Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
КАТАНОВ ИГОРЬ БОРИСОВИЧ ОБОСНОВАНИЕ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ВЗРЫВНЫХ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕНОГЕЛЕОБРАЗУЮЩИХ СОСТАВОВ ПРИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Специальность:
25.00.22 Геотехнология (подземная, открытая и строительная)
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Кемерово 2007
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Кузбасский государственный технический университет Научный консультант - доктор технических наук Сысоев Андрей Александрович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, старший научный сотрудник Кортелев Олег Борисович;
доктор технических наук, профессор Косолапов Александр Иннокентьевич;
доктор технических наук, старший научный сотрудник Кушнеров Петр Иванович Ведущая организация - ООО Кузбассразрезуголь-Взрывпром
Защита состоится л 27 марта 2008 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.102.02 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Кузбасский государственный технический университет по адресу: 650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Кузбасский государственный технический университет.
Автореферат разослан л 25 февраля 2008 г.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
АКТУАЛЬНОСТЬ. Эффективность добычи полезных ископаемых открытым способом в значительной степени предопределяется качеством подготовки горной массы к экскавации, которое оценивается, в частности, равномерностью гранулометрического состава, размером среднего куска, коэффициентом разрыхления и параметрами развала взорванной горной массы. Существующие средства и методы управления качеством взрывной подготовки вскрышных пород распространяются в основном на зону регулируемого дробления, которая подвергается активному совокупному воздействию всех компонентов действия взрыва - ударных волн, прямых и отраженных волн напряжений, расширяющихся газообразных продуктов детонации (ПД). Эта часть массива снизу ограничивается плоскостью подошвы взрываемого уступа, а сверху некоторой поверхностью, образованной зонами разрушений породы от предыдущего взрыва.
Зона, находящаяся в верхней части уступа, является (по существующей терминологии) зоной нерегулируемого дробления. Будучи частично разрушенной при взрывной подготовке верхнего уступа, она не подвергается воздействию волновых процессов в связи с интенсивным их затуханием и испытывает только фугасное действие расширяющихся ПД. Между тем влияние этой зоны на общее качество взрывной подготовки достаточно велико - коэффициент разрыхления здесь относительно ниже по сравнению с зоной регулируемого дробления. Кроме того, она является основным источником негабаритных фракций. На разрезах Кузбасса ежегодно подвергается взрывной подготовке около 250 млн. м3 вскрышных пород. В зону нерегулируемого дробления попадает до 55 млн. м3. Выход негабарита достигает 400Ц550 тыс. м3. На вторичное его дробление требуются дополнительные затраты в размере от 17 до 20 млн. руб. в год. При этом экологическая нагрузка на окружающую среду значительно повышается.
Единственная возможность повысить качество подготовки горной массы из зоны нерегулируемого дробления заключается в усилении фугасного действия ПД за счет увеличения времени их воздействия на массив. Задержка истечения ПД из скважин осуществляется путем забойки их верхней части, где не размещается заряд взрывчатого вещества (ВВ). В практике ведения взрывных работ в качестве забойки наиболее часто используется буровая мелочь. Экспериментально исследован более широкий круг материалов и специальных конструкций забоек, ряд из которых повышает качество взрывной подготовки массива по сравнению с забойкой из буровой мелочи. Одной из них является забойка из твердых пористых материалов (полистирол, шлак и др.), которая обладает свойством усиления фугасного действия взрыва.
Несмотря на свои преимущества, твердые пористые материалы, применяемые в качестве забойки, не способны снизить негативное экологическое воздействие взрывных работ, которое проявляется в виде образования и распространения пылегазового облака (ПГО). При существующих объемах взрывных работ на разрезах Кузбасса ежегодно в атмосферу выбрасывается до 15 тыс. т пыли. Этот фактор ощутимо влияет на экологическую обстановку в регионе. Поэтому в настоящее время необходимо рассматривать более широкую категорию качества - качество взрывных работ, которое характеризуется не только параметрами подготовки непосредственно горной массы, но и совокупностью показателей, связанных с экологическими последствиями взрывных работ - концентрацией пыли в ПГО и размерами зоны его рассеивания.
С учетом сказанного, повышение качества подготовки массива взрывным способом при одновременном снижении его экологических последствий в виде выбросов мелкодисперсной пыли следует рассматривать как актуальную научнотехническую проблему, решение которой позволит повысить качество взрывных работ и эффективность открытой геотехнологии в целом. Одно из направлений решения проблемы заключается в использовании низкоплотных забоечных материалов на основе пеногелей, обладающих свойствами усиления фугасного действия взрыва, а также пылеподавления, поскольку содержат в своем составе воду, которую частично можно использовать при осушении взрывных скважин. Целесообразность использования пеногелеобразующих составов при ведении взрывных работ обеспечивается возможностью достаточно простой механизации приготовления забойки из доступных материалов с помощью модернизированных осушающих машин, имеющихся на карьерах.
Эти обстоятельства обусловили тему исследований, цель, задачи, структуру и содержание диссертационной работы.
ЦЕЛЬ - обоснование и разработка способов и средств повышения качества подготовки вскрышных пород взрывным способом при одновременном снижении его негативных экологических последствий.
ИДЕЯ работы заключается в использовании свойства низкоплотных пористых забоек на основе пеногелеобразующих составов повышать качество подготовки вскрышных пород взрывным способом с последующим подавлением пыли, инициируемой взрывом, жидким компонентом забойки.
ПРЕДМЕТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ являются взаимосвязи свойств пеногелеобразующих составов, в которых изменяется соотношение газообразного и жидкого компонентов, с качеством взрывных работ на карьерах.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ:
Ц исследовать и установить закономерности изменения пространственновременных параметров фугасного действия продуктов детонации скважинных зарядов ВВ с низкоплотной пористой (пеногелевой) забойкой;
Ц обосновать рациональное соотношение газообразного и жидкого компонентов в пеногелеобразующем составе, используемом для формирования неактивной части скважинного заряда, который обеспечивает увеличение времени задержки выброса газообразных продуктов детонации и эффективность пылеподавления;
Ц исследовать условия применения скважинных зарядов с пеногелевой забойкой;
Ц обосновать рациональные параметры буровзрывных работ, обеспечивающих заданное качество дробления и снижение зоны распространения пыли;
- разработать технологию подготовки вскрышных пород взрывным способом с использованием пеногелеобразующих составов с заданным соотношением исходных компонентов;
- определить основные параметры и технико-экономические показатели технологии ведения взрывных работ на карьерах с использованием пеногелеобразующих составов.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:
- системный анализ и обобщение результатов теоретических исследований, лабораторных, стендовых и промышленных экспериментов;
- математическое и физическое моделирование процесса подготовки горного массива взрывным способом при использовании пеногелеобразующих составов в качестве забойки;
- лабораторные методы исследования с использованием взрывных камер и специально изготовленных стендов;
- сейсмическое зондирование зоны разрушения массива;
- фотопланиметрический метод оценки гранулометрического состава взорванной горной массы;
- видеосъемка процессов формирования и динамики развития пылегазового облака;
- статистические методы обработки результатов наблюдений.
НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:
- увеличение времени воздействия продуктов детонации скважинных зарядов происходит в результате пережатия неактивной части скважин породой, которое обусловлено более интенсивным затуханием ударной волны в низкоплотной пористой забойке; пережатие величиной 20Ц30 радиусов заряда начинает формироваться на расстоянии 2Ц3 радиусов заряда от границы раздела ВВ-забойка;
- рациональное объемное соотношение газообразного и жидкого компонентов в пеногелевой забойке, обеспечивающее заданное качество дробления горного массива и максимально возможную при этом эффективность подавления пыли, составляет 2:1; при этом задержка времени до начала истечения продуктов детонации увеличивается в 1,85 раза, а зона эффективного рассеивания пыли снижается в 1,8Ц2 раза;
- применение скважинных зарядов ВВ с пеногелевой забойкой целесообразно в условно сухих и в предварительно осушенных скважинах с высотой столба воды до половины ее высоты при притоке, не превышающем 700 л/ч, с уплотнением заряда ВВ и забойки не более чем на 7Ц10 %;
- ведение взрывных работ с пеногелеобразующими составами позволяет расширить параметры сетки скважин (в зависимости от категории пород по блочности) по сравнению с использованием забойки из буровой мелочи в 1,1Ц1,2 раза;
- технология подготовки вскрышных пород взрывным способом на карьерах с использованием пеногелеобразующих составов осуществляется при помощи осушающе-забоечной машины, которая позволяет удалять до 89 % воды из скважин и приготовлять 25 м3 растворов исходных компонентов пеногелеобразующих составов с последующей забойкой до 230 скважин в смену;
- эффективность технологии ведения взрывных работ с использованием пеногелеобразующих составов обусловлена снижением в 1,2Ц1,3 раза среднего диаметра куска взорванной горной массы на поверхности развала и повышением производительности экскаваторов на 18 %.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ:
Ц в аналитическом обосновании изменения пространственно-временных параметров взрывной волны в горном массиве и материале забойки, определяющих время воздействия продуктов детонации и величину пережатия скважины, взаимосвязь которых способствует усилению фугасного эффекта;
Ц экспериментально установленном эффекте сдерживания выброса продуктов взрыва и снижения концентрации пыли при использовании в конструкции скважинного заряда низкоплотной забойки с рациональным объемным содержанием пеногелеобразующих компонентов, воды и воздуха;
Ц экспериментальном определении производственных условий, в которых использование пеногелеобразующих составов эффективно;
Ц обосновании рациональных параметров буровзрывных работ при использовании пеногелеобразующих составов для забойки скважин;
Ц обосновании способов использования пеногелеобразующих составов и технических решений, обеспечивающих их применение при ведении взрывных работ на карьерах;
Ц оценке эффективности разработанной технологии по параметрам, характеризующим качество подготовки вскрышных пород к экскавации и производительности выемочно-погрузочного оборудования.
ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ ПОДТВЕРЖДАЕТСЯ:
Ц использованием современных, широко апробированных лабораторных методов и аппаратуры;
Ц сопоставимостью результатов представительного объема лабораторных исследований, натурных наблюдений и экспериментов на разрезах Кузбасса в различных горно-геологических условиях;
Ц сходимостью расчетных и фактических значений параметров, характеризующих зоны дробления массива и рассеивания ПГО при взрывании скважинных зарядов с пеногелевой забойкой;
Ц положительными результатами опытно-промышленных испытаний технологии ведения взрывных работ с пеногелеобразующими составами.
ИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА ЗАКЛЮЧАЕТСЯ:
Ц в выборе направления и постановке задач повышения качества взрывной подготовки горной массы в зоне нерегулируемого дробления;
Ц обосновании взаимосвязей параметров, характеризующих фугасное действие взрыва скважинного заряда, с переменным объемным содержанием воздуха, защемленного в материале низкоплотной пористой забойки;
Ц определении рационального состава пеногелевой смеси;
Ц установлении закономерностей изменения технологических характеристик пеногелевой смеси в зависимости от условий ее применения, а также показателя эффективности удаления воды из скважин смесью сжатого воздуха с пенообразующим веществом в зависимости от соотношения сечений затрубного пространства скважины и шланга, подающего смесь;
Ц определении эффективности снижения запыленности атмосферы по длине зоны рассеивания при взрыве заряда ВВ с пеногелевой забойкой;
Ц обосновании и разработке технических и технологических решений, обеспечивающих эффективное применение пеногелеобразующих составов в производственных условиях.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы состоит в том, что применение:
Ц способа забойки взрывных скважин, основанного на установленных закономерностях изменения параметров ударных волн в низкоплотных забоечных материалах и горном массиве, позволяет использовать пеногель в качестве забойки;
Ц лабораторных стендов позволяет имитировать горный массив, приток воды и ее удаление из скважин, что дает возможность исследовать условия применения скважинных зарядов с пеногелевой забойкой;
Ц установленных зависимостей изменения радиусов зоны разрушения массива горных пород различных категорий по блочности позволяет увеличить параметры сетки скважин;
Ц технических средств обеспечивает возможность использования пеногелевых составов с заданными параметрами для удаления воды из скважин и приготовления пеногелевой забойки;
Ц пеногелевой забойки при взрывных работах в условиях разрезов Кузбасса обеспечит повышение производительности экскаваторов на 18 %, а снижение зоны рассеивания мелкодисперсной пыли пылегазового облака в 1,8Ц2 раза.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Научные обоснования и выводы, полученные в результате исследований, использованы при разработке технических заданий на изготовление:
- лабораторной установки по определению характеристик устойчивости скважинных зарядов в обводненных условиях;
- стенда для определения возможности удаления воды из скважин сжатым воздухом с пенообразующим веществом;
- машины для пеногелевой забойки взрывных скважин (МПЗ);
- машины для удаления воды и пеногелевой забойки взрывных скважин (МОЗ).
Разработаны Технические условия на пеногелевую забойку взрывных скважин для открытых горных работ ТУ 12.017 3987.001-92.
Разработано Руководство по приготовлению и применению пеногелевой забойки взрывных скважин на открытых горных работах, утвержденное ОАО Взрывпром юга Кузбасса.
Результаты исследований используются в Кузбасском государственном техническом университете при чтении курса лекций по дисциплине Горное дело и окружающая среда, а также при дипломном проектировании по специальности Открытые горные работы.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации докладывались на электронной конференции МЭИ Топливо и энергетика научно-технической программы Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники (Москва, 2002 г.); Х Международной научнопрактической конференции Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири.
Сибресурс 2004 (Кемерово, 2004 г.); Международных научно-практических конференциях Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности (Кемерово, 2004Ц2005 гг.); VI Международной научно-практической конференции Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах (Кемерово, 2005 г.); заседании расширенного научнотехнического семинара отдела открытых горных работ ФГУП ВНИИПИпромтехнологии (Москва, 2007 г.); на технических совещаниях при главных инженерах угольных разрезов Краснобродский, Бачатский, Кедровский, ОАО Взрывпром юга Кузбасса и на карьере Мурунтау (1991Ц2006 гг.).
ПУБЛИКАЦИИ. Результаты исследований опубликованы в 26 печатных работах, включая 6 авторских свидетельств и один патент на изобретение.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и приложений, изложена на 255 страницах, содержит 22 таблицы, 83 иллюстрации и библиографию из 188 наименований.
Технические и технологические решения работы внесены в план перспективного развития карьера Мурунтау (Узбекистан).
Автор выражает глубокую благодарность доктору технических наук А. А. Сысоеву за полезные консультации, кандидатам технических наук В. П. Доманову, М. П. Ворошилову и В. И. Тимошину за помощь и участие в проведении экспериментальных исследований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. В основе современных методов управления качеством подготовки горной массы взрывным способом заложены идеи, сформулированные Н.В. Мельниковым, развитые теоретическими и экспериментальными исследованиями Ф. А. Баума, Л. И. Барона, О. Е. Власова, В. М. Гоголева, Б. Н. Кутузова, М. В. Мачинского, И. Ф. Оксановича, В. Н. Падукова, Г. И. Покровского, В. Н. Родионова, А. Н. Ханукаева, Е. И. Шемякина и других отечественных и зарубежных ученых. В результате этих работ сформулированы представления о том, что удельный расход ВВ, пространственное размещение заряда в массиве, схемы инициирования зарядов, величина, конструкция и материал забойки предопределяют качество подготовки горной массы к экскавации. Поэтому исследования А. В. Бирюкова, М. Ф. Друкованного, Э. И. Ефремова, А. И. Косолапова, И. А. Паначева, Н. Я. Репина, В. В. Ржевского, А. А. Сысоева, А. С. Ташкинова, Е. Ф. Шешко и др. состояли в разработке рациональных параметров скважинных зарядов. Работы Г. П. Демидюка, Э. О. Миндели, М. Ф. Друкованного, А. С. Ташкинова, П. И. Кушнерова и др. посвящены, в частности, изучению влияния величины несжимаемой забойки на качество подготовки горной массы взрывным способом, а исследования И. Ф. Жарикова, Л. П. Марченко, Н. П. Сеинова, В. С. Прокопенко, И. В. Тимошина и др. - использованию, для достижения той же цели, зарядов с воздушными промежутками и продольными полостями. Однако даже при рациональных параметрах буровзрывных работ несжимаемая забойка (буровая мелочь, отсев, песок, глина, гидрозабойка и др.), наиболее часто применяемая в производственных условиях, не всегда обеспечивает качественную подготовку породы, прилегающей к горизонтальной открытой поверхности. Слой породы мощностью 2Ц4 м, разрушенный в перебурах предыдущего взрыва и способствующий затуханию волн напряжений, образует зону нерегулируемого дробления, являющуюся источником негабаритных фракций.
Повышение же удельного расхода ВВ выше некоторого предела не дает ощутимых результатов улучшения качества дробления вскрышных пород. Оно становится экономически невыгодным и резко увеличивает выделение пыли.
В работах Е. Г. Баранова, В. А. Безматерных, Г. П. Берсенева, М. И. Жаркенова, Б. Н. Кутузова и др. отмечено, что повышение качества дробления породы в верхней части уступа наблюдается при заполнении неактивной части скважинного заряда твердыми низкоплотными пористыми материалами (древесными опилками, пенополистиролом). Однако их использование также не исключает повышенного загрязнения атмосферы. В этой связи вопросам образования и распространения ПГО при массовых взрывах посвящен ряд работ В. В. Адушкина, П. В. Берсеневича, Н. М. Бондаренко, А. А. Гурина, С. А. Кожухова, В. А. Михайлова, И. В. Фурса, Г. А. Янченко и др. Основными результатами этих исследований являются инженерно-технические мероприятия по подавлению пыли с применением воды и, в частности, гидрозабойки. В то же время известно, что гидрозабойка чаще всего формируется за счет естественного притока подземных вод. В сухих породах применение гидрозабойки сопряжено с существенными технологическими сложностями (большими объемами перевозимой воды и изолирующими оболочками), и поэтому она зачастую не используется.
Таким образом, несмотря на достижение определенных результатов, возможности повышения качества подготовки горной массы взрывным способом и снижения его экологической опасности, выявлены неполностью. Поэтому основным научным направлением дальнейшего развития системы управления качеством взрывных работ следует, по нашему мнению, считать обоснование возможности повышения фугасного эффекта взрыва (без увеличения удельного расхода ВВ). Увеличение пространственно-временных параметров разрушения горного массива в зоне, традиционно считавшейся зоной нерегулируемого дробления и перераспределение части энергии ВВ, инициирующей пылегазовые выбросы, в энергию, формирующую качество подготовки горной массы к экскавации, представляет интерес для исследований. Использование недефицитных компонентов для приготовления забоечного материала из растворов на основе карьерных вод, удаляемых из взрывных скважин при их осушении, снижение трудоемкости забоечных работ средствами механизации взрывного комплекса, обеспечивающего приготовление вспененного забоечного материала на жидкой основе (пеногеля) на месте производства взрывных работ, рассматриваются как средства повышения качества взрывных работ.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНОГО МАССИВА ПРИ ЗАБОЙКЕ ВЗРЫВНЫХ СКВАЖИН ПОРИСТЫМИ МАТЕРИАЛАМИ. Влияние забойки на качество подготовки горной массы может быть объяснено только четырьмя возможными причинами: высокими инерционными характеристиками (буровая мелочь или другие высокоплотные материалы), высоким сцеплением со стенками скважины (использование цементирующих наполнителей в материале забойки), гидродинамическим воздействием на породу в окрестности забойки (гидрозабойка) и пережатием скважин породой, разрушенной на уровне забойки (опережающий взрыв в парносближенных скважинах, активная забойка, вставки в заряд специальных конструкций, использование в качестве забойки твердых пористых материалов и т.д.).
