RU2168700C1

RU2168700C1 - Method for dust suppression at mass blastings of holes in open cuts

Info

Publication number: RU2168700C1
Application number: RU2000127783A
Authority: RU
Inventors: Г.Г. Каркашадзе; И.В. Новиков; В.М. Олименко; Н.И. Мачулин; Е.И. Шумаков; В.И. Минеев; В.И. Мочалов
Original assignee: Московский государственный горный университет; Открытое акционерное общество "Михайловский ГОК"
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2001-06-10

Abstract

FIELD: mining industry at dust suppression at mass blastings in rocks of any category of strength and degree of water content. SUBSTANCE: the holes are charged in the open cuts with explosives with simultaneous placement in each hole m the upper part of the charge of a sealed shell with water with a diameter of 0.2 to 0.4 of the charge diameter. Suggested also is the placement of the shell lower end in the middle section of the hole charge. At a last of the hole charge water in the shell is subjected to strong compression and changes in the gaseous state. In this state the steam-gas locks the detonation products in the hole and breaks the rock mass. Then, after escapement from the hole, the steam-gas gets expanded, its temperature drops and, as a result of it, water vapors condensate mainly on dust particles. Simultaneously with this process the mechanism of pressure drop inside the dust cloud is realized, which causes its compression by external atmospheric pressure, intensification of the process of dust coagulation and deposition over the point of mass blasting. EFFECT: enhanced efficiency of dust suppression, and enhanced efficiency of explosive energy at mass blastings. 3 cl, 2dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам пылеподавления при массовых взрывах отбойных скважин на карьерах, и может быть использовано в горных породах любой категории прочности и степени обводненности. The invention relates to the mining industry, in particular to methods of dust suppression during mass explosions of drill holes in quarries, and can be used in rocks of any strength category and degree of water cut.

Известен способ пылеподавления при массовых взрывах отбойных скважин на карьерах, включающий заполнение каждой скважины зарядами взрывчатого вещества (ВВ) и размещение герметичной оболочки с водой на поверхности взрываемого блока вблизи устья каждой скважины [1]. A known method of dust suppression during mass explosions of drill holes in quarries, including filling each well with explosive charges (BB) and placing an airtight shell with water on the surface of the blasting block near the mouth of each well [1].

Недостатком аналога является то, что вода, распыляемая из герметичной оболочки над поверхностью взрываемого блока, недостаточно полно смачивает мелкодисперсные продукты разрушения горных пород. Это связано с тем, что распыляемая вода имеет достаточно крупные размеры и поэтому в процессе перемещения пылевого облака над поверхностью взорванного блока частицы воды под собственным весом выпадают из облака, не реализовав в полной мере операции смачивания, коагуляции и осаждения пыли. Пылевое облако в дальнейшем беспрепятственно расширяется, поднимается вверх, под действием выталкивающей силы со стороны окружающего воздуха переносится на значительные расстояния и в виде осадков загрязняет окружающую территорию, нанося природе экологический ущерб. К недостаткам аналога следует также отнести значительные материальные затраты и трудоемкость операции размещения оболочек на блоке. A disadvantage of the analogue is that the water sprayed from an airtight shell above the surface of the blasting block does not sufficiently wet out the fine products of rock destruction. This is due to the fact that the sprayed water is quite large and therefore, during the movement of the dust cloud above the surface of the blown up block, water particles fall out of the cloud under their own weight, without fully realizing the operations of wetting, coagulation and dust deposition. The dust cloud further expands unhindered, rises, under the action of a buoyant force from the surrounding air, is transported over considerable distances and pollutes the surrounding area in the form of precipitation, causing environmental damage to nature. The disadvantages of the analogue also include significant material costs and the complexity of the operation of placing shells on the block.

Наиболее близким по технической сущности является способ пылеподавления при массовых взрывах отбойных скважин на карьерах, включающий заполнение каждой скважины зарядом ВВ и размещение в ней в качестве забойки, в пространстве над зарядом ВВ герметичной оболочки, заполненной водой [2]. The closest in technical essence is the method of dust suppression during mass explosions of drill holes in open pits, including filling each well with an explosive charge and placing it as a stemmer in the space above the explosive charge of a sealed shell filled with water [2].

