Разработка методов оценки безопасности и эффективности взрывчатых веществ для открытых горных работ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.01, кандидат технических наук Варнаков, Юрий Владимирович

• Варнаков, Юрий Владимирович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Варнаков, Юрий Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Анализ состояния безопасности и эффективности взрывных работ на открытых горных предприятиях.

Анализ существующих методов определения водоустойчивости взрывчатых веществ для скважинных зарядов.

Анализ методов отбора проб для определения токсичных составляющих продуктов взрыва ВВ для скважинных зарядов.

Цель и задачи исследований.

ВЫВОДЫ.

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКОВ ВОДОУСТОЙЧИВОСТИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ

СОХРАНЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЗРЫВА.

Анализ факторов, определяющих растворимость компонентов взрывчатых веществ.

Результаты исследования факторов, определяющих интенсивность растворения аммиачной селитры.

Разработка метода оценки сохранения эффективности действия взрывчатых веществ после выдержки в воде.

Результаты исследования влияния частичного водонасыщения ВВ на сохранение эффективности их действия.

ВЫВОДЫ.

ИССЛЕДОВАНИЯ СПОСОБОВ ВЗРЫВАНИЯ И ОТБОРА ПРОБ ГАЗА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА И КОЛИЧЕСТВА ТОКСИЧНЫХ КОМПОНЕНТОВ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ.

Методические основы проведения исследований по взрыванию и отбору проб газа.

Исследования способов взрывания ВВ в герметичной камере для обеспечения полноты детонации.

Зависимость состава газов после взрываний от места и времени отбора проб.

Сравнительная оценка состава газов после взрываний ВВ в камерах разных конструкций.

Разработка основных положений методики определения состава газов после взрыва ВВ с пониженной чувствительностью к детонации.

ВЫВОДЫ.

РАЗРАБОТКА РЕЦЕПТУР ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ ОТКРЫТЫХ РАБОТ С ПРИМЕНЕНИЕМ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ.

Совершенствование рецептур углесодержащих гранули

Разработка рецептуры гранулита АП.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов оценки безопасности и эффективности взрывчатых веществ для открытых горных работ»

Актуальность работы. В настоящее время объем потребления взрывчатых веществ (ВВ) предприятиями Кузбасса на открытых горных работах составляет 140-150 тыс. тонн в год. При этом взрывается свыше 700 тыс. шт. скважин, в том числе 40-50% обводненных. В этих условиях количество отказов скважинных зарядов составляет 1,5-2,0% от общего количества, что представляет потенциальную опасность при экскавации разрушенного горного массива.

Еще одной проблемой является неполная детонация скважинных зарядов, приводящая к образованию значительного объема (до 160 тыс. у м ) токсичных газообразных продуктов взрыва. Это представляет серьезную угрозу как для персонала предприятий, так и для проживающего вблизи населения, а также приводит к неоправданным экономическим потерям.

Основной причиной отказов и неполной детонации скважинных зарядов является недостаточная водоустойчивость применяемых взрывчатых веществ, что приводит к загрязнению сточных вод предприятий в результате растворения и вымывания части компонентов из состава ВВ.

Данные негативные моменты связаны с тем, что из-за отсутствия методов испытаний не проводится оценка сохранения эффективности действия скважинных зарядов после их нахождения в воде, а также определение количества токсичных составляющих газов, выделяющихся при взрыве. В связи с этим вопрос повышения безопасности и эффективности взрывных работ не может быть успешно решен без разработки необходимых методов контроля.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с отраслевыми тематическими планами и программами научно-исследовательских работ ВостНИИ в период 1987-1999 гг. В рамках программы автор участвовал в выполнении 9 работ в качестве исполнителя или ответственного исполнителя. 5

Целью настоящей работы является разработка методов оценки безопасности и эффективности взрывчатых веществ, предназначенных для открытых горных работ.

Идея работы заключается в проведении исследований по установлению факторов, обуславливающих возникновение отказов скважинных зарядов и неполноты их детонации, и разработка на основе результатов исследований методов оценки безопасности и эффективности их применения, а также новых более совершенных рецептур ВВ.

Задачи исследований:

-разработать метод оценки водоустойчивости промышленных взрывчатых веществ, предназначенных для открытых горных работ;

-разработать метод количественной оценки токсичных газообразных продуктов взрыва ВВ на открытых горных разработках;

-разработать и усовершенствовать рецептуры простейших гранулированных взрывчатых веществ, изготавливаемых на стационарных пунктах.

