the main issues related to the increase in the accuracy of the research.

Keywords: fine dust, explosion, diameter of charge, tamping, blasting work.

Буровзрывные работы предшествуют остальным технологическим процессам разработки (выпуску руды, экскавации, транспортированию и т.д.) и в значительной мере обуславливают производительность горнотранспортного оборудования, безопасность труда и экономичность работ в целом. Поэтому в настоящее время на предприятиях взрывные работы являются одним из важнейших технологических процессов.

При эксплуатации карьеров строительных материалов наиболее сильными источниками выделения пыли являются такие технологические процессы, как бурение, проведение массовых взрывов, погрузочные работы и транспортирование горной породы. На долю экскавации горной массы и проведения взрывных работ в итоге приходится порядка 60-80% от общей массы выбрасываемой мелкодисперсной пыли в атмосферу рабочей зоны карьера [1].

Экспериментальными и теоретическими исследованиями доказано [2], что наиболее негативными по признаку начального формирования пылегазового облака и выхода мелкодисперсной пыли являются буровзрывные работы. Доказано, что при бурении горных пород, в атмосферу выделяется 50-60% общего объема пыли, при проведении взрывных работ 30-40% и около 10% составляют остальные процессы (дробление негабаритов, транспортировка, погрузка горной породы и др.).

В настоящее время, практически на всех карьерах по добыче строительных материалов, основным способом дробления горной породы являются буровзрывные работы. Именно поэтому, проблема снижения пылеобразования является актуальной для горнодобывающей отрасли.

Для определения количества мелкодисперсной пыли, образовавшейся при проведении массовых взрывов, используется численная методика расчетов. Основу методики составляют основные параметры БВР: диаметр заряда, скорость детонации ВВ и  его плотность, а также свойства взрываемого блока. Данная методика основывается на кинетике накопления наведенной трещиноватости в горных породах при влиянии взрывных нагрузок [3]. Для подтверждения возможности использования данной методики в условиях карьеров по добыче строительных материалов Ленинградской области проводились промышленные эксперименты с использованием образцов горных пород [4]. Модель проведения лабораторных испытаний представлена на рисунке 1.

 

Рис. 1- Схема расположения взрываемого блока во взрывной камере

 

В настоящее время в Ленинградской области одними из активно-эксплуатирующихся являются карьеры по добыче гранитов и гранито-гнейсов «Каменногорского Карьероуправления». Объем добычи составляет порядка 1282000  м/год, а удельный расход ВВ в среднем составляет 0,9 кг на 1м. С уверенностью можно сказать, что большие объемы производства буровзрывных работ при подготовке разрушенных горных пород к переработке приводят к негативному воздействию на окружающую среду.

Для оценки количества выделяемой пыли в условиях карьеров строительных материалов «Каменногорского Карьероуправления» был проведен расчет массы различных пылевых фракций, образующиеся от взрывов различных типов ВВ при разном диаметре скважин, на 1п.м. удлиненного скважинного заряда [4]. Полученные данные показаны в таблице 1.

Таблица 1- Массы пылевых фракций, образовавшихся при  проведении взрывов различных типов ВВ в зависимости от скорости детонаций (D) и диаметров скважин (d)

Анализируя Таблицу 1, можно утверждать, что при уменьшении диаметра скважины линейно уменьшается количество образовавшейся мелкодисперсной пыли. Также, при применении ВВ с меньшей скоростью детонации, можно уменьшить пылеобразование на 15-20%.

Для установления распределения частиц пыли по размеру и изучения оседания различных пылевых фракций проводились промышленные эксперименты [4]. Данные эксперименты проводились по методике, которая основана на инструментальных измерениях концентрации пыли различной фракции у поверхности земли на различном расстоянии относительно места проведения взрыва.

В первом случае использовались удлиненные скважинные заряды с рассредоточенным воздушным промежутком. Испытание проводилось на карьере «Островский», блок №1. Тип используемого ВВ – граммонит 79/21, диаметр скважины равен 165мм [5]. Зависимость выхода массы пылевых фракций от расстояния показана на рис.2.

