Введение к работе
Актуапьность работа. При подземной разработке месторождений полезных ископаемых одним из основных факторов, определяющих санитарно-гигиенические условия и безопасность труда, является запыленность рудничной атмосферы. Особенно катастрофические последствия вызывает взрыв пыли. Основным способом разрушения скальных пород является буровзрывной способ. При этом в процессе бурения шпуров в атмосферу шахты выделяется 50-60% пыли от ее общего количества. При производстве взрывных работ доля образующейся пыли достигает 30-40Z. На долю всех остальных горных процессов приходится лишь около iOZ общего выхода пыли. Применение традиционных способов пылеподавления: "мокрого" бурения, использование гидрозабойки, водяных завес и др. во многих случаях не обеспечивает снижение запыленности рудничной атмосферы до предельно допустимых концентраций (ПДК) и, в частности, не дает гарантии предотвращения взрывов сульфидной пыли.
Перспективным направлением повышения эффективности пылеподавления при механическом и взрывном разрушении горных пород является направленное изменение свойств и состояния разрабатываемого массива поверхностно-активными средами (ПС), действие которых основано на адсорбционном понижении поверхностной энергии тел (эффект Ребиндера). Качество дробления, а следовательно, и выход пыли при взрывном разрушении горных пород во многом определяются конструкцией заряда ВВ. Все выше изложенное определяет актуальность темы диссертации.
В основу диссертации положены результаты исследований по темам НИР СГИ, включенных в план Минвуза POICP на 1975-80 годы
(приказ Минвуза РСФСР N 489 от 19.11.76, тема N ГР 77006998, тема N ГР 76009500), по программе Совмина СССР на 1980-90 годы (постановление Совмина СССР N 1031 от 23.10.81, тема N ГР 01.83.0017895, тема N ГР 01.85.0011020, тема N ГР 01.83.0020014) и по проблемной тематике Минвуза РСФСР "Охрана и рациональное использование земных недр".
Цель работы - повышение эффективности пылеподавления путем направленного изменения свойств горных пород и параметров технологии их разрушения в комплексе буровзрывных работ.
Основная идея работы состоит в совместном использовании поверхностно-активных сред и конструкции заряда ВВ с инертным сердечником для снижения выхода пыли при производстве буровзрывных работ в скальных породах.
Научные положения, защищаемые в диссертации, и их новизна:
экспресс-метод косвенного определения свойств пород и потенциальной взрывоопасности сульфидных руд, отличающийся тем, что в его основе лежит впервые установленная комплексная взаимосвязь прочности и содержания пиритной серы со скоростью продольной волны в горных породах;
критерий оценки эффективности пылеподавления при бурении шпуров с промывкой растворами ПС, отличающийся тем, что в нем обоснована нелинейная зависимость выхода пыли от прочности и аб-разивности горных пород и установлено, что количественной мерой агрегирования частиц пыли за счет повышенной адсорбционной способности ПС служит коэффициент интенсивности смачивания, равный отношению влагоемкости пород применительно к ПС и воде;
зависимость выхода пыли при взрывном разрушении горных пород от пробивного расстояния заряда ВВ, скорости продольной упругой
волны и степени дефектности (трешиноватости) пород, учитывающая влияние на процесс пылеобразования поверхностно-активных сред;
впервые установлено, что эффективность использования инертного сердечника в конструкция заряда ВВ для снижения пылеобразования при взрывном разрушении сульфидных руд нелинейно возрастает с увеличением прочности разрушаемого массива и определяется отношением процентного содержания пылевых фракций, образующихся при взрывании заряда ВВ без сердечника и с инертным сердечником, что позволяет более обоснованно проектировать буровзрывные работы при разработке взрывоопасных сульфидных руд.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: представительным объемом статистических данных, использованных для установления взаимосвязей отдельных свойств горных пород и основных закономерностей пылеобразования при производстве буровзрывных работ; удовлетворительной сходимостью лабораторных и шачтных наблюдений; соответствием результатов расчета выхода пыли по установленным уравнениям фактическим данным; положительными результатами практического использования инертных сердечников в конструкции заряда ВВ и поверхностно-активных сред на шахтах.
Личный вклад автора заключается: в определении свойств и их взаимосвязи для горных пород Североуральских, Узельгинского и Дегтярского месторождений, в непосредственном участии в организации и проведении шахтных экспериментов; в разработке экспресс-метода косвенного определения свойств пород Дегтярского месторождения; в установлении оптимальных материалов и конструкции сердечника в заряде ВВ; в разработке и экспериментальной проверке расчетных методов оценки эффективности пылеподавления при производс-
тве буровзрывных работ.
Практическая ценность работы. Разработанный экспресс-метод позволяет оперативно прогнозировать свойства горных пород, в том числе потенциальную взрывооласность сульфидных руд. Предлагаемая конструкция зарядов ВВ с инертным сердечником и использование поверхностно-активных сред позволяют в несколько раз снизить выход пыли при производстве буровзрывных работ, что улучшает санитарно-гигиенические условия труда и резко уменьшает вероятность взрыва сульфидной пыли. Разработанные расчетные методы позволяют оценить эффективность предлагаемых способов борьбы с пылью в конкретных горно-геологических условиях.
Реализация работы. Разработанный экспресс-метод косвенного определения свойств и потенциальной взрывоопасности сульфидных руд Дегтярского медноколчеданного месторождения внедрен на Дег-тярском руднике. Методика оценки эффективности пылеподавления при бурении шпуров и скважин с промывкой растворами поверхностно-активных сред внедрена в АО "Севуралбокситруда" и в шестом военизированном горноспасательном отряде ВГСЧ Урала. Использование ПС в процессе бурения шпуров при проходке горных выработок на СУБРе позволило снизить запыленность рудничной атмосферы в забое не менее чем в 2 раза. Разработанное временное руководство по расчету и использованию конструкции зарядов ВВ с инертным сердечником использовано при проектировании и организации взрывных работ в мед-ноколчеданных рудах, что позволило в 1,5-2,5 раза снизить запыленность рудничной атмосферы и уменьшить вероятность воспламенения и взрыва сульфидной пыли. Основные результаты диссертации внедрены в учебный процесс Уральской государственной горно-геологической академии.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на VI Всесоюзной научной конференции вузов СССР с участием научно-исследовательских институтов (г. Москва, 1977, МГИ), на региональном совещании по проблеме "Рудоносные метасома-тические формации Урала" (Свердловск, УНЦ АН СССР, 1978 г.), на научно-технической конференции "Ускорение научно-технического прогресса е горной промышленности и развития геологоразведочных и геофизических работ на Урате в XI пятилетке" (Свердловск, СГИ, 1981 г.), на научно-технической конференции "Повышение эффективности горных работ на месторождениях Урала" (Свердловск, НТО Горнее, 1983 г.), на научно-техническом семинаре "Охрана труда на промышленных предприятиях" (Свердловск, ВНИИОТ, 1986 г.), на научно-технической конференции "Внедрение результатов научных исследований на горных и геологоразведочных предприятиях Урала" (Свердловск, СГИ, 1988 г.), на научно-технической конференции "Совершенствование технологии и техники горных и геологоразведочных работ на Урале" (Свердловск, СГИ, 1985 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, изложенных на 164 страницах машинописного текста, включая 14 таблиц, 39 рисунков, список использованных источников из 132 наименований и приложений.