способ ведения взрывных работ при массовых взрывах

Формула изобретения

1. СПОСОБ ВЕДЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ ПРИ МАССОВЫХ ВЗРЫВАХ Способ ведения взрывных работ при массовых взрывах, включающий заряжение скважины взрывчатым веществом, размещение в неактивной части скважины изолирующего рукава с забойкой на основе водного раствора анионоактивного ПАВ и взрывание, отличающийся тем, что взрывчатое вещество и рукав с забойкой изолируют друг от друга воздушным пространством, величина которого составляет не менее 0,35 длины неактивной части скважины, при этом в забойку на основе анионоактивного ПАВ дополнительно вводят неионогенное ПАВ при их соотношении 1:4 - 4:1 соответственно и концентрации 0,1 - 0,8 мас.%.

2. Способ по по.1, отличающийся тем, что рукав с забойкой дополнительно изолируют установкой чехла на донную часть рукава.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, а именно к буровзрывным работам, и может быть использовано в других отраслях, производящих массовые взрывы.

Комплекс работ по взрывоподготовке горной массы к выемке на горнодобывающих предприятиях характеризуется высокими энергетическими и материальными затратами. Поэтому известные способы подготовки скважинных зарядов к взрыву при массовых взрывах направлены преимущественно на решение проблемы повышения эффективности и качества взрывоподготовки горной массы к выемке, например, за счет применения различных способов забойки скважин. Однако в настоящее время наряду с решением проблемы качественного дробления горной массы взрывом весьма актуальным является решение проблемы защиты окружающей среды от загрязнения пылегазовыми выбросами при массовых взрывах.

Например, только в Криворожском железорудном бассейне за год производят до 200 массовых взрывов с одновременным взрыванием 500-1100 т ВВ и более. При этом в атмосферу выбрасывается ежегодно около 10 тыс.т мелкодисперсной пыли и 4 тыс.т вредных газов.

Известен способ ведения взрывных работ, включающий заряжение скважин ВВ, забойку скважин на 2-3 м обычными сыпучими материалами, а затем еще на 2-3 м забойку гидрогелем. Кроме того, способ рекомендует применять одновременно с внутренней и внешнюю забойку, заключающуюся в поливке гидрогелем поверхности блока между скважинами. По этому способу в момент взрыва заряда ВВ гидрогель разрушается и выделяет 50-60% свободной воды, что приводит к некоторому снижению выбросов пыли газа.

Однако этому способу присущи существенные недостатки: высокая смачивающая способность входящей в состав гидрогеля воды, сложность состава, отрицательное влияние на детонирующий шнур, необходимость применения над зарядом ВВ сыпучего забоечного материала, нестабильность структуры гидрогеля под собственной нагрузкой с утечкой воды в заряд ВВ. Кроме этого, в процессе изготовления гидрогелевой забойки выделяется аммиак при взаимодействии жидкого стекла с аммиачной селитрой, что вызывает при концентрации его в воздухе 40-80 мг/м³ резкое раздражение глаз, верхних дыхательных путей и головную боль.

В гидрогеле присутствует окись кремния, которая не разрушается при взрыве, что не исключает попадания в атмосферу части химически пассивной тонкодисперсной окиси кремния. ПДК которой составляет 1 мг/м³.

Известен способ ведения взрывных работ, включающий заряжение взрывных скважин ВВ, опускание в скважину на ВВ полиэтиленового рукава и заполнение его водой. Хотя вода обладает хорошими запирающими способностями, но при этом не обеспечивает, как указывалось выше, эффективного пылеподавления из-за низкой смачивающей способности. Это подтверждается лабораторными испытаниями способности воды смачивать мелкодисперсную железорудную пыль крупностью частиц менее 10 мкм, когда пыль сутками лежит на поверхности воды и не смачивается, а также интенсивностью пылегазовых выбросов при взрывании обводненных породных массивов. Кроме того, данный способ не нашел применения из-за того, что при усадке заряда ВВ часто происходят разрывы зависающей донной части полиэтиленовых рукавов и утечка из него воды в заряд ВВ, приводящая к флегматизации зарядов и их отказам.