Методы исследований. При решении поставленных задач использованы аналитические, экспериментальные и статистические методы исследований с использованием вновь разработанного стендового оборудования, современных средств измерения и вычислительной техники.

Объектами исследований являются промышленные взрывчатые вещества, предназначенные для открытых горных работ и допущенные Госгортехнадзором России к постоянному применению, а также модельные составы ВВ.

Основные научные положения:

-причиной отказов при массовых взрывах является недостаточная водоустойчивость взрывчатых веществ, применяемых для формирования скважинных зарядов;

-процесс растворимости гранулированных и водоэмульсионных взрывчатых веществ осуществляется по диффузионно-конвективному механизму и зависит от интенсивности фильтрации грунтовых вод, площади контакта заряда с водой и давления; 6

-взрывание испытуемых зарядов ВВ в канальной мортире обеспечивает полноту их детонации в стендовых условиях испытаний;

-с уменьшением дисперсности угольного порошка при изготовлении гранулитов УП-1 возрастает эффективность действия взрыва. Наиболее оптимальной при изготовлении углесодержащих гранулитов является фракция с размером частиц от 0,37 до 0,45 мм. Научная новизна работы:

1. Впервые предложен метод количественной оценки эффективности действия взрывчатых веществ, предназначенных для открытых горных работ, позволяющий определить флегматизирующее воздействие грунтовых вод и прогнозировать эффективность ведения взрывных работ при длительном нахождении ВВ в обводненных скважинах при различной степени обводненности.

2. Предложен метод определения токсичных составляющих газов взрыва зарядов ВВ массой до 1,0 кг в канальной мортире, сообщающейся у с камерой объемом 7 м , предназначенной для сбора газов и отбора проб.

3. Обоснована возможность применения разработанных методов для создания новых и совершенствования существующих рецептур ВВ в направлении снижения числа отказов и неполноты детонации скважин-ных зарядов.

Достоверность научных положений подтверждается:

-теоретическим обоснованием условий постановки экспериментов, соответствующих производственным;

-представительным объемом экспериментов; -воспроизводимостью результатов экспериментов; -положительными результатами испытаний в промышленных условиях усовершенствованной рецептуры углесодержащих гранулитов, применяемых в качестве скважинных зарядов на открытых горных работах;

-положительными результатами опытно-промышленной проверки разработанного гранулита.

Практическая значимость работы заключается: -в разработке метода количественной оценки эффективности действия взрыва предназначенных для открытых горных работ взрывчатых ве7 ществ и метода определения токсичности их газообразных продуктов взрыва;

-в получении рецептуры углесодержащих гранулитов, позволяющей снизить образование токсичных газов взрыва за счет полноты детонации скважинных зарядов;

-в разработке рецептуры состава гранулита АП, обеспечивающей повышение условной плотности заряжания и полноту детонации зарядов, а также меньшее в сравнении с прототипом - гранулитом АС-8 (ГОСТ 21987-76) образование токсичных газов взрыва при сопоставимых взрывчатых показателях взрывчатых веществ;

-в повышении безопасности и эффективности взрывных работ на открытых горных предприятиях за счет снижения количества отказов скважинных зарядов в результате контроля влияния грунтовых вод на эффективность действия и токсичность газов взрыва еще на стадии разработки ВВ и постановки их на производство.

Реализация работы. Результаты разработок, представленных в диссертации, реализованы в следующих работах:

-отраслевой методике «Вещества взрывчатые промышленные. Метод измерения водоустойчивости ВВ с пониженной чувствительностью к детонации по сохранению эффективности действия» (Кемерово, 1990);

-отраслевой методике «Вещества взрывчатые промышленные. Метод измерения токсичных газов взрыва ВВ с пониженной чувствительностью к детонации» (Кемерово, 1990).

