Автореферат Бахтина Е.А.


УДК 622.233.622.235.2                                                      На правах рукописи

 

 

 

 

 

 

 

 

Бахтин Евгений Александрович

 

 

 

 

 

Повышение эффективности и безопасности взрывных работ на горнодобывающих предприятиях  с использованием новых взрывчатых веществ

 

 

 

25.00.22 – Геотехнология (подземная, открытая, строительная)

 

 

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Республика Казахстан

Алматы, 2008

Работа выполнена в Дочернем государственном предприятии «Восточный научно-исследовательский горно-металлургический институт цветных металлов» ДГП «ВНИИцветмет» РГП «НЦ КПМС РК»

 

 

Научный руководитель:                               академик НАН РК, заслуженный

                                                                            деятель РК, доктор технических                    

                                                                           наук, профессор Ракишев Б.Р.

 

Официальные оппоненты:                           доктор технических наук,

                                                                            профессор Бейсебаев А.М.  

                         

                                                                            кандидат технических наук,

                                                                            доцент Утегенова Ж.К.

                                                                        

Ведущая организация:                                 Восточно-Казахстанский

                                                                             государственный технический

                                                                             университет им. Д. Серикбаева

                                                                                                                                                     

 

 

Защита состоится 14 мая 2008г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 14.61.23 в Казахском национальном техническом университете им. К.И. Сатпаева  по адресу: 050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22а, конференц-зал, факс. 8 (7272) 92-60-25, тел. 8 (7272) 92-70-00

 

 

 

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического университета им. К.И. Сатпаева

 

 

 

Автореферат разослан  10 апреля 2008 г.

 

 

 

 

          Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук,

профессор                                                                            Столповских И.Н.

                                                                                                         


Введение

 

Актуальность темы исследования. Республика Казахстан является одной из ведущих стран мира по запасам твердых полезных ископаемых с развитой горнодобывающей промышленностью. В общем объеме извлекаемых из недр горных пород и руд на долю крепких и весьма крепких приходится около 60 %.

При этом отбойка горной массы должна обеспечить требуемую степень дробления, форму и ширину развала для получения максимальной производительности погрузочно-транспортных средств, минимальное действие взрыва вглубь массива при наименьших сейсмическом действии и интенсивности воздушной волны взрыва.  

Несмотря на значительные за последнее десятилетие успехи в области совершенствования технологии взрывных работ и частичного обновления ассортимента промышленных взрывчатых веществ (ВВ) их технико-экономические показатели при разрушении крепких и весьма крепких пород не в полной мере отвечают возросшим требованиям горного производства.

Поэтому исследования по разработке методов повышения энергии промышленных ВВ, снижению стоимости и повышению их безопасности, от которых зависит общая эффективность взрывных работ, являются важной научной и научно-технической задачей.

Целью работы является повышение эффективности и безопасности взрывных работ на горно-добывающих предприятиях Республики Казахстан за счет разработки и использования новых взрывчатых веществ.

Идея работы заключается в разработке технологии производства дешевой энергетической добавки для промышленных ВВ и замены твердой аммиачной селитры на пористую при производстве взрывчатых составов в рассыпном виде.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- разработка дешевой, альтернативной алюминию, энергетической добавки и технологии ее производства для промышленных ВВ с использованием вскрышных пород экибастузских разрезов;

- создание нового рассыпного ВВ с использованием порошка ферросиликоалюминия с технологией его производства на местах применения;

- проведение промышленных испытаний нового гранулита на открытых и подземных горных работах;

- выполнение технико-экономического обоснования перехода на пористую аммиачную селитру при производстве рассыпных ВВ.

Новые научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1.  Химическая и термическая стойкость рассыпных и эмульсионных ВВ с использованием порошков ФСА отвечает нормативным требованиям к ВВ этого класса, по показателям пожаро- и взрывоопасности порошки ФСА более безопасны по сравнению с порошками алюминия.

2.   Порошок ФСА, участвуя в реакции взрывчатого превращения, обеспечивает прирост энергии взрыва ВВ, уменьшает в два раза его стоимость, позволяет повысить эффективность взрывных работ при разрушении крепких и весьма крепких горных пород и руд.

3. Замена твердой аммиачной селитры с гладкими гранулами на пористую, приводит не только к увеличению теплового эффекта взрыва, но и к снижению образования в сточных водах рудников и обогатительных фабрик сверхлимитного содержания токсичных веществ нитрогруппы.

4.   Разработан критерий технико-экономической оценки и выбора промышленных ВВ для горно-добывающих предприятий с учетом эксплуатационных потерь ВВ и их компонентов.

Научная новизна:

- экспериментально установлена зависимость чувствительности рассыпных ВВ к механическим воздействиям от крупности порошков ферросплавов, что позволило разработать новую рецептуру рассыпного ВВ – гранулита А-8ФСА с использованием порошков ферросиликоалюминия крупностью не более 100 мкм, с содержанием в нем кремния не более 50 %;

- доказана технико-технологическая и экономическая возможность замены дефицитного алюминиевого порошка экономически доступным ферросиликоалюминиевым порошком в качестве горючего компонента в промышленных ВВ;

- выявлено, что   пористая аммиачная селитра, обеспечивая сохранность нормативного компонентного состава рассыпных ВВ, позволяет повысить технико-экономические показатели взрывных работ, снижает количество ядовитых газов при взрыве и выбросы токсичных веществ в сточные воды рудников и обогатительных фабрик;

- обоснован коэффициент взрывной эффективности промышленного ВВ, определяемый по методу воронкообразования, в зависимости от содержания в его  составе порошка ФСА.

Методы исследования. В теоретических и экспериментальных исследованиях использован комплексный метод,  включающий обобщение опыта взрывных работ при добыче крепких и весьма крепких горных пород и руд, химический и рентгенофазовый анализ металлических порошков, термохимические расчеты рецептуры ВВ,  лабораторно-полигонные и промышленные испытания нового ВВ, технико-экономическую оценку новых ВВ с использованием методов теории вероятности, математической статистики и ПЭВМ.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: использованием в исследовании современных теоретических представлений о действии взрыва в среде, основных тенденций развития ассортимента промышленных ВВ; сходимостью аналитических расчетов с результатами контрольных и промышленных испытаний новых ВВ на горных разработках с использованием современной регистрирующей аппаратуры; актами приемочных испытаний и разрешениями органов госконтроля за промышленной безопасностью РК на допуск к постоянному применению нового ВВ и модернизированной смесительно-зарядной машины для его приготовления.

Научное значение работы состоит в теоретической оценке возможности замены алюминиевого порошка в качестве горючей металлической добавки в промышленных ВВ на более дешевый и безопасный порошок ФСА, получаемый из отходов горно-добывающих предрприятий, обосновании целесообразности перехода с твердой АС на пористую в рассыпных ВВ с учетом природоохранного фактора, обосновании критерия технико-экономической оценки и выбора ВВ для горно-добывающих предприятий.