Предпосылками к исследованию возможности повышения качества подготовки вскрышных пород взрывным способом за счет изменения пространственновременных параметров разрушения массива при использовании низкоплотных, пористых забоек на основе пеногелеобразующих составов послужило проведение на разрезах Краснобродский, Кедровский и Томусинский экспериментальных работ по заряжанию обводненных скважин взрывчатыми веществами, гидрофобизированных поверхностно-активными веществами (ПАВ), повышающими их водоустойчивость. При взаимодействии ПАВ с водой над колонкой заряда скапливалась механическая пена. При взрывах скважин, заполненных пеной до устья, наблюдались следующие три качественных факта, которые впоследствии нашли свое количественное подтверждение в специальных экспериментах:
- наличие воронки выброса в местах расположения скважин;
- визуально меньший размер кусков горной массы на поверхности развала;
- меньшая высота подъема ПГО по сравнению с твердой забойкой и гидрозабойкой.
По результатам промышленных взрывов с твердой забойкой, гидрозабойкой, твердыми пористыми материалами, пенообразующими веществами и взрывами без забойки в породах средней крепости установлена зависимость среднего диаметра куска на поверхности развала от объемного содержания воздуха в материале, заполняющем неактивную часть скважины. Аппроксимация зависимости (полиномиальная зависимость с достоверностью 0,87) свидетельствует о наличии минимума значений функции dср = F(1) при содержании воздуха 1 = 0,60,дол. ед. в материале низкоплотной забойки (рис. 1).
dср, м 0,0,0,0,0 0,2 0,4 0,6 0,, дол. ед.
Рис. 1. Влияние объемного содержания воздуха в материале забойки на изменение среднего диаметра куска на поверхности развала при взрывной подготовке пород средней крепости Единственно возможным объяснением влияния низкоплотных пористых забоек на гранулометрический состав взорванной горной массы, размеры пылегазового облака и наличие воронки выброса в местах расположения скважин может быть только пережатие скважин на уровне забойки.
Данные о различии параметров ударных волн в песках (М. Г. Ляхов), горных породах (А. А. Сысоев), в пенах (В. Я. Балтайтис, Б. Е. Гельфанд и др.), а также исследования влияния демпфирующих прокладок из твердых низкоплотных пористых материалов на запирание ПД (Е. Г. Баранов и др.) позволили оценить возможность пережатия скважин породой, разрушенной на уровне незаряженной ВВ их части. Из анализа этих работ известно, что затухание массовой скорости частиц в многокомпонентных средах (по сравнению с горным массивом) резко возрастает с увеличением содержания в них газообразного компонента. Материалы, применяемые в качестве забойки, являются средой с различным содержанием отдельных компонентов: воздуха (1), жидкости (2) и твердого вещества (3). При атмосферном давлении плотность многокомпонентной среды определяется суммой произведений плотности на объемное содержание каждого компонента. Если 3 = 0, то смесь представляет собой жидкую, пузырьковую среду. При известной плотности воздуха 1 = 0,0012 г/см3, воды 2 = 1 г/см3 в забойке на жидкой основе, с тиксотропными связями (пеногеле), при изменении объемной концентрации воздуха от 0,05 до 0,95 дол. ед., плотность смеси уменьшается с 0,92 до 0,06 г/см3. Твердая забойка (буровая мелочь) содержит незначительную объемную концентрацию воздуха (0,010,1 дол. ед.), и поэтому ее плотность 3 составляет от 1,6 до 2,0 г/см3.
Формальное объяснение эффекта запирания ПД в скважине (рис. 2) можно дать с позиций известного ученого в области ударных процессов в сплошных средах О. Е. Власова, который предложил описывать амплитуду волны скоростей смещений выражением -n (r ) = U0 r, (1) где U0 - скорость смещения на стенке зарядной полости; r - относительное расстояние рассматриваемой точки среды до зарядной полости; n - степень затухания амплитуды волны скоростей смещений.
При этом необратимые деформации и разрушение среды наступают в том случае, если (r ) >*, где * - некоторое критическое значение скорости смещений. Степень затухания амплитуды волны скоростей смещений частиц в горном массиве n1 = 1,151,3; в буровой мелочи (подобно песку) n2 = 1,52 и в пеногеле (подобно пузырьковой среде) n3 3.
Максимальная массовая скорость частиц в многокомпонентной среде при воздействии на нее ударной нагрузки определена М. Г. Ляховым c учетом начального давления ПД, скорости звука, показателей политропы, плотности и объемного содержания воздуха, воды и кварца.
Нарастание давления ПД в скважине определяется временем tн1, которое учитывает время детонации tд = lз / D (где lзЦ длина заряда ВВ; D - скорость детонации ВВ) заряда ВВ и время сжатия воздуха в материале забойки под возArдействием плоской ударной волны tсж = (где Pн - начальное давление ПД;
2Pн А - акустическая жесткость материала забойки; r0 - величина сжатия материала забойки). Общее время tв воздействия ПД на массив учитывает и время запирания tзап ПД до начала истечения их в атмосферу. Результатом воздействия ударной волны является сдвижение частиц породы и забойки. На отрезке r0 массовые скорости частиц породы 1 и низкоплотной забойки 2 выравниваются, с последующим пережатием полости скважины на участке (r1 - r0 ) со средней скоростью смещения 1.
IV II 2 III * I Максимальная скорость смещения UРис. 2. Схема к обоснованию механизма запирания скважины: I - заряд ВВ; II - часть забойки, сжимаемая детонационной волной; III - разрушающийся массив; IV - вытесняемая часть забойки; 1, 2, 3, 4 - положение фронта волны скоростей смещений в различные моменты времени Время запирания tзап ПД, с учетом выражения (1), составит:
r1 rtзап = [r1r1 / (r )dr] -[r0r0 / (r)dr], (2) 1 где r0, r0 - соответственно относительная длина (в радиусах заряда) и длина участка сжатия забойки, на котором происходит выравнивание массовых скоростей частиц разрушающегося массива и забойки, м; r1, r1 - соответственно относиr Расстояние до заряда r r тельная длина (в радиусах заряда) и длина участка пережатия полости скважины частицами разрушающегося массива, м.
С увеличением количества защемленного воздуха в материале забойки время tн1 нарастания давления ПД и общее время tв его воздействия на массив увеличивается. Тогда полный импульс взрыва, описываемый экспоненциальной зависимостью, принимает вид t tв t 3 1- tн1 I = Pн e dt, (3) tн где Pн - начальное давление ПД, Па; tн1 - время нарастания давления, с; tв - время воздействия ПД, с; t - время, с.
Анализ зависимостей (2) и (3) показывает, что чем быстрее начнется пережатие скважины и чем больше время запирания ПД в полости скважины, тем больше полный импульс взрыва, а следовательно, и фугасное действие ПД.
Для пород средней крепости и блочности, составляющих более 40 % вскрыши на разрезах Кузбасса и отрабатываемых по транспортной технологии, при средней высоте уступа 15 м, глубине скважин 16 м и их диаметре 0,214 м высота колонки заряда ВВ эталонного ВВ граммонита 79/21 составляет 9,6 м, а линия наименьшего сопротивления 5,6 м. Как показывают расчеты по определению пространственно-временных параметров разрушения вскрышного уступа скважинным зарядом с различным забоечным материалом, изменения максимальной массовой скорости смещения частиц (с учетом степени затухания) разрушаемой породы, твердой забойки и пеногелевой забойки значимо различаются. Выравнивание скоростей наступает на расстоянии 2Ц3 радиусов от границы раздела ВВ-забойка (рис. 3).
.
, м/с 1 1.
1 103 1 1r Рис. 3. Изменение амплитуды волны скоростей смещений в зависимости от относительного расстояния до границы раздела ВВ-забойка: 1Ц в массиве; 2 - в пеногелевой забойке;
3 - в твердой забойке Причем выброс твердой забойки происходит со средней скоростью около 800Ц900 м/с. Опережение смещения частиц в массиве относительно пеногелевой забойки предопределяет пережатие скважины продуктами разрушения породы на величину, равную 20Ц30 радиусов заряда. В соответствии с принятыми параметрами ударных волн в горном массиве, скорость развития зоны пережатия скважины составляет около 300 м/с.
За время детонации заряда ВВ (около 2,7 мс), время сжатия материала твердой забойки (tсж.т = 0,02 мс) и выброса ее из скважины общее время воздействия давления ПД на массив составляет примерно 0,01 с. За этот промежуток времени формируется начальный импульс (рис. 4).
Pн, Па.
2 1.
1.5 1.
1 11 2 3.
5 10 0.005 0.01 0.015 0.02 0.0t, с Рис. 4. Изменение давления ПД скважинного заряда в зависимости от времени:
1 - с забойкой твердым материалом; 2 - гидрозабойкой; 3, 4, 5 - с пеногелевой забойкой, содержащей воздух, соответственно 0,65; 0,9; 1,0 дол. ед.
При использовании пеногеля в качестве забойки время ее сжатия tсж.пг, в зависимости от объемного содержания в ней воздуха 1 от 0 до 0,9 дол. ед., увеличивается (в сравнении с твердой забойкой) в 3Ц4 раза. Время запирания ПД изменяется в интервале 0,009Ц0,023 с, а общее время воздействия увеличивается в 2Ц2,5 раза. При дальнейшем увеличении 1 1,0 дол. ед. общее время воздействия давления ПД уменьшается до минимума, что в реальных условиях приводит к прострелу скважин.
Анализ результатов расчета показывает, что время воздействия ПД на массив соответствует времени вылета твердой забойки или гидрозабойки. Причем происходит этот процесс в 3 раза быстрее, чем образуются трещины по линии наименьшего сопротивления.
Импульс взрыва формирует на фронте взрывной волны поле напряжений, которое в общем виде можно представить поверхностью некоторого тела вращения вокруг продольной оси скважинного заряда ВВ. Отношение величины полного импульса взрыва I к площади S поверхности поля напряжений выражает величину удельного импульса, воздействующего на массив в любой точке этой поверхности. Зависимость расстояния от оси заряда ВВ до поверхности, ограничивающей одинаковое качество дробления массива при различной величине импульса, имеет вид, представленный на рис. 5.
rдр, м 6 7 7....
