Оценка процесса взметывания осевшей пыли после массовых взрывов в карьерах Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

СЕМИНАР 6

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"

МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.

И

© П.В. Бересневич, В.И. Деньгуб, 2001

УДК

П.В. Бересневич, В.И. Деньгуб

ОЦЕНКА ПРОЦЕССА ВЗМЕТЫВАНИЯ ОСЕВШЕЙ ПЫЛИ ПОСЛЕ МАССОВЫХ ВЗРЫВОВ В КАРЬЕРАХ

диффузии детально изучен многими авторами, в том числе и нами, и об установленных

стях рассеивания имеются ния в периодической

рованной литературе [1-5].

К настоящему времени практически неисследованным является процесс повторного загрязнения атмосферы карьера и окружающей среды пылью, осевшей в следе движения пылегазового облака (ПГО).

Теоретические экспериментальные исследования, проведенные нами позволили выявить следующие закономерности сначала в процессе загрязнения пылью из ПГО подстилающей поверхности, а затем в процессе её повторной взмётываемости.

Экспериментально установлено, что в зависимости от количества взрываемого в облаке ВВ и типа горных пород, поверхностная плотность осевшей пыли (г/м2) изменяется в довольно широких

сследования, проведённые нами на протяжении ряда лет показали, что при открытой добыче железных руд, дробление скальных пород при помощи взрывов сопровождается образованием пыли в количестве 45-110 граммов на тонну руды, а её дальнейшая переработка в карьере связанна с дополнительным выделением пыли в количествах 50-150 г/т. Однако выделенная пыль при технологических процессах погрузки и транспортировки горной массы осуществляется источниками, более рассредоточенными по площади в карьере и на протяжении времени между двумя массовыми взрывами (период две - три недели). При проведении массового взрыва практически то же ство пыли вместе с пылегазовым облаком уносится из карьера в чении нескольких минут полосой около полутора - двух сотен метров. Всё это приводит к тому, что вредные примеси в пылегазовых облаках после массовых взрывов

вано проявляют себя в более короткий период времени, как при загрязнениях воздушной среды, так и подстилающей поверхности.

Характер рассеивания пылегазового облака под воздействием атмосферной

пределах, однако по мере удаления от блока её значение убывает (см. табл. 1).

На границе санитарно - защитных зон карьеров поверхност-стная плотность осевшей пыли в сотни раз меньше от её первоначальной плотности и достигает в зависимости от количества ВВ, типа и влажности пород и т. п. значений 4-20 г/м2, продолжая уменьшаться по мере удаления от места взрыва.

Качественная оценка осевшей пыли осуществлена нами при помощи анализа её дисперсного состава, который приведен в табл. 2.

Анализ дисперсного состава пыли показывает, что массовая доля крупной фракции размером 50-100 мкм с ростом расстояния от места взрыва уменьшается с 81,7 % до 16,7 % и в конечном итоге должна достигнуть своего предела ~ 5 %, т.е. приблизиться по составу к фракционному распределению витающей в карьере пыли. Таким образом, около 95 % пыли по массе за границами карьера будет состоять из фракций крупностью 4-50 мкм, а в пределах карьера преимущественно осаждаются фракции пыли 50 мкм и выше.

Таблица 1

ЗНАЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛОТНОСТИ ОСЕВШЕЙ ПЫЛИ В СЛЕДЕ ПЫЛЕГАЗОВОГО ОБЛАКА В КАРЬЕРЕ И ЗА ЕГО ПРЕДЕЛАМИ

Масса ВВ (130 т)

Расстояние от блока, м 50 100 250 500 800 1200

Поверхностная плотность, г/м2 670 312 66 31,8 16,7 4,0

Масса ВВ (76 т)

Расстояние от блока, м 50 100 200 300 400 600

Поверхностная плотность, г/м2 310 160 41 30,6 28,0 26,4

Таблица 2

ДИСПЕРСНЫЙ СОСТАВ (В %) ОСЕВШЕЙ ПЫЛИ:

