Борьба с пылью при массовых взрывах в карьере

Введение

Аэрология карьеров — раздел горной науки, в котором излагаются свойства атмосферы карьеров и происходящие в ней процессы. Целью аэрологии карьеров является создание научных основ и средств оздоровления атмосферы карьеров. Для этого необходимо решить следующие основные задачи: разработка методов и средств подавления вредностей на местах их образования и выделения; использование природных сил и факторов для интенсификации естественного проветривания карьера; разработка методов и средств искусственной вентиляции карьеров. При решении этих задач используются достижения ряда смежных наук и прежде всего метеорологии, аэромеханики и термодинамики. Из метеорологии используют законы состояния земной атмосферы, расчет солнечной радиации, прогноз погоды и др. Из аэромеханики — законы аэростатики, теории турбулентного движения воздуха, особенно теорию свободных струй, законы диффузии газов и механики аэрозолей. Из термодинамики — законы теплообмена. Аэрология карьеров тесно связана также с механикой турбомашин и, в частности, авиационных двигателей, применяемых для создания карьерных вентиляционных установок. Для оздоровления атмосферы карьеров необходимо соблюдать санитарно-гигиенические нормативы содержания в воздухе вредных газов и пыли, а также нормативы для микроклимата в кабинах горного оборудования, разрабатываемые гигиеной труда. Как и всякая естественная наука, аэрология карьеров широко использует основные законы физики и химии, математические методы описания процессов. Наконец, необходимо отметить взаимосвязь аэрологии карьеров и технологии горного производства в карьерах. Технология горного производства существенно влияет на состояние атмосферы в карьере. В то же время задачи оздоровления последней выдвигают и определенные требования к технологии, которые в ряде случаев могут оказаться решающими.

Значение аэрологии карьеров прежде всего определяется необходимостью обеспечения здоровых атмосферных условий для горнорабочих в карьере. В этом смысле ее следует рассматривать как отрасль охраны труда в горном деле. В то же время в последние годы аэрология карьеров приобретает все большее технологическое значение, с одной стороны, в определенной степени определяя технологию горных работ, а с другой — в ряде случаев саму возможность их ведения. Массовые взрывы в карьерах являются самыми крупными периодическими источниками выделения пыли. В данной контрольной работе рассмотрим системы пылеулавливания и пылеподавления при этом виде разрушения горных масс.

1. Пылеобразование при массовых взрывах

Особенностью современного этапа развития горных работ на карьере является высокая концентрация и интенсификация всех технологических процессов, связанных с добычей и переработкой горнорудного сырья. Отмеченное сопровождается усложнением процесса проветривания выработанного пространства карьера, ухудшением условий труда по пылевому и газовому факторам, негативным воздействием на окружающую среду.

Основными источниками образования пыли и газа в карьере являются буровзрывные работы (до 35%), погрузочно-транспортные операции и пыль, осевшая на карьерных площадях. Выделение токсичных газов вызвано проведением массовых взрывов в карьере (до 60%) и работой технологического автотранспорта при перевозках взорванной горной массы на отвалы, дробильно-перегрузочные пункты, а также на рудные склады различного назначения.

Интенсивность пылегазообразования при ведении буровзрывных работ на карьере зависит от многих факторов, к основным из которых следует отнести физико-механические свойства горных пород и их обводненность, способы бурения взрывных скважин, ассортимент применяемых ВВ, типы используемых забоечных материалов, методы взрывания (на подобранный откос уступа или в зажатой среде), время производства массового взрыва, метеоусловия на момент массового взрыва и др.

Мощные выбросы пыли происходят при массовых взрывах (100-250 т). Пылевое облако при массовом взрыве выбрасывается на высоту 150-300 м, в своем развитии оно может достигать высоты 16 км и распространяться по направлению ветра на значительные расстояния (10-14 км).

Выход из сложившегося положения необходимо искать путем разработки на горнодобывающем и перерабатывающем предприятии новых способов пылеподавления, так как по количеству выбрасываемых веществ в окружающую среду пыль является основным загрязнителем, наряду с оксидом углерода.

2. Способы и средства борьбы с пылью и вредными газами

Сокращение пылегазовыделения при массовых взрывах осуществляется за счет технологических, организационных и инженерно-технических мероприятий.

