Совершенствование методики расчета пылегазовых выбросов в атмосферу при взрывных работах на карьерах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат технических наук Амха Бетемариам Гезму

• Амха Бетемариам Гезму
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Амха Бетемариам Гезму

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1. Анализ теоретических исследований по разрушению горных пород взрывом.

1.2. Методы инженерных расчетов параметров взрывных работ.

ВЫВОДЫ.

2. ВЫХОД ВЗОРВАННОЙ ГОРНОЙ МАССЫ С 1 М СКВАЖИНЫ

2.1. Влияние параметров скважинных зарядов ВВ и свойств взрываемых пород на выход взорванной горной массы.

2.2. Выбор метода расчета параметров массовых взрывов скважинных зарядов.

2.3. Исследование зависимостей между выходом породы с 1 м скважины от параметров скважинных зарядов и свойств породы.

2.4. Прогнозирование основных параметров массовых взрывов скважинных зарядов.

2.5. Применение теории подобия и размерностей к исследованию эффективности скважинных зарядов ВВ.„.

2.6. Расчет параметров скважинных зарядов с помощью ЭВМ.

ВЫВОДЫ.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБУЕМОЙ ДЛИНЫ ПЕРЕРУБА СКВАЖИН.

3.1. Управление энергией взрыва и современное состояние вопроса о перебуре скважин.

3.2. Обзор рекомендаций и предложений по определению глубины переруба скважин.

3.3. Объекты анализа результатов промышленных и экспериментальных взрывов.

3.4. Результаты исследований величины перебура на основе промышленных и экспериментальных взрывов.

ВЫВОДЫ.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЫЛЕГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ НА КАРЬЕРАХ.

4.1. Анализ распространения пылегазового облака при взрывных работах на карьерах.

4.2. Современные представления борьбы с пылью при буровзрывных работах на карьерах.

4.3. Результаты исследований влияние различных типов забоек карьеров на параметры истечения продуктов взрыва при БВР.

4.4. Прогноз пылегазовых выбросов при взрывных работах на Турдей-ском известняковом карьере Тульской области.

4.5. Прогноз пылегазовых выбросов при взрывных работах на ОАО

Хомяковский карьер» Тульской области.

4.6. Мероприятия по уменьшению пылегазовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при ведении буровзрывных работ на Турдейском, Хомяковском известняковых карьерах.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование методики расчета пылегазовых выбросов в атмосферу при взрывных работах на карьерах»

Актуальность работы. Горная промышленность любой страны играет важную роль в ее минерально-сырьевом балансе. В соответствии с программой реструктуризации и общей стратегией развития горной промышленности различных стран предусматривается превращение ее в устойчиво функционирующую и рентабельную отрасль за счет создания конкурентоспособных предприятий, освоения месторождений с благоприятными горно-геологическими условиями, внедрения новых технологий, комплексной экологически чистой переработкой полезных ископаемых. При этом особое место в этих стратегических планах занимает открытый способ разработки месторождений полезных ископаемых. Объем же взрывных работ на карьерах всегда весьма значительный.

На современном этапе развития горнодобывающей промышленности буровзрывные работы должны обеспечивать формирование компактного навала отбитой горной массы, качественное дробление пород, минимальное нарушение целостности законтурной части массива, защиту от сейсмического воздействия взрыва. Важную роль в этом отношении играют проработка подошвы уступа, тесно связанная с величиной «перебура» скважин и определение формы и размеров зоны дробления пород для получения определенной крупности горной массы при взрыве скважинного заряда.

Эти вопросы в настоящее время пока еще недостаточно изучены, о чем свидетельствуют неоправданные расходы на бурение взрывных скважин, обусловленные поглощением основной энергии взрыва массивом горных пород. Это приводит к неравномерному дроблению пород, наличию негабарита и недостаточный выход горной массы с 1 м взрывной скважины, что является одним из основных показателей эффективности взрывных работ на карьерах. Взрывные работы являются одним из основных источников загрязнения атмосферы пылегазовыми выбросами.

Существующие методы прогнозирования пылегазовых выбросов в атмог сферу при взрывных работах на карьерах требуют более глубокого научного обоснование рациональных параметров взрывных работ. Это повысит точность прогнозных расчетов при инвентаризации источников, загрязнения атмосферы при добыче полезных ископаемых открытым способом.

В связи с этим представленная диссертационная работа, направленная на совершенствование методики расчета пылегазовых выбросов в атмосферу при взрывных работах на карьерах является актуальной.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом хоздоговорных и госбюджетных научно-исследовательских работ кафедры геотехнологий и, строительства подземных сооружений ТулГУ.