Наиболее близким по существу исполнения и достигаемому эффекту к заявляемому способу (взятом в качестве прототипа) является способ, включающий заряжение скважин ВВ, опускание на заряд ВВ полиэтиленового рукава и забойку скважин однопроцентным водным раствором анионактивного ПАВ алкилульфоната.

Такой способ по сравнению с забойкой водой повышает эффективность запирания в шнуре (скважине) газообразных продуктов взрыва ВВ за счет пенообразующей способности анионактивного ПАВ и поведения пены как упругого тела, несмотря на отсутствие упругости составляющих фаз. Это обеспечивает повышение доли энергии взрыва на полезные формы работы. Однако способ не обеспечивает эффективного подавления высокодинамичных пылегазовых выбросов в процессе взрыва из-за недостаточной гидрофобизирующей активности и коагулирующей способности раствора анионного ПАВ, а также по причине утечки раствора ПАВ при порывах полиэтиленового рукава. Кроме того, непосредственный контакт раствора ПАВ с высокотемпературными продуктами детонации ВВ приводит к его разложению, снижая долю ПАВ, непосредственно воздействующую на процесс пылеподавления и обуславливает ее нерациональный расход.

Целью изобретения является снижение пылегазовых выбросов и расхода ПАВ.

Достигается это тем, что способ, включающий заряжение скважин, размещение в скважине изолирующего рукава, забойку скважин водным раствором ПАВ и взрывание предусматривает установку изолирующего (например, полиэтиленового) рукава с раствором ПАВ в скважину с оставлением воздушного промежутка между зарядом ВВ и раствором ПАВ, а в качестве гидрофилизирующей и пенообразующей добавки в водном растворе применяют смесь анионактивного (АПАВ) и неионогенного ПАВ (НПАВ). При этом соотношение составляющих АПАВ и НПАВ в композиции принято от 1:4 до 4:1, а концентрация композиционного ПАВ в водном растворе от 0,1 до 0,8 мас.

Для предохранения изолирующего рукава от разрыва и утечки из него раствора, а также для повышения надежности саморасклинивания рукава в скважине на его наиболее нагруженную донную часть надевают чехол.

В сравнении с известным где неактивную часть скважины полностью заполняют раствором ПАВ, в предлагаемом способе оставление воздушного промежутка предотвращает разложение раствора ПАВ от воздействия высокотемпературных продуктов детонации ВВ и повышает время действия взрывного импульса на разрушаемый массив за счет сочетания демпфирующих свойств воздушного промежутка и диспергированного водного раствора ПАВ при меньшем его расходе.

Эффективность запирающего действия диспергированного раствора композиционного ПАВ на начальной стадии расширения газообразных продуктов взрыва скважинного заряда в заявленном способе в сравнении с прототипом повышается за счет присутствия в растворе неионногенного ПАВ, усиливающего вспениваемость раствора в процессе его диспергирования газообразными продуктами взрыва, а также за счет повышения структурно-механических свойств пены, образующейся в процессе диспергации, и эффекта ее стабилизации, обусловленного присутствием в растворе композиционного ПАВ смешанных мицелл, состоящих из молекул НПАВ и АПАВ.

Более высокая эффективность воздействия диспергированного раствора на процесс пылеподавления по заявляемому способу в сравнении с прототипом обусловлена повышенной смачивающей и коагулирующей способностями гидроаэрозолей композиционного ПАВ в сравнении с АПАВ.

Перечисленные признаки заявляемого способа являются новыми по сравнению с прототипом, следовательно, изобретение отвечает критерию "новизна".

Совокупность существенных признаков заявляемого способа в других технических решениях не обнаружена, следовательно, изобретение отвечает критерию "существенное отличие".

Экспериментальная проверка заявляемого способа проведена в лабораторных полигонных и промышленных условиях. При этом в композиционном составе ПАВ в качестве АПАВ использовались триэтаноламиновые соли алкилсульфатов по ТУ 38.103625-87 (эмпирическая формула С_nH_2n+1OSO₃NH(C₂H₄OH)₃, где n=7-13, а в качестве НПАВ неонол АФ 9-12 (оксиэтилированные на 12 молей моноалкилфенолы на основе тримеров пропилена по ТУ 38.50724-87 (эмпирическая формула RC₆H₄O(C₂H₄O)_nH, где n=10-12).

