анализ основных технологических и инженерно

ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 2015
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ РИСКОВ
УДК 622.271
АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ
МЕРОПРИЯТИЙ, НАПРАВЛЕННЫЕ НА СОКРАЩЕНИЕ ПЫЛЕГАЗОВЫХ
ВЫБРОСОВ ПРИ МАССОВЫХ ВЗРЫВАХ НА КАРЬЕРАХ
ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНОГО КОМБИНАТА
А.В. Звягинцева, А.Ю. Завьялова
Проведен анализ загрязнения окружающей среды пылегазовыми выбросами при взрывах на карьере горнообогатительного комбината ОАО «Михайловский» в городе Железногорске Курская область. Исследованы
источники образования пыли и ядовитых газов в атмосфере карьера и рассмотрен качественный и количественный состав пылегазовых выбросов при проведении взрывных работ. Произведен анализ процессов
пылеобразования при взрывах и расчет неорганизованных выбросов пыли и вредных газов в атмосферу при
взрывных работах на карьере Михайловского ГОКа. Произведен расчет неорганизованных выбросов пыли
и вредных газов в атмосферу при взрывных работах на карьере Михайловского ГОКа и определены основные параметры выбросов при взрывах (параметры облака поднимаемой пыли, концентрацию вредных веществ в облаке, объем валовых выбросов в атмосферу). Произведенный расчет концентраций вредных
веществ на момент проведения взрывных работ позволил сделать вывод, что концентрации оксида углерода, оксидов азота и пыли в атмосфере карьера многократно превышают ПДК. Это создает критическую ситуацию по загрязнению атмосферного воздуха рабочей зоны. Для решения этой проблемы предложен ряд
мероприятий и выбран наиболее эффективный метод борьбы с вредными выбросами с использованием поверхностно-активного вещества в качестве забойки взрывных скважин.
Ключевые слова: горно-обогатительный комбинат, пылегазовые выбросы, взрывы, взрывчатые вещества, карьер, атмосфера, загрязнение, качественная и количественная оценка
ВВЕДЕНИЕ
ОАО «Михайловский ГОК» – одно из трех действующих горнорудных предприятий бассейна
КМА. Профилем работ комбината является добыча и переработка богатых руд (производство аглоруды и доменной руды), добыча неокисленных железистых кварцитов и их обогащение, окускование
концентрата и окатышей.
Исследования в зонах влияния горно-обогатительных предприятий КМА, в частности Михайловского ГОКа показали, что открытый способ разработки достиг уровня развития, что стал оказывать
очень серьезное негативное воздействие на окружающую среду, вызывая ландшафтные изменения,
способствуя загрязнению прилегающих территорий, воздушного и водного бассейнов. В процессе
разработки месторождения полезного ископаемого в атмосферу карьера от ряда источников выделяются пыль и ядовитые газы. Интенсивность их выделения зависит от свойств и состояния горной породы, погодных условий, техники и технологии разработки, эффективности применения способов
подавления пыли и вредных газов. В этой связи запыленность и загазованность воздуха на рабочих
местах может изменяться в широких пределах [1-3].
Значительное влияние на состояние атмосферы карьера в целом и его отдельных участков оказывает наличие, состав и характер движущихся воздушных потоков, которые во многих случаях определяют количество приносимых, возникающих и выносимых из карьера вредностей, а иногда
являются и причиной интенсивного пылеобразования [4, 5].
Проведенный анализ выбросов в атмосферу карьера показал, что самыми опасными и вредными
для здоровья человека являются: формальдегид 16%, сероводород 24%, оксид углерода (II) 23%, оксид серы (IV) 19%. Образующаяся и летающая в атмосфере карьера пыль различается по минералогическому, химическому и дисперсному составам. Это обусловлено, природно-техногенными
условиями нарушенных земель, их размещением в различных природно-климатических зонах, освоенностью территорий. Минералогический и химический состав, образующийся в карьере пыли близок к минералогическому составу разрабатываемой породы, особенно непосредственно около
источника пылеобразования. Кроме того, на химический состав оказывает влияние производственные
процессы, связанные с выделением вредных газов. При этом наблюдается адсорбция вредных газов и
паров на поверхности пыли. Так, пыль, образовавшаяся при массовом взрыве, содержит следы оксида
углерода, до 0,475 мг/г акролеина и до 0,219 мг/г оксидов азота. Опасность представляет заболевание
_______________________________________________________________________________________________________________________
ЗВЯГИНЦЕВА, ЗАВЬЯЛОВА // ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 2015
2
горнорабочих силикозом, которое связано с вдыханием пыли, содержащей свободный диоксид кремния (SiО2). Содержание свободного диоксида кремния на уступах Михайловского карьера достигает
до 50%.