Использование методов позволяет повысить безопасность и эффективность взрывных работ на открытых горных предприятиях за счет снижения числа отказов обводненных скважинных зарядов, повышения полноты детонации и уменьшения образования токсичных составляющих газообразных продуктов взрыва. Это обусловлено возможностью прогнозирования эффективности действия ВВ для скважинных зарядов при их длительном контакте с грунтовыми водами с учетом степени обводнения, скорости фильтрации, давления. Использование разработанных методов позволяет получить экономический эффект за счет оптимизации условий 8 промышленного применения для конкретных штатных взрывчатых веществ и разрабатываемых рецептур.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях научно-технического семинара ВостНИИ «Взрывные работы», заседаниях Ученого совета ВостНИИ, XXIV Международной конференции научно-исследовательских институтов по безопасности работ в горной промышленности (г. Донецк, 1991), Научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах» (г. Кемерово, 1994), II Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах» (г. Кемерово, 1998).

Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликовано 10 работ, включая 2 отраслевые методики и 1 авторское свидетельство.

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 113 страницах, содержит 27 рисунков, 23 таблицы, список литературы из 40 источников.

Заключение диссертации по теме «Охрана труда (по отраслям)», Варнаков, Юрий Владимирович

ВЫВОДЫ

Результатами проведенных исследований доказано:

1. Максимальное выделение энергии взрывчатого превращения достигается при изготовлении углесодержащих гранулитов на угле марки КСР.

2. С уменьшением дисперсности угольного порошка при изготовлении гранулита УП-1Б возрастает его эффективность действия взрыва. Наиболее оптимальной при изготовлении углесодержащих гранулитов является фракция с диаметром частиц от 0,37 мм до 0,45 мм.

3. Работоспособность гранулита УП-1Б в обводненных условиях применения до 20 % объясняется гидрофобными свойствами дизельного

107 топлива и угля, содержащимися в его составе. При обводненности 30 % и выше наблюдается резкое снижение эффективности действия взрыва уг-лесодержащих гранулитов, вызванное отсутствием мощного гидрофобного сенсибилизатора в составе ВВ.

4. Минимальное количество образующихся при взрыве гранулита УП-1Б токсичных газов составляет 43,8 л/кг при 5% водонасыщении заряда. Максимальное количество образующихся при взрыве токсичных газов составляет 61,6 л/кг при 30%-ном водонасыщении заряда.

5. Эффективность действия взрыва гранулита АП сравнима с эффективностью действия взрыва штатного гранулита АС-8, изготавливаемого по техническим условиям ГОСТ 21987-76.

6. Работоспособность гранулита АП сохраняется при обводненности до 20%. Резкое снижение эффективности действия взрыва гранулита АП при обводненности 30% и выше вызвано отсутствием достаточно мощного гидрофобного сенсибилизатора в составе ВВ.

7. Количество токсичных газообразных продуктов, образующихся при взрыве гранулита АП, составляет 40,6 л/кг при взрывании сухого заряда. Минимальное значение количества токсичных газообразных продуктов взрыва составляет 36,3 л/кг при водонасыщении заряда 5%. Максимальное при 30% воды - 59,0 л/кг.

108

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научная задача по разработке методов оценки безопасности и эффективности промышленных взрывчатых веществ, применяемых в качестве скважинных зарядов для ведения взрывных работ на дневной поверхности на открытых горных предприятиях.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Установлено, что полнота детонации скважинных зарядов и количество токсичных газообразных составляющих продуктов взрыва определяются следующими факторами: степенью обводненности, интенсивностью фильтрации и давлением грунтовых вод, площадью контакта заряда с водой.

2. В процессе исследований разработана схема моделирования в стендовых условиях перечисленных выше факторов, разработаны испытательные стенды и методические основы проведения экспериментов. Разработаны, согласованы и утверждены в установленном порядке следующие методы испытаний:

-«Вещества взрывчатые промышленные. Метод измерения водоустойчивости ВВ с пониженной чувствительностью к детонации по сохранению эффективности действия взрыва»;

-«Вещества взрывчатые промышленные. Метод измерения токсичных газов взрыва ВВ с пониженной чувствительностью к детонации».

3. Обоснованы способы воспроизводства условий стендовых испытаний, соответствующих промышленным условиям ведения открытых взрывных работ на дневной поверхности, в качестве основы для разработки методов количественной оценки эффективности действия взрыва ВВ и токсичности их газообразных продуктов взрыва.

4. Разработаны принципы комплектации стендового испытательного оборудования с использованием стандартизованных элементов, применяемых в других методах испытаний и обеспечивающих полноту дето

109 нации испытуемых зарядов ВВ и количественную регистрацию измеряемых показателей.