2.1 Технологические мероприятия

Технологические мероприятия включают: взрывание высоких уступов (от 30 м и более), что способствует уменьшению в 1,25 раза высоты пылегазового облака и уменьшению образования оксидов азота;

замену тротила на ВВ с нулевым или близким к нему кислородным балансом (граммонит 79/21, игданит и др.), что будет способствовать уменьшению (до 2—9 раз) количества образующихся вредных газов при взрывах в любых горнотехнических условиях (так экспериментальными замерами установлено, что при взрывании бестротиловых ЭВВ происходит значительное уменьшение загрязнения окружающей среды, чем при взрывании промышленных тротилсодержащих ВВ (при взрыве 1 кг гранулотола в атмосферу карьера выделяется 240 л, 1 кг граммонита - 140 л, 1 кг ЭВВ - 50 л ядовитых газов в пересчете на условную окись углерода)) ; взрывание на неубранную горную массу, т. е. на подпорную стенку из ранее разрушенной горной массы.

Ширина подпорной стенки должна быть не менее 20 м. При ширине подпорной стенки до 20—30 м резко сокращается или вообще не образуется вторичное пылегазовое облако (отсутствие пылевыделения со стороны развала) и на 2—3 ч после взрыва на нижней отметке взорванного уступа сокращается время снижения концентрации СО до предельно допустимого уровня; использование в качестве ВВ в обводненных скважинах граммонита 79/21 с предварительной откачкой воды или применением специальных загустителей, что способствует уменьшению количества образующихся вредных газов.

2.2 Организационные мероприятия

Организационные мероприятия включают: перенесение времени взрыва на период максимальной ветровой активности (например, для карьеров Кривбасса это 12—13 ч), что способствует сокращению времени проветривания карьеров на 15—20 %; использование забоечного материала с минимальным удельным пылеобразованием (например, замена шламов хвостохранилищ, буровой мелочи и т. п. на мелкую щебенку или песчано-глинистую забойку, что способствует сокращению пылевыделения); организация систематического контроля состава атмосферы карьеров и участков взорванных блоков после массовых взрывов в соответствии с «Едиными правилами ведения взрывных работ», что позволит избежать преждевременное попадание людей в карьер и их отравление.

2.3 Инженерно-технические мероприятия

пылеобразование взрыв борьба полигон

Инженерно-технические мероприятия включают: орошение зоны выпадания пыли из пылегазового облака водой или пылесмачивающими добавками из расчета 10 л воды на 1 м² площади орошения. Зону орошения рекомендуется устраивать на расстоянии 50—60 м от границы взрываемого блока. Более точно расстояние от границы взрываемого блока (м), на котором выделяется пыль за счет взметывания ударной волной, находится расчетным способом. Мокрые способы борьбы с пылью делятся на способы предупреждения подъема пыли в воздух, образующейся при разрушении, погрузке и транспортировании горной породы (предварительное увлажнение массива и отторгнутой горной породы, орошение и смачивание в момент ее разрушения и др.); обеспыливания воздуха или подавления взвешенной пыли распыленной водой (орошение, водя- ные завесы и др.) и предотвращения повторного поступления в воздух осевших пылевых частиц (орошение и связывание осевшей пыли). Мокрые способы борь- бы с пылью составляет основу комплекса обеспыливающих мероприятий в шах- тах, рудниках и карьерах. Гидрообеспыливание для сокращения выделения и рассеивания вредных примесей осуществляется с помощью гидрозабойки скважин — внешней, внутренней и комбинированной (рис. 9.2).