Величина ущерба, причиняемого нарушенными землями окружающей среде, определяется природно-техногенными условиями нарушенных земель, их размещением в различных природноклиматических зонах, освоенностью территорий. Ущерб, наносимый окружающей среде технологическими процессами горно-обогатительного комплекса, зависит от концентрации и вредности загрязняющих веществ.
Цель работы анализ процессов пылеобразования при взрывах и расчет неорганизованных выбросов пыли и вредных газов в атмосферу при взрывных работах на карьере горно-обогатительного комбината ОАО «Михайловский».
РАЗДЕЛ 1. АНАЛИЗ ИСТОЧНИКОВ ОБРАЗОВАНИЯ ПЫЛИ И ЯДОВИТЫХ ГАЗОВ В
АТМОСФЕРЕ ПРИ ВЗРЫВАХ НА КАРЬЕРАХ ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНОГО КОМБИНАТА
Дисперсный состав пыли зависит от ряда природных и технологических факторов. Например, при
шарошечном бурении скважин дисперсный состав пыли зависит от физико-механических свойств
буримой породы, типа шарошечного долота, скорости его вращения, усилия подачи, количество подаваемого в скважину сжатого воздуха, глубины скважин, способа борьбы с пылью. С удалением от
источника пылеобразования дисперсный состав пыли в факеле выброса изменяется за счет выпадения
более крупных фракций пыли. Так, содержание фракций менее 1,4 мкм на расстоянии 40 м от взорванного блока составляет 63 %, а на расстоянии 600 м - 80 %. Дисперсный состав пыли, полученный
счетным методом; на различных расстояниях от взрываемого блока при средней скорости ветра (4
м/с) приведен в табл. 1.
Таблица 1
Дисперсный состав пыли на различных расстояниях от взрываемого блока
Дисперсный состав пыли (%) при фракциях, мкм
Расстояние от взрываемого
блока
до 1,4
1,4-4
4-15
15-50
более 50
40
60
90
120
200
300
600
63,09
68,89
65,74
72,21
74,31
75,11
79,87
25,46
23,13
22,69
21,30
17,52
19,50
15,76
9,03
6,76
9,89
6,67
7,33
4,80
3,70
1,12
0,92
1,66
1,24
0,80
0,57
0,51
1,30
0,40
0,02
0,025
0,04
0,02
0,16
Воздух в карьере можно рассматривать как обычный атмосферный, в котором кроме азота
(78,08%), кислорода (20,95%), аргона (0,93%), углекислого газа (0,03%), водяных паров и тонкодисперсной пыли содержатся такие ядовитые газы и пары, как оксиды азота, оксид углерода, сероводород, сернистый газ и альдегиды. Состав представлен на рис. 1. В некоторых случаях, особенно при
оценке газообразных продуктов взрыва, используется понятие «условный оксид углерода», это собственно СО, образующиеся при взрыве ВВ, и диоксид азота, пересчитанный на СО (принимается 1 л
NО2 равным 6,5 л СО). Сероводород H2S в карьере выделяется из горной породы. Источниками выделения сернистого газа SO2 в карьере являются пожары и взрывы в породах с высоким содержанием
серы. Источниками выделения альдегидов, в частности формальдегида СН2О являются двигатели
внутреннего сгорания и термическое бурение.
© Институт прикладной геофизики имени академика Е.К.Федорова
ЗВЯГИНЦЕВА, ЗАВЬЯЛОВА // ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 2015
3
Рис. 1. Процентный состав загрязняющих веществ в воздухе рабочей зоны карьера
В соответствии с «Едиными правилами безопасности при разработке полезных ископаемых
открытым способом» (ЕПБ) содержание вредных газов в рабочей зоне карьера не должно превышать
величин, приведенных в табл. 2.