Практическая ценность работы заключается в разработке технологии получения новой дешевой, альтернативной алюминиевому порошку, металлической добавки в виде порошков ферросиликоалюминия для промышленных ВВ, новизна которой подтверждена предпатентом РК № 14452; разработке на уровне изобретения (предпатенты РК № 11981 и 14195) рецептуры и проведении промышленных испытаний нового рассыпного ВВ – гранулита А-8ФСА, использование которого позволяет снизить стоимость взрывных работ и повысить их безопасность; разработке модифицированной смесительно-зарядной машины для приготовления гранулита А-8ФСА, заряжания им взрывных скважин (решение о выдаче предпатента РК по заявке № 2006/0931 от 07.08.06).

Реализация результатов работы.

1.            Разработаны с участием автора технический регламент на производство и технические условия ТУ 6310 РК 00200928 ДГП-150-2004 «Гранулит А-8ФСА», который после успешных приемочных испытаний допущен к постоянному применению на открытых и подземных рудниках РК, кроме шахт и рудников, опасных по пыли и газу.

2.            Разработан с участием автора стандарт СТ ДГП 00200928-155-2007 на модифицированную смесительно-зарядную машину МЗ-3Б, которая после успешных приемочных испытаний на разрезе «Богатырь» допущена к применению на карьерах для заряжания взрывных скважин гранулитом А-8ФСА и игданитом.

3.            Замена твердой аммиачной селитры с гладкими гранулами на пористую при производстве простейших ВВ существенно сократила выбросы вредных газов на горных предприятиях.

4.            Внедрение разработок автора на подземных рудниках АО «Казцинк», медно-рудных карьерах ТОО «Казахмыс», карьере «Кентобе» и угольном разрезе «Богатырь» дало экономический эффект в 14,6 млн. тенге. Ожидаемый эффект на горных предприятиях Казахстана и России – 150 млн. тенге.

Личный вклад соискателя состоит в:

- теоретической оценке возможности замены алюминиевого порошка в качестве горючей металлической добавки на более дешевый и безопасный порошок ФСА; разработке технических требований к производству порошков ферросиликоалюминия и рецептуры гранулита А-8ФСА;

- разработке технологических регламентов производства гранулита              А-8ФСА и модернизированной смесительно-зарядной машины МЗ-3Б;

- испытаниях гранулита А-8ФСА и модернизированной машины
МЗ-3Б, пористой аммиачной селитры на подземных рудниках АО «Казцинк»;

- обосновании критерия технико-экономической оценки и выбора ВВ для горно-добывающих предприятий.

          Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной практической конференции «Взрыв-97»                (г. Алматы, 1997 г.) первой Международной научно-технической конференции «Проблемы комплексного освоения рудных и нерудных месторождений Восточно-Казахстанского региона» (г. Усть-Каменогорск. 2001г.), первой Международной научно-практической конференции «Горное дело в Казахстане» (г. Алматы, 2000 г.), второй Международной научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития горнодобывающих отраслей промышленности» (г. Рудный, 2004г.), на первой Международной конференции «Вопросы комплексной переработки минерального сырья в Казахстане»                     (г. Алматы, 2003г.), на Харбинской Международной торгово-экономической ярмарке (КНР 2004 г.), IV Международной научно-практической конференции «Геотехнология-2007», (г. Хромтау 2007 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 21 научная работа, в т.ч. 4 предпатента на изобретение.

         Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и изложена на 166 страницах, включая  27  таблиц, 33 рисунка, список использованной литературы и 10 приложений.

 

 

Основная часть

 

Вопросам повышения эффективности взрывных работ при отбойке крепких и весьма крепких горных пород и руд на горно-добывающих предприятиях, в том числе посредством разработки новых ВВ с высокоэнергетическими добавками, пористой аммиачной селитры посвящены работы Н.А. Анаскина, В.В. Андреева, Ф.А. Баума, А.К. Бахтина, А.Ф. Беляева, А.М. Бейсебаева, С.Д. Викторова, Г.П. Демидюка, Л.В. Дубнова, И.Е. Ерофеева, Н.Н. Казакова, М.А. Кука, Б.Н. Кутузова, Н.В. Мельникова, Е.А. Петрова, З.Г. Позднякова, В.Н. Попова, Н.И. Работинского, Б.Р. Ракишева, В.Н. Родионова, Б.Д. Росси, В.А. Соснина, Г.И. Тамбиева, А.М. Ханукаева, К.К. Шведова.

Анализ ведения взрывных работ с использованием промышленных ВВ на горнодобывающих предприятиях Казахстана показал, что условия их применения в целом усложняются. С увеличением глубины разработки месторождений растут объемы труднодобываемых горных пород, которые в настоящее время достигли 50 % суммарных объемов отбойки.

В этих условиях при применяемом ассортименте промышленных ВВ степень дробления пород и руд при взрывах не в полной мере отвечают требованиям производства, особенно на подземных рудниках цветной металлургии. В общей стоимости буровзрывных работ доля затрат на приобретение и использование в этих условиях промышленных ВВ составляет 35 %. В сточных водах подземных рудников и обогатительных фабрик АО «Казцинк» содержание токсичных нитратов и нитритов аммония при использовании игданита на твердой аммиачной селитре с гладкими гранулами превышает допустимые нормы в 5-7 раз. Выбор и применение промышленных ВВ на ряде предприятий производится без учета эксплуатационных свойств ВВ.

Одним из широко применяемых методов повышения эффективности взрывных работ при разрушении крепких и весьма крепких пород и руд является применение промышленных ВВ с введением в их состав высококалорийных горючих компонентов, в качестве которых применяют в основном алюминий в виде пудры или порошка, реже силикоалюминий. Высокая стоимость этих добавок (475 и 525 тыс. тенге за 1 т), относительно низкая электропроводность (1011-13 Ом·см), высокая пожаро- и взрывоопасность предопределили разработку и испытание более дешевых и безопасных энергетических добавок для ВВ.

Согласно ранее проведенных в этом направлении работ Дубнова Л.В., Позднякова З.И., Солнцевой Р.Н., Соснина В.А. тепловой эффект от взрыва ВВ может быть повышен путем использования ферросплавов с увеличенным содержанием кристаллического кремния (таблица 1).

 

Таблица 1 – Повышение теплоты взрыва состава на 1 г горючей добавки

 

Наименование горючей добавки

Относительная молекулярная масса

Формула окисла

Теплота образования окисла, ккал/моль

Повышение теплоты взрыва состава на 1 г горючей добавки, ккал

Алюминий

27

Al2O3

398,0

7,40

Кремний

28

SiO2

205,0

7,35

Кальций

40

CaO

150,8

3,77

Железо

56

Fe2O3

197,6

1,77

 

Из выпускаемых в Казахстане и России ферросплавов практическое использование в рассыпных промышленных ВВ, нашел ферросилиций ФС-75/25. Из-за присутствия в нем фосфора, который при контакте с кислой средой или при температуре более 150 оС образует весьма токсичные газообразные фосфины, высокой абразивности порошок ФС-75 применяется в рассыпных ВВ только на открытых горных разработках.