Сравнительная оценка смачивающей способности растворов ПАВ производилась в лабораторных условиях методом пленочной флотации навесок полиминеральной железорудной пыли с размером частиц менее 71 мкм, наносимых на поверхность раствора.

Смачивающую способность характеризовали временем, в течение которого происходило полное смачивание помещенной на поверхности раствора навески пыли и ее осаждение. Чем меньше время смачивания, тем выше смачивающая способность раствора ПАВ.

Результаты испытаний смачивающей способности растворов ПАВ и их смесей приведены в таблице.

Как видно из результатов, представленных в таблице, время смачивания железорудной пыли раствором смеси АПАВ и НПАВ, взятых в соотношении от 1:4 до 4: 1 (опыты 3-5) в условиях испытаний составило 8-13 с, что в 2-3 раза меньше, чем время смачивания раствором алкилсульфоната.

Использование смеси в соотношением АПАВ и НПАВ менее чем 1:4 (опыт 6) или более, чем 4: 1 (опыт 2) нецелесообразно, так как приводит к снижению смачивающей способности до уровня, близкого к прототипу.

Таким образом, максимальная смачивающая способность раствора смеси АПАВ и НПАВ в соотношении (1:4)-(4:1) существенно превосходит смачивающую способность раствора алкилсульфоната, используемого в известном растворе.

Кроме того, лабораторные испытания показали, что оптимальная концентрация композиционного ПАВ в растворе составляет от 0,1 до 0,8 мас. Снижение концентрации раствора ниже 0,1 мас. приводит к резкому увеличению времени коагуляции пыли, а применение раствора с концентрацией более 0,8 мас. практически мало влияет на эффективность коагуляции пыли и является нецелесообразным.

Полигонные испытания по оценке влияния растворов ПАВ на газовую фазу взрыва, проведенные по стандартной методике ВостНИИ, показали, что применение раствора композиционного ПАВ в качестве забойки скважин при взрыве позволяет снизить содержание окислов азота в 1,2 раза по сравнению с традиционными забойками из сыпучих материалов.

Оценка эффективности подавления залповых пылегазовых выбросов при взрыве по заявляемому способу проведена в полигонных и промышленных условиях.

В полигонных условиях с помощью взрыва заряда ВВ производили выброс навески железорудной пыли массой 40 кг с крупностью частиц менее 71 мкм, подавление пылегазового выброса осуществляли струей диспергированного раствора, которая выбрасывалась в эпицентральную зону взрыва с помощью аппарата импульсного выбрса. Масса раствора при этом во всех опытах была постоянной и составляла 100 кг. Выброс диспергированного раствора в зону взрыва осуществляли с расстояния 25 м.

Регистрация процесса развития пылегазового облака взрыва и эффективность его подавления осуществлялись киносъемкой со скоростью 48 кадр/с.

Для сравнительной оценки эффективности пылеподавления по заявляемому способу кинофотосъемкой фиксировали развитие пылегазового облака при взрыве без пылеподавления с применением пылеподавления диспергированной водой, водным раствором АПАВ и водным раствором ПАВ композиционного состава по предлагаемому способу.

При пылеподавлении водой пылегазовое облако взрыва проходило через столб диспергированной воды практически не смачиваясь и под действием ветровой нагрузки перемещалось за пределы полигона.

При использовании раствора АПАВ 1%-ной концентрации не коагулировалось до 30-40% выбрасываемой пыли за счет проскока ее из-за недостаточной смачивающей способности АПАВ.

При применении раствора 0,8%-ной концентрации ПАВ предлагаемой композиции в условиях эксперимента вся пыль коагулировалась и осаждалась в зоне взрыва. Через 3 с с момента взрыва в атмосфере оставались преимущественно следы газовой фазы.

Промышленные испытания, проведенные на карьерах СевГОКа, подтвердили результаты лабораторных и полигонных испытаний.

Испытания проводились на промышленных блоках при существующих на карьерах параметрах буровзрывных работ.