Рис. 2-Распределение частиц пыли по размеру: 1 -30 мкм, 2 – 30–70 мкм, 3 – 70–100 мкм, 4 – 100–140 мкм, 5 – 140–200мкм, 6 – 200–300мкм, 7 – 300–400мкм

  Во втором случае, при штатном взрыве, использовался сплошной колонковый заряд. Испытание проводилось на карьере «Каменногорский», блок №14. Тип используемого ВВ – граммонит 79/21, диаметр скважины равен 165мм, забойка из буровой мелочи [5]. Данные представлены на рис.3.

Рис. 3- Распределение частиц пыли по размеру: 1 -30 мкм, 2 – 30–70 мкм, 3 – 70–100 мкм, 4 – 100–140 мкм, 5 – 140–200 мкм, 6 – 200–300 мкм, 7 – 300–400 мкм

 

Анализируя рис. 1, 2 можно утверждать, что при применении зарядов с воздушным промежутком, пылеобразование снижается на 25-30%.

В одном ряду с изменением конструкции заряда, подбора типа ВВ, применении скважин меньшего диаметра, но реже используются забойки усиленного запирающего действия. Для снижения пылегазовых выбросов и повышения качества дробления горной породы при ведении взрывных работ одним из технически осуществимых методов является применение низкоплотных, многокомпонентных смесей - пеногелей.

Пеногель изготавливается из 1,5-3% водного раствора пеногелеобразующих веществ. Количество жидкости в данной забойке влияет на ее пылеподавляющие свойства. В момент взрыва, пеногелевая забойка выбрасывается в атмосферу вместе с продуктами взрыва в виде пузырьков и мелких капель, которые являются центрами коагуляции пыли.

Выбор длины участка скважины, который заполняется низкоплотным составом, определяется так, чтобы эффект запирания был ниже зоны интенсивной трещиноватости породы [6].

Для определения влияния типа забойки на образование ПГО при ведении взрывных работ на разрезе ОАО «Междуречье» были проведены  экспериментальные массовые взрывы с двумя разными типами забоек: 1) с буровой мелочью 2) пеногелевой. Конструкции зарядов приведены на рис.4.

Рис. 4- Конструкции зарядов: а – с буровой мелочью;  б – с пеногелевой забойкой; 1 – заряд эмулита ППВ-В; 2 – шашка; 3 – заряд гранулита ПС-2; 4 – буровая мелочь; 5 – пеногель в рукаве; 6 – зона интенсивной трещиноватости массива; 7 – воронка с рукавом

Тип взрываемых пород: песчаники средней крепости f=6-8, глубина скважин 16м, диаметр 250мм.

После проведения экспериментальных взрывов было выявлено, что высота подъема облака при использовании забойки из буровой мелочи составляет 70-100м, а при использовании пеногелевой в 1,7-2 раза меньше. Величина удельной массы пыли, осевшей на расстоянии до 50 м от взрыва при пеногелевой забойке, составляет более 94 % всей мелкодисперсной пыли     (< 250 мкм), а при забойке из буровой мелочи это расстояние составляет около 90 м.

 Анализируя влияние пеногелевой забойки на процесс распространения мелкодисперсной пыли, можно утверждать, что применение данного типа забойки позволяет уменьшить расстояние сноса пыли в 1,8 раза. Однако, данный способ основан на увеличении запирающего действия забойки, а не на уменьшении образования мелкодисперсной пыли в зоне переизмельчения. Также применение указанной конструкции заряда несколько усложняет технологический процесс, а при увеличении запирающего эффекта может увеличиться зона переизмельчения горной породы.

Таким образом, на данный момент, существующие способы борьбы с выбросами мелкодисперсной пыли при проведении массовых взрывов на карьерах строительных материалов основаны на ее нейтрализации различного рода растворами, пылесвязывающими  добавками, применении различных типов ВВ, конструкций заряда и способов взрывания. Однако, несмотря на огромный объем исследований и достигнутые успехи внедрения различных способов снижения пылеобразования в настоящее время не существует научно-обоснованного подхода к определению рациональных параметров БВР, снижающих пылеобразование на начальной стадии взрыва.