В связи с разработкой, впервые в мире, казахстанскими учеными-металлургами (Абишев Ж., Жарменов А.А., Байсанов С.О., Толымбеков А.К.) сплава ферросиликоалюминия (ФСА) и освоением его промышленного производства на заводе ТОО «АиК» (г. Экибастуз) автор участвовал в проведении комплекса исследований по оценке возможности использования его в качестве горючей добавки для промышленных ВВ.

Сплав Fe-Si-Al – комплексный сплав, содержащий: кристаллического Si - 40-65 %, металлического Al - 10-30 % и остальное – металлическое Fe. Процесс получения этого сплава основан на высокотемпературном совместном восстановлении кремния, алюминия, железа твердым углеродом. Сырьевая база – углистые породы Экибастузского бассейна.

Предпосылкой использования сплава ФСА в промышленных ВВ явилось то, что такой сплав в виде энергоаккумулирующего вещества (ЭАВ) в измельченном состоянии сильно экзотермичен в смеси с окислителем и сопровождается бурной реакцией с выделением большого количества энергии в малый промежуток времени. При окислении 1 кг порошка алюминия по реакции:

4/3 Al+O2=2/3 Al2O3

выделяется 3708 ккал энергии в виде тепла, 1 кг кремния по реакции:

Si+O2=SiO2

выделяется 3625 ккал.

Оценку возможности использования порошков ФСА на первоначальном этапе исследований проводили применительно к простейшим рассыпным взрывчатым составам типа гранулитов. Исследовали влияние технологии измельчения сплава ФСА на окислительный процесс с проведением химического и рентгенофазового анализов порошка ФСА. Для этого по технологии, разработанной с участием автора, на ТОО «АиК» (г. Экибастуз) была смонтирована установка по получению порошков ФСА из выпускаемого на этом заводе одноименного сплава.

Первичное дробление слитков сплава ФСА после рудотермической печи осуществлялось в щековой дробилке производительностью 1 т/час с получением крупности до 10 мм. Дальнейшее измельчение до необходимой крупности производилось в вибромельнице ВМ-60. Классификация же полученного порошка осуществлялась в двухдечном вибросите ВС 900/2 конструкции ТОО ИЦ «Вибромаш» производительностью 80 кг/час.

При проведении исследований сплав измельчали в вибромельнице в двух режимах: в присутствии инертного газа аргона и без него. Установлено, что интенсивный окислительный процесс при измельчении сплава не происходит, то есть, участвуя в реакции взрывного превращения металлические алюминий, железо, кремний могут обеспечить прирост энергии взрыва ВВ.

Важным показателем применимости металлических порошков в промышленных ВВ является пожаро- и взрывоопасность.

Сравнительные характеристики порошков алюминия ПА-2, ферросицилия ФC 75/25 и ферросиликоалюминия ФC 55 А 20, ФC 55 А 25 приведены в таблице 2.

 

Таблица 2 – Пожаро- взрывоопасность порошков Al, FeSi, FeSiAl

 

Наименование показателей

Показатели

Алюминий

Ферросицилий

75/25

Ферросилико-

алюминий

Насыпная плотность, г/см3

1,20

1,32

1,9-2,1

Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом×см

1111-13

1010-12

103

Минимальная энергия зажигания, МДж

15

280

250

Температура самовоспламенения аэрозоля, оС

640

860

800

Нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР), г/м3

40

150

130

 

Как видно из таблицы, пожаро- и взрывоопасность ФСА существенно ниже по сравнению с Al.

При исследованиях определена также электропроводность порошков. Удельное электрическое сопротивление, измеренное по ГОСТ 64322, составило: объемное для Al 1х1011, для ФСА 1х103 Ом·см, поверхностное - 16х104,  1,2х1013 Ом·см соответственно.

Таким образом, при относительной влажности воздуха 75 % и температуре 21 оС порошки ФСА относятся к полупроводникам.

На основе термохимических расчетов по известным методикам для ВВ с нулевым кислородным балансом с участием автора на уровне двух изобретений разработана рецептура рассыпного ВВ (предпатенты РК № 11981, № 14195) с использованием порошка ФСА под названием «Гранулит А-8ФСА».

Комплекс экспериментальных исследований по уточнению физико-химических и взрывчатых свойств гранулита А-8ФСА проведен на опытно-экспериментальной базе Федерального научно-производственного центра «Алтай» Агентства боеприпасов Российской Федерации.

Рецептурный состав исследуемого гранулита А-8ФСА приведен в таблице 3.

 

Таблица 3 – Массовая доля компонентов гранулита А-8ФСА

 

Наименование показателей

Норма

Массовая доля, %:

- аммиачная селитра гранулированная или пористая

- нефтепродукт (дизельное топливо или индустриальное масло)

- порошок ФСА

- влага, не более (сверх 100 %)

 

90,0±3,0

4,0±1,0

6,0±2,5

1,5

 

Оценка химической стойкости нового гранулита проведена на установке «Вулкан» в соответствии с ОСТ 84-744 при следующих условиях: температура среды (азот) – 80оС, степень заполнения реакционного объема – 1,28 г/см3. Прирост давления за 24 часа не превысил 40 мм рт. ст., что свидетельствует о химической стойкости гранулита с порошком ФСА.

Оценка термической стойкости проведена с помощью дериватографа в условиях литейного образца со средней скоростью 5 град/мин в интервале температур от комнатной до 500оС. Интенсивное разложение гранулита
А-8ФСА начинается при температуре около 200оС, что характерно для аммиачной селитры с добавками нефтяных масел.

Согласно рисунку 1 кривая тепловыделения по наличию тепловых эффектов совпадает с кривой для аммиачной селитры: при три эндотермических пика модификационных переходов (38,85 и 130 оС), один пик плавления (170 оС) и экзотермический эффект разложения (220 оС). Таким образом, гранулит А-8ФСА термически устойчив до температуры 200 оС.

 

 

Рисунок 1 - Кривая тепловыделения гранулита А-8ФСА

        

Минимальную энергию воспламенения определяли по ОСТ 84-2176 при относительной влажности воздуха 75 % и температуре 21 оС. При воздействии на оба образца электрической искрой с энергией более 0,173 Дж воспламенение не происходило. По электропроводности гранулит А-8ФСА находится на границе полупроводников и диэлектриков: удельное объемное электросопротивление 1,7х107 Ом∙см.

         Особое внимание в ходе исследований было обращено на чувствительность ВВ с добавками ФСА к механическим воздействиям, так как по ряду предыдущих исследований, порошки ферросплавов в связи с высокой твердостью и угловатой формой повышают этот показатель порошкообразных ВВ по сравнению с алюминием.

