Снижение пылеобразования и переноса пыли при разрушении горных пород Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.807

Ю.В. Шувалов, С.А. Ильченкова,

Н.А. Гаспарьян, А.П. Бульбашев

СНИЖЕНИЕ ПЫЛЕОБРАЗОВАНИЯ И ПЕРЕНОСА ПЫЛИ ПРИ РАЗРУШЕНИИ ГОРНЫХ ПОРОД

Семинар № 3

Загрязнение атмосферы при разрушении горных пород пылью происходит от многих источников. Их интенсивность зависит от многочисленных факторов, к которым относятся тип и свойства горных пород, климатические и погодные условия, техника и технология разработки, а также эффективность применяемых способов борьбы с пылью.

Основными источниками пылеобразования при разработке месторождений открытым способом являются: бурение, взрывание, вторичное дробление, выемочно-погрузочные работы и операции, связанные с перемещением горной массы (рис. 1). Кроме того, на загрязнение атмосферы оказывают влияние процессы, непосредственно связанные с ведением открытых горных работ (отвалообразование), с дальнейшей переработкой руды (дробление, обогащение и агломерация, складирование хвостов) и др.

Не менее интенсивными источниками пылеобразования на горнорудных предприятиях являются отвалы и хвостохранилища (рис. 1), в которых располагаются отходы обогащения, содержащие обычно мелкие фракции. Интенсивность пылеобразования такими источниками колеблется в широких пределах и в большей степени зависит от влажности материала и скорости ветра (табл. 1).

Степень пыления зависит также от высоты

отвала (табл. 2).

Традиционные способы борьбы с пылью при разрушении горных пород ведутся в трех направлениях и включают предупреждение пылеобразования, пылеподавление и пылеулавливание.

Детальный анализ средств и способов борьбы с пылью на карьерах, выполненный И.Г. Ищуком и Г.А. Поздняковым [1], Н.З. Битколовым и И.И. Медведевым [2] и др. свидетельствуют о целесообразности использования для борьбы с пылевыделением на основных технологических процессах со стационарными и полустационарными источниками мокрых способов с интенсивным диспергированием водных растворов в теплый период года и снегообразованием в холодный. Об этом свидетельствует и большой положительный практический опыт.

Способ борьбы с пылью с применением воды может быть реализован двумя путями: предварительным увлажнением горного массива и использованием водяной внешней забойки. Но вода как средство борьбы с пылью на пылящих поверхностях имеет ряд существенных недостатков: кратковременность пылепо-давления, и при испарении воды вновь происходят процессы пылеобразования и переноса. Таблица 1

Скорость ветра, м/с Количество сдуваемой пыли, г/(м3 с)

свеженасыпанные отвалы через 3 месяца после отсыпки

> 1,5 0,01 0,006

С" «о 0,05 0,03

7 - 8,6 0,09 0,07

В связи с этим для снижения пыления при-

Рис. 1. Пылевой баланс атмосферы при разрушении горных пород: 1 - пыль с поверхностей отвалов, 2 - бурение скважин, 3 - транспортирование горной массы, 4 -экскавация, 5 - взрывные работы

меняется обработка пылящих поверхностей связующими химическими веществами: сульфатно-спиртовой бардой, битумом, нефтяным гудроном, нитролигнином, едким натром, латексом и др. Они обеспечивают высокую адгезию к минеральным частицам и обладают хорошими когезионными свойства.

Целесообразным считается использование таких закрепителей, как водные растворы полимеров, латексов и лигнина (табл. 3) [3, 4, 5]. Эти составы позволяют получить покрытия, стойкие к выщелачиванию водой и трещинооб-разованию от перемены температуры, ветровых нагрузок и солнечной радиации.

Применяемые на практике различные химические пылесвязывающие составы малоэффективны или токсичны, экологически не безопасны и могут применяться только при отсутствии их непосредственного контакта с биообъектами, особенно при биологической рекультивации.

Наиболее перспективным и актуальным решением снижения пылеобразования и переноса пыли при разрушении горных пород является совершенствование способов закрепления пылящих поверхностей. Среди них особое внимание следует обратить на способ закрепления пылящих поверхностей на основе применения комплексных методов обеспыливания с использованием биопродуцирующих органических клеящих материалов.

Важным фактором эффективного снижения пылеобразования и переноса пыли является создание связной структуры в верхнем слое покрытия, которая обеспечивает повышенные прочностные свойства. Защитный слой должен обладать достаточной прочностью, ветро- и водоустойчивостью, температуроустойчиво-

стью, долговечностью, быть биопродуктивным и экологически безопасным.

Необходимо было найти вещество, которое обладает такими свойствами. Длительные поиски и исследования дали результат: вышепе-

речисленными качествами обладает вещество -сапропель. Основные характеристики этого вещества: биостимуляция и склеивание пыли [6]. В отличие от дорогих, дефицитных и, в основном, экологически вредных традиционных связующих (таких как битумная эмульсия, латекс и др.) сапропель как сырья доступен, сравнительно дешев и обладает высокой адгезионной способностью.

Уникальность сапропеля заключается не только в том, что он является хорошим связующим, но и в том, что сапропель - это органическое удобрение, содержащее многие биологически активные компоненты (керотин, витамины), что позволяет считать его активной минерально-витаминной подкормкой.

В лабораторных условиях были проведены исследования, целью которых являлось определение эффективности пылеподавления витающей пыли и укрепления пылящих поверхностей путем орошения водой с клеящими добавками.

На первом этапе была определена зависимость дальности пылеуноса от крупности частиц без пылеподавления при скорости движения воздушного потока 3-5 м/с и крупности частиц 0,071-1,6 мм. На рис. 2 приведена зависимость (сплошная линия) содержания класса крупности частиц от дальности пылеуноса от источника пылеобразования (число опытов более 100).