В ЧИСЛИТЕЛЕ - КОНИМЕТРИЧЕСКИЙ; В ЗНАМЕНАТЕЛЕ - МАССОВЫЙ*

Расстояние от Интервал размера диаметра частиц пыли, мкм

взорванного блока, м 0 - 1,4 1,4 - 4 4 - 15 15 - 50 50 - 100

100 68,89 25,46 9,03 1,12 13

0,01 0,22 2,8 15,3 81,7

200 74,31 17,52 7,33 08 0,04

0,05 0,68 12,32 53,87 33,1

300 75,11 19,5 48 0,57 0,02

0,08 1,2 12,6 60,15 25,9

600 79,87 15,76 37 0,51 0,016

0,1 1,23 12,5 69,4 16,7

Среднее значение 71,3 20,85 6,84 0,97 0,04

0,1 1,2 9,68 49,67 39,35

Дисперсный состав витающей в карьере пыли, мкм (в период между взрывами)

Среднее значение (по 84,94 10,75 3,5 0,758 0,052

высоте карьера) 0,04 0,32 44,18 50,7 4,4

в карьерах НКГОКа и СевГОКа

Скорость витания пылевых частиц горных пород плотностью 2500-3500 кг/м3 в зависимости от их размера приведена в табл. 3 и колеблется в интервале от 0,4 мм/с до 0,43 м/с.

лающей поверхности, м; 2 - высота над подстилающей поверхностью, м.

Анализ этой формулы показывает, что с уменьшением высоты 2 скорость пульсации ветра возрас-

Таблица 3

СКОРОСТЬ ВИТАНИЯ ПЫЛЕВЫХ ЧАСТИЦ

Плотность горной породы, кг/м3 Диаметр частицы пыли, мкм

0,7 2,7 9,5 32,5 75

Скорость витания, м/с

2500 0,0004 0,0008 0,0045 0,08 0,32

3500 0,0005 0,0009 0,008 0,12 0,43

Турбулентные пульсации ветрового потока непосредственно у подстилающей поверхности согласно теории Л. Прандтля и теории турбулентного переноса, изложенной в монографии Матвеева Л.Т. [6] вычисляются по формуле

ди, = -

0,1и

10

0,25и

10

(г 0 + г )Х 2 0 + г

(1)

где Диг - пульсация скорости ветра в направлении вертикальной оси 02, м/с; и10 - скорость ветра на высоте флюгера, м/с; X =0,4 - постоянная Кармана; 20 -высота шероховатости подсти-

тает и её значение может превышать скорость витания даже крупных пылевых частиц. Таким образом, механизм осаждения пылевых частиц на подстилающую поверхность носит преимущественно турбулентный характер, за исключением небольшой зоны в районе взорванного блока, где оседают частицы пыли размером свыше 100 мкм. Преобладание турбулентного характера осаждения пылевых частиц на подстилающую поверхность позволяет применять более простую математическую модель расчёта пы-

левых потоков из пылегазового облака [4].

Изучение процесса повторного взмётывания осевшей после массового взрыва пыли, показывает, что экспериментальное исследование этого явления в натуральных условиях затруднительно из -за непостоянства направления и скорости ветровых потоков в карьере и невозможности отличить пыль, осевшую из пылега-зового облака, от пыли, осевшей при ведении других технологических процессов в карьере. Поэтому этот процесс нами изучен теоретически.

Исследование процесса взмётывания частиц пыли показало, что скорость ветра (V), обеспечивая подъём частицы радиуса ф) определяется по формуле [5]

и = 6,063^/р^ 0,7143 (2)

где рп - плотность частиц пыли, кг/м3.

Результаты расчёта скорости ветра, при которой происходит взмётывание частиц пыли приведены в табл. 4.

Ввиду того, что скорость ветровых потоков в карьере, по срав-

Таблица 4

ЗНАЧЕНИЯ СКОРОСТИ ВЕТРА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ВЗМЁТЫВАНИЕ ЧАСТИЦ ПЫЛИ ДИАМЕТРОМ D

Плотность пыли, кг/м3 D106 (м)

0,7 2,7 9,5 32,5 75

Скорость ветра U10, (м/с)

2500 1,92 3,11 4,97 7,56 10,2

3500 2,27 3,68 5,77 8,94 12,06

нению с поверхностью, уменьшается в 1,5-2 раза; более крупные частицы пыли взмётываться практически не будут. Загрязнение воздушной среды будет происходить только за счёт взмётывания частиц пыли размером до 32,5 мкм, массовая доля которых значительно меньше (~25 %).