Недостатком прототипа является то, что при взрыве заряда ВВ в отбойной скважине газообразные продукты детонации выталкивают водяную забойку из устья скважины и распыляют воду, также как и в аналоге, в виде крупных капель. При этом капли воды не успевают осуществить коагуляцию мелкодисперсной пыли, так как выпадают под собственным весом из пылевого облака. В дальнейшем пылевое облако поднимается вверх под действием выталкивающей силы со стороны окружающей атмосферы и переносится воздушными потоками на значительные расстояния. The disadvantage of the prototype is that during the explosion of the explosive charge in the borehole, the gaseous detonation products push the water outage from the wellhead and spray water, as in the analogue, in the form of large drops. In this case, water droplets do not have time to coagulate fine dust, since they fall out of the dust cloud under their own weight. Subsequently, the dust cloud rises up under the action of a buoyant force from the surrounding atmosphere and is transported by air currents over considerable distances.

Следует также отметить, что пылевое облако постепенно увеличивается в объеме, так как температура газов, продуктов детонации внутри облака больше температуры окружающего воздуха. Выталкивающая сила, действующая на пылевое облако, прямо пропорциональна его объему и поэтому по мере увеличения объема возрастает вертикальное ускорение пылевого облака. В то же время с увеличением объема пылевого облака понижается вероятность захвата пылевых частиц каплями воды что, соответственно, снижает эффективность процесса коагуляции пыли. It should also be noted that the dust cloud gradually increases in volume, since the temperature of gases, detonation products inside the cloud is higher than the temperature of the surrounding air. The buoyant force acting on the dust cloud is directly proportional to its volume and therefore, as the volume increases, the vertical acceleration of the dust cloud increases. At the same time, with an increase in the volume of the dust cloud, the probability of dust particles being captured by water drops decreases, which, accordingly, reduces the efficiency of the dust coagulation process.

Задачей изобретения является повышение эффективности пылеподавления и увеличение коэффициента полезного действия энергии ВВ при массовых взрывах отбойных скважин на карьерах. Интенсификация процесса осаждения пыли над местом взрыва и уменьшение удельного расхода взрывчатых веществ позволяет уменьшить загрязнение окружающей карьер территории, что благоприятно отражается на экологической обстановке в регионе производства горных работ. The objective of the invention is to increase the efficiency of dust suppression and increase the efficiency of explosive energy during mass explosions of drill holes in quarries. The intensification of the process of dust deposition above the place of explosion and the reduction of the specific consumption of explosives can reduce the pollution of the surrounding quarry, which favorably affects the environmental situation in the mining region.

Это достигается тем, что в способе пылеподавления при массовых взрывах отбойных скважин на карьерах, включающем заполнение каждой скважины зарядом ВВ и размещение в ней герметичной оболочки, заполненной водой, герметичную оболочку с водой размещают внутри заряда ВВ, а диаметр оболочки составляет 0,2 - 0,4 от диаметра скважинного заряда. This is achieved by the fact that in the dust suppression method for massive blast hole explosions in open pits, including filling each well with an explosive charge and placing an airtight shell filled with water in it, an airtight shell with water is placed inside the explosive charge, and the shell diameter is 0.2 - 0 , 4 from the diameter of the borehole charge.

Для решения этой же задачи герметичная оболочка размещена в верхней части скважинного заряда. To solve the same problem, a sealed shell is placed in the upper part of the borehole charge.

Кроме того, для решения этой же задачи нижний торец герметичной оболочки размещают в средней части скважинного заряда. In addition, to solve the same problem, the lower end of the sealed shell is placed in the middle part of the borehole charge.

На фиг. 1 показана схема заряжания каждой отбойной скважины при реализации предлагаемого способа пылеподавления с размещением герметичной оболочки внутри верхней части заряда. In FIG. 1 shows a loading diagram of each borehole during the implementation of the proposed method of dust suppression with the placement of a sealed shell inside the upper part of the charge.