Оценена чувствительность гранулита А-8ФСА к механическим воздействиям в зависимости от крупности порошка ФСА. Последняя составляла для образцов № 1, 2 и 3 –50, -100 и -200 мкм соответственно. При определении чувствительности к удару по ГОСТ 4545 получены следующие результаты: нижний предел (прибор № 2, давление подпрессовки 290 МПа, масса груза 10 кг), мм: для образцов № 1 и 2 – 120, для образца № 3 – 200; частота взрывов в приборе № 1 (Н=250 мм, масса груза 10 кг), %: для образцов № 1 и 2 – 0-16, для образца № 3 – 36-48.

Таким образом, чувствительность к удару гранулита А-8ФСА при использовании порошка ФСА крупностью менее 100 мкм соответствует допустимому уровню для промышленных ВВ II класса.

Для сравнения определена чувствительность к удару гранулита А-6 с 6 % бельгийского порошка силикоалюминия 75/25, которая составила 24 %.

Предельная чувствительность к трению по ОСТ В 84-894, оцененная на приборе К-44-III составила, кг/см3: для образцов № 1 и 2 – 4000; для образца №3 – 2700.

Таким образом, на основе проведенных исследований установлено, что для порошкообразных и рассыпных ВВ крупность порошков ФСА должна быть не более 100 мкм.

С учетом проведенных испытаний с участием автора в ТОО «АиК» разработана и внедрена технология и техрегламент на выпуск порошков ФСА крупностью не более 100 мкм для порошкообразных и рассыпных, не более 300 мкм – для водосодержащих и эмульсионных ВВ.

Производственному циклу испытаний нового гранулита предшествовал цикл полигонных испытаний, для которых образцы ВВ готовились на стационарном пункте приготовления водомасляной эмульсии ТОО «ПП Кенгир» в г. Жезказгане.

Методом воронкообразования была определена относительная работоспособность гранулита А-8ФСА. Коэффициент относительной работоспособности исследуемых ВВ определяется по формуле:

 

                                                  ,                                                     (1)

где     Vи – объем воронки разрушения при взрыве игданита, м3;

         Vэ – то же исследуемых ВВ, м3.

         Результаты испытаний представлены в таблице 4.

 

Таблица 4 – Относительная работоспособность различных ВВ по воронкообразованию

 

п/п

Наименование ВВ

Полная идеальная работа взрыва, кДж/кг

Масса заряда,  кг

Объем воронки,  м3

Относительная работоспособность по сравнению с игданитом

1

Игданит

2800

10,0

1,23

1,0

2

Гранулит А-6

3520

10,0

1,53

1,24

3

Гранулит А-8ФСА при содержании порошка ФСА в масс. %:

3

6

7

 

 

 

3160

3240

3480

 

 

 

10,0

10,0

10,0

 

 

 

1,32

1,45

1,55

 

 

 

1,07

1,18

1,26

 

По результатам проведенных испытаний подтверждено, что с увеличением в составе ВВ порошка ФСА работоспособность ВВ повышается.

Опытные партии гранулита А-8ФСА для испытаний на медно-рудных карьерах АО «Корпорация Казахмыс» готовили на действующем в ТОО «Кенгир» стационарном пункте. Всего при испытаниях было взорвано 85 т нового ВВ в породах и рудах крепостью f=14-16.

По результатам взрывов было установлено, что технические показатели буровзрывных работ (выход горной массы и негабарита, проработка подошвы и ширина развала) при использовании гранулита А-8ФСА аналогичны показателям с гранулитом А-6 при увеличенном в 1,13-1,15 раза содержании ФСА в сравнении с алюминием.

С учетом меньшей стоимости порошка ФСА по сравнению с силикоалюминием (113 и 275 тыс. тенге за 1 т соответственно в ценах 2003г) снижение стоимости 1 т ВВ составило 9500 тенге.

Промышленные испытания гранулита А-8ФСА в подземных условиях проводили на Малевском, Греховском, Тишинском рудниках АО «Казцинк».

Новое ВВ готовили на стационарных пунктах, смонтированных в подземной выработке Малеевского рудника и в хранилище базисного склада Риддерского ГОКа.

В ходе испытаний на Малеевском руднике проведено 70 взрывов в забоях, в том числе 50 по полиметаллической и медно-колчеданной руде с коэффициентом крепости ƒ=14-15, и 20 по породе с коэффициентом ƒ=17-18. Сечение проходимых выработок составляло 18,8 м2, диаметр компенсационных шпуров – 65, остальных – 43 мм. Глубина компенсационных – 2,8, остальных – 2,6 м. Кроме того, испытания проводились и при глубине шпуров 4,3 м. Заряжание шпуров рассыпными ВВ производилось шведской самоходной зарядной машиной ДС-11В при давлении сжатого воздуха 4,5х105 МПа. Инициирование зарядов проводили с помощью неэлектрической системы СИНВ-Ш с 19 номиналами замедления.

В отдельных забоях содержание пиритной серы в руде составляло
33-38 %. В этом случае в недозаряд устанавливали гидроампулы. При взрывах не наблюдалось воспламенения, вторичного взрыва сульфидной пыли, а содержание сернистого газа не превышало допустимой нормы, отказов и выгорания ВВ не зафиксировано.

При испытаниях гранулита А-8ФСА в одних и тех же забоях проведены сравнительные взрывы с использованием гранулита А-6 с алюминиевым порошком ПА-2 и игданитом.

Замеренная с помощью канадского прибора «Mini Trap» с программным обеспечением скорость детонации гранулита А-8ФСА по всей длине восстающей скважины глубиной 39,5 м составила 3592 м/с.  

По результатам взрывов установлено, что при использовании гранулита А-8ФСА с содержанием ФСА в составе 7 %, и гранулита А-6 содержанием алюминия 6 % наблюдался одинаковый КИШ, оконтуривание выработок соответствовало проекту. Расчеты показали, что при затратах на приобретение и перевозку 1 т ПА-2 и ФСА, равных 299 и 121 тыс. тенге, удельный экономический эффект при переходе на гранулит А-8ФСА составил 11тыс.тенге/т  (в ценах 2004г).

Испытание гранулита А-8ФСА при скважинной отбойке проводили на Малеевском и Тишинском подземных рудниках АО «Казцинк».

Коэффициент крепости руды ƒ=14-15, диаметр восходящих скважин (глубиной от 5 до 20 м) – 115 мм, расположение веерное, расстояние между веерами 2,5-2,7 м. Проведено 23 массовых взрыва, при которых отбито 100 тыс. т балансовой руды. Заряжание скважин проводилось с помощью зарядных машин «Ульба-400МИ» (на Малеевском) и «Ульба-150И» (на Тишинском руднике) при длине зарядного шланга 50 и 100 м.

В ходе заряжания скважин и выдерживании ВВ в течение до 3 суток не наблюдалось интенсивного стекания дизельного топлива, а также выноса с отработанным сжатым воздухом порошка ФСА, просыпь ВВ не превышала 0,3%. Отказов, выгорания ВВ, воспламенения и вторичных взрывов пиритной серы не наблюдалось.

