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 21 987;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.

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 21 987;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.

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.