На фиг. 2 показана та же схема заряжания с размещением нижнего торца герметичной оболочки с водой в средней части скважинного заряда. In FIG. 2 shows the same charging scheme with the lower end of the sealed shell with water in the middle of the borehole charge.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

При взрывной отбойке породного блока формируют отбойные скважины 1, каждую из которых заполняют ВВ, после чего опускают в скважину 1 посредством троса 2 герметичную оболочку 3 с водой, устанавливая ее нижний торец на ВВ. Затем заполняют этим же ВВ пространство между оболочкой 3 и стенкой скважины 1, а также пространство над оболочкой 3, образуя проектный скважинный заряд 4. При этом герметичная оболочка 3 с водой может быть расположена в верхней части (см. фиг. 1) скважинного заряда 4 или ее нижний торец 5 размещают в средней его части (см. фиг.2). Диаметр герметичной оболочки 3 с водой составляет 0,2-0,4 от диаметра скважинного заряда 4. В скважинах 1 также размещают средства инициирования ВВ (на фиг. 1 и 2 не показаны). During explosive breaking of the rock block, boreholes 1 are formed, each of which is filled with explosives, and then lowered into the well 1 with a cable 2 is an airtight shell 3 with water, setting its lower end to the explosives. Then the same explosive is filled with the space between the shell 3 and the wall of the borehole 1, as well as the space above the shell 3, forming a design borehole charge 4. In this case, a sealed shell 3 with water can be located in the upper part (see Fig. 1) of the borehole charge 4 or its lower end 5 is placed in its middle part (see figure 2). The diameter of the sealed shell 3 with water is 0.2-0.4 of the diameter of the borehole charge 4. Means of initiating explosives are also placed in the wells 1 (not shown in FIGS. 1 and 2).

После заряжания отбойных скважин 1 осуществляют взрыв зарядов 4 ВВ. Продукты детонации ВВ разрушают породный массив и при этом в ближней от заряда 4 зоне образуется сильно измельченная порода, которая в дальнейшем выносится газообразными продуктами детонации из скважины 1 и составляет основу пылевого облака. Под давлением продуктов детонации ВВ в скважине 1 происходит мгновенное сжатие и соответствующее этому процессу повышение температуры воды, заключенной в герметичной оболочке 3. В результате данного процесса вода переходит из жидкого в газообразное (закритическое, парообразное) состояние и передает в качестве рабочего тела свою долю парциального давления на стенки скважины 1 в месте расположения оболочки 3. Тем самым усиливается запирающий эффект на пути вылета продуктов детонации ВВ из скважины 1 и, следовательно, большая доля энергии взрыва расходуется на полезную работу разрушения породного массива. Затем продукты детонации ВВ вместе с продуктами мелкодисперсного разрушения (пылью) в едином потоке с образованным при сжатии воды парогазом вылетают из скважины 1. После их вылета из скважины 1 происходит свободное расширение в атмосферном пространстве газообразных продуктов детонации и водяного пара, в результате чего происходит снижение их температуры и давления. Это приводит к конденсации насыщенных паров воды в пылегазовой среде, что вызывает вакуум, то есть физическое состояние газа, когда его давление меньше атмосферного. Следствием вакуумирования является то, что пылегазовая среда сжимается внешним атмосферным давлением и уменьшается в объеме. В результате конденсации водяного пара образующиеся при этом капли воды смачивают частицы пыли, что приводит к увеличению веса этих частиц. При случайном столкновении смоченных частиц пыли друг с другом происходит их слипание, т.е. реализуется процесс коагуляции и гравитационного осаждения, интенсивность которого повышается по мере уменьшения объема пылегазового облака. Длительность нахождения пыли во взвешенном состоянии при реализации данного способа минимальна, так как процесс пылеподавления реализуется на начальной стадии развития и перемещения пылевого облака. Таким образом, при реализации данного способа достигается высокая эффективность пылеподавления и повышается коэффициент полезного действия взрыва за счет запирания продуктов детонации в скважине. After loading the boreholes 1 carry out an explosion of charges 4 explosives. The explosive detonation products destroy the rock mass and in this case, in the zone 4 nearest to the charge, a highly crushed rock is formed, which is subsequently carried out by the gaseous detonation products from well 1 and forms the basis of the dust cloud. Under pressure of the explosive detonation products in the well 1, there is instant compression and the corresponding increase in the temperature of the water enclosed in the hermetic shell 3. As a result of this process, the water passes from a liquid to a gaseous (supercritical, vaporous) state and transfers its partial fraction as a working fluid pressure on the walls of the well 1 at the location of the shell 3. This increases the blocking effect on the path of departure of detonation products of explosives from well 1 and, therefore, a large proportion of discontinuity is spent on useful work the destruction of the rock mass. Then, the detonation products of explosives, together with the fine-dispersed destruction products (dust), fly out of well 1 in a single stream with the vapor-gas formed during water compression. After they leave the well 1, the gaseous detonation products and water vapor freely expand in the atmosphere, resulting in a decrease their temperature and pressure. This leads to the condensation of saturated water vapor in a dusty gas environment, which causes a vacuum, that is, the physical state of the gas when its pressure is less than atmospheric. The result of evacuation is that the dust-gas medium is compressed by external atmospheric pressure and decreases in volume. As a result of condensation of water vapor, water droplets formed during this process wet the dust particles, which leads to an increase in the weight of these particles. In case of accidental collision of wetted dust particles with each other, they stick together, i.e. The process of coagulation and gravitational deposition is being implemented, the intensity of which increases as the volume of the dust and gas cloud decreases. The duration of suspended dust during the implementation of this method is minimal, since the dust suppression process is implemented at the initial stage of development and movement of the dust cloud. Thus, the implementation of this method achieves high dust suppression efficiency and increases the efficiency of the explosion due to the locking of detonation products in the well.