На втором этапе была определена эффективность пылеподавления путем орошения частиц водой с клеящими добавками (пунктирная кривая на рис. 2). Последующие исследования пылевыделения с пылящих поверхностей в зависимости от концентрации клеящего вещества в растворе позволили выявить оптимальные характеристики последнего, обеспечивающие длительное сохранение поверхности от выдувания и перспективы применения конденсационного и кристаллизационного способов пылеподавления.

Таблица 2

Показатели Высота отвала м

45 60 75 90 105

Средневзвешенная площадь пылеобразования, га 221 247 269 317 342

Ожидаемый объем пылеобразования, т/ч (тыс. т./год) 4,8 (42,0) 5,4 (46,9) 5,8 (51,1) 6,9 (60,2) 7,4 (65,0)

Д, см 12 10 8

6

4

Ри1.

х X

X 0(1%

о о

2Г"''Д Д 1%

о. ' -(засыхание'. О 2,50%

О. Д X 10%

4. Максимальное удельное распределение ненару-

ИКЧШЫХростков (г=30 сут)

20

время, сутки

Рис. 2. Характеристика частиц крупностью 0,63-1,6 мм

Ожидаемый эффект заключается в снижении интенсивности сдувания пыли с поверхности техногенных массивов за счет увеличения крупности пылевых частиц путем связывания их в гранулы, а также с целью дальнейшего использования образующего слоя при биологическом этапе рекультивации нарушенных земель в качестве удобрения.

На третьем этапе в лабораторных условиях была определена биоэффективность сапропеля при формировании растительного покрова стабильной продуктивности (на примере газонной травы «Универсал»: 32 % овсяница красная красная Херольд, 32 % овсяница красная красная Энгина, 16 % овсяница красная измененная Аида, 16 % мятник луговой Балин, 4 % Райграс однолетний).

Для установления биоэффективности сапропеля проведена серия опытов, в которых варьировались концентрации сапропеля от 0 % до 10 %.

Исследования показали, что на 25 сутки прекращается рост травы в образцах с концентрацией сапропеля 0 % и 1 %, а на 30 сутки наблюдается изменение окраски ростков в этих же образцах (рис.3, 4), что свидетельствует о не достаточном количестве органических веществ и основных элементов питания.

Лучшие результаты были получены при применение сапропеля в количестве 5-10 %. В этом интервале наблюдается биоэффективность сапропеля, соответствующая оптимальной длине ростков травы (рис. 4).

В результате исследований были выявлены оптимальные

Рис. 3. Зависимость роста травы во времени и от трофических условий

Таблица 3

Сравнительная характеристика растворов

для пылеподавления (связывания сыпучего материала)

Раствор латекс лигнин полимер

Прочность корки 0,28 0,48 1,0

Влагоудержание 0,45 0,70 0,10

Водостойкость покрытия 0,90 0,65 0,52

Экологическая безопасность 1,0 0,80 0,88

Эффективность снижения за-

пыленности 0,50 0,70 1,0

I 0,80 0,60 0,30

II

Температура воздуха и влаж- +15...+20 - -

ность грунта, % 5

Концентрация раствора, % 4 0,3 0,03

Удельный расход, л/м2 1 7 3

Стоимость материала, руб./кг 14,4 12

характеристики связующего вещества, обеспе- от выдувания и биоэффективность.

чивающие длительное сохранение поверхности

1. ИщукИ.Г, Поздняков Г.А. Средства комплексного обеспыливания горных предприятий. Справочник. - М., 1991.

2. Битколов Н.З., Медведев ИИ. Аэрология карьеров. Учеб. для вузов. - М., 1992.

3. Карасев К.И., Мязин В.П., Гальперин В.Г. Использование водорастворимых полимеров при добыче и переработке минерального сырья. Обзорная информация. - М., 1990, Вып.1.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. ОлейниковА.Г., Свирякин Б.И., Стороженко Н.Д. Физико-химические приемы снижения водопроницаемости и предотвращения пыления грунтов хвосто-хранилищ на разных стадиях их возведения. Обзорная информация. - М., 1990, Вып.1.

5. РогалевВ.А. Нормализация атмосферы горнорудных предприятий. - М., 1993.

6. Лопотко М.З., Кислое НВ. Использование сапропелей в народном хозяйстве СССР и за рубежом. Обзорная информация. - М., 1990.

Коротко об авторах _________________________________________________________________

Шувалов Ю.В., Илъченкова С.А., Гаспаръян Н.А., Бульбашев А.П. — Санкт-Петербургский государственный горный инситут (Технический университет).

--------------------------------------- © В.К. Угольников, Д.Б. Симаков,

Н.В. Угольников, 2004

УДК 622.233.6:622.24.051.55

В.К. Угольников, Д.Б. Симаков, Н.В. Угольников

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГОЕМКОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ШАРОШЕЧНОМ Б УРЕНИИ

Семинар № 3

ТЪ настоящее время на карьерах нормы -Я-9 выработки машинистов буровых станков определяются на основании классификации ЦБПНТ, основой которой время, затрачиваемое на бурение 1 м скважины. Основным минусом этого метода является недостаток оперативной информации о свойствах буримых пород, что представляет собой весьма крупную технологическую проблему.

Исследования [1] показали, что данная задача может быть решена с помощью показателя удельной энергоемкости бурения, являющегося интегральной характеристикой комплекса физико-технических параметров

горных пород в массиве. Существующая шкала ЦБПНТ была трансформирована со скорости бурения на удельную энергоемкость бурения табл. 1.