05 10 1 10 1.5 10 2 10 I, Пас Рис. 5. Расчетная зависимость изменения радиуса зоны регулируемого дробления массива от величины импульса ПД скважинного заряда При импульсе величиной 2,05107 Пас, инициированном взрывом скважинного заряда ВВ с пеногелевой забойкой, содержащей 0,9 дол. ед. воздуха, радиус зоны дробления (по сравнению с взрывом аналогичного заряда ВВ с твердой забойкой или гидрозабойкой, имеющего импульс 7,5106 Пас) увеличивается в 1,64 раза.
Таким образом, повышение фугасного действия скважинного заряда объясняется увеличением времени воздействия ПД за счет запирающего эффекта, создаваемого пеногелевой забойкой. Время на сжатие пузырьковых смесей также повышает общую продолжительность воздействия ПД на массив, обеспечивая увеличение импульса и, за счет этого, увеличение размеров зоны регулируемого дробления.
АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПОРИСТОЙ ЗАБОЙКИ НА ОСНОВЕ ПЕНОГЕЛЕЙ. Из ранее выполненных исследований известно, что выделение пыли (qп) в атмосферу, в зависимости от удельного расхода ВВ и его типа, составляет 0,03Ц0,09 кг на 1 м3 взорванной горной массы. В ПГО перед началом его движения и рассеивания доля частиц размером до 10 мкм составляет около 8 %. Примерно 90 % частиц представлено крупностью от 10 до 100 мкм, половина из которых имеет размер около 30 мкм.
Доля частиц, превышающих 100 мкм, около 2 %. Крупные частицы размером более 150Ц200 мкм, оседающие со скоростью более 1 м/с, выпадают из ПГО практически сразу после его формирования и не влияют на процесс загрязнения атмосферы за пределами карьера.
Оседание пылевых частиц по мере перемещения ПГО в направлении ветра происходит за счет сил гравитации. Увеличить скорость оседания пыли можно путем взаимодействия ее частиц с центрами коагуляции, роль которых выполняют капли жидкости. Так, по данным П. В. Берсеневича, при использовании жидких видов забойки, а также при импульсном распылении в ПГО воды последняя дробится на капли, размер которых изменяется в широком диапазоне, но основную их долю (96 %) составляют капли диаметром 100Ц800 мкм. Эффективность пылеподавления (массовая доля минеральной пыли ПГО, оседанию которой способствуют капли жидкости) при этом составляет от 50 до 85 %.
На основе на этих данных получена эмпирическая зависимость коэффициента эффективности пылеподавления (дол. ед.) от массы жидкости x (кг), распыленной в ПГО:
= 0, 404ln(x) + 0,118 (R2 = 0,81). (4) Тогда взаимосвязь концентрации пыли Cп (мг/м3) в ПГО с коэффициентом эффективности пылеподавления и количественными характеристиками взрываемого заряда ВВ, с учетом широко используемой при экологических оценках зависимости объема пылегазового облака от общей массы взрываемого заряда, описывается выражением -0,Сп = 22,7 103qпQвв (1-) / qвв, (5) где qп - удельное выделение пыли при взрывании условно сухих пород, кг/м3;
qвв - удельный расход ВВ, кг/м3; Qвв - общая масса заряда, кг.
Аналитическое исследование пространственно-временных параметров разрушения массива на уровне забойки показало, что процесс пережатия скважин инициирует вытеснение верхней части пеногелевой забойки (зона VI на рис. 2) и выброс ее в атмосферу в виде капель практически одновременно с пылегазовым облаком (ПГО). Содержание жидкости в пеногелевой забойке определяет ее пылеподавляющие свойства. Зависимости (4), (5) показывают, что снижение концентрации пыли в атмосфере при увеличении количества жидкости в забоечных материалах позволяет рассматривать пеногели, содержащие жидкость, как средство повышения качества взрывных работ с позиций управления экологическими последствиями взрыва.
ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО СОСТАВА ПЕНОГЕЛЕЙ. Свойство пеногелевой забойки усиливать фугасное действие взрыва на массив в совокупности с возможностью пылеподавления обусловливает необходимость определения целесообразного соотношения в ее составе газообразного и жидкого компонентов. Исследования целесообразного состава и соотношения компонентов пеногеля выполнялись в лабораторных и натурных условиях.
Пеногель с высокой скоростью структурирования образуется при добавлении пенообразователя, например ПО-6К, к гелеобразующему составу на основе жидкого стекла Na2SiO3 и хлористого кальция CaCl2, которые при смешивании с воздухом образуют вспененную массу, содержащую малорастворимое вещество CaSiO3 + NaCl. По условию минимизации затрат подобраны концентрации водных растворов 3%Na2SiO3 + 3%CaCl2 + 1%ПО-6К, которые при смешивании в течение 5Ц10 с образуют тиксотропные связи и сохраняют стабильность состава пеногеля (в эксикаторе с постоянной влажностью) в течение суток.
Возможность использования пеногеля в качестве пылеподавляющего средства при различном соотношении жидкого и газообразного компонентов в пеногелевой забойке определялась во взрывной камере (объемом 7 м3) по изменению концентрации пыли, которая создавалась взрывом аммонита 6ЖВ массой 0,1 кг, установленного в песке массой 0,2 кг, и составляла 4,72 г/м3. Крайние значения соотношения смеси составляли 1 = 0 дол. ед. (вода) и 1 =1 дол. ед. (отсутствие забойки). При взрывах с имитацией твердой забойки концентрация пыли в камере увеличивалась на 30Ц40 %, а в окружении пеногеля - уменьшалась в зависимости от содержания в нем воздуха. Коэффициент эффективности подавления пыли пеногелевой забойкой, определяемый отношением остаточной концентрации к начальной, в лабораторных условиях достигает максимально возможного = 0,81.
Наиболее интенсивное уменьшение имеет место при содержании 1 > 0,6Ц0,7 дол. ед. (рис. 6), что согласуется с результатами других авторов.
, дол. ед.
0,0,0,0,0 0,3 0,5 0,65 0,82 0,9 1, дол. ед.
Рис. 6. Изменение эффективности пылеподавления (в лабораторных условиях) пеногелевой забойки в зависимости от содержания в ней воздуха Исследование показателей формирования, распространения ПГО и его подавления при использовании пеногелевой забойки в сравнении с забойкой из буровой мелочи заключалось в проведении серии натурных экспериментов по взрыванию песчаников средней крепости f = 56 зарядами ВВ массой 21 кг, размещаемых в скважинах глубиной 3 м и диаметром 150 мм. Объемное содержание воздуха в пеногелевой забойке по предварительным результатам лабораторных экспериментов принято 1 = 0,600,65 дол. ед.
В направлении ожидаемого перемещения ПГО на высоте около 1 м от поверхности уступа устанавливались планшеты размером 0,20,125 м. Доля пыли (%) при указанных материалах забойки определялось отношением ее массы, осевшей на различном удалении от места взрыва, к расчетной величине массы пыли, осевшей в зоне рассеивания (рис.7).
- пеногелевая забойка;
- забойка из буровой мелочи.
6 3 до 5 05.окт окт.20 20-40 40-60 60-80 более Расстояние до скважин, м Рис. 7. Относительное количество мелкодисперсной пыли, осевшей при различных материалах забойки, в зависимости от расстояния до взрывных скважин В условиях эксперимента с пеногелевой забойкой практически вся пыль (частицы размером < 250 мкм) осела на расстоянии 80 м от взрыва. В исследуемых пробах пыли обнаружено на 45Ц58 % больше мелкодисперсных частиц, коагуляция которых способствовала их оседанию значительно раньше, чем при сухой, твердой забойке. При взрыве твердой забойкой на этом расстоянии осело примерно 76 % пыли, а общая протяженность зоны рассеивания достигала 160 м.
Высота подъема ПГО при твердой забойке составляла 60Ц70 м, что в 1,7 раза больше, чем при пеногелевой забойке.
Таким образом, уменьшение высоты подъема ПГО при использовании пеногелевой забойки по сравнению с забойкой из буровой мелочи подтверждает предположение о пережатии скважин породой, разрушенной на уровне забойки, запирании ПД и усилении фугасного действия взрыва. Наличие жидкого компонента в составе пеногеля способствует подавлению пыли в непосредственной близости от взрыва и сокращению в 1,8Ц2 раза размеров зоны ее рассеивания.
Процент осевшей пыли, % По мере увеличения содержания воздуха 1 > 0,7 дол. ед. (или соответственного уменьшения содержания жидкого компонента) способность к пылеподавлению интенсивно снижается. В то же время при 1= 0,650,70 дол. ед. достигается наименьшее значение кусковатости горной массы на поверхности развала (см. рис. 1). Следовательно, соотношение содержания газообразного и жидкого компонентов в пеногелевой забойке близкое 2:1 является необходимым и достаточным для повышения качества подготовки горной массы к экскавации и эффективности подавления пыли из ПГО.
ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ПРИМЕНЕНИЯ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ С ПЕНОГЕЛЕОБРАЗУЮЩИМИ СОСТАВАМИ. Пеногелевая забойка характеризуется определенным периодом устойчивости к разрушению. Поэтому при установлении наиболее приемлемых условий использования пеногелевой забойки учитывалось изменение ее состояния при взаимодействии с гигроскопичными ВВ на основе аммиачной селитры (гранулит УП-1, гранулит НК и т.п.), доля которых при взрывании обводненных пород имеет тенденцию к увеличению.
Наблюдения на разрезах Кузбасса показали, что обводненные скважины составляют около 40 % от общего их количества. Из них скважины глубиной 15Ц18 м с высотой столба воды в пределах перебура и притоком до 25 л/ч (условно сухие скважины) отмечаются в 43 %. В 52 % скважин притоки составляют от 25 до 700 л/ч, а высота столба воды в них составляет от 3 до 10 м. В остальных случаях высота столба воды превышает 10 м, а ее приток составляет более 700 л/ч.