Размещение нижнего торца 5 оболочки 3 с водой в средней части заряда 4 (фиг. 2) обусловлено тем, что энергия верхней половины заряда 4 ВВ расходуется преимущественно на дробление верхней части породного уступа и именно верхняя часть взорванного заряда 4 ВВ составляет основу пылевого облака. Поэтому при указанном размещении оболочки 3 с водой эффект запирания ВВ, повышения КПД взрыва и пылеподавления реализуется в наибольшей степени. The placement of the lower end 5 of the shell 3 with water in the middle part of charge 4 (Fig. 2) is due to the fact that the energy of the upper half of charge 4 of the explosive is spent primarily on crushing the upper part of the rock ledge and it is the upper part of the exploded charge 4 of explosive that forms the basis of the dust cloud. Therefore, with the indicated placement of the shell 3 with water, the effect of locking the explosive, increasing the explosion efficiency and dust suppression is realized to the greatest extent.

Замещение центральной части верхней половины заряда 4 ВВ герметичной оболочкой 3 с водой приводит с одной стороны к уменьшению температуры продуктов детонации и, соответственно, к уменьшению максимальной величины давления, возникающего в продуктах детонации. При этом реализуется физический механизм повышения парциального давления парогаза. Этот механизм обусловлен низким молекулярным весом воды (18 г/моль), в то время как у газообразных продуктов детонации ВВ эта же величина имеет существенно большие значения (например, у двуокиси углерода - 44 г/моль). Следовательно, давление продуктов детонации ВВ вместе с парогазом, образованным при взрывном сжатии оболочки 3 с водой, принимает достаточно высокие значения, практически такие же, как без частичного замещения ВВ водой. При диаметре оболочки 3, равном 0,2 от диаметра скважинного заряда 4, обеспечивается полное смачивание частиц пыли конденсатом с возможностью последующей коагуляции и осаждений пыли. Увеличение диаметра оболочки 3 до 0,4 от диаметра скважинного заряда 4 интенсифицирует процесс смачивания пыли при эффективном взрывном дроблении породного массива. В данном случае более полно проявляется фактор экономии ВВ при эффективном пылеподавлении. Substitution of the central part of the upper half of the explosive charge 4 with an airtight shell 3 with water leads, on the one hand, to a decrease in the temperature of the detonation products and, consequently, to a decrease in the maximum pressure arising in the detonation products. In this case, the physical mechanism of increasing the partial pressure of the gas is realized. This mechanism is due to the low molecular weight of water (18 g / mol), while for gaseous detonation products of explosives the same value is significantly larger (for example, for carbon dioxide - 44 g / mol). Consequently, the pressure of the detonation products of the explosive together with the vapor gas formed during the explosive compression of the shell 3 with water assumes quite high values, almost the same as without a partial replacement of the explosive with water. When the diameter of the shell 3 is equal to 0.2 of the diameter of the borehole charge 4, the dust particles are completely wetted with condensate with the possibility of subsequent coagulation and dust deposition. Increasing the diameter of the shell 3 to 0.4 from the diameter of the borehole charge 4 intensifies the process of wetting dust with effective explosive crushing of the rock mass. In this case, the factor of explosive economy is more fully manifested with effective dust suppression.