Между тем, в ходе пневмозаряжания скважин при дальности транспортирования зарядных шлангов более 50 м, при содержании порошка ФСА более 6 %, из-за его повышенной абразивности и угловатой формы выявлен увеличенный (в 2-3 раза) износ полиэтиленовых шлангов на их концах (у забоя) и в местах их перегибов по сравнению с пневмозаряжанием гранулитом А-6 с алюминиевым порошком.

Последующая разработка, выпуск и использование порошка ФСА с увеличенным до 25 % содержанием алюминия и замена дизельного топлива на индустриальное масло И-20 позволили уменьшить износ шлангов.

По результатам анализа массовых взрывов руды установлено, что при размере кондиционного куска полиметаллических и медно-колчеданных руд в 500 мм, выход негабарита составил от 0,9 до 3,8 %. «Затяжек» в кровле камер (невзорванная часть) не наблюдалось. Выход руд с 1м составил
20-21т, удельный расход на первичное взрывание 1,5-1,9 кг/м3 как при использовании гранулита А-8ФСА, так и гранулита А-6.

С учетом положительных результатов приемочных испытаний Департамент по госнадзору за ЧС, техническому и горному надзору Агентства РК по ЧС (ныне Министерство) допустил гранулит А-8ФСА к постоянному применению на открытых и подземных горных работах, кроме рудников, опасных по газу и пыли.

Повышение степени дробления крупноблочной  железной руды с коэффициентом крепости f=18-20 достигнуто при добавлении порошка ФСА в состав гранулита Э на карьере «Кентобе» ТОО «ОРКЕН».

Одним из средств, способствующих увеличению объемов применения гранулита А-8ФСА на карьерах, явилась разработка на уровне изобретения ВНИИцветмета с участием автора, специалистов АО «НИПИГОРМАШ», модернизированной смесительно-зарядной машины на базе применяемой в Казахстане и России зарядной машины МЗ-3Б.

На известных и применяемых в России и Казахстане зарядных машинах конструктивно не была предусмотрена технология ввода металлических порошков в состав простейших ВВ.

В конструктивном плане в оборудование машины МЗ-3Б дополнительно введен бункер – дозатор, в нижней части которого закреплен подвижный валик с регулируемой щелью для подачи порошка ФСА в начало поперечного шнека в заданном количестве. Выдаваемая продольным шнеком из основного бункера аммиачная селитра в смеси с дизельным топливом перемешивается с порошком ФСА поперечным шнеком. В нижней части бункера - дозатора закреплен пневмовозбудитель с регулируемой частотой колебаний, сжатый воздух для работы которого поступает от ресивера автомобиля.

Изготовленное ВНИИцветметом дополнительное оборудование было смонтировано на действующей в условиях разреза «Богатырь» зарядной машине МЗ-3Б и, под руководством  межведомственной комиссии, проведены ее производственные испытания в соответствии с выданным Комитетом по госконтролю за ЧС и промышленной безопасностью МЧС РК разрешением.

Общий вид модернизированной машины МЗ-3Б представлен на рисунке 2.

 

 

Рисунок 2 – Общий вид модернизированной смесительно-зарядной

машины МЗ-3Б

 

Проектирование экспериментальных взрывов с использованием гранулита А-8ФСА на разрезе «Богатырь» проводилось в соответствии с требованиями к качеству взорванной горной массы. Параметры буровзрывных работ определялись по методике разработанной академиком  Б.Р. Ракишевым:

Линия сопротивления по подошве уступа определялась по формуле:

                                                                                               (2)

 

Расстояние между скважинами по формуле:

                                                                                                 (3)

 

Длина незаряженной части скважины по формуле:

                                                                                      (4)

 

Радиусы зон мелкого дробления и радиальных трещин

                                ,                                      (5)

 

Предельный радиус взрывной полости  и прочностные характеристики среды в условиях взрывного нагружения расчитывались по формулам:

,          ,                 ,                 (6)

 

где    Рн – начальное давление продуктов детонации; ρвв – плотность ВВ; D – скорость детонации; Рс – прочностные характеристики среды в условиях взрывного нагружения; σсж – предел прочности на сжатие;      rпр – предельный радиус полости; r0 – радиус заряда.

         В ходе испытаний в машине изготовлено и взорвано 83 т гранулита         А-8ФСА с содержанием порошка ФСА 3,5; 5; 7 % в зависимости от дробимости пород. Гранулитом с содержанием ФСА 7 % заряжались скважины на участке блока с крупноблочными песчаниками  крепостью f=10-12 по шкале проф. М.М. Протодьяконова.

Для сравнения взрываемый блок разбивался на три части. Одна часть заряжалась игданитом, другая - гранулитом АФ-7 российского производства с ферросилицием, третья - новым гранулитом. Все части блока взрывались одновременно.

Величина заряда в скважинах, длина забойки, количество рядов, способ инициирования зарядов были одинаковые.

Беловатый цвет газов после взрыва показал, что все марки ВВ имели нулевой кислородный баланс.

Комиссионный осмотр развала после взрыва убедительно показал, что по взрывной эффективности гранулит А-8ФСА превышает игданит и гранулит АФ-7. На участке взрыва новым ВВ развал имел классическую форму для двухрядного взрывания. В результате полного разрушения уступа на уровне подошвы и отброса её в сторону свободной плоскости весь развал опустился на высоту 1,5-2 м. На участке блока, взорванного игданитом и гранулитом АФ-7, подвижки уступа не наблюдалось.

Выгорания ВВ и отказов зарядов при взрывах не наблюдалось. После уборки развала отметки уступа соответствовали проекту.

Для оценки степени дробления принимался комплексный показатель дробления, определяемый по формуле:

 

                                                                                     (7)

 

где    V – объем взорванного массива;

         Vi – объем i-той фракции;

         Vi ср – средний объем куска i-той фракции.

         На основании определения гранулометрического состава взорванной горной массы по поверхности развала и забоев в процессе экскавации установлено, что показатель дробления однотипных вскрышных пород с использованием гранулита А-8ФСА в 1,22 раза выше по сравнению с игданитом и в 1,15 раза с гранулитом АФ-7. Производительность экскаватора при новом ВВ увеличилась на 15-20 %, негабарит отсутствовал.

Как показала проверка природоохранной деятельности подземных рудников АО «Казцинк» при использовании аммиачной селитры с гладкими гранулами, содержание веществ группы азота (NO2, NO3, NH4) в шахтных водах с 2002 г. превышает допустимые нормы в 10 и более раз. Одновременно отмечено увеличение в 5-9 раз нитратов в и нитритов, аммония солевого в сточных водах обогатительных фабрик.

Основным фактором, от которого зависит количество и тип ядовитых газов, образующихся при взрыве, является кислородный баланс ВВ.