На контрольных блоках забойку скважин производили кварцитным отсевом обогатительных фабрик, а на опытных блоках забойку скважин производили водным раствором АПАВ и раствором ПАВ композиционного состава.

В условиях испытаний в скважины размещали по описанной выше технологии 90-110 л раствора. Концентрация раствора ПАВ изменялась от 0,5 до 1,5% Воздушный промежуток между зарядом и раствором ПАВ составлял 0,35-0,5 от длины неактивной части скважины.

Развитие пылегазового облака фиксировали с помощью фотосъемки, замер концентрации пыли в ближней зоне проводили с помощью автоматических пылегазоотборников, устанавливаемых на расстоянии 40-50 м от блока. Кроме того, производили отбор газа из взорванного массива. Замеры концентрации пыли и газа производили совместно с сотрудниками ВНИИБТГ.

В результате проведенной серии взрывов было установлено следующее:

за время формирования пылегазового облака (5-7 с) высота его подъема на контрольных блоках была в 2-3 раза больше, чем на опытных;

процесс коагуляции пыли в облаке при применении растворов ПАВ завершался за 70-80 с с момента взрыва. При этом следы облака не выходили за пределы защитной санитарной зоны карьера.

Для достижения указанного эффекта концентрация предлагаемой смеси не превышала 0,8 мас. АПАВ минимальная концентрация составляла 1,5%

Расход водного раствора ПАВ по предлагаемому способу составил 0,12-0,26 л на 1 м³ взорванной горной массы.

В момент взрыва с использованием предлагаемого способа пылеподавления в атмосферу поднималось в 1,8-2,5 раза меньше пыли, а количество ядовитых газов (условное СО) во взорванном массиве при штатной забойке (кварцитный отсев) составляло 45,62 л/м³, а с применением раствора ПАВ композиционного состава 16,9 л/м³.

Следовательно, проведенные лабораторные, полигонные и промышленные испытания предлагаемого способа ведения взрывных работ показали, что в сравнении с известным способом предохраняет изолирующую оболочку рукава от разрыва, повышает эффективность воздействия продуктов детонации ВВ на массив, при уменьшенном расходе ПАВ обеспечивает эффективное пылегазоподавление при массовых взрывах.

П р и м е р. Практическое осуществление предлагаемого способа показано на примере подготовки и проведения массовых взрывов на Первомайском и Анновском карьерах Северного горно-обогатительного комбината Кривбасса.

В скважины диаметром 250 мм и глубиной 16-18 м заряжали ВВ массой 350-600 кг. При этом длина неактивной части в заряженных скважинах составляла 6,0-7,0 м. В заряженную скважину устанавливали полиэтиленовый рукав длиной 2,0-2,5 м. Диаметр рукава составлял 267 мм, толщина стенок 150-200 мкм. Перед установкой рукава в скважину нижний торец герметизировали сварным швом и надевали на него чехол, представляющий отрезок такого же рукава длиной, равной 3,5-4,0 диаметрам скважины. При этом чехол надевали на донную часть рукава на половину его длины, а оставшуюся половину чехла подгибали и при установке рукава в скважину она фиксировалась между стенкой скважины и рукавом.

В установленный рукав из раствородоставочной машины по материалопроводу заливали раствор ПАВ в количестве 90-110 л. При этом благодаря наличию чехла происходило надежное саморасклинивание прежде всего донной части рукава и полностью устранялись разрывы изолирующей оболочки, особенно в донной части, наиболее подверженной растягивающим напряжением.

Для приготовления рабочего раствора ПАВ с концентрацией 0,5-0,8 мас. использовали товарный продукт в виде водного раствора композиционного ПАВ 30% -ной концентрации на основе триэтаноламиновых солей алкилсульфатов по ТУ 38.103625-87 и неонола АФ-12 по ТУ 38.50724-87 при соотношении их в смеси 1: 1.

Количество взрываемых скважин на блоках в процессе апробации способа достигало 178 шт. объем взрываемой горной массы свыше 80 тыс.м³. Интенсивное осаждение пыли при этом обеспечивалось в течение 70-80 c с момента взрыва в пределах санитарно-защитной зоны карьера при ветровой нагрузке 8-14 м/с.