Таким образом, в результате коагуляции из пылевого облака, в предложенном способе, происходит выпадение укрупненных частиц пыли, связанных между собой поверхностными силами смачивающей воды. Освобожденное от пыли облако не загрязняет окружающую территорию. Одновременно с осаждением пыли достигается дополнительный эффект нейтрализации ядовитых газов, образующихся при взрыве. Ядовитые газы типа оксидов азота (NO_x) и окиси углерода (СО) вступают в химическую реакцию с водой с образованием жидкой фазы кислоты, которая также осаждается в месте взрыва. Тем самым предотвращается попадание ядовитых газов в окружающую атмосферу и исключаются кислотные дожди.Thus, as a result of coagulation from a dust cloud, in the proposed method, coarse dust particles fall out, interconnected by the surface forces of wetting water. A dust-free cloud does not pollute the surrounding area. Simultaneously with the deposition of dust, an additional effect of neutralizing toxic gases generated during the explosion is achieved. Poisonous gases such as nitrogen oxides (NO _x ) and carbon monoxide (CO) react chemically with water to form a liquid acid phase, which also precipitates at the site of the explosion. This prevents the ingress of toxic gases into the surrounding atmosphere and eliminates acid rain.

Пример реализации способа. An example implementation of the method.

На карьере Михайловского горно-обогатительного комбината производится взрывная отбойка железистых кварцитов. Отбойные скважины глубиной 17 м заряжают ВВ с высотой заряда, равной 12 м. По одному варианту реализации способа герметичную оболочку длиной 1,5 м располагают на ВВ на высоте 10 м от основания скважины. Диаметр оболочки составляет 0,4•250 мм=100 мм (при диаметре скважины 250 мм) или 0,2•500=100 мм (при диаметре скважины 500 мм). At the quarry of the Mikhailovsky mining and processing plant, explosive breaking of ferruginous quartzites is carried out. Drill holes with a depth of 17 m charge explosives with a charge height of 12 m. In one embodiment of the method, an airtight shell 1.5 m long is placed on the explosives at a height of 10 m from the base of the well. The shell diameter is 0.4 • 250 mm = 100 mm (with a well diameter of 250 mm) or 0.2 • 500 = 100 mm (with a well diameter of 500 mm).

При взрыве скважинного заряда вода в оболочке подвергается сильному сжатию давлением 10¹⁰-10¹¹ Па, нагревается и переходит из жидкого в парогазообразное состояние (парогаз). Более точно состояние воды при указанном давлении в физике квалифицируется как закритическое, т.е. когда стираются различия между жидкостью и газом. Этот парогаз, расширяясь, совершает работу разрушения породы и выполняет также функцию запирающей забойки, препятствующей вылету продуктов детонации из скважины. Затем парогаз вылетает из скважины, где происходит его расширение до газообразного состояния; затем реализуется процесс конденсации мельчайших капель воды преимущественно на пылинках, которые являются центрами конденсации. При этом давление в месте конденсации пара резко уменьшается, что приводит к сжатию пылевого облака и интенсификации процесса коагуляции частиц пыли при их случайном столкновении. В дальнейшем слипшиеся частицы пыли выпадают из пылевого облака на взорванный блок. Одновременно с этим процессом имеет место процесс нейтрализации ядовитых газов, образовавшихся при взрыве.In the explosion of a borehole charge, the water in the shell undergoes strong compression with a pressure of 10 ¹⁰ -10 ¹¹ Pa, heats up and passes from a liquid to a vapor-gas state (vapor-gas). More precisely, the state of water at a specified pressure in physics qualifies as supercritical, i.e. when the differences between liquid and gas are erased. This combined-cycle gas, expanding, performs rock destruction work and also performs the function of locking stemming, which prevents detonation products from escaping from the well. Then the gas comes out of the well, where it expands to a gaseous state; then the process of condensation of the smallest drops of water is realized mainly on dust particles, which are the centers of condensation. In this case, the pressure at the place of vapor condensation decreases sharply, which leads to compression of the dust cloud and intensification of the coagulation process of dust particles in case of their accidental collision. Subsequently, the adhering dust particles fall out of the dust cloud onto the detonated block. Simultaneously with this process, there is a process of neutralization of toxic gases generated during the explosion.