5. Разработанные методики испытаний реализованы в совершенствовании рецептуры углесодержащих гранулитов и создании новой рецептуры гранулита АП, позволяющих при их применении для скважинных зарядов повысить безопасность и эффективность взрывных работ и уменьшить количество отказов.

6. Получен экономический эффект за счет замены в составе взрывчатых веществ дорогостоящего компонента на более дешевый, а также социальный эффект, заключающийся в переработке отходов Кемеровского анилинокрасочного завода общим объемом более 500 тыс. тонн, загрязняющих в настоящее время окружающую среду.

110

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Варнаков, Юрий Владимирович, 2000 год

1. Разработать способ предупреждения отказов скважинных зарядов при различных схемах взрывных работ на разрезах: Отчет о НИР / ВостНИИ. -№ 1692206000. -Кемерово, 1987. -136 с.

2. Усов А.Н., Клочков В.Ф., Еременко Г.И. Анализ отказов зарядов ВВ на карьерах ГОКов Кривбасса и разработка мероприятий по их снижению: рукопись депонирована в УкрНИИНТИ / Криворожский горнорудный институт. -Кривой Рог, 1982. 6 с.

3. Фридман А.Г. О роли качественных характеристик ВМ в повышении безопасности и эффективности взрывных работ // Безопасность труда в промышленности.-1977. -№ 8. -С 40-42.

4. Корончевский A.B. и др. Повышение эффективности отбойки обводненных пород на карьере «Центральный» комбината «Печенганикель» / Бюлл. Цветная металлургия. -1977.-№ 7.

5. Рыжова Т.А., Рогозина Т.К., Байбуров В.П., Анаскин H.A. Результаты исследований взрывчатых систем на основе карбамида // Взрывное дело. Сб.№ 80/37. -M.: Недра, 1978. -210 с.

6. Бересневич П.В. Вредные примеси при массовых взрывах // Безопасность труда в промышленности. Сб.№ 8. -М.: Недра, 1990. -188 с.

7. Бересневич П.В. Газовость взрывчатых веществ в условиях карьеров Кривбасса // Взрывное дело. Сб.№ 68/25. -М.: Недра, 1970. -296 с.

8. Правила безопасности в угольных шахтах. -М., 1995. -245 с. (Федеральный горный и промышленный надзор России).

9. ГОСТ 14839.13-69. Вещества взрывчатые промышленные. Метод определения водоустойчивости // Государственный комитет по стандартам. -М., 1986.

10. ГОСТ 14839.15-69. Вещества взрывчатые промышленные. Метод определения способности к передаче детонации на расстояние // Государственный комитет по стандартам. -М., 1986.

11. РЖ «Химия». -13н687, 1974. -С. 44-46.1.l

12. Андрусенко A.A., Духовная Г.М. и др.: -A.c. 1402858, MKHG 01 21/27СССР / Каз. политехи, институт. -Заявл. 27.08.86, -№ 4108259 31-25. -Опубл. в Б.И. -1988. -№ 22.

13. Машуков В.И., Махов А.П., Фурсов Е.Г. Стенд для определения эксплуатационных характеристик взрывчатых веществ.: A.c. 989306 СССР МКИ Е 21 С 37/00/ВНИГИ, Заявл. 18.06.81, -№ 3302514/22-03,-Опубл. в Б.И. -1983. -№ 2.

14. Махов А.П., Сенцов П.И. Стенд для определения эксплуатационных характеристик ВВ.: A.c. 11214226 МКИ Е 21 С 37/00, СССР / ВостНИГРИ, Заявл. 09.06.83, -№ 3602858/22-03. -Опубл. в Б.И. -1983. -№ 40.

15. Корончевский A.B. Исследование условий применения аммиач-но-селитренных ВВ при отбойке обводненных пород на карьерах: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. -Кемерово, 1975. -125 с.

16. Машуков В.И., Махов А.П., Фурсов Е.Г. Стенд для определения эксплуатационных характеристик взрывчатых веществ.: A.c. 989306, СССР МКИ Е 21 с 37/00 / ВНИГИ, Заявл. 18.06.81, -№ 3302514/22-03. -Опубл. в Б.И. 1981.-№40.

17. Махов А.П., Сенцов П.И. Стенд для определения эксплуатационных характеристик взрывчатых веществ: A.c. 11214226СССР, МКИ Е 21 с 37/00 / ВостНИГРИ.- Заявл. 09.06.83. -№ 3602858/22-03. -Опубл. в Б.И.-1983. -№40.