Таблица 2
Предельно допустимые концентрации для загрязняющих веществ в воздухе рабочей зоны
Газ
Предельно
допустимая
концентрация
мг/м3
% по объему
Акролеин
2
0,00008
Формальдегид
5
0,00016
Оксиды азота (в пересчете на N2О5)
5
0,0001
Оксид углерода
30
0,0024
Сероводород
10
0,00066
Сернистый ангидрид
Углекислый газ
10
—
0,00035
0,5
Основными источниками образования пыли и газа в карьере являются буровзрывные работы (до
35%), погрузочно-транспортные операции и пыль, осевшая на карьерных площадях. Для взрывания
горной массы в карьере МГОКа используют штатные ВВ на основе тротила и аммиачной селитры:
гранулотол, граммонит. На дробление горной массы расходуется часть энергии, выделяемой взрывчатым веществом. Основным разрушающим фактором при взрыве взрывчатых веществ (ВВ) в породе
являются волны напряжений, проходящие в среде и вызывающие перемещения частиц породы, разрушение ее и образование трещин. Установлено, что основным фактором, влияющим на состав и количество образующих вредных примесей, являются тип, количество, удельный расход ВВ и крепость
пород, высота уступов и диаметр скважин. При удельном расходе ВВ от 0,37 кг/м3 до 1,03 кг/м3 образуется от 0,17 кг пыли на 1 м3 горной массы. Максимальное количество пыли при массовых взрывах
образуется при взрывании магнетитовых роговиков крепостью 17-20 по шкале М.М. Протодъяконова.
В табл. 3 приведены данные по значениям показателей относительной агрессивности добываемых
пород, усл. т/т, где αт – показатель относительной агрессивности загрязняющего вещества, усл. т/т, αв
– показатель относительной агрессивности (средневзвешенный) выбрасываемых ингредиентов,
усл. т/т.
Интенсивность выделения пылегазового облака в атмосферу карьера возрастает при увеличении
длины скважинного заряда, способствующего преждевременному раскрытию воронки разрушения и
свободному истечению пыли газов. Высота заряда ВВ влияет на время воздействия взрывного импульса на разрушающую среду. Продолжительность воздействия продуктов детонации ВВ при взрыве высоких уступов увеличится в несколько раз. В зависимости от высоты уступа изменяется угол
4
ЗВЯГИНЦЕВА, ЗАВЬЯЛОВА // ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 2015
воронки разрушения, что влияет на процесс выхода в атмосферу карьера взрыва. Образующаяся в
момент взрыва пыль выносится из устья скважин и трещин в породе в виде пылегазового облака и
получает вертикальное развитие. Этот процесс назван формированием первичного пылегазового облака, это первый этап его формирования. Данные экспериментальных киносъемок процесса развития
взрыва показывают, что после производства массового взрыва пылегазовое облако распространяется
по всему объему карьера и, рассеивается за его пределами (рис. 2). Визуально фиксированное время
рассеивания пылегазового облака при различных метеоусловиях в карьере составляет в среднем от 20
до 40 минут, высота его подъема в среднем 400-600 м (в отдельных случаях до 800 м), дальность распространения достигает значений 14-17 км. Образующаяся в момент взрыва пыль выносится из устья
скважин и трещин в породе в виде пылегазового облака и получает вертикальное развитие. Этот процесс назван формированием первичного пылегазового облака, это первый этап его формирования.
При взрыве блока на подобранный уступ облако получает свое развитие и в направлении формирования развала. В этот момент образуется вторичное облако, это второй этап его формирования. Сформированное взрывом пылегазовое облако, увеличиваясь в объеме, перемещается на значительное
расстояние по высоте и дальности, загрязняя окружающую среду и прилегающие к карьеру большие
участки земной поверхности.
Рис. 2. Модельный процесс формирования пылегазового облака при массовых взрывах в карьере
Таблица 3
Значения показателей относительной агрессивности добываемых пород
на карьерах горно-обогатительного комбината
Значение показателя,
усл. т/т
αт
αв
Трудновыветриваемые скальные, магматические, метаморфиче- 1,0
0,1
ские и осадочные геохимические инертные породы
Связные несцементированные осадочные геохимические инерт- 1,0
0,2
ные породы
Связные осадочные быстровыветриваемые полускальные геохи- 2,0
0,2
мические инертные породы
Связные несцементированные осадочные породы и отходы обо- 10,0
0,5
гащения, кислые или содержащие легкорастворимые соли
Несвязанные несцементированные геохимические инертные оса- 11,0
0,2
дочные породы
Сцементированные осадочные карбонатные породы
25,0
0,3
Отходы обогащения несвязные, содержащие сульфидные серни- 89,0
0,3
стые, галоидные соединения
Отходы обогащения несвязные, содержащие мышьяковистые, 100,0
1,0
ртутные и другие токсичные соединения
Характеристика пород
В табл. 4 приведено количество вредных газов, выделяющихся при взрыве различных ВВ, используемых на Михайловском ГОКе Курская область. Выделяемые при взрыве в значительном объеме ядовитые газы – в основном оксид углерода (СО) и оксиды азота (NО2), зависят от марки ВВ и
кислородного баланса применяемого ВВ.