При размещении торца оболочки с водой длиной 5,5 м (примерно 40-45 л воды) на заряде ВВ на высоте 6 м от основания скважины и полной высоте заряда 12 м увеличивается эффективность пылеподавления и достигается экономия ВВ на величину в пределах 2-4%. При взрыве сформированного таким путем заряда ВВ образуется большее количество парогаза, который реализует запирание продуктов детонации в скважине. Во-вторых, парогаз расширяется над взорванным породным массивом, переходит из газообразного в жидкое состояние и интенсивно смачивает частицы пыли. Одновременно с процессом конденсации реализуется процесс вакуумирования внутри пылевого облака, что приводит к его сжатию внешним атмосферным давлением. Так, например, при конденсации 40-45 литров воды в облаке освобождается от парогаза объем порядка 60-70 м³, что по существу и приводит к уменьшению объема пылевого облака под действием атмосферного давления.When placing the end of the shell with water 5.5 m long (about 40-45 l of water) on the explosive charge at a height of 6 m from the well base and a total charge height of 12 m, dust suppression efficiency increases and explosive savings of between 2-4% are achieved . In the explosion of the explosive charge formed in this way, a larger amount of gas is formed, which implements the locking of detonation products in the well. Secondly, the vapor gas expands above the blasted rock mass, passes from the gaseous to the liquid state and intensively wets the dust particles. Simultaneously with the condensation process, a vacuum process is realized inside the dust cloud, which leads to its compression by external atmospheric pressure. So, for example, upon condensation of 40-45 liters of water in a cloud, a volume of about 60-70 m ^{3 is} freed from steam gas, which essentially leads to a decrease in the volume of a dust cloud under atmospheric pressure.

В дальнейшем смоченные водой частицы пыли под действием силы гравитации осаждаются над местом массового взрыва. Коагуляция пыли усиливает процесс ее осаждения. В данной конструкции заряда достигается также уменьшение удельного расхода ВВ в пределах до 8% за счет повышения КПД взрыва при частичном замещении ВВ водой. Subsequently, dust particles moistened with water under the influence of gravity are deposited above the site of a mass explosion. Coagulation of dust enhances the process of its deposition. In this design, the charge is also achieved by reducing the specific consumption of explosives in the range of up to 8% by increasing the efficiency of the explosion with the partial replacement of explosives with water.

Источники информации
1. Борьба с пылью и ядовитыми газами при буровзрывных работах на карьерах. Михайлов В.А., Бересневич П.В., Лобода А.И., Родионов Н.Ф. М.: Недра, 1971. - с.81.Sources of information
1. The fight against dust and toxic gases during drilling and blasting operations in quarries. Mikhailov V.A., Beresnevich P.V., Loboda A.I., Rodionov N.F. M .: Nedra, 1971. - p. 81.

2. Бересневич П. В. , Михайлов В.А., Филатов С.С. Аэрология карьеров: Справочник. - М.: Недра, 1990. - с.81. 2. Beresnevich P.V., Mikhailov V.A., Filatov S.S. Aerology of quarries: a Handbook. - M .: Nedra, 1990 .-- p.81.

Claims

1. The method of dust suppression during mass explosions of drill holes in quarries, comprising filling each well with an explosive charge (explosive) and placing an airtight shell filled with water in it, characterized in that the airtight shell with water is placed inside the explosive charge, and the shell diameter is 0 , 2 - 0.4 of the diameter of the borehole charge.

2. The method according to claim 1, characterized in that the sealed shell is placed in the upper part of the borehole charge.

3. The method according to claim 1, characterized in that the lower end of the sealed shell is placed in the middle part of the borehole charge.