18. Зенин В.И., Тимошенков B.C., Анисимкин Б.А. Устойчивость детонации и водоустойчивость гранулированных ВВ для механизированного заряжания // Взрывное дело. Сб. № 81/38. -М.: Недра, 1978. -210 с.

19. Мец Ю.С., Усов О.Я., Бетин Д.И. О водоустойчивости аммиач-но-селитренных ВВ // Взрывное дело. Сб.№ 74/31. -М.: Недра, 1974. -280 с.112

20. Дубнов JI.B., Бахаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. -М.: Недра, 1973. -271 с.

21. Росси Б.Д., Усачев В.А. Определение количества ядовитых газов, образующихся при взрывчатом превращении в лабораторных условиях // Взрывное дело. Сб.№ 68/25. -М.: Недра, 1970. -С. 64-67.

22. Лебедев Ю.А., Липанин Г.Г. и др. Термохимическое изучение индивидуальных ВВ и их смесей // Взрывное дело. Сб.№ 52/9. -М.: Горго-стехиздат, 1963. -С. 80-90.

23. Carbonel Pierre, Bigourd J., Dagreaux Jean. Газы взрыва / Fumees de tir //Jnd miner . 1980.-62. -№ 7. -С. 497-501 ( франц. ).

24. Volk F. Исследование газов взрывных работ при различных ВВ / Becherche sur les fumees produites par la detonation de divers explosifs // Explosifs. 1977. -30. -№ 2-3. -C. 72-80 ( франц. ).

25. Бресневич П.В. Газовость взрывчатых веществ в условиях карьеров Кривбасса // Взрывное дело. Сб.№ 68/25. -М.: Недра, 1970. -С. 11-18.

26. Михайлов В.А., Бересневич П.В. и др. Борьба с пылью и ядовитыми газами при буровзрывных работах на карьерах. -М.: Недра, 1971. -121 с.

27. Барышев A.C., Васильев О.Л. Газовость ВВ и зона отброса газов при ведении взрывных работ в горных выработках // Вентиляция шахт и рудников. Аэропылегазодин. горн, выработок. -Л., 1987.-С. 90-95.

28. Петров К., Лазаров Л. Анализ методов испытания ВВ и количества ядовитых газов, образующихся при их взрывании // Рудодобыча и металлургия. -1966. -21. -№ 3. -С. 17-21 ( Болг. ).

29. Етц Е., Циммерман Р. Метод, используемый в ФРГ для определения токсичных компонентов в газообразных продуктах взрыва // Explsifs. -1977. -30. -№ 2-3. -С. 65-71.

30. Краткий справочник химика / Под общей ред. Б.В. Некрасова. -М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1955. -С. 260-262.

31. ТУ 84-07511904-648-94. Эмульсия порэмита. Технические условия. 1994.113

32. Гусейнзаде М.А., Калинина Э.В., Добкина М.Б. Методы математической статистики в нефтяной и газовой промышленности . -М.: Недра, 1979. -340 с.

33. Изыскать возможность оценки в лабораторно-полигонных условиях основных параметров непредохранительных ВВ: Отчет о поисковой НИР. Кн.1 / ВостНИИ. -№ 1693020000. -Кемерово, 1987. -59 с.

34. Вещества взрывчатые промышленные. Метод определения эффективности действия ВВ для скважинных зарядов обжатием свинцового цилиндра и высотой подброса груза / ВостНИИ. -Кемерово, 1988.

35. Охрана окружающей среды на разрезах за рубежом: Обзорная информация. -М., 1990. -12 с . (ЦНИЭИуголь. Вып.1).

36. Ярембаш И.Ф., Бахтин В.В., Данилевич С.М. Очистка рудничного воздуха от ядовитых газов и пыли после взрывных работ // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. -1972. № 6 (60).

37. Бандурин М.К., Рукин Л.Г. Сборник задач по теории взрывчатых веществ. -М.: -Оборонгиз, 1959. -188 с.

38. Краткий справочник химика / Под общей ред. Б.В.Некрасова. -М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1955.-С 260-262.

39. ТУ 12.0173903.007-89 Вещества взрывчатые промышленные. Гранулиты УП. Технические условия. -Кемерово, 1989.