CC BY
26
© С.Д. Викторов, H.H. Казаков, A.B. Шляпин, 2012
УДК 622.235
С.Д. Викторов, H.H. Казаков, A.B. Шляпин
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ АТМОСФЕРНЫХ ВЫБРОСОВ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ВЗРЫВОВ
Изложен возможный метод определения парамров пылегазового облака, реализованный в виде компьютерной программы «Взрывовыброс». Ключевые слова: взрыв, пылегазовое облако, опасная зона, загрязнение.
Основным источником энергии разрушения горных пород, при добыче минерального сырья является энергия промышленного взрывчатого вещества (ВВ). В настоящее время произошло увеличение не только объема ежегодно используемых ВВ, но и объема единовременно взрываемого ВВ [1].
Промышленные взрывы сопровождаются выбросами в атмосферу пыли и газов, вредность которых определяется химическим составом ВВ, разрушаемыми породами и технологическими особенностями выполнения взрывных работ. Наиболее вредными для человека компонентами, которые содержатся в газообразных продуктах промышленных взрывов, являются: окислы азота; окись углерода; метан; конденсированный углерод; аммиак. Вредные составляющие продуктов взрыва распространяются на десятки километров от места его проведения, нередко затрагивая населенные пункты и промышленные объекты расположенные вблизи ГОКов.
В УРАН ИПКОН РАН разработан метод определения эколого-атмос-ферных параметров промышленных взрывов [2]. Метод позволяет рассчитать параметры трех основных составляющих пылегазового выброса: выделения токсичных газов; образо-
вания пыли; распространения пылега-зового облака.
Состав газов, выделяющихся при проведении промышленных взрывов ВВ зависит от таких факторов, как: тип ВВ; полнота и скорость протекания химической реакции; конструкции заряда и др. [3, 4, 5, 6, 7].
Промышленный взрыв сопровождается образованием пыли. Значительная часть пыли попадает в пыле-газовое облако с поверхности разрушаемого блока и дополняется пылью образующейся в зоне прилежащей к заряду и забоечной части скважинно-го заряда. Определение объема пыли, и ее гранулометрический состав может быть определен на основе результатов экспериментальных исследований [4].
Явление распространения пылега-зового облака в атмосфере может быть описано законами двух физических процессов: диффузии и перемещения частиц в воздушной массе. С помощью разработанного метода может быть описан процесс распространения в атмосфере, как газа, так и пыли образующейся при взрыве [8, 9].
С учетом современных требований предъявляемых предприятиями, на основе разработанного расчетного метода в УРАН ИПКОН РАН создана
Рис. 1. Растровое изображение карьера (аэрофотосъемка)
компьютерная программа «Взрыво-выброс» (патент №2009612164 от 27.04.2009) для оперативного определения параметров пылегазового облака и его изменения во времени и пространстве.
Программа позволяет обрабатывать растровые изображения рельефа местности, на котором отмечается одно или несколько мест предстояше-го взрыва (рис. 1).
Для расчета параметров пылегазо-вых выбросов используются: масса и тип ВВ; скорость и направление ветра; крепость горной породы.
Компьютерная программ-ма «Взрывовыброс» позволяет рассчитать следуюшие величины:
- время достижения максимальной токсичности;
- максимальная величина показателя токсичности;
- максимальная концентрация токсичного газа, мг/м3;
- максимальная концентрация пыли, мг/м3;
- время наступления опасной зоны;
- время окончания опасной зоны;
- продолжительность опасной зоны;
- дисперсный состав пыли в момент максимальной
опасности;
- плотность выпавшей пыли, мг/м2;
- гранулометрический состав выпавшей пыли.
В табл. 1 приведены результаты расчетов эколого-атмосферных последствий взрыва 5т. аммонита 6ЖВ, в породах крепостью f = 6-8 по шкале Протодьяконова, при скорости ветра 5 м/с. Предельно допустимые концентрации по газу 10 мг/м3, предельно допустимые концентрации по пыли 10 мг/м3.
Для определения размеров опасных зон по газу и пыли задаются предельно допустимые концентрации газа и пыли.
После образования пы-легазового облака радиус опасной зоны со временем возрастает до своего максимального значения, а затем уменьшается до 0. В табл. 2 показано как изменяется опасная зона в пространстве с течением вре-
Таблица 1
Показатели Кол-во
Масса пыли, кг 612,5
Массы СО, кг 128,125
Массы N0, кг 0,67
Общая масса в пересчете на СО в кг. 132,478
Фракция пыли, мкм 1-4 0,613
Фракция пыли, мкм 4-16 9,8
Фракция пыли, мкм 16-64 136,588
Фракция пыли, мкм 64-100 465,5
Высота подъема облака, м. 77
Площадь опасной зоны, м2. 2 264 686
Рис. 2. Положение опасной зоны
мени. Из таблицы видно, что при взрыве 5 т аммонита 6ЖВ и заданных начальных параметрах, радиус опасной зоны достигнет 7 км через 25 мин.