© Институт прикладной геофизики имени академика Е.К.Федорова
ЗВЯГИНЦЕВА, ЗАВЬЯЛОВА // ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 2015
5
Таблица 4
Количество вредных газов, выделяющихся при взрыве различных ВВ
Взрывчатое вещество
Гранэмит И-30
Гранэмит И-50
Гранулотол
Граммонит 79/21
Значения показателя удельного выделения вредных гаКислородный баланс, зов, л/кг
%
СО
СО2
N2
NО2
+0,1
27,0
78
215
0,21
+0,3
38,8
89,2
236
0,12
(-74) - (-76,2)
274,6
37,6
147,8
_
0 - (+0,3)
48,2
65,2
229
5,6
РАСЧЕТ НЕОРГАНИЗОВАННЫХ ВЫБРОСОВ ПЫЛИ И ВРЕДНЫХ ГАЗОВ В АТМОСФЕРУ
ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ НА КАРЬЕРЕ МИХАЙЛОВСКОГО ГОКА. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ, НАПРАВЛЕННЫЕ
НА СОКРАЩЕНИЕ ПЫЛЕГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ПРИ МАССОВЫХ ВЗРЫВАХ
Исходные данные для расчета выбросов загрязняющих веществ от взрывных работ:
1. Тип взрываемых пород: богатая руда, неокисленные кварциты, окисленные кварциты, девонские отложения.
2. Максимальный расход ВВ на взрыв - 1200 тонн; годовой расход ВВ – 30000 тонн; длительность
взрыва – 180 сек.
3. Тип ВВ: гранулотол, граммонит 79/21.
4. Крепость взрываемых пород: 12-18 по шкале М.М. Протодъяконова.
5. Объем взрываемых пород, м3: в среднем на взрыв 350 м3.
6. Глубина скважин, м: 7-21 п.м. Средний удельный расход ВВ: 1,2 кг/м3.
Большой расход взрывчатых веществ на один взрыв не дает возможности провести расчет выбросов и расчет рассеивания загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу в момент взрыва. Поэтому для удобства расчетов принято взять расход ВВ на один взрыв в количестве 30 тонн, то есть
пылегазовое облако условно разбивается на 40 аналогичных источников, применяемые параметры
для расчета сведены в табл. 5.
Таблица 5
Сводная таблица расчетов
Расчет основных параметров пылегазового облака производится на момент его максимального
развития при сохранении достаточно четких очертаний в соответствии с методиками [4-7].
1. Объем пылегазового облака ( V 0 ) рассчитывается по формуле (1):
V0 = 44000 ⋅ A1, 08 , м 3
где: A – количество взорванного взрывчатого вещества, A = 30 т.
(1)
6
ЗВЯГИНЦЕВА, ЗАВЬЯЛОВА // ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 2015
V0 = 44000 ⋅ 301, 08 = 1732781,1 м 3
(2)
2. Высота подъема пылегазового облака ( H 0 ) определяется по формуле (3):
H 0 = b ⋅ (164 + 0,258 ⋅ A) , м
(3)
где: b – безразмерный коэффициент, учитывающий глубину скважин, b =0,8.
H 0 = 0,8 ⋅ (164 + 0,258 ⋅ 1200) = 378,9 м
(4)
3. Температура газов в облаке ( T0 ) рассчитывается по формуле (3.20):
T0 = TВ + T ,°C
(5)
где: TВ – температура окружающего воздуха, °С; T – перегрев пылегазового облака относительно
окружающего воздуха, T =4,8 °С.
T0 = 22,9 + 4,8 = 27,7 °C .
(6)
Определение концентрации вредных веществ в облаке проведено в соответствии с методиками [4,
5].
1. Концентрация вредного вещества в пылегазовом облаке ( C ) определяется по формуле (7):
C=
109 ⋅ q ⋅ A 
r 
3
⋅ 1 −
 , мг / м
V0
100


(7)
где: q – удельное выделение вредного вещества при взрыве 1 т ВВ, т/т; при использовании гранулотола и граммонита справочное значение этой величины для случая выделения пыли составляет
q = 0,148. Для газов значения иные: при использовании гранулотола – q = 0,044 (по фактору CO ),
q = 0,0015 (по фактору NOX ); при использовании граммонита – q = 0,025 (по фактору CO ),
q = 0,0026 (по фактору NOX ); r – эффективность применяемых при взрыве средств пылегазоподавления, %; r =0.