Как известно, гранулы применяемой твердой АС малопористые, плохо поглощают и удерживают дизельное топливо. Химический анализ проб игданита из скважин, приготовленных на Малевском руднике в процессе пневмозаряжания машиной «Ульба-400МИ» показал, что содержание дизельного топлива в его составе составляло от 2,8 до 3,75 % и не соответствовало нормативному 5,5 %. При этом содержании дизельного топлива кислородный баланс составлял +(9-7 %). Содержание окислов азота при взрывах с таким кислородным балансом увеличивается в 4-5 раз по сравнению с нулевым. При пониженном содержании дизельного топлива снижается тепловой эффект взрыва и скорость детонации ВВ, что в целом снижает его КПД.

На рисунке 3 и 4 представлена расшифровка показателей канадского автоматического  газоанализатора S 7400 при замерах газовости по NO и NO2 на Малеевском руднике при взрыве игданитом с использованием российской малопористой аммиачной селитры марки «Б» и шведской пористой «Prill LD».

 

Подпись:  Содержание NO в % по объему
 


    0

 

0,05

 

0,009

 

0,014

 

0,018

 

0,023

 

34

 

0,005

 

 51

 
Подпись: Содержание NO2  в % по объему

0,006

 

0,004

 

0,003

 

0,001

 

0

 

  42,5

 

25,5

 

   17

 

            8,5

 

                                                 Время проветривания, мин

Рисунок 3 - Содержание окислов азота после взрыва игданита на

твердой аммиачной селитре

 

0,015

 

0,018

 

0,013

 

0,007

 

 0

 

0,004

 

72

 

0,005

 

0,001

 

0

 

0,004

 
Подпись: Содержание NO2 в % по объемуПодпись:  Содержание NO в % по объему

0,002

 

0,003

 

             12

 

24

 

36

 

48

 

60

 

                                                        Время проветривания, мин

                         Рисунок 4 - Содержание окислов азота после взрыва игданита

            на пористой аммиачной селитре

 

Уменьшение количества ядовитых газов при взрывах простейших ВВ и как следствие, снижение содержания веществ нитрогруппы в шахтных водах рудников достигается посредством замены применяемой твердой селитры с гладкими гранулами на пористую.

Из рисунков видно, что через 15 мин после взрыва концентрация NO в     1,6 раз, а NO2 - в 6 и более раз выше при использовании игданита с обычной аммиачной селитрой по сравнению с игданитом на пористой. Уменьшение содержания дизельного топлива в составе игданита с пористой аммиачной селитры не обнаружено и через три месяца после изготовления ВВ.

При использовании российской пористой аммиачной селитры содержание в сточных водах веществ нитрогруппы, в первую очередь по NO3, уменьшилось в 3 раза по сравнению с твердой. Выход негабарита при скважинной отбойке на Малеевском руднике уменьшился с 5 до 3,8 %, срок гарантированного хранения игданита увеличился с 3-х до 90 суток.

Анализ проведенных экспериментальных исследований подтвердили целесообразность перехода и, в первую очередь на подземных рудниках, на пористую аммиачную селитру при изготовлении и применении рассыпных простейших ВВ.

Важное значение при решении вопросов повышения эффективности взрывных работ имеет методика технико-экономической оценки и правильный выбор нужного сорта ВВ, наилучшим образом отвечающего заданным техническим условиям.

Л.Д. Дубнов, Демидюк Г.П., Ханукаев А.Н., Поздняков Б.В., Бахтин А.К. предложили метод расчета, основанный на энергетическом критерии эффективности, согласно которому экономическая эффективность ВВ выражается в стоимостных показателях полезно используемой энергии ВВ.

С учетом принципа равенства энергозатрат на разрушение единицы объема горного массива с одинаковой кусковатостью, выражаемого равенством:

 

                                                =                                               (8)

 

где     Аu1, Au2 – полная идеальная работа сравниваемых ВВ, ккал/кг;

          G1, G2 – массы зарядов; кг

          V – объем разрушаемого массива, м3.

         Потеря массы заряда приводит к увеличению стоимостных затрат на приобретение и использование ВВ.

Поэтому технико-экономическую оценку и выбор ВВ для горнодобывающих предприятий предлагается производить по показателю относительной эффективности, учитывающий не только увеличение стоимостных затрат за счет потерь массы заряда (диффузия АС, просыпь ВВ), но и снижение работы взрыва за счет потери части горючих компонентов.

         Тогда критерий относительной эффективности ВВ выражается уравнением:

                                                                                      (9)

 

где  ∑С – суммарные затраты горного предприятия на приобретение, перевозку, переработку ВВ, амортизацию оборудования и производственных зданий стационарного пункта, тыс. тенге;

         Сб – затраты на буровые работы в объеме, необходимом для размещения 1 т ВВ, тыс. тенге;

         N1 – нормативное содержание металлической горючей добавки или нефтепродукта в составе ВВ, масс. %;

         N2 – тоже в заряде в скважины или шпура, %;

         ∆Аu – приращение работы взрыва с увеличением в его составе 1% металлической горючей добавки (в диапазоне 10-17 %), нефтепродукта                      (в диапазоне 1-10 %).        

Проведенные по предложенной методике расчеты показали, что наибольшую экономическую эффективность при существующих рыночных ценах на компоненты при разрушении крепких и весьма крепких пород на подземных рудниках из рассыпных простейших ВВ имеет гранулит А-8ФСА, а затем гранулиты А-6, АС-8, АФ-7. Указанные расчеты подтверждены данными горных предприятий.

Таким образом, по результатам проведенной работы определена техническая возможность и экономическая целесообразность замены дорогостоящего алюминия в простейших промышленных ВВ экономически доступным горючим компонентом в виде порошков ФСА, обеспечивающими высокую энергетику взрывчатых составов.

 

 


Заключение

 

В работе изложены научно обоснованные результаты по разработке и использованию в промышленных ВВ дешевой альтернативной алюминиевому порошку энергетической добавки и замене твердой аммиачной селитры с гладкими гранулами на пористую, обеспечивающие решение важных прикладных задач по повышению эффективности и безопасности взрывных работ при отбойке крепких и весьма крепких пород и руд.

Основные научные результаты, практические выводы и рекомендации заключаются в следующем:

1. Проведен комплекс исследований по определению влияния дисперсности порошка ФСА на чувствительность простейших рассыпных ВВ к механическим воздействиям и выявлено, что чувствительность этих ВВ к удару и трению при крупности этого порошка до 100 мкм отвечает требованиям аммиачно-селитренных ВВ.

2. Обоснована и определена возможность замены дефицитного алюминиевого порошка в промышленных ВВ, на равноценный по взрывчатым характеристикам и более дешевый по стоимости порошок ферросиликоалюминия, изготовляемый из местного сырья.

3. Экспериментально доказано, что уменьшение содержания токсичных веществ и веществ нитрогруппы при взрывах простейших ВВ типа АС+ДТ достигается заменой твердой аммиачной селитры с гладкими гранулами на пористую.

4. Предложен критерий технико-экономической оценки и выбора промышленных ВВ для горно-добывающих предприятий с учетом потерь ВВ и их компонентов при использовании.