Целью работы являлось уточнение закономерностей влияния перебура взрывных,скважин в конкретных условиях взрывания с учетом крепости горных пород для совершенствования метода прогнозирования* пылегазовых выбросов в атмосферу при взрывных работах на карьерах, что повысит эффективность экологического мониторинга при открытом способе добычи полезных ископаемых.

Идеяработы заключается в том, что совершенствование-метода прогнозирования пылегазовых выбросов в атмосферу при взрывных работах на карьерах, повышающего эффективность экологического * мониторинга при открытом способе добычи полезных ископаемых, основывается на физически обоснованных параметрах взрывных работ на карьерах.

Методы исследования включают систематизацию; обобщение и анализ предшествующих исследований, методы математической статистики и корреляционного анализа, а также - метод анализа размерностей, для установления требуемых зависимостей.

Новые научные результаты, полученные лично соискателем:

1. Установлена эмпирическая зависимость выхода горной массы с 1 м взрывной скважины при уступной разработке карьера от комбинации следующих параметров взрывных работ: диаметр скважины; удельный расход

ВВ; расстояние между рядами зарядов; расстояния между зарядами в ряду линии сопротивления по подошве уступа; величина перебура взрывной скважины; категория взрываемости пород; коэффициента крепости горных пород по шкале М.М. Протодьяконова.

2. На основании анализа промышленного опыта взрывных работ на карьерах получена корреляционная зависимость величины требуемого заглубления взрывной скважины ниже подошвы уступа (перебур скважины) от коэффициента крепости пород по Протодьяконову.

3. Усовершенствована методика прогнозирования ^пылегазовых выбросов в атмосферу при взрывных работах на карьерах.

Достоверность научных положений и выводов диссертационных исследований обеспечивается представительностью принятых к анализу материалов по экспериментальным и промышленным взрывам скважинных зарядов на карьерах, который охватывает широкий диапазон инженерно-геологических условий (в работе использовались данные по 98 взрывам скважинных зарядов) и достаточно высокими коэффициентами корреляции полученных корреляционных зависимостей (0,69; 0,93).

Научное значение заключается в установлении закономерностей влияния параметров взрывных работ на выход горной массы с 1 м взрывной скважины и мощность пылегазового выброса в атмосферу, что является показателем технологической и геоэкологической эффективности взрывных работ.

Практическое значение, реализация работы. На основании установленных закономерностей разработан метод расчета рациональных параметров массовых взрывов на карьерах, который позволяет получить наиболее рациональный вариант технологии управления энергией взрыва с минимальными затратами на производство взрыва и достоверными оценками экологических последствий взрывных работ.

Результаты работы реализованы в учебном процессе на кафедре ГиСПС ТулГУ и будут реализованы на открытых разработках полезных ископаемых в Эфиопии.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г. Тула, 2006-2007) и на IV - Международной конференции "Геомеханика. Механика подземных сооружений" (г. Тула, 2007).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 4 научных работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 80 наименований, включает 22 рисунка, 31 таблицу.

Заключение диссертации по теме «Геоэкология», Амха Бетемариам Гезму

Выводы

Взрывные работы являются одной из основных технологических операций добычи полезных ископаемых при разработке месторождений открытым способом. Массовые взрывы на карьерах являются основным источником пылегазообразования при производстве горных работ, однако, на сегодняшний день, исследований направленных на изучение формирования пы-легазового облака на начальной стадии взрыва мало.

2. При взрыве скважинных зарядов образуется мелкодисперсная пылевая фракция менее 100 мкм, которая наиболее опасна как для человека, так и для окружающей среды. Вместе с тем, вопросу исследования образования этой пыли в ближней зоне, проведения количественной оценки пыли ,должного внимания не уделялось.

3. Существенное влияние на эффективность действия взрыва оказывает конструкция заряда ВВ и забойка. Применение забойки скважинных зарядов на карьерах рассматривается как способ повышения эффективности взрывных работ, в то же время забойка влияет на образование пылевой фракции в ближней зоне. Однако этот вопрос остается мало исследованным, особенно с точки зрения из учения газодинамических процессов в зарядной полости.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании установленных эмпирических зависимостей, отражающих закономерности формирования выхода дробленой горной массы в процессе массовых взрывов на карьерах, разработан метод расчета рациональных параметров скважинных зарядов, позволяющий усовершенствовать методику прогнозирования пылегазовых выбросов при взрывных работах на карьерах и повысить эффективность технологии управления энергией массовых взрывов на карьерах по аэрологическому фактору, что имеет существенное значение для экономики открытых горных работ.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации работы заключаются в следующем:

1. Усовершенствована методика расчета пылегазовых выбросов в атмосферу при взрывных работах на карьерах на основании установленных зависимостей, отражающих закономерности формирования выхода дробленой горной массы в процессе массовых взрывов.