10 9 ⋅ 0,148 ⋅ 30
C ВЗВ . В − ВА =
= 2562,4 мг / м 3 ;
1732781,1
(8)
при использовании гранулотола (по фактору CO ), формула (9):
С СО =
10 9 ⋅ 0,044 ⋅ 30
= 761,78 мг / м 3 ;
1732781,1
(9)
при использовании граммонита (по фактору CO ), формула (10):
C CO =
10 9 ⋅ 0,025 ⋅ 30
= 432,83 мг / м 3 ;
1732781,1
(10)
при использовании гранулотола (по фактору NOX ), формула (11):
С NO X
10 9 ⋅ 0,0015 ⋅ 30
=
= 25,97 мг / м 3 ;
1732781,1
( 11)
при использовании граммонита (по фактору NOX ), формула (12):
C NO X
10 9 ⋅ 0,0026 ⋅ 30
=
= 45 мг / м 3 .
1732781,1
(12)
Учитывая, что взрыв длится 3 мин. (180 с), объем газо-воздушной смеси будет равен, по формуле
(13):
1732781,1 м 3 ÷ 180 с = 9626,56 м 3 / с
(13)
Следовательно, максимально разовые выбросы загрязняющих веществ от пылегазового облака с
учетом осреднения будут равны, по формулам (14), (15), (16):
© Институт прикладной геофизики имени академика Е.К.Федорова
ЗВЯГИНЦЕВА, ЗАВЬЯЛОВА // ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 2015
3 ⋅ 60
= 2466,71 г / с
30 ⋅ 60
3 ⋅ 60
= (761,78 ⋅ 0,4 + 432,83 ⋅ 0,6) ⋅ 9626,56 ⋅ 10 −3 ⋅
= 543 г / с;
30 ⋅ 60
3 ⋅ 60
= (25,97 ⋅ 0,4 + 45 ⋅ 0,6) ⋅ 9626,56 ⋅ 10 −3 ⋅
= 36 г / с;
30 ⋅ 60
GВЗВ.В − ВА = 2562,4 ⋅ 9626,56 ⋅ 10 −3 ⋅
GCO
G NOX
7
(14)
(15)
(16)
Коэффициенты 0,4 и 0,6 учитывают относительные объемы применения гранулотола и граммонита на предприятии.
Таким образом, суммарные максимально разовые выбросы от пылегазового облака составят:
взвешенные вещества - 98668,4 г/с, оксид углерода - 21720 г/с, диоксид азота - 1440 г/с.
1. Годовой выброс пыли в атмосферу при взрывных работах определяется по формуле (17):
M ВЗВ.В − ВА = V0 ⋅ C ВЗВ. В − ВА = 3,011⋅ 109 м 3 / год ⋅ 2562,4 ⋅ 10 −9 т / м 3 = 7715,4 т / год
(17)
2. Годовой выброс газообразных вредных веществ на карьере составит:
M CO = 3,011⋅ 109 ⋅ (761,78 ⋅ 0,4 + 432,83 ⋅ 0,6) ⋅ 10 −9 = 1699,4 т / год
(18)
−9
9
M NOX = 3,011⋅ 10 ⋅ (25,97 ⋅ 0,4 + 45 ⋅ 0,6) ⋅ 10 = 112,58 т / год
(19)
Выброс пыли в пылегазовом облаке составляет 100 % от взрыва, а выброс газообразных веществ
составляет в облаке 70 % от взрыва и в горной массе 30 % от взрыва.
Таким образом, валовые выбросы от пылегазового облака составят:
М ВЗВ. В − ВА = 7715,4 т / год;
(20)
M CO = 1699,4 ⋅ 0,7 = 1189,58 т / год;
(21)
M NOX = 112,58 ⋅ 0,7 = 78,01 т / год;
(22)
Валовые выбросы от горной массы:
M CO = 1699,4 ⋅ 0,3 = 509,82 т / год;
(23)
M NOX = 112,58 ⋅ 0,3 = 33,77 т / год;
(24)
Результаты расчетов представлены в табл. 6.