Список литературы / References

1. Зыков Ю.Н. Выпадение пыли из газопылевого облака при массовом взрыве на карьере / Ю.Н.Зыков Л.М. Перник // Межвузовский сборник научных трудов «Вентиляция шахт и рудников». – Л.: Издательство ЛГИ, 1980. – №7. – С. 53-57.
2. Бересневич П.В. Оценка процесса взметывания осевшей пыли после массовых взрывов в карьерах / П.В. Бересневич // Межвузовский сборник научных трудов  «Неделя горняка». – М.: Издательство МГГУ, 2001. С. 45-48.
3. Менжулин М.Г. Формирование пылевых фракций при взрывном разрушении горных пород / М.Г. Менжулин // Межвузовский сборник научных трудов «Взрыв». – А.: Издательство ИГД, 1997. С. 152-155.
4. Ларичев А.Ю. Влияние параметров буров­зрывных работ на процесс образования пылегазового облака / А.Ю. Ларичев // Сборник Известия СПбГТИ (ТУ). – 2009. – № 6(32). – С. 60–62.
5. Ларичев, А.Ю. К вопросу влияния конструкции заряда на пылеобразование при производстве взрывных работ на карьерах / А.Ю. Ларичев // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2012. - № 5. - С. 352-357.
6. Катанов И.Б. Совершенствование конструкции скважинного заряда с пеногелевой забойкой / И.Б. Катанов // Вестник Кузбасского государственного технического университета. – 2015. – №5. – С.43-46.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Zykov Yu.N. Vypadenie pyli iz gazopylevogo oblaka pri massovom vzryve na kar'ere [Loss of dust from the dust cloud at a mass explosion on career] / Yu.N.Zykov, L.M. Pernik // Mezhvuzovskij sbornik nauchnyh trudov «Ventiljacija shaht i rudnikov» [Interuniversity collection of scientific papers "Ventilation of mines"]. – L.: Izdatelstvo LGI, 1980. – №7. – P. 53-57. [In Russian]
2. Beresnevich P.V. Ocenka processa vzmetyvanija osevshej pyli posle massovyh vzryvov v kar'erah [Evaluation process of cock settled dust after massive explosions in quarries] / P.V. Beresnevich // Mezhvuzovskij sbornik nauchnyh trudov  «Nedelja gornjaka» [Interuniversity collection of scientific papers "Week of the miner "]. – M.: Izdatelstvo MGGU, 2001. – P. 45-48. [In Russian]
3. Menzhulin M.G. Formirovanie pylevyh frakcij pri vzryvnom razrushenii gornyh porod [Formation of dust fractions of explosive destruction of rocks] / M.G. Menzhulin // Mezhvuzovskij sbornik nauchnyh trudov «Vzryv» [Interuniversity collection of scientific papers "Explosion"]. – A.: Izdatelstvo IGD, 1999. – P. 152–155. [In Russian]
4. Larichev A.Yu. Vlijanie parametrov burov¬zryvnyh rabot na process obrazovanija pylegazovogo oblaka [Influence of parameters of drilling and blasting operations on the formation of dust and gas clouds] / A.Yu. Larichev //  Sbornik Izvestija SPbGTI (TU) [Collection News of St. Petersburg Mining University]. – 2009. – №6 (32). – P. 60–62. [In Russian]
5. Larichev A.Yu. K voprosu vlijanija konstrukcii zarjada na pyleobrazovanie pri proizvodstve vzryvnyh rabot na kar'erah [To the question influence of construction charge on process of formation dust clouds at production of blasting works on quarry] / A.Yu. Larichev // Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten' [Mining informational and analytical bulletin]. – 2012. – №5. – P. 352-357. [In Russian]
6. Katanov I. B. Sovershenstvovanie konstrukcii skvazhinnogo zarjada s penogelevoj zabojkoj [Improving the design of borehole charge with peoplewas the tamping] / I.B. Katanov // Vestnik Kuzbasskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta [Bulletin of the Kuzbass State Technical University]. – 2015. – №5. – P.43-46. [In Russian]