2. Практическая апробация предлагаемой методики расчета пылегазовых выбросов в атмосферу и результаты прогнозирования пылегазовых выбросов при взрывных работах на известняковых карьерах Тульской области показывают, что валовые выбросы загрязнителей в среднем составляют: пыли — 2,3648 т/год; оксида углерода — 5,5636 т/год; оксида азота - 3,8596 т/год.

3. Установлено, что средний объем выхода дробленой горной массы, а, следовательно, и пылегазовый выброс при взрывных работах зависят от удельного расхода ВВ, диаметра заряда (скважины), расстояния между зарядами (скважинами) в ряду, расстояния между рядами зарядов, величины заглубления заряда в почву уступа (перебура), линии сопротивления по подошве уступа, коэффициента крепости горных пород по М.М. Протодьяконову и категории взрываемости пород.

4. Установлена зависимость величины требуемого заглубления взрывной скважины ниже подошвы уступа (перебур скважины) от коэффициента крепости пород по М.М. Протодьяконову (коэффициент корреляции составляет Я = 0,93).

5. Область применения установленных закономерностей лежит в следующих пределах изменения исходных параметров: расстояние между зарядами в ряду от 4 м до 9 м; расстояние между рядами зарядов от 4 м до 8 м; линия сопротивления по подошве уступа от 7 м до 15 м; диаметр скважин от 190 мм до 320 мм; глубина перебура от 1,5 м до 5 м; удельный расход ВВ от

3 3

0,3 кг/м до 0,7 кг/м ; коэффициент крепости горных пород по шкале М.М. Протодьяконова от 2 до 20 и категория взрываемости пород от II до V.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Амха Бетемариам Гезму, 2008 год

1. Друкованный М.Ф. Методы управления взрывом на карьерах. М.: Недра,1973.-416с.

2. Иволгин Л.И. Созидательные взрывы. М.:Недра, 1973. - 364с.

3. Боресков М.М. Опыт руководства по минному искусству. Приложение к инженерному журналу, 1971.- № 10.-25 с.

4. Суханов А.Ф. Действие взрыва в среде. Энциклопедический справочник

5. Торное дело", Т. IV, разд. I. М.: Углетехиздат, 1958.-С.120-13 1.

6. Ханукаев А.Н. Энергия волн напряжений при разрушении пород взрывом. М.:Госгортехиздат,1962.- 246с.

7. Ханукаев А.Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом. М.: Недра, 1974. 224с.

8. Белаенко Ф. А., Гаек Ю.В., Друкованный М.Ф. О взаимодействии зарядов и образования воронки при мгновенном взрывании / Взрыв-ное дело,№ 47/4, М.: Госгортехиздат, 1961.- С.230-239.

9. Белаенко Ф.А. Исследование полей напряжений и процесса обра-зова-ния трещин при взрыве колонковых зарядов в скальных породах // Вопросы теории разрушения горных пород действием взрыва.-М.: АН СССР, 1958. С. 126-139.

10. Максимова Е.П. Моделирование процесса взрывного разрушение / Вопросы горного дела.- М.: Углетехиздат, 1958.

11. Гаек Ю.В., Шумило В.А. Волны напряжений центральной и осевой симметрии в упругой безграничной среде и анализ современныхвзглядов на их природу // Взрывное дело, №57/14 М.: Недра, 1965. - С.90-105.

12. Покровский Г.И. Взрыв М.: Недра, 1973. - 182 с.

13. Покровский Г.И., Федоров И.С. Действие удара и взрыва в деформируемых средах. М.: Госстройиздат, 1957. - 276 с.

14. Покровский Г.И., Федоров И.С. Центробежное моделирование в горном деле. М.: Недра, 1969. - 272 с.

15. Власов O.E. К основам теории разрушения пород взрывом / Вопросы теории разрушения горных пород действием взрыва. М.: АН СССР, 1958. - С. 44-60.

16. Власов O.E. Основы теории действия взрыва. М.: изд. ВИА, 1957. -315 с.

17. Власов O.E., Смирнов С.А. Основы расчета дробления горных пород взрывом. М.: АН СССР, 1962. - 104 с.