Таблица 6
Выбросы загрязняющих веществ при массовых взрывах
Загрязняющее вещество
Концентрация в пылегазовом облаке,
мг/м3
Предельно допустимые концентрации, мг/м3
Годовой выброс
вредных веществ,
т/год
Взвешенные вещества
2562,4
0,15-0,5
7715
Углерода оксид
Азота диоксид
564,41
37,4
30
5
1699,4
112,58
Из табл. 6 видно, что при взрыве концентрации оксида углерода и оксидов азота в атмосфере карьера и близлежащей жилой зоне (без учета фонового загрязнения) на момент проведения взрывных
работ превышает предельно допустимые концентрации соответственно в 19 и 7,5 раза. Основным
вредным фактором воздействия массовых взрывов на окружающую среду является пылевое загрязнение. Выбросы пыли от взрыва при использовании максимального расхода ВВ в атмосферу карьера
превышают предельно допустимые концентрации в 5125 раз. Произведенный расчет концентраций
вредных веществ на момент проведения взрывных работ позволяет сделать вывод, что концентрации
оксида углерода, оксидов азота и пыли в атмосфере карьера многократно превышают ПДК. Это создает критическую ситуацию по загрязнению атмосферного воздуха рабочей зоны. Поэтому на
МГОКе необходимо внедрение новых, более эффективных методов для подавления выбросов пыли
8
ЗВЯГИНЦЕВА, ЗАВЬЯЛОВА // ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 2015
при массовых взрывах, так как применяющиеся в настоящее время методы недостаточно эффективны.
Анализ литературных данных показывает [1-9], основные технологические и инженернотехнические мероприятия, направленные на сокращение пылегазовых выбросов при массовых взрывах на карьерах можно обобщить в табл. 7. К предложенным нами технологическим мероприятиям
следует отнести в первую очередь взрывание скважин с меньшим диаметром и большей высотой. Это
способствует уменьшению зоны пластической деформации и снижению высоты пылегазового облака, то есть количество выбрасываемой пыли.
Сокращение количества выделяющейся пыли в момент взрыва можно достичь путем взрывания в
зажатой среде или на неубранную горную массу. При отрицательных температурах снижение пылевыделения в процессе взрыва возможно за счёт нанесения слоя искусственного снега на взрываемый
блок и прилегающую территорию с расходом 8-13 кг/м3 поверхности. Это мероприятие позволяет в 35 раз снизить поступление пыли в атмосферу. К технологическим мероприятиям следует отнести в
первую очередь взрывание скважин с меньшим диаметром и большей высотой. Это способствует
уменьшению зоны пластической деформации и снижению высоты пылегазового облака, то есть количество выбрасываемой пыли. Сокращение количества выделяющейся пыли в момент взрыва можно достичь путем взрывания в зажатой среде или на неубранную горную массу. При ширине
буферного слоя до 25-30 м уменьшается или вообще почти не образуется вторичное пылегазовое облако. Перспективным способом борьбы с пылью при взрывных работах является гидрозабойка. Эффективность гидрообеспыливания с помощью внешней гидрозабойки составляет 53 %, внутренней –
50 %, комбинированной – 89 %. Общим недостатком является большой расход воды, высокая трудоемкость подготовки блока к взрыву и сложность применения в условиях отрицательных температур
из-за возможного замерзания воды.