Условия применения пеногелевой забойки исследовались на лабораторном стенде (рис. 8), который позволяет моделировать:
Ц сухие и обводненные скважины с притоками до 1000 л/ч;
Ц процесс осушения скважин смесью сжатого воздуха с пенообразующим веществом;
Ц состояние заряда ВВ и различных материалов забойки с течением времени в сухих и обводненных скважинах.
Удобство исследований обеспечивалось прозрачностью материала, из которого выполнены скважина и отдельные узлы стенда. Это обстоятельство дало возможность наблюдать моделируемые процессы. Стенд и отдельные его узлы защищены авторскими свидетельствами на изобретения: № 836995, 688644, 968322.
Пеногелеобразующие составы являются не только основными исходными компонентами для производства низкоплотной пористой забойки, но и эффективным средством осушения скважин. Перед формированием колонки заряда ВВ в скважине с различными значениями притока воды из массива проводилось ее удаление смесью сжатого воздуха с пенообразующим веществом. Установлено, что интенсивность процесса осушения при постоянном объеме воздуха зависит от соотношения сечения затрубного пространства Sзатр скважины и сечения Sвн.ш продувочного шланга.
М Рис. 8. Схема стенда: 1 - скважина; 2 - загрузочная воронка; 3 - слив; 4 - отверстия;
5 - конусные регуляторы; 6 - массив; 7 - водопровод; 8 - манометр; 9 - воздухопровод;
10 - слив; 11 - продувочный шланг; 12 - концевой клапан; 13 - дозировочный насос;
14, 15 - емкости с пеногелеобразующими; 16 - компрессор; 17 - продувочный кран;
18 - пеногенератор; 19 - кран; 20 - редукционный клапан Коэффициент эффективности осушения Кос, характеризующий изменение высоты столба в скважине относительно начального его значения, при практически встречающихся соотношениях 3 Sзатр. / Sвн.ш. 10 аппроксимируется линейной функцией:
Кос = - 0,092Sзатр/Sвн.ш + 0,985 ( R2 = 0,9). (6) При Sзатр / Sвн.ш = 3 коэффициент осушения Kос достигает 0,77Ц0,89.
Остатки пены в скважине не влияют на изменение высоты столба заряда.
Результаты этих исследований использованы при разработке осушающезабоечной машины.
Исследовалось три варианта формирования в скважине заряда ВВ из 42 кг аммиачной селитры с пеногелевой забойкой:
Ц в сухих условиях пеногель заливался непосредственно на ВВ;
Ц на слой из буровой мелочи, разделяющей ВВ и пеногель;
Ц на смесь из буровой мелочи и пеногеля с имитацией притока воды в количестве 25, 500, 700 л/ч.
Устойчивость пеногеля к разрушению и состояние ВВ оценивались изменением высоты столба забойки и ВВ во времени относительно первоначальной их высоты. Изучение динамики этих показателей при различной степени обводненности скважин позволило сформулировать выводы по данной части работы.
1. В сухих и условно сухих скважинах наиболее быстрое уменьшение высоты пеногелевой забойки наблюдается при непосредственном ее контакте с гигроскопичным ВВ, впитывающим жидкий компонент забойки. Высота забойки и общая высота заряда уменьшаются линейно в зависимости от времени. За 12 часов нахождения в скважине эти значения уменьшаются соответственно на 0,6 и 2,2 м (рис. 9, а). Прослойка из бурового штыба или смеси бурового штыба а б H,м4, H,м4,4 3,3,1.1.2 1. 1.2,2,2 1.1.1,1,2.2.2.0,0,0 3 6 9 0 3 6 9 t,ч t,ч Рис. 9. Изменение высоты скважинного заряда во времени: а - в сухих скважинах;
б - в обводненных скважинах с пробкой из смеси буровой мелочи и пеногеля между ВВ и пеногелевой забойкой; 1.1 - с пробкой из буровой мелочи между ВВ и пеногелевой забойкой;
1.2 - с пробкой из смеси буровой мелочи и пеногеля; 1.3 - при контакте ВВ с пеногелем;
1.4; 1.5; 1.6 - общей высоты; 2.4; 2.5; 2.6 - высоты колонки ВВ при притоке воды в скважины соответственно 25, 500, 700 л/ч и пеногеля высотой 0,3Ц0,5 м является надежным изолятором, препятствующим взаимодействию ВВ с жидким компонентом забойки. В этом случае за 12 часов нахождения в скважине высота забойки и общая высота заряда при линейной зависимости от времени, которая аппроксимируется уравнением регрессии Нпг =-0,16t - 4,12, уменьшаются соответственно на 0,4 и 0,72 м. Без непосредственного контакта с ВВ пеногелевая забойка начинает наиболее интенсивно терять свои свойства через 9Ц10 часов нахождения в скважине. Надежность линейных аппроксимаций результатов наблюдений и соответствующих функциональных закономерностей в интервале времени t = 012 ч составляет R2 = 0,880,96.
2. В скважинах с притоками воды более 25 л/ч процесс уплотнения и усадки колонки заряда и пеногеля интенсифицируется (рис. 9, б). В зависимости от притока воды в скважины в интервале от 25 до 700 л/ч уплотнение и усадка заряда ВВ за 6 ч составляют от 7 до 32 %. Высота столба пеногелевой забойки изменяется во времени и аппроксимируется уравнением регрессии вида:
Hпг =-0,0643t2 + 0,1857t + 3,73 ( R2 = 0,95). В течение 6 часов устойчивость пеногеля к разрушению относительно высокая, а затем начинается процесс постепенного перехода пеногеля в хлопьеобразное состояние с выделением влаги, которая скапливается высотой до 0,4 м над пробкой из бурового штыба.
3. Осушение взрывных скважин позволяет не только использовать простейшие аммиачно-селитренные ВВ в обводненных породах с притоком в скважину до 700 л/ч, но и рационально использовать воду, удаляемую из скважин для приготовления пеногелевой забойки.
Таким образом, определены условия использования заряда ВВ с пеногелевой забойкой, формируемой на смесь пеногеля с буровой мелочью, которые характеризуются условно сухими и предварительно осушенными скважинами с высотой столба воды до половины их высоты с притоком, не превышающим 700 л/ч, и временем, за которое заряд не уплотняется более чем на 7Ц12 %.
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПЕНОГЕЛЕОБРАЗУЮЩИХ СОСТАВОВ. Верификация закономерностей изменения пространственно-временных параметров разрушения породного массива взрывами зарядов ВВ с различной забойкой проводилась на основании экспериментальных данных, полученных в лабораторных и натурных условиях.
абораторные эксперименты предусматривали установление изменения продолжительности задержки выброса забойки (объемом 250 см3) из мортиры (по ГОСТ 7440Ц81) ПД аммонита 6ЖВ (массой 0,1 кг) при плотности заряжания 1,0 г/см3 и оценку ее влияния на изменение работоспособности заряда. Критерием оценки запирающего действия забойки являлась разница времени между моментом подачи электрического тока к детонатору заряда и разрывом контакта, установленного на расстоянии 200 мм от мортиры.
Время задержки вылета продуктов взрыва с песчаной забойкой составляет 1,28 мс. Аппроксимация зависимости времени задержки вылета продуктов взрыва при забойке из пеногеля с изменяющимся объемным содержанием воздуха 1от 0 до 1 дол. ед. имеет вид tз =-0,019614 + 0, 271713 +1,32412 + 2,7721 (R2 = 0,98). (7) Максимальное значение tз принимает при 1= 0,82 дол. ед., это в 1,9 раза больше, чем при забойке из песка (рис. 10).
tз 10-3, с 0 0,3 0,5 0,65 0,82 0,9 1, дол. ед.
Рис. 10. Изменение времени задержки выброса ПВ при использовании пеногелевой забойки в зависимости от содержания в ней воздуха Изменение работоспособности заряда ВВ, в зависимости от материала забойки, оценивалось величиной обжатия свинцового цилиндра под воздействием ПД. Зависимость hпг от содержания воздуха в пеногеле (рис. 11) аппроксимируется уравнением вида:
43 hпг =-0,0581 + 0,6981 + 2,851 + 5,11 + 22, 4 ( R2 = 0,987). (8) Наличие максимума hпг в интервале изменения значений 1= 0,60,8 дол. ед. указывает на повышение работоспособности заряда ВВ в 1,1 раза по сравнению с использованием забойки из песка, при которой величина обжатия свинцового цилиндра hтв составляет 25,2 мм.
hпг, мм 0 0,2 0,4 0,6 0,8, дол. ед.
Рис. 11. Изменение величины обжатия свинцового цилиндра при взрыве заряда ВВ с пеногелевой забойкой в зависимости от содержания в ней воздуха Таким образом, из зависимостей (7), (8) следует, что максимальная работоспособность скважинного заряда при разрушении породы проявится при использовании в его конструкции пеногелевой забойки с содержанием воздуха 1 = 0,650,7 дол. ед. Повышение же качества взрывных работ, с учетом зависимости, показанной на рис. 6, следует ожидать при соотношении 2:1 газообразного и жидкого компонентов в пеногелевой забойке.
В лабораторных условиях оценка параметров, характеризующих качество разрушения трещиноватых пород средней блочности, достигнута физическим и математическим моделированием.
Основной принцип моделирования взрыва в произвольной среде заключается в том, что при увеличении линейных размеров заряда в n раз (соблюдение геометрического подобия) поле взрывной волны остается тем же самым, если расстояния и время измеряются в единицах, в n раз больше исходных.
При моделировании вскрышных пород условием статического подобия материала модели, имитирующего горный массив по прочностным свойствам, является подобие диаграмм напряжений в материале модели из эквивалентных материалов сжм ср = 2,1 МПа с коэффициентом вариации 3,8 % и натуры [ ] сжн = 60 МПа. На основании соотношения сжм сжн = М структурно[ ] сж прочностных характеристик определился масштаб моделирования линейных размеров, равный М1:30.