18. Лаврентьев М.А., Кузнецов В.М., Шер E.H. О направленном выбросе грунта при помощи ВВ // ПМТФ, 1960, № 4 С. 49-50.

19. Баум Ф.А., Станюкович K.P., Шехтер Б.И. Физика взрыва. М.: Физ-маттиз, 1959. - 792 с.

20. Кутзов Б.Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород. -М.: Недра, 1973.- 306 с.

21. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. М.: Недра, 1988. -С.476-483.

22. Эткин М.Б., Азаркович А.Е. Взрывные работы в энергетическом и промышленном строительстве. М.: Изд. МГГУ, 2004. - С. 15-59.

23. Мельников Н.В. Краткий справочник по открытым работам. -М.: Недра, 1973.-306 с.

24. Ржевский В.В, Новожилова М.Г., Юматов Б.П. Научные основы проектирования карьеров. М.: Недра, 1971. - 598 с.

25. Кутузов Б.Н., Скоробогатов В.М и др. Справочник взрывника. -М.: Недра, 1988. 252.

26. Дмитриев H.B. , Зуйков А.И., Герасимов В.А. Горные и взрывные работы в энергетическом строительстве, // Технология и безопасность буровзрывных работа. М.: Недра, 1992 — 175 с.

27. Кучерявый Ф.И., Кожушко Ю.М. Разрушение горных пород. М.: Недра, 1972. - 170 с.

28. Бейсераев A.M., Богадкий В.Ф. и др. Проектирование взрывных работ в промышленности. 1983. - 359 с.

29. Технические правила ведения взрывных работ в энергетическом строительстве. М.: Гидроспецпроект, 1997. — 232 с.

30. Александрова Н.И., Шер E.H. Влияние забойки на разрушение горных пород взрывом цилиндрического заряда // ФТПРПИ. 1999. -№5. С.42-56.

31. Ракишев Б.В., Ракишева З.Б. Разрушение массива пород в торцевой части заряда // Физические проблемы взрывного разрушения массивов горных пород, 1999.-С. 180-184.

32. Ханукаев А.Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом. -М.: Недра, 1974.- 224 с.

33. Барнов Е.Г. Короткозамедленное взрывание . Фруизе: Илим, 1971. -146с.

34. Кучерявый Ф.И., Друкованный М.Ф., Гаек Ф.В. Короткозамедленное взрывание на карьерах. М.: Госгортсхиздат, 1962. - 227 с.

35. Машуков В.И. Расчет оптимальных интервалов замедления при коротко-замедленном способе взрывании // Горный журнал, 1965. № 11.

36. Лангефорс У., Кильстрем Б. Современная техника взрывой отбойки горных пород. М.: Недра, 1968. - 284 с.

37. Фадеев А.Б. Дробящее и сейсмическое действие взрывов на карьерах. -М.: Недра, 1972. 136 с.

38. Единые правила безопасности при взрывных работах / Редкол.: М.П. Васильчук и др. Утв. Госгортехнадзором России 1992. М.: НПО ОБТ.

39. Марченко Л.П . Увеличение эффективности взрыва при добывании полезных ископаемых. М.: Наука, 1965.

40. Мельников Н.В., Марченко Л.П. Энергия взрыва и конструкция заряда. -М.: Недра, 1964.-138 с.

41. Дантев П.С. и др. О влиянии диаметра заряда на степень дробления прочной среды // Сб. Трудов ИГД МЧМССР. Серия "Разрушение горных пород взрывом".- Вып. 26. 1970.

42. Деимидрок Г.П. Удельные затраты энергии взрыва и эффективность ее использования на дробление горных пород // Основные паправления развития техники и технологии обогащения полезных ископаемых. Л.: Механобр, 1983.

43. Викторов С.Д. Анализ методов управления процессом разрушени горныхпород // Горный журнал, № 3. 1995.i

44. Фадеев А.Б. Действие взрыва удлиненных зарядов по подошве уступа // Взрывное дело, № 54/11. М.: Недра, 1964 (НТО горное).

45. Langofors U., Kihlstrom В. The modern technique of rock blasting. -Stochlom: Almquist and Wiksell, 1964.

46. Демидюк Г. П. Применение энергетического принципа к расчету скважинных зарядов на карьерах // Взрывное дело; № 62/19. М.: Не. дра, 1967.

47. Оксанич И.Ф., Миронов П.С. Закономерности дробления горных пород взрывом и прогнозирование гранулометрического .состава. -М.: Недра, 1982. -134 с.