5. Для уменьшения капитальных затрат на строительство стационарных пунктов по приготовлению простейших рассыпных ВВ на карьерах малой и средней мощности рекомендуется использовать разработанную совместно с ОАО «НИПИГОРМАШ» смесительно-зарядную машину для приготовления и заряжания гранулита А-8ФСА.

6. Разработаны на уровне изобретений и испытаны:

- технология получения порошков ФСА требуемой крупности для использования в качестве энергетической добавки для промышленных ВВ;

- рецептура и технология приготовления нового гранулита А-8ФСА, допущенного Комитетом по госконтролю за ЧС и промышленной безопасностью МЧС РК к постоянному применению на открытых и подземных горных разработках, кроме опасных по пыли и газу шахт;

- модернизированная смесительно-зарядная машина для приготовления и заряжания взрывных скважин на карьерах гранулитом А-8ФСА;

7. С участием автора на горных предприятиях Казахстана внедрено 1000 т гранулита А-8ФСА, что дало  экономический эффект 14,6 млн. тенге, ожидаемый годовой экономический эффект при внедрении 12 тыс.т. нового ВВ на предприятиях Казахстана и России составит 150 млн. тенге.

 

Список опубликованных работ по теме диссертации

 

1   Бахтин А.К., Бахтин Е.А. Разработка, испытание и внедрение водосодержащих и эмульсионных ВВ на карьерах Казахстана // Материалы Международной научно-практической конференции "Взрыв-97". – Алматы, 1997. – 32 с.

2   Бахтин А.К., Бахтин Е.А. Результаты промышленных испытаний и перспективы применения новых взрывчатых материалов на горнодобывающих предприятиях Республики Казахстан // Повышение технического уровня горно-металлургических предприятий Казахстана: Юбилейный сб. науч. трудов /ВНИИцветмет. - Усть-Каменогорск, 2000. - С. 43-53.

3   Бахтин А.К., Бахтин Е.А. Состояние и перспективы применения новых ВМ на горно-добывающих предприятиях Республики Казахстан // Материалы XXXVI научно-технической конференции "Казахстан 2030", Усть-Каменогорск, ВКТУ, 1998.

4   Бахтин, А.К, Харапьяк С.У., Шушаков А.М., Безруков В.Н., Шахов А.П., Бахтин Е.А. Совершенствование взрывных работ на Малеевском руднике // Горный журнал, Москва. – 2000. - № 4. - С. 35-38.

5   Бахтин, А.К., Бахтин Е.А. Новые полимерные композиции и взрывчатые вещества для горно-добывающего комплекса Республики Казахстан // Труды первой Международной конференции «Вопросы комплексной переработки сырья Казахстана», Алматы, 2003. - С. 270-273.

6   Москаленко С.Н., Шушаков А.М., Бахтин А.К., Бахтин Е.А.  Совершенствование взрывных работ на подземных рудниках АО "Казцинк" //Материалы II-ой Международной научно-практической конференции "Современное состояние и перспективы развития горнодобывающих отраслей промышленности", РГП «НЦ КПМС РК», Рудный, 2004. - С. 115-117.

7   Бахтин А.К., Бахтин Е.А., Петров Е.А., Кунанбаев Н.С., Шушаков А.М., Березиков Е.П. Результаты промышленных испытаний гранулита
А-8ФСА: сб. науч. тр. / ВНИИцветмет. - Усть-Каменогорск, № 2, 2003. - № 2. -С. 29-34.

8   Бахтин А.К., Бахтин Е.А. Развитие сырьевой базы для производства промышленных взрывчатых веществ в Казахстане // Труды конференции в рамках второй Международной выставки оборудования и технологии горнодобывающей и металлургической и угольной промышленности. Материалы конференции ВНИИцветмета, Усть-Каменогорск. - 2004. - С. 87-92.

9   Бахтин А.К., Бахтин Е.А., Петров Е.А. Новая энергетическая добавка для промышленных взрывчатых веществ // Горный журнал. М. – 2004. - № 10. - С. 34-37.

10  Бахтин, А.К., Бахтин Е.А. Повышение эффективности и безопасности применения простейших гранулированных ВВ на подземных рудниках // Горный журнал, Алматы. – 2006. - № 3. - С. 15-18.

11  Бахтин А.К., Бахтин Е.А. Развитие сырьевой базы для производства промышленных ВВ в Казахстане // Материалы международной конференции «Современные технологии добычи и производства цветных металлов» /  Труды ВНИИцветмета, № 2, Усть-Каменогорск, 2004, С. 87-91.

12  Бахтин А.К., Кунанбаев Н.С., Менчишев А.А., Березиков Е.А., Бахтин Е.А. Совершенствование взрывных работ на рудниках Восточного Казахстана // Взрывное дело, Алматы, 2005, № 1-2. С. 32-36.

13  Бахтин Е.А. Оценка возможности замены алюминия менее дефицитным горючим компонентом в промышленных ВВ // Взрывное дело, Алматы, 2007, № 1-2., с. 10-13.

14  Бахтин А.К., Бахтин Е.А. Разработка и испытание модернизированной смесительно-зарядной машины МЗ-3Б для приготовления металлизированных ВВ и заряжания ими скважин на карьерах // Материалы четвертой Международной научно-практической конференции (г. Хромтау), 2007 г., с. 248-251.

         15 Бахтин Е.А. Технико-экономическая оценка и выбор  ВВ для горнодобывающих предприятий // Труды ВНИИцветмета. – 2008, № 1-2.

         16 Бахтин А.К., Бахтин Е.А. Новые композиционные материалы и промышленные ВВ многофункционального назначения // Юбилейный сборник, РГП «НЦКПМС РК». – Алматы, 2008 (в печати).

          17 Предпатент № 11981 РК. Взрывчатый состав / Бахтин А.К., Школьник В.С., Жарменов А.А., Бахтин Е.А.; опубл. 16.09.2002, бюлл. № 9

18  Предпатент № 14195 РК. Взрывчатый состав / Бахтин А.К.,  Школьник В.С., Жарменов А.А., Ушаков Н.Н., Юн Р.Б., Бахтин Е.А.; опубл. 15.04.2004, бюлл. № 4.

19  Предпатент № 14452 РК. Металлическое горючее для промышленных ВВ» / Бахтин А.К., Жарменов А.А., Бахтин Е.А., Амургалинов Б.А.; опубл. 15.06.04, бюлл. № 6.

20  Бахтин А.К., Бахтин Е.А., Заслов В.Я., Усик С.Г., Гашков В.Ф. «Смесительно-зарядная машина». Решение о выдаче предпатента по заявке
№ 2006/0931 от 07.08.06.

         21      Бахтин Е.А. Сравнительная оценка применения твердой и пористой аммиачной селитры в рассыпных ВВ для условий подземных рудников // Труды ВНИИцветмета, Усть-Каменогорск, 2008 № 5 (в печати).

 

 


Бахтин  Евгений  Александрович

 

Кен-өндіру кәсіпорындарда жаңа жарылғыш заттарды пайдалану арқылы жарылыс жұмыстарының тиімділігі мен қауіпсіздігін көтеру.