Изучение процесса взмётывания осевшей пыли показало, что поток пыли от подстилающей поверхности в воздушную среду происходит при скоростях ветра свыше 3,0 - 3,5 м/с и её интенсивность (в мг/м2с) описывается зависимостью [5]

Мп (^0) = 0,011- Ц^7 • е"0,2ф

(3)

где Мп(Ul0) - мощность площадного источника, мг/м2с; ф -влажность почвы, %.

Расчёты, произведенные по формуле (3), показывают, что интенсивность взмётывания пыли при скорости ветра в 5,0 м/с составляет около 2 мг/м2с, т. е. значительного загрязнения воздушной среды при такой мощности площадного источника не произойдёт, а каждый грамм осевшей на почву пыли будет унесён ветром в течении 8-9 минут.

Если учесть, что на границе сани-тарно - защитной зоны максимальная поверхностная плотность осевшей пыли составляет 4-20г/м2, то её поверхностное взметывание после прохождения пыле-газового облака будет наблюдаться в интервале от получаса до трёх часов.

Выводы

В результате исследования процесса распространения пылега-зового облака в карьере установлены следующие закономерности:

1. На расстояниях до 300 м от места взрыва загрязнение подстилающей поверхности происходит в основном крупной фракцией пыли (свыше 50 мкм в диаметре) и процесс осаждения пыли имеет гравитационный характер. В дальнейшем промежутке времени крупные фракции пыли ветровым потоком не взмётываются, а доля пылящих фракций сравнительно мала и составляет до 10 % от общей массы осевшей пыли.

2. На расстоянии 300-600 м подходящий к почве поток пыли из пылегазового облака имеет гравитационно - турбулентный характер. На таких расстояниях уменьшается массовая доля частиц пыли, оседающей за счёт

сил гравитации, и возрастает доля частиц пыли, которые транспортируются к почве турбулентной диффузией атмосферы.

3. На расстоянии свыше 600800 м от места взрыва поток пыли к подстилающей поверхности имеет турбулентную структуру, его интенсивность резко уменьшается и поверхностная плотность осевшей пыли достигает 16-26

г/м2.

4. Повторным загрязнением осевшей пылью атмосферы карьера и окружающего воздушного пространства можно пренебречь, так как:

• при значительной поверхностной плотности крупной пыли, осевшей в карьере, её частицы оказываются неподъёмными вследствие ослабления ветрового потока в самом карьере;

• легко взметываемые частицы пыли, осевшие вне карьера и за пределами санитарно - защитной зоны, образуют потоки малой интенсивности (1,2-9,1 мг/м2с), а массовый слой осевшей пыли незначителен и может взмётываться ветровым потоком в период от нескольких минут до нескольких часов.

5. Таким образом, при экологической оценке влияния массовых взрывов на окружающую среду следует учитывать только первичное явление - загрязнение воздушной среды продуктами детонации ВВ и пылью, а также оценивать загрязнение почвы минеральной пылью из пылегазового облака.

1. Левин А.В. «О диффузии пылегазового облака в пограничном слое атмосферы»// Труды УкрНИГМИ, вып. 150. - М: Гидрометеоиздат, 1976 - с. 3 - 18.

2. «Борьба с пылью в рудных карьерах»// В.А. Ми-

хайлов, П.В. Бересневич, В.Г. Борисов и др. - М.: Недра,

1981. - 262с.

^ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Конорев М.М. Исследования влияния двухфазных струй на динамику пылегазового облака (ПГО)// Известия УГГГА. - Сер. Горное дело - вып. 7- 1998, с134 - 136.

4. Бересневич П.В, Деньгуб ВИ., Ушаков В.П. Новый метод оценки рассеяния загрязняющих веществ горных предприятий. Сборники научных трудовНГА Украина, №5

«Проблемы аэрологии горнодобывающих предприятий» -Днепропетровск: РИК НГА Украины, 1999 - с. 107 - 111.

5. Деньгуб В.И. Аналпичний метод розрахунку потужно-сп поверхневих джерел викиду пилу. Охорона пращ та навко-лишнього середовища на тдприемствах прничо - металургш-ного комплексу».// Мтстерство промислово! полiтики Украши,

Украшський державний шститут безпеки пращ та екологй в гiрничiй i металургштй промисловосп - Кривий Р1г: НД1БПГ,1999 - с. - 123 - 128.

6. Матвеев Л.Г. Основы общей метеорологии. Физика атмосферы.// Л.: Гидрометеоиздат. 1965 - с.381 -387.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