Критерием энергетического и динамического подобия величины зарядов является соотношение, учитывающее массу заряда ВВ и теплоту взрыва ВВ. Поэтому с учетом критического диаметра ВВ, используемого для разрушения моделей, принят ТЭН, который при плотности вв = 1,39103 кг/м3 и скорости детонации D = 6000 м/с имеет теплоту взрыва 5,88 кДж/кг. Масса заряда ВВ моделей, равная 1,03 г, и инициируемого капелькой азида свинца, нанесенного на стандартный мостик накаливания, принята в эквиваленте к наиболее распространенным на угольных разрезах Кузбасса простейшим промышленным ВВ (гранулитам), имеющим среднее значение теплоты взрыва 3,845 кДж/кг при гравиметрической плотности 0,9 103 кг/м3. В модели с размерами 250250250 мм из цементно-песчаных кубиков с ребром 50 мм, соответствующим среднему диаметру естественных отдельностей 1,5 м пород средней крепости и блочности, бурили шпур (длиной Lш = 160 мм и радиусом rз = 3,3 мм), в котором размещался заряд ВВ (длиной Lвв = 30 мм). Забойка занимала остаток шпура.
По установленным выше закономерностям взаимодействия ПД заряда ВВ в массиве с материалом забойки проведен численный расчет изменения параметров разрушения в модели массива при взрыве заряда ВВ с твердой забойкой (плотностью т = 1,6 г/см3), содержащей воздух 1 = 0,01 дол. ед. и пеногелевой забойкой (с плотностью смеси пг от 1 до 0,0012 г/см3), содержащей воздух 1 = 01 дол. ед.
Расчеты показывают, что сжатие пеногелевой забойки и выравнивание в ней массовой скорости до величины массовой в материале модели происходит на относительном расстоянии r0пг = (0,050,07) L. Взаимодействие смещаюзаб щихся частиц в модели и в пеногелевой забойке предопределяет пережатие канала шпура продуктами разрушения материала модели на величину ( L - r0пг ).
заб Выброс твердой забойки происходит без пережатия канала шпура, поскольку массовые скорости в модели и в массиве примерно одинаковы. С учетом времени вылета твердой забойки (tд.т = 3,110Ц4 с), импульс составляет 1,9106 Пас.
За время действия ПД заряда с пеногелевой забойкой при соотношении газообразного и жидкого компонентов 2:1 импульс увеличивается в 1,6 раза. Поэтому радиус зоны дробления увеличивается по сравнению с взрывом заряда ВВ с гидрозабойкой или твердой забойкой соответственно в 1,23Ц1,28 раза.
Подтверждение результатов численного моделирования получено при экспериментальных взрывах моделей. Величина амплитуды радиальных напряжений на относительном расстоянии 39rз от центра взрыва заряда ВВ, измеренная при помощи проволочных тензодатчиков (с базой 18 мм и сопротивлением 200,5 Ом), подключенных через тензоусилитель УТ-4 к гальванометру М. 001.4 осциллографа Н-700, при взрывах с пеногелевой забойкой, в сравнении с аналогичными взрывами с твердой забойкой, оказалась выше на 5Ц8 % (табл. 1).
Таблица Результаты моделирования взрывов АмплиСредний выход дробленого материала Ма- Средний Радиус туда по фракциям, г/% те- диаметр Общий зоны напряРазмер фракций xi, мм риал куска выход дробле- жений за, г Pд дробленого ния (), A бой- материала <1 1Ц3 3Ц5 5Ц10 10Ц20 20Ц50 50ЦRд, мм мм ки dср, мм песок 447 261 127 209 320 857 5220 7450 47,1 89 6,0 3,5 1,7 2,8 4,3 11,5 70,пено- 451 323 264 375 443 1533 5123 8514 43,7 109 гель 5,3 3,8 3,1 4,4 5,2 18,0 60, Раздробленный взрывом материал модели сортировался по классам крупности: < 1; 1Ц3; 3Ц5; 5Ц10; 10Ц20 и > 20 мм. Фракции размером > 20 мм отбирались и сортировались с помощью шаблонов, а < 20 мм ситовым методом. Фракции 71 мм принимались в соответствии с размером диагоналей кубиков. Суммарный выход дробленого продукта при взрывании с использованием в конструкции заряда забойки из пеногеля на 14 % больше, чем с твердой забойкой. Доля крупных фракций (50Ц71 мм) уменьшилась соответственно на 10 %, а мелких фракций (< 1 мм) почти на 2 %.
Средний диаметр куска, определяемый по методике n КузПИ dсp = xiРi, где dсp - средний диаметр куска, мм; xi - среднее арифме i=тическое границ i-й фракции, мм; Рi - содержание i-й фракции, дол. ед.; n - число фракций, уменьшается на 7,2 %.
Радиус зоны дробления модели зарядом ВВ с пеногелевой забойкой в 1,22 раза больше, что качественно хорошо согласуется с численным расчетом, а сравнение результатов с данными, полученными другими учеными, подтверждает адекватность принятой модели расчета.
Натурные эксперименты проводились на разрезе Краснобродский, так как его горно-геологические условия отражают широкий диапазон структурнопрочностных свойств пород разрезов Кузбасса. Это легковзрываемые, мелкоблочные, трещиноватые породы (алевролиты междупластья пл. Безымянного - Безымянного I); породы ниже средней блочности (песчаники междупластья пл. Горелого - I Внутреннего) и крепкие породы средней блочности (песчаники пл. Горелого и Характерного).
Взрывами скважин. глубиной 3 м, диаметром 150 мм с высотой заряда 0,9 м установлены формы проявления фугасного действия ПД (рис. 12).
rдр Рис. 12. Схема: 1 - вспучивания породы; 2 - воронки выброса породы и 3 - зоны дробления горного массива скважинными зарядами с забойкой соответственно из буровой мелочи (1 = 0,06 дол. ед.) и пеногеля (1 = 0,650,69 дол. ед.); 4 - заряд ВВ; 5 - измеритель ные скважины; 6 - сейсмоприемники; 7 - источник упругой волны; Нскв - глубина скважины НзарЦ высота заряда ВВ; НзабЦ высота забойки; НвсЦ высота вспучивания породы Нв - глубина воронки выброса породы; rдр - радиус зоны дробления H в H вс заб скв Н Н зар Н Вспучиванием породы над уровнем поверхности уступа на высоту до 0,5 м при использовании в конструкции скважинного заряда забойки из буровой мелочи и образованием воронки выброса глубиной до 0,7 м при пеногелевой забойке качественно подтверждены изменения зоны регулируемого дробления по высоте скважины в зависимости от материала забойки, полученные при моделировании.
Радиус зоны дробления вокруг одиночного заряда граммонита 79/21 массой 42 кг, закладываемого в скважину глубиной 7 м, диаметром 214 мм и рассчитанного на камуфлетный взрыв, устанавливался по изменению скорости распространения продольной упругой волны Сp в породе, разрушенной взрывом.
Точки пересечения касательных к лучам кривых, характеризующих закономерность изменения Сp, определяют величину радиуса зоны разрушения rдр, выраженную в радиусах заряда (рис. 13).
а б Ср, м/с Ср, м/с 201018816146 12410 20 30 40 50 60 70 r 20 30 40 50 60 70 r Рис. 13. Изменение скорости продольной волны в зависимости от относительного расстояния до взрыва заряда ВВ и материала забойки: а - в мелкоблочных породах; б - породах средней крепости в направлении: 1, 2 - соответственно максимальной и минимальной частоты трещинв массиве;, - соответственно с твердой забойкой и пеногелевой забойкой Установлено, что величина радиуса зоны дробления вокруг скважинного заряда с пеногелевой забойкой по сравнению с взрывом аналогичного заряда с забойкой из буровой мелочи увеличивается на 9 % в слабых, мелкоблочных и на 15,4 % в крепких породах средней блочности. Общая закономерность изменения радиуса rдр зоны дробления пород с различными структурно-прочностными -d свойствами аппроксимируется степенной функцией вида rдр = cf (рис. 14) в зависимости от коэффициента крепости f, где c и d - эмпирические коэффициенты (табл. 2).
rдр 2б 1а 2а 1б f 4Рис. 14. Изменение радиуса зоны дробления массива при взрыве скважинного заряда в зависимости от коэффициента крепости: 1 - с пеногелевой забойкой; 2 - с твердой забойкой;
а, б - в направлении соответственно максимальной и минимальной частоты трещин Таблица Значения коэффициентов, характеризующих зависимость изменения радиуса дробления породы Надежность Значения коэффициентов № Материал Частота аппроксимации п/п забойки трещин c d R1. Пеногель Минимальная 42,5 0,27 0,9Максимальная 36,9 0,29 0,92. Буровая мелочь Минимальная 36,7 0,29 0,9Максимальная 32,9 0,33 0,9Отношением значений приведенного радиуса зоны дробления при взрывании с пеногелевой забойкой к аналогичным параметрам при взрывании с забойкой из буровой мелочи получены коэффициенты K(rдр), определяющие соотношение параметров сетки скважин в направлении минимальной и максимальной частоты трещин в массиве. Тогда aпг = K(rдр)aт; bпг = K(rдр)bт, где aпг и bпг, aт и bт являются параметрами сетки скважин соответственно при пеногелевой и твердой забойке. Значение коэффициента K(rдр) равно 1,1 в мелкоблочных породах, 1,15 в породах средней крепости и 1,21 в крепких породах.
Таким образом, комплексом лабораторных и натурных экспериментов доказано, что рациональное соотношение компонентов в пеногелевой забойке влияет на повышение в 1,22 раза радиуса зоны равномерного дробления, что практически расширяет параметры сетки скважин в среднем на 1 м независимо от категории пород по блочности.
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕНОГЕЛЕОБРАЗУЩИХ СОСТАВОВ. Существующие технологические схемы комплексной механизации взрывных работ не предусматривают использование пеногелевых составов. Установленные взаимосвязи влияния технологических характеристик пеногелей на условия их рационального использования потребовали корректировки технологических схем. Классификационными признаками, обусловливающими основные варианты технологических схем, являются характеристики обводненности взрывных скважин, в т.ч. высота столба воды ( Нв, м) и приток воды в скважины (Qв, л/ч), а также состав и количество необходимого технологического оборудования.