 

25.00.22 – Геотехнология (жерасты, ашық, құрылыстық) мамандығы бойынша техника ғылымдарының кандидаты атағын ізденуші  диссертациясының  авторефераты

 

ТҮЙІНДЕМЕ

 

Жұмыстың мақсаты - жаңа жарылғыш заттарды әзірлеу және оларды  пайдалану арқылы  Қазақстан Республикасының кен-өндіруші кәсіпорын-дарында жарылыс жұмыстарының қауіпсіздігі мен тиімділігін көтеру.

Көрсетілген мақсаттарға қол жеткізу үшін келесі міндеттер  қойылды:

- алюминийді ауыстыра алатын, арзан энергетикалық қоспа әзірлеу және өндірістік ЖЗ үшін, Екібастұз  кен қимасының аршу жыныстарын пайдалана отырып,  оны өндірудің технологиясын әзірлеу;

- ферросиликоалюминий ұнтағын пайдалана отырып, жаңа шашыранды ЖЗ әзірлеу және оны қолданылу орындарында өндірудің  технологиясын әзірлеу;

-жаңа гранулитті ашық және жер асты тау-кен қазбаларында өндірістік сынақтан өткізу;

- шашыранды ЖЗ өндіру кезінде кеуекті аммиак селитрасына өтуді техникалық-экономикалық негіздеу.

Бұл міндеттер, тау жыныстарының бұзылу саласында әйгілі ғалымдар жасаған теориялық болжамдарды, Қазақстанда және шет елдерде қолданы-латын өндірістік ЖЗ түрлерін талдау негізінде қойылды. Осы міндеттерді шешу үшін Ресейдің мамандандырылған мекемелері мен швеция-норвегия-лық «Дино Нобель» фирмасының  тәжірибелік базаларында жаңа әдістерді және тіркеп отыратын аппараттарды пайдалана отырып сынақтар жүргізілді.

Жүргізілген жұмыстардың нәтижесінде тапшы алюминийді, өндірістік ЖЗ-да экономикалық тұрғыдан тиімді және қауіпсіз ферросиликоалю-минийге (ФСА) ауыстырудың техникалық және экономикалық мүмкіндігі анықталды және  келесі артықшылықтары көрсетілді:

- ФСА ұнтағының бағасы алюминийден 2,5 есе төмен, ал өндірістік ЖЗ-тың жылулық әсерінің төмендігі болымсыз. (1,15 есе).

- ФСА ұнтағының меншікті электрлік кедергісі 103 (алюминидің меншікті электрлік кедергісі - 1011-13 Ом.см) және жоғары тұтану энергиясы 250 мДж бола тұра (алюминийдікі - 15 мДж), шашыранды және ұнтақ түріндегі ЖЗ-ды қолданудың барлық кезеңдерінде өрт-жарылыс қауіптілігі төмен;

- ФСА-ның нақты шикізат көзінің болуы қысқа мерзімде Қазақстанда оның қортпасы мен ұнтағын өндіруді ұйымдастыруға мүмкіндік береді.

ФСА ұнтағын пайдалана отырып, жаңалық ашу деңгейінде А-ФСА гранулиті әзірленді, өндірістік қабылдау сынағының нәтижелері бойынша Қазақстанның ашық және жер асты қазбаларында үнемі қолдануға рұқсаттама берілді.

Бұл гранулитті пайдалану, кәсіпорындарға, қолданылатын 1 т шашы-ранды ЖЗ-ң құнын олардың осы сияқты басқа түрлерімен салыстырғанда (гранулит Ф-7, А-6, граммонит 79/21) орташа алғанда 15-20 мың теңге/т  төмендетуге, ЖЗ-ды даярлау, сақтау және оқтаудың барлық кезеңдерінде жұмыс қауіпсіздігін көтеруге мүмкіндік береді.

Жұмыс өнімділігі төмен және орташа кен қазбалары шартында           
А-8ФСА гранулитін даярлау және онымен оқтау үшін, МЗ-ЗБ араластыру-оқтау машинасы негізінде жаңа араластыру-оқтау машинасы әзірленіп, «Богатырь» кен қимасында сынақтан өтті.

Оны кен қазбаларында қолдану, қарапайым ЖЗ қолдану орнында даярлау үшін қажетті қымбат тұратын тұрақты пункттер салуды қысқарту негізінде күрделі шығындарды азайтуға және айрықша қауіпті жүктерді тасымалдау көлемін төмендетуге мүмкіндік береді.

Қабылдау сынақтары және «Казцинк» АҚ, «Богатырь Аксес Комир» ЖШС тау-кен  кәсіпорындарында жартылай өндіріске енгізу нәтижелері бойынша, аталған және Қазақстан мен Ресейдің басқа да кәсіпорындарында А-8ФСА граннулитін қолдану көлемінің өсуімен күтілетін экономикалық тиімділік 150 млн. теңгені құрай алады.

Осы бағытта жүргізілген белгілі жұмыстардың ішінде, алғаш рет, жер асты кеніштерінің және кен байыту фабрикаларының ақаба суларында азот тобының (NO2, NO3, NH4) уытты заттарының шектелу мәнінен жоғары мөлшері түзілетіндігі анықталды. Қолданылатын жерде даярланған қарапайым ЖЗ, соның ішінде игданиттің құрамынан қолданылатын қатты  аммиак селитрасының сіңіру қабылетінің төмендігіне байланысты дизельдік отынның ағып, оттегі теңгерімін оң жаққа жылжытатындығы анықталды. Бұл, улы газдар құрамындағы азот тотықтары мөлшерінің 7-10 есе өсуіне және олардың сумен немесе ылғал ауамен әсерлесіп, тұрақсыз, азотты немесе азот қышқылын түзуіне әкеледі. Бұл қышқылдар ыдырап, ақаба суларда нитротобы заттарының артық мөлшерін туғызады.

Сондықтан, кеніштер  мен  кен байыту фабрикаларының ақаба сула-рында аммоний нитраты мен нитритінің, тұзды аммонийдің шектік шамадан артық мөлшерін төмендету және қарапайым ЖЗ қолданылатын жерінде даяр-лау арқылы тау-кен кәсіпорындарында жарылыстың жылулық әсерін көтеру үшін, қатты аммиак селитрасын кеуекті селитраға алмастыру ұсынылады. 

Жұмыста келтірілген әзірлемелердің техникалық деңгейі  5 өнертабыс-тық жаңалықтармен, ал нақты тиімділігі және табиғатты қорғаудағы маңыз-дылығы өндірістік сынақтардың актілерімен, ТЖ мемлекеттік қадағалау және ҚР ТЖМ өндірістік қауіпсіздігі жөніндегі Комитеттің  жаңа ЖЗ және араластыру-оқтау машинасын тау-кен кәсіпорындарында үнемі қолдануға берілген рұқсаттарымен расталған. 