Таблица 7
Основные технологические и инженерно-технические мероприятия,
направленные на сокращение пылегазовых выбросов при массовых взрывах
Мероприятия
Эффективность
Взрывание высоких уступов
Способствует уменьшению пылегазового облака в 1,25-1,3
раза
Взрывание на неубранную горную массу Сокращается или вообще не образуется вторичное пылегазовое облако (отсутствие пылевыделения со стороны развала)
Применение гидрозабойки скважин
Сокращение пыли в пылегазовом облаке на 30-80 % и
уменьшение количества оксидов азота в 1,5-2 раза
Использование снежно-ледяной забойки Пылевыделение сокращается в 5-10 раз
в зимнее время
Нанесение слоя искусственного снега на Позволяет в 3-5 раз снизить поступление пыли в атмосферу
взрываемый блок и прилегающую территорию
Применение гидроминного способа
Подавление пыли на 30 %
Применение гидрогеля
Эффективность гидрогелевой забойки при её высоте 2-4 м
достигает 34-54 %
Добавление в заряды ВВ гашёной изве- Снижает концентрацию ядовитых окислов в 10-50 раз
сти, соды или мела
Орошение взорванного блока с помо- Подавление пыли в атмосфере карьера при взрыве достигает
щью водно-воздушных струй, создавае- 70-80 %, предотвращает взметывание пыли с уступов на 25мых реактивной установкой
40%
Применение водных растворов ПАВ
Эффект пылеподавления достигает 80-99 %
Для отработки мероприятий по пылеподавлению в условиях карьера МГОКа был выбран композиционный смачиватель пыли СМАП-А. В состав СМАП-А входят два компонента. Один представляет синтетический биоразлагаемый пенообразователь ТЭАС общего назначения на основе
© Институт прикладной геофизики имени академика Е.К.Федорова
ЗВЯГИНЦЕВА, ЗАВЬЯЛОВА // ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 2015
9
триэтаноламиновых солей алкилсульфатов с углеводородным радикалом С10-С13 или С7-С12, эмпирическая формула: CnHn+1OSO3NH(C2H4OH)3. Вторым составляющим компонентом смеси является
неионогенный ПАВ фенол АФ9-12, представляющий смесь полиэтиленгликолевых эфиров и моноалкилфенолов с эмпирической формулой: C9H19C6H4O(C2H4O)12H. Лабораторно-полигонные исследования показывают, что применение смачивателя СМАП-А в качестве забойки обеспечивает
подавление пыли в режиме взрывного выброса в пределах 60-90 % в сравнении с выбросами без применения забойки и в среднем на 50 % - в сравнении с водой. А также применение водного раствора
СМАП-А с концентрацией 0,6-1,5 % обеспечивает при взрыве нейтрализацию вредных газов в пересчете на условную окись углерода 29-38 %. Наибольший газонейтрализующий эффект отмечается по
отношению к окидам азота. Добавка смачивателя СМАП-А в воду в количестве до 1 % масс снижает
поверхностное натяжение водного раствора (σ) при 20 °С в 2 раза в сравнении с водой. Причем интенсивное снижение сил поверхностного натяжения достигается уже при концентрации ПАВ в растворе 0,0625 % масс (табл. 8).
Таблица 8
Влияние концентрации СМАП-А на снижение силы поверхностного натяжения водного раствора
Концентрация
раствора, % масс
σ, мН/м
0,005
0,0002
0,0625
0,125
0,250
0,500
1,0
72,8
65,1
35,2
35,1
35,0
34,9
345
Эффективность локализации водным раствором СМАП-А пылегазовых выбросов массовых взрывов в условиях карьера МГОКа показана в табл. 8. Приведены показатели сравнения выбросов на
блоках карьера при взрывах с применением ПАВ и без него.
Таблица 9
Показатели взрывов опытного и контрольного блоков карьера
Показатели взрыва
Высота уступа
Глубина скважин
Диаметр скважин
Длина неактивной части скважины
Объем взорванной горной массы
Длина и ширина блока
Общая масса ВВ
Масса ВВ на 1 скважину
Удельный расход ВВ
Расход товарного ПАВ на блок
Масса водного раствора ПАВ на 1
скважину
Концентрация рабочего раствора
ПАВ
Длина забойки водным раствором
ПАВ
Единицы
измерения
м
м
мм
Блок 51К-60
Блок 47К-60
16-17,5
17,0- 19,0
450-500
16,0-17,5
17,0-18,5
430-520
м
6,0
5,0-6,0
тыс.т.
м
Кг
80,8
150x36
85376
40,0
100x28
38825
Кг
730-1790
880-1740
кг/м3
л
1,056
80,0
0,97
-
л
125
-
%
0,3
-
м
2,2-3,0
-
Забойка скважин водным раствором СМАП-А 0,1-0,3%-ной концентрации в количестве 100-130 л
на одну скважину в условиях проведения взрывов, обеспечила снижение высоты пылегазового выброса в эпицентральной зоне в 1,6-2,2 раза впервые 2 сек активного развития взрыва в сравнении с
взрывами без забойки.
Активное действие избыточного давления газообразных продуктов в атмосфере, как на опытных,
так и на контрольных блоках наблюдается в пределах 10 секунд, после чего объемное развитие и перемещение газообразного облака в атмосфере продолжается преимущественно под действием ветро-
ЗВЯГИНЦЕВА, ЗАВЬЯЛОВА // ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 2015
10
вой нагрузки. При этом пылегазовое облако при взрыве блоков с применением забойки скважин раствором СМАП-А уже через 30-40 сек с момента взрыва, подвергается интенсивному распаду и разложению. Высота подъема и объемная интенсивность развития пылегазового облака опытных блоков
в сравнении с контрольными замерами в условиях эксперимента в результате смачивающего и коагулирующего действия диспергированного водного раствора СМАП-А за 60-90 сек с момента взрыва,
была снижена соответственно в 2-3 раза и в 2,2-7,0 раз.