Гидрозабойка выполняется с использованием полиэтиленовых емкостей, наполненных водой. Внешняя забойка представляет собой полиэтиленовый рукав диаметром около 1 м и более, который размещается но рядам скважин. Длина рукавов диктуется состоянием поверхности заряженного блока и контуром взрываемых скважин. Наполнение рукава водой осуществляется с помощью поливочной машины, оборудованной гидронасосом. Внутренняя гидрозабойка — это полиэтиленовый рукав с диаметром, на 15 мм большим, чем диаметр скважины, и длиной на всю ее неактивную часть. Толщина полиэтиленовой пленки не менее 0,2 мм. При большой трещиноватости пород следует применять двойной рукав. Комбинированная гидрозабойка— сочетание двух первых. Эффективность гидро- обеспыливания при взрыве заряда массой до 300 кг; с помощью внешней гидроза- бойки — 53 % (удельный расход воды 1,38 кг/м3 горной массы), внутренней — 84,7 % (удельный расход воды 0,78 кг/м³), комбинированной — 89,4 % (удельный расход воды 1,04 кг/м³). При взрыве зарядов массой 450— 620 кг эффективность внутренней гидрозабойки составляет 50,4 % (расход воды 0,46 кг/м³). Сокращение пылевыделення в процессе взрыва возможно также за счет применения гидрогеля для внутренней гидрозабойки скважин (рекомендации Криворожского горнорудного института). Гидрогель включает: аммиачную селитру —4%. жидкое стекло — 8%; синтетические жирные кислоты — 2%, воду — 86%. Для получения гидрогеля используется специальная установка. Эффективность гидрогелевой забойки при ее высоте 2—4 м достигает 34—54%.

Снижение пылевыделення при отрицательных температурах в процессе взрыва возможно за счет нанесения слоя искусственного снега на взрываемый блок и прилегающую территорию с расходом 8—13 кг/м2 поверхности. Это мероприятие по данным Института гигиены морского транспорта Министерства здравоохране- ния СССР позволяет в 3—5 раз снизить поступление пыли в атмосферу. В качест- ве внутренней гидрозабойки скважин в период отрицательных температур можно использовать снежно-ледяную забойку (Пичуев В. И.). Она включает в себя заряд- ку неактивной части скважины искусственным снегом с оставлением 1 м для инертной забойки. Верхняя часть скважины заливается водой из расчета 20 л при температуре воздуха — 4— 8 °С. Забойка в верхней части смерзается и примерза- ет к стенкам скважины. Пылевыделение сокращается в 5—6 раз. Подавление пыли, выделившейся в атмосферу карьера с пылегазовым облаком, можно осуществить с помощью гидрозавес, создаваемых вентиляторами-оросите- лями НК-12КВ (рекомендации ИГД Минчермета СССР) или установками импуль- сного дождевания (ВНИИБТГ, Союзгипроводхоз). Эффективность пылеподавления при использовании последних достигает 70—80 %.

Этот способ заключается в том, что в воздушную струю, создаваемую установками искусственного проветривания, вводится вода, которая воздушным потоком разбивается на мелкие капли. При этом создается как бы объемный фильтр, в котором мелкие капли воды, соударяясь с витающими в воздухе пылинками, утяжеляют последние и падают вместе с ними на взорванную горную массу или площадки и откосы карьера.

Кроме очистки воздуха от витающей пыли в выработанном пространстве использование воздушно-водяных струй позволяет равномерно разбрызгивать воду или растворы поверхностно-смачивающих добавок на значительные площади, подлежащие орошению. Воздушно-водяные струи могут быть созданы с помощью реактивных двигателей и оросительно-вентиляционных установок ОВ-1, ОВ-2, ОВ-3 и др. Воздушно-водяная струя, создаваемая установками типа ОВ, способна оросить одновременно около 8 тыс. м2, а с одной позиции 60—62 тыс. м2 поверхности.

Наряду с орошением осуществляется местное искусственное проветривание участков, прилегающих к взорванному блоку, что позволяет помимо пыли снизить концентрацию вредных газов, скопившихся в застойных зонах.

Сокращение времени проветривания взорванных блоков возможно при интенсификации процесса газовыделения из развала горной массы. Для этого следует осуществить полив горной массы через 1—2 ч после взрыва с расходом 50 л/м3 (кроме руд и пород с примесью глинистых частиц). Полив горной массы позволяет интенсифицировать процесс газовыделения на 25—40 %.