В состав взрывного комплекса, обеспечивающего использование пеногелевой забойки, включены разработанные, изготовленные и испытанные в условиях разрезов Кузбасса машина для пеногелевой забойки (МПЗ) и осушающезабоечная машина (МОЗ).
Технологическая схема № 1 (последовательно-порядная) предусматривает три варианта совокупности операций (рис. 15).
Первый вариант разработан для сухих или малообводненных ( Нв< 3 м) скважин. В комплект механизации взрывного комплекса включены машина со средствами взрывания (СВ), зарядная машина (МЗ) и МПЗ. Дополнительно при этой схеме необходимо приготовление растворов пеногелеобразующих веществ и заливка их в баки МПЗ. Второй вариант предусматривается при обводненности взрываемых скважин ( Нв > 3 м и Qв < 700 л/ч). В комплект I механизации взрывного комплекса включены машины СВ, МЗ и МОЗ. Вода удаляется машиной МОЗ при заряжании скважин неводоустойчивыми ВВ. Приготовление растворов пеногелеобразующих веществ осуществляется непосредственно в машине МОЗ путем дозирования при смешивании воздуха, воды, удаленной из скважин, с концентрированными растворами пеногелеобразующих веществ. Забойка скважин пеногелем МОЗ осуществляется вторым этапом. Третий вариант обеспечивает возможность заряжания обводненных скважин ( Hв > 3 м и Qв < 700 л/ч ) в изолирующие оболочки. В комплект II механизации взрывного комплекса включены машины, доставляющие на блок изолирующие оболочки и СВ; машины МЗ и МПЗ. Забойка пеногелем осуществляется машиной МПЗ. Для рассредоточения колонки заряда используется быстротвердеющий пеногелеобразующий состав.
Его приготовление осуществляется при помощи машины МПЗ по способу, защищенному патентом на изобретение № 2291391.
а б 5 1 этап 2 этап в Рис. 15. Технологическая схема № 1 взрывной подготовки пород с использованием пеногелевой забойки в скважинах: а - НВ < 3 м; б - НВ > 3 м и QВ < 700 л/ч; в - НВ > 3 м и QВ > 700 л/ч; - направление движения механизмов взрывного комплекса, в том числе: 1 - машины со СВ; 2 - МЗ; 3 - МПЗ; 4 - машины с изолирующими оболочками; 5 - МОЗ;, - сухие и обводненные скважины Технологическая схема № 2 разработана для более сложных условий, когда участки скважин на одном блоке, в соответствии с классификацией по признаку их обводненности, можно выделить в самостоятельные схемы. Тогда параллельно используется сочетание вариантов технологической схемы № 1.
Время цикла машин (tцi ) при выполнении работ по осушению скважин, их заряжанию ВВ и забойке пеногелем составляет соответственно 83, 98 и 45 с.
С учетом того, что время на заправку баков пеногелеобразующими веществами и время на монтаж взрывной сети вычитаются из производительной работы машин МПЗ и МОЗ, количество скважин Ni, обслуживаемых каждой из этих машин, рассчитывается: Ni = 3600kвTсм / tцi, где kв - коэффициент использования машины во времени (0,625); Tсм - время смены, ч. В то же время полная заправка Комплект II Комплект I Комплект III баков МПЗ (25 м3) растворами пеногелеобразующих веществ обеспечит забойку пеногелем до 230 скважин, а МОЗ (10 м3) около 90 скважин. Зарядная машина МЗ-4 в тех же условиях заряжает ВВ 60Ц70 скважин. Следовательно, МПЗ и МОЗ сдерживать заряжание скважин ВВ не будут. Организацией труда при взрывной подготовке пород по предлагаемым технологическим схемам определен качественный и количественный состав бригад, графики организации труда, ориентированные на совмещение профессий. Это позволяет избежать потерь времени, вызванных дискретностью ряда работ, распределить обязанности среди членов бригады согласно их квалификации. Последовательность выполнения операций регламентирована Едиными правилами безопасности при взрывных работах (ПБ 13-407-01) и Руководством по приготовлению и применению пеногелевой забойки скважин на открытых горных работах.
ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРОВЕРКА И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОЛОГИИ ВЕДЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕНОГЕЛЕОБРАЗУЮЩИХ СОСТАВОВ. Технические и технологические решения, разработанные на основе теоретических положений диссертационной работы, прошли опытно-промышленную проверку на разрезах Кедровский, Краснобродский, Бачатский и Сибиргинский. Промышленные испытания показали перспективность использования пеногелеобразующих составов в решении проблемы повышения качества взрывных работ.
Взрывной блок условно разделялся на две части. Экспериментальная часть заряжалась с пеногелевой забойкой, а контрольная - по технологии ведения взрывных работ, принятой на разрезе. С учетом установленного изменения зон дробления породы, в зависимости от применяемого материала забойки, параметры сетки скважин на экспериментальном блоке расширялись на 1 м. При глубине скважин 12Ц18 м, их диаметре 215 мм и высоте забойки от 5 до 7 м сетка составляла 78 м. В результате удельный расход ВВ снижался в среднем на 17 %. Производительность машины по удалению воды и забойке скважин пеногелем достигала 230 циклов в смену.
Оценка результатов качества взрыва проводилась по гранулометрическому составу взорванной горной массы. Средний диаметр куска на поверхности развала составлял 0,37 м, что в 1,2Ц1,3 раза меньше, чем на контрольном блоке. Эти результаты хорошо согласуются с зависимостью, полученной ранее (см. рис. 1).
При отработке вскрыши экспериментального блока на автотранспорт средняя техническая производительность экскаватора ЭКГ-8И составляла 780 м3/ч, а ЭКГ-4,6 соответственно 658 м3/ч, что на 15Ц18 % выше, чем при отработке контрольного участка.
Оценка экологических последствий взрывов при опытно-промышленной проверке показала, что высота подъема пылегазового облака на участках, взрываемых с пеногелевой забойкой, ниже по сравнению с участками, где в качестве забойки использовалась буровая мелочь, более чем в 2 раза. В результате анализа (по стандартным методикам) вредных примесей на границе санитарно-защитной зоны разреза при взрывах с сопоставимыми условиями взрывных работ установлен уровень загрязнения атмосферы пылегазовыми выбросами (табл. 3).
Таблица Концентрация вредных примесей при промышленных взрывах ПДК, мг/м3 Концентрация вредных примесей в атмосфере, Относительмг/мНаимевзрыв 18.09.1991 г. взрыв 03.10.1991 г. ная эффективнование макс. в рабос твердой забойкой с пеногелевой забойкой ность примеси разо- чей , дол. ед.
до после до после вая зоне взрыва взрыва взрыва взрыва Пыль 0,5 2 0,09 5,75 0,05 2,139 0,6СО 5 20 0,7 3,50 0,8 1,218 0,6NO0,085 5 0,08 0,26 0,08 0,139 0,8Эффективность пылеподавления и снижение концентрации вредных газов при использовании пеногелевой забойки (с содержанием в ней воздуха 1 = 0,630,66 дол. ед.) не меньше, чем при гидрозабойке.
Оценка экономической целесообразности применения пеногелеобразующих составов в технологии ведения взрывных работ проведена по удельным затратам на подготовку взорванной горной массы к экскавации и экономической оценкой предотвращенного ущерба окружающей среде.
Снижение удельного расхода ВВ при пеногелевой забойке взрывных скважин с учетом снижения объемов бурения при расширении параметров сетки скважин в среднем на 1 м обеспечивает снижение удельных затрат на 0,5 руб./мвзорванной горной массы.
Уменьшение ущерба окружающей среде за счет снижения массы загрязняющих веществ, распространяющихся за пределы санитарно-защитной зоны карьера, и снижение платы за выбросы в атмосферу в размере около 10 руб.
на 1 т взорванного ВВ.
Сопоставление полученных результатов доказывает экономическую целесообразность применения разработанных технических и технологических решений по повышению качества взрывных работ на открытых горных работах.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основе исследований в области управления качеством взрывных работ с применением пеногелеобразующих составов разработаны новые технические и технологические решения по подготовке вскрышных пород к выемке, использование которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в горнодобывающей промышленности.
Основные научные и практические результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему.
1. В настоящее время разработаны эффективные способы, а также накоплен практический опыт подготовки горных пород к экскавации. Однако, вследствие горно-геологических особенностей породных массивов, ведение взрывных работ на угольных разрезах с конструкцией скважинных зарядов, у которых неактивная часть заполняется несжимаемой твердой забойкой или гидрозабойкой, не обеспечивает требуемое качество взрывной подготовки массива в зоне горизонтальной открытой поверхности уступа. В этой связи снижение выхода негабарита из зоны нерегулируемого дробления, являющейся основным резервом повышения качества подготовки горной массы, сопряжено с увеличением удельного расхода ВВ, что в свою очередь сказывается на повышении материальных затрат и дополнительном загрязнении окружающей среды вредными выбросами в атмосферу.
2. Экспериментально установлено, что снижение среднего диаметра куска горной массы на поверхности развала верхней части уступа на 30Ц35 % происходит при взрыве зарядов ВВ в скважинах, в которых неактивная часть заполняется низкоплотными пористыми материалами. Физический эффект забойки из низкоплотных пористых материалов, содержащих водовоздушную смесь, проявляющийся под воздействием детонационной волны скважинных зарядов, способствует повышению качества дробления горных пород с одновременным снижением отрицательных экологических последствий взрыва. Увеличение объемного содержания воздуха до некоторого предела усиливает фугасное действие взрыва при снижении пылеподавляющих свойств.
3. Установлено, что усиление фугасного действия продуктов детонации скважинных зарядов происходит в результате пережатия неактивной части скважин породой, которое обусловлено более интенсивным затуханием ударной волны в низкоплотной пористой забойке. Время нарастания давления за фронтом волны изменяется прямо пропорционально акустической жесткости низкоплотного пористого материала забойки, увеличивая общее время воздействия давления ПД на массив. При этом радиус зоны регулируемого дробления, в зависимости от структурно-прочностных свойств горных пород, возрастает прямо пропорционально удельному импульсу взрыва.
4. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено рациональное содержание объемной концентрации воздуха в пеногелевой забойке 1 0,65 дол. ед., которое при моделировании взрывов по стандартным методикам позволяет увеличить в два раза время выброса ПД, способствуя повышению амплитуды взрывного импульса на границе зоны дробления на 8 %.
5. Установлено, что при взрывании зарядов ВВ с пеногелевой забойкой (в сравнении с забойкой буровой мелочью) радиус зоны дробления массива, в зависимости от крепости пород, увеличивается на 10Ц21 %, а диаметр среднего куска уменьшается на 25Ц30 %. Это обстоятельство позволяет рекомендовать расширение сетки скважин в направлении минимальной и максимальной частоты трещин в массиве.
6. Установлено, что снижение в 1,5Ц2 раза высоты подъема пылегазового облака и протяженности зоны оседания мелкодисперсных частичек пыли < 250 мкм в сравнении с традиционной технологией заряжания с твердой забойкой достигается заполнением незаряженной ВВ части скважин пеногелевой забойкой в объеме 0,3Ц0,5 м3 (в зависимости от диаметра скважин) с объемной концентрацией жидкости 2 0,35 дол. ед., содержащей водные растворы пеногелеобразующих веществ (3%Na2SiO3 + 3%CaCl2 + 1%ПО-6К), распыляемых расширяющимися продуктами детонации в пылегазовом облаке.
7. Установлено, что пеногель сохраняет структурные свойства в течение 6 часов в сухих и малообводненных скважинах с притоком до 700 л/ч, что обеспечивает возможность в течение этого времени одной машиной МПЗ провести пеногелевую забойку около 230 скважин.
8. Разработанные конструкции механизмов взрывного комплекса позволяют успешно удалять до 89 % воды из взрывных скважин, осуществлять приготовление до 100 м3 пеногеля с соотношением объемного содержания воздуха и жидкости 2:1 и забойку им скважин, органично вписываясь в общий технологический процесс организации ведения взрывных работ.
9. Использование пеногелеобразующих составов с рациональным соотношением компонентов, средств механизации взрывного комплекса и соответствующих технологических схем позволяет повысить качество взрывных работ, что способствует увеличению на 15Ц20 % технической производительности экскаваторов и снижению экологической опасности процесса взрывной подготовки пород.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО в изданиях, рекомендованных ВАК России:
1. Волобуев, В. К. Результаты испытаний осушающей установки / В. К. Волобуев, И. Б. Катанов, В. А. Матренин // Уголь. - 1979. - № 6. - С. 40Ц41.
2. Катанов, И. Б. Пеногелевая забойка взрывных скважин на открытых горных работах // Уголь. - 1994. - № 2. - С. 44Ц46.
3. Катанов, И. Б. Оценка влияния взрывных работ в условиях разрезов Кузбасса на качество карьерных вод // Вестн. Кузбас. гос. техн. ун-та. - 2003. - № 1. - С. 15Ц17.
4. Катанов, И. Б. Совершенствование механизации осушения и забойки взрывных скважин на угольных разрезах Кузбасса // Горн. машины и авто- матика. - 2003. Ц№ 4. - С. 9Ц11.
5. Катанов, И. Б. Обоснование технологических характеристик пеногелевой забойки взрывных скважин // Вестн. Кузбас. гос. техн. ун-та. - 2005. - № 5.
Ц С. 50Ц53.
6. Катанов, И. Б. Моделирование процесса формирования скважинных зарядов с пеногелевой забойкой // Вестн. Кузбас. гос. техн. ун-та. - 2005. - № 5. - С.
54Ц56.
7. Катанов, И. Б. Технологические схемы ведения взрывных работ с использованием низкоплотных смесей // Вестн. Кузбас. гос. техн. ун-та. - 2006. - № 3. - С. 28Ц30.
8. Катанов, И. Б. Полигонные исследования эффективности скважинных зарядов с пеногелевой забойкой // Вестн. Кузбас. гос. техн. ун-та. - 2006. - № 3. - С. 26Ц27.
9. Катанов, И. Б. Модель расчета зоны дробления горного массива зарядами ВВ с низкоплотными смесями // Вестн. Кузбас. гос. техн. ун-та. - 2006. - № 4.Ц С. 32Ц36.
в прочих изданиях:
10. Катанов, И. Б. Создание машины для удаления воды из взрывных скважин смесью сжатого воздуха и поверхностно-активного вещества / И. Б. Катанов, В. А. Матренин, И. Х. Шаф // Сб. науч. ст. ВостНИИ. - Кемерово, 1980. - С. 30Ц31.
11. Катанов, И. Б. О необходимости создания осушающе-зарядных машин // Вопросы аэрологии, охраны труда и природы : сб. науч. ст. КузПИ. - Кемерово, 1985. - С. 65Ц71.
12. Использование пенообразующих веществ для приготовления пеногелевой забойки взрывных скважин / И. Б. Катанов [и др.] // Совершенствование технологических процессов добычи угля открытым способом : сб. науч. ст.
НИИОГР. - Челябинск, 1991. - С. 103Ц109.
13. Катанов, И. Б. Влияние пеногелевой забойки на эффективность взрывной подготовки пород // Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники : сб. науч. ст. Электронная конф. МЭИ Топливо и энергетика. - М., 2002. - С. 131.
14. Катанов, И. Б. Решение экологических проблем Кузбасса при проведении буровзрывных работ на угольных разрезах // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири : сб. науч. ст. X Междунар. науч.-практ. конф. - Кемерово, 2004. - С. 55Ц57.
15. Катанов, И. Б. Использование многокомпонентных низкоплотных смесей для снижения пылегазовых выбросов при массовых взрывах // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промыш- ленности : сб. науч. ст. Междунар. науч.-практ. конф. - Кемерово, 2004 - С.100Ц102.
16. О техническом обеспечении эффективности экологической безопасности взрывных работ на карьере Мурунтау / И. Б. Катанов [и др.] // Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах : сб. науч ст. VI Междунар.
науч.-практ. конф. - Кемерово, 2005. - С. 279Ц281.
17. Использование многокомпонентных смесей для забойки скважин / А. А. Силкин, П. А. Шеметов, И. П. Бибик, И. Б. Катанов // Горн. вестн. Узбекистана. - 2005. - № 1 (20). - С. 23Ц25.
18. Катанов, И. Б. Оценка вклада продуктов бурения в загрязнение атмосферы Кузбасса // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности : сб. науч. ст. Междунар. науч.-практ. конф. - Кемерово, 2005. - С. 73Ц75.
19. Сысоев, А. А. Повышение качества взрывных работ на основе использования свойств пеногелеобразующих составов / А. А. Сысоев, И. Б. Катанов // Вестн. Кузбас. гос. техн. ун-та. - 2007. - № 3(61). - С. 32Ц36.
20. А. с. 836995 СССР, МКИ3 С 06 В 1/04. Лабораторная установка для определения характеристик гидроизолированных зарядов взрывчатого вещества / В. К. Волобуев, В. И. Белов, Ю. А. Садовец, В. А. Матренин, И. Б. Катанов, В. С. Смоляков, И. Х. Шаф, И. Е. Манохина (СССР). - № 2877744/40Ц23 ; заявл.
30.01.80 ; зарег. 06.02.81; Гриф Т. - 6 с. : ил.
21. А. с. 1045665 СССР, МКИ3 Е 21 С 37/00. Устройство для заряжания обводненных скважин / И. Б. Катанов (СССР). - № 3404389/22Ц03 ; заявл. 12.03.82;
зарег. 01.06.83; Гриф Т. - 8 с. : ил.
22. А. с. 968322 СССР, МКИ3 Е 21 В 21/14. Устройство для подачи пены в скважину / И. Б. Катанов, И. Х. Шаф, В. И. Белов, Ю. А. Садовец, О. К. Вербицкий, В. А. Матренин, В. К. Волобуев (СССР). - № 2921787/22Ц03 ; заявл. 07.05.80 ;
опубл. 23.10.82, Бюл. № 39. - 4 с. : ил.
23. А. с. 1127949 СССР, МКИ3 Е 02 D 19/10; Е 21 С 37/12. Устройство для удаления воды из скважин / И. Б. Катанов (СССР). - № 3599926/29Ц33 ; заявл.
02.06.83 ; опубл. 07.12.84, Бюл. № 45. - 4 с. : ил.
24. А. с. 883511 СССР, МКИ3 Е 21 F 5/00. Пеногенератор / И. Б. Катанов, В. К. Волобуев, Ю. А. Садовец, В. И. Белов, О. Н. Вербицкий, И. Х. Шаф (СССР).
Ц № 2899204/22Ц03 ; заявл. 26.03.80 ; опубл. 23.11.81, Бюл. № 43. - 2 с. : ил.
25. А. с. 1810535 СССР, МКИ3 Е 21 С 37/00. Устройство для осушения и забойки скважин / И. Б. Катанов, Н. Ф. Григорьев, А. Г. Рогов, О. М. Шин, О. А. Тенников (СССР). - № 4848494/03 ; заявл. 09.07.90 ; опубл. 23.04.93, Бюл. № 15. - 3 с. : ил.
26. Патент на изобретение № 2291391 МПК F 42D 1/18 (2006. 01); F 42D 1/24 (2006.01). Способ рассредоточения и забойки скважинного заряда / И. Б. Катанов (RU). - № 2005123577/03(026558) ; заявл. 25.07.2005 ; опубл.
10.01.07, Бюл. № 1. - 5 с. : ил.
Подписано в печать л_____ _________2008. Формат 60х84/16.
Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч. изд. л. 2,0.
Тираж 100 экз. Заказ _____ ГУ Кузбасский государственный технический университет, 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.
Типография ГУ Кузбасский государственный технический университета, 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4а.