Рассчитанные размеры опасной зоны наносятся на изображение местности автоматически, что дает возможность визуально оценить масштаб эколого-атмосферных последствий проводимого взрыва (рис. 2).
Таблица 2
Компьютерная программа «Взрывовыброс» позволяет решать задачи связанные с распространением пыли, ее выпадением, определять плотность выпавшей пыли и ее гранулометрический состав.
Представленный метод расчета эколого-атмос-ферных последствий промышленных взрывов, реализованный в виде компьютерной программы «Взры-вовыброс», позволяет рассчитать параметры газов и пыли, выбрасываемых в атмосферу, радиусы опасных зон по газу и пыли, их деформации во времени и пространстве. В современных условиях интенсификации добычи минерального сырья представленный метод позволит выбирать оптимальные условия для проведения промышленных взрывов с минимальным влиянием пылегазовых выбросов на охраняемые объекты.
Время от начала взрыва Ралиус опасной зоны, Расстояние от места взрыва
м ло центра опасной зоны, м
0:0:56 283.3 107.6
0:1:53 566.6 134.3
0:2:49 849.9 150.2
0:3:46 1133.1 161.4
0:4:43 1416.4 169.5
0:5:39 1699.7 175.2
0:6:36 1983.0 179.2
0:7:33 2266.3 181.8
0:8:29 2549.6 183.3
0:9:26 2832.8 183.8
0:11:4 3321.2 182.5
0:12:41 3809.5 178.8
0:14:19 4297.8 173.0
0:15:57 4786.1 164.9
0:17:34 5274.4 154.5
0:19:12 5762.7 141.4
0:20:50 6251.1 125.1
0:22:27 6739.4 104.1
0:24:5 7227.7 75.0
0:25:43 7716.0 0.0
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Трубецкой К.Н., Галченко Ю.П., Бурцев Л. И. Экологические проблемы освоения недр. - М.: Научтехлитиздат, 2003 г. - С.143-153.
2. Викторов С.Д., Бутысин B.C. Методика и программа расчета образования распространения пылегазового облака при массовом взрыве на карьере. Горный журнал №5. - М., 1996. - С. 50-52.
3. Баум Ф.А., Орленко Л.П., Станюкович К.П. Физика взрыва. - М.: Наука, 1975.
4. Бересневич П.В., Наливайко В.Г. Снижение выбросов пыли и вредных газов в атмосферу карьеров и окружающую среду при массовых взрывах. - М.: Черметинфор-мация, 1985.
5. Дубнов Л.В., Бохаревич Н.С., Романов А.И. Промышленные взрывчатые вещества. - М.: Недра, 1982.
6. Михайлов В.А., Бересневич П.В. Снижение запыленности и загазованности воздуха на открытых горных работах. - Киев: Технаука, 1975.
7. Михайлов В.А., Бересневич П.В., Лобода А.И., Родионов Н.Ф. Борьба с пылью и ядовитыми газами при буровзрывных работах на карьерах. - М.: Недра, 1971.
8. Марчук Г.М. Математическое моделирование проблем окружающей среды. -М.: Наука, 1982.
9. Тихонов А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики. - М.: Наука, 1966.
10. Печков A.A., Шубин A.B., Результаты работ по повышению продуктивности скважин методом акустического воздействия.// Геоинформатика. - № 3, 1998. — С. 16—24.
11. Максимов T.A., Радченко A.B. Роль нагрева при акустическом воздействии на пласт.// Геофизика - № 6, 2001. — С. 38 — 46.
12. Гончаров E.B., Карманский A.T., Таланов Д.Ю., Вьюников A.A.. Интенсификация Метанопритоков на основе низкоэнергетического сейсмоакустического воздействия на пласт. Сборник докладов на рабочем совещании Европейской экономической комиссии и ее рабочей группы по газу 20—22 сентября, по теме «Геодинамические и геодинамические аспекты повышения добычи шахтного метана», С-ПБ, 2006. - С. 310—316.
13. Соловьев В.Б. Технология термогазодинамического воздействия на присква-жинную зону на базе гранулированных смесей с целью интенсификации добычи нефти и газа. VIII пленарное заседание Международного бюро по горной теплофизике. -СПб.: СПГГИ, 1988. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Викторов Сергей Дмитриевич - профессор, доктор технических наук, Казаков Николай Николаевич - доктор технических наук,
Шляпин Алексей Владимирович - кандидат технических наук, Shlyapin@mail.ru Учреждение российской академии наук Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук, info@ipkonran.ru
д