3. Экспериментальные исследования

Как показали результаты исследований в условиях взрывного полигона, с увеличением коэффициента крепости пород по шкале М.М. Протодьяконова возрастает объем выделившейся при взрыве пыли. Так, если при взрывании горных пород с коэффициентом крепости f=6-8 образуется до 0,04 кг/м3 пыли, то при взрывании пород с f=12-14 выделяется до 0,22 кг/м3 пылеобразных частиц (размер фракции + 1 мм). Это положение может быть объяснено увеличением размеров зоны пластических деформаций в крепких породах, ввиду более высоких затрат энергии взрыва на их разрушение, что повышает объем выхода переизмельченных фракций. В то же время, взрывание обводненных горных пород той же крепости, приводит к снижению объема выхода указанных фракций в 1,3-2,7 раза, что связано с процессом коагуляции (связывания) образовавшихся при взрыве паров и мельчайших частиц воды, с пылевидными фракциями горных пород. Экспериментальными замерами установлено, что концентрация пылевидных частиц в момент массового взрыва изменяется во времени следующим образом: в начальный момент взрыва на карьере достигает значений - 2500 мг/м3, через 30 мин - 850 мг/м3. Содержание пылевых частиц размером до 1,4 мкм на расстоянии до 100 м от взрываемого блока, составляет 56%, а размером более 60 мкм - только 2,3%. На расстоянии 500 м от взрываемого блока содержание частиц пыли до 1,4 мкм составляет более 84%, а частиц крупнее 60 мкм - 0,3%. Это обусловлено тем, что под действием сил гравитации крупные фракции из облака осаждаются на поверхность уступа в более ближней от места взрыва зоне.

Заключение

Внедрение в условиях горнорудных карьеров новых технологических решений и ухудшение условий естественного воздухообмена с увеличением их глубины предопределяет необходимость интенсивной реализации комплексной системы нормализации атмосферы в карьере по трем иерархическим уровням (карьер, рабочая зона, рабочая площадка), которая включает горно-геологические задачи оптимизации направлений углубки и интенсивного ведения горных работ, совершенствование технологических процессов буровзрывных и погрузочно-доставочных работ, разработку и внедрение индивидуальных средств защиты персонала от газа и пыли, приборов для контроля загрязненности атмосферы карьера, лазерной станции и оптических приборов измерения запыленности и др.

С учетом изложенного проблема борьбы с пылеобразованием при производстве буровзрывных работ в карьерах связана в перспективе с решением ряда задач, сущность которых заключается в следующем: внедрение и оснащение буровой техники средствами эффективного пылеподавления и пылеулавливания в процессе бурения технологических скважин; внедрение технологии и технических средств для обработки экологически безопасными химическими реагентами поверхности взрываемых блоков для связывания мелкодисперсных пылевых фракций; взрывную отбойку горных пород осуществлять в зажатой среде методом многорядного короткозамедленного взрывания с преимущественным взрыванием высоких уступов, использовать рациональные типы забоечных материалов, конструкции скважинных зарядов и схемы инициирования; внедрение для взрывания простейших и эмульсионных взрывчатых составов с нулевым или близким к нему кислородным балансом, а также механизмы и средства их механизированного заряжания; разработка и внедрение прогрессивных средств и методов индивидуальной защиты людей от вредного воздействия пылегазовых факторов; разработка и внедрение компьютерных технологий моделирования и проектирования рациональных параметров БВР, оценки залповых выбросов пыли и газа, опасных зон распределения пылегазового облака и разлета кусков взорванной породы. Практически все производственные операции, выполняемые на карьерах: взрывные работы, бурение, экскавация транспортирование горной массы складирование, сопровождаются пылеобразованием. Поэтому борьба с пылью является одним из основных направлений по охране труда. Наиболее эффективны способы, предупреждающие поступление пыли в воздух, так как бороться со взвешенной пылью значительно труднее, чем предупредить ее подъем в воздух; кроме того, они уменьшают и пылеотложение в выработках. Источники пыли были, есть и будут. От них никуда не деться и поэтому необходимо принимать меры по пылеподавлению. Все описанные методы имеют высокую эффективность. В соответствии с вышесказанным я считаю, что наиболее перспективным и актуальным решением проблемы снижения пылевой нагрузки на окружающую среду при добыче и переработке минерального сырья является совершенствование способов закрепления пылящих поверхностей техногенных массивов, т.к. они являются основными источниками загрязнения.

Список используемой литературы

1. Бересневич П. В., Михайлов В. А., Филатов С. С. Аэрология карьеров: Справочник.— М.: Недра, 1990. — 280 с.: ил.

2. Ушаков К. 3., Михаилов В. А. Аэрология карьеров. М., «Недра»,1975, 248 с. 3. http://konchilik.ru/text/2_2008_024