48. Друкованный М.Ф., Куц В.С, Ильин В.И. .Управление действием взрыва скважинных зарядов на карьерах. М.: Недра, 1980. - 223 с.

49. Степанов А.В., Гдалин А.Д. Буровзрывные работы на предприятиях строительных материалов. М.: Недра, 1982. — 288 с.

50. Техника и технология взрывных работ в США. М.: Недра, 1989.- 225 с.

51. Падуков В.А., Маляров И.П. Механика разрушения горных пород при взрыве. Иркутск, 1985. С. 40-42.

52. Машерников В.М. Анализ условий разрушающего действия взрыва сква-жинного заряда по высоте уступа- на карьерах: Дисс. канд. техн. наук., 1981.54: Казаков H.H. Взрывная отбойка руд скважинными зарядами. М.: Недра,. 1975.- 19 с.

53. Фадеев А.Б. Действие взрыва удлиненных скважинных зарядов по подошве уступа//Взрывное дело. М.:Недра^ 1964,№54/11.-G.125-136.

54. Эш Р.Л. Проектирование взрыва// Открытые горные работы. -М.: Недра,, 1971.-С. 146-165.

55. Мосинец В.Н., Пашков А. Д., Латышев В ¿А. Разрушение горных пород. -М.: Недра, 1975 -176 с.

56. Рыжов H.A. Математическая статистика в горном деле. Учебное поv •собие для вузов спец. «Маркшейдерское дело». М.: Высшая школа, 1973; - 287с. • -. ■ ■•

57. Алабужев/П.М. и др. Теории подобиями размерностей:, Моделирование. М.: «Высшая школа», 1968. — 208 с.

58. Баврин И.И. Высшая Математика. М.: изд. Центр «Акадамия», 2001 .G. 604-605.

59. Гнеденко О.В., Хингин- А.Я. Элементарное введение ' в теорию вероятностей. М.: Недра, 1970. 167 с.

60. Лихолетов И.И., Мацкевич И.П. Руководство к решению задач по вышей математике, теории вероятностей и математической статистике, Минск: Вышэйшая школа, 1976. • • 456 с. I

61. Длин А.М. Математическая статистика в технике. М.: Советская наука, 1978.-466 с.

62. Кутузов Б.Н., Комащенко В.И., Носков В.Ф. и др. Лабораторные и практические работы по разрушению горных пород взрывом. М.:Недра, 1981.201 с.

63. Росии Б.Д., Поздняков 3.Г. Справочник по промышленным взрывчатым веществам-и средствам взрывания. Изд. 2, перераб. М., Недра, 1977. — 253 с.

64. Михайлов В.А., Михайлов Н.П.,Бересневич П;В.Исследование запыленности и загазованности атмосферы карьеров; после; массовых- взры-вов.//Сб. «Вентилияция и очистка; воздуха», № 2. М., Изд- «Недра», 1969.

65. Ржевского В:В. Аэрология карьеров.-М:::Нёдра,,1985.-272с.72., Томаков П.И., Коваленко; В :С., Михайлов? A.M. Экология и < охранам природы приоткрытых горных работах:-2е изд:. -М.:Изд. МП 'У, 2000:- С. 2653:;

66. Михайлов В.А., Бересневич П.В:, Л обода А.И!, Борба с пылью и» ядовитыми газами прибуровзрывных работах на карьерах. М.: Недра, 1971.-112с. '

67. Тихонова О.В., Обоснование параметров буровзрывных работ для, снижения пылегазообразования при массовых взрывах на карьерах. 2006; С.-80. '75: Баум Ф.А.,Станюкович К.П. и Шехтер Б.И. Физика взрыва. М.: Физмат-гиз, 1959.

68. Миндели Э:0. Буровзрывные работы при подземной добыче полезных . ископаемых. М:: Недра. - С.323-326.

69. Марченко Л.Н. Исследование процессов образования и развития трещин втвердых средах в зависимости от конструкции заряда. Сб. « Взрывное дело», №54/11. М.: Недра.

70. Новожилов М.Г., Друкованый М.Ф. и др. Исследование эффективности зарядов с воздушными промежутками .Сб. «Взрывное дело», №54/11. -М.: Недра, 1964.

71. Ханукаев А.Н. О влиянии радциальных зазоров и воздушных промежутков на параметры волны напряжений и процесс разрушние. Сб. «Взрывное дело», № 54/11. М.: Недра, 1964.

72. Новожилов М.Г., Друкованый М.Ф. и др. Взрывание в зажатой среде на карьерах. Киев, Изд. Наукова думка, 1966.