ВЫВОДЫ
1. Исследованы источники образования пыли и ядовитых газов в атмосфере карьера.
2. Дана качественная и количественная оценка компонентов пылегазовых выбросов при выполнении массовых взрывов.
3. Произведенный расчет концентраций вредных веществ на момент проведения взрывных работ
позволяет сделать вывод, что концентрации оксида углерода, оксидов азота и пыли в атмосфере карьера многократно превышают ПДК. Это создает критическую ситуацию по загрязнению атмосферного
воздуха рабочей зоны. Для решения этой проблемы предложен ряд мероприятий и выбран наиболее
эффективный метод борьбы с вредными выбросами с использованием поверхностно-активного вещества в качестве забойки взрывных скважин.
ANALYSIS OF THE BASIC TECHNOLOGICAL AND ENGINEERING
MEASURES AIMED AT REDUCING DUST AND GAS
EMISSIONS MASS EXPLOSION AT THE QUARRY
MINING AND PROCESSING PLANT
A.V. Zvyagintseva, A.Y. Zavyalova
The analysis of the pollution dust and gas emissions in the explosions at the quarry mining and processing enterprise of JSC «Mikhailovsky" in Zheleznogorsk, Kursk region, was held. We investigate the source of dust and poisonous gases in the atmosphere Career and considered the qualitative and quantitative composition of the dust and
gas emissions during blasting. Analysis of the processes of dust explosions and calculation of fugitive dust and
harmful gases into the atmosphere from blasting at the quarry Mikhailovsky GOK were produced. The calculation
of fugitive dust and harmful gases into the atmosphere from blasting at the quarry Mikhailovsky GOK and the main
parameters of the emission in the explosions (parameters dust cloud rises, the concentration of harmful substances
in the cloud, the volume of total emissions into the atmosphere). The calculations of concentrations of hazardous
substances at the time of blasting led to the conclusion that the concentration of carbon monoxide, nitrogen oxides
and dust in the atmosphere of a career many times higher than the MPC. This creates a critical situation of air pollution of the working area. To solve this problem, we proposed a number of measures and select the most effective
method of dealing with harmful emissions when used surface-active agent as tamping blast holes.
Keywords: mining and processing plant, dust and gas emissions, explosions, explosives, quarry, atmosphere, pollution, qualitative and quantitative assessment
ЛИТЕРАТУРА
1. Томаков П.И., Наумов И.К. Технология, механизация и организация открытых горных работ.
– М.: МГИ, 1992. – 464 с.
2. Калашников А.Т., Симкин Б.А., Паничев В.И. Экологические трудности железорудных предприятий. - Горный журнал, 1992, № 7 - С. 52-55.
3. Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. – М.: МГИ, 1992. – 449 с.
4. Михайлов А.И. Охрана окружающей среды на карьерах. - Киев: Высшая школа, 1990. 186 с.
5. Бересневич П.В., Лобода А.И. Способы и средства борьбы с вредными газами в железорудных
карьерах //Черная металлургия: Бюл. НТИ.- 1991. - №3.- С. 4-13.
6. Бондаренко Н.М., Перегудов В.В., Киковка Е.И. и др. Методы снижения выбросов пыли и
газов при массовых взрывах в карьерах и шахтах. - Горный журнал, 1992, №10 - с.46-49.
© Институт прикладной геофизики имени академика Е.К.Федорова
ЗВЯГИНЦЕВА, ЗАВЬЯЛОВА // ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 2015
11
7. Бересневич П.В., Наливайко В.Г. Снижение выбросов пыли и вредных газов в атмосферу
карьеров и окружающую среду при массовых взрывах. - Черметинформация, сер.
Горнорудное производство. 1989, вып. 4, с. 24.
8. Борьба с запыленностью и загазованностью карьеров / Филатов С.С., Конорев М.М., Подвысоцкий и др. // Безопасность труда в промышленности. - 1989. - №9. - С. 46-49.
9. Болотов A.M., Головин Б.А., Головина Н.И. Пылеподавляющие свойства водных растворов
триэтаноламиновых солей алкилсульфатов. - Горный журнал, 1980, №5 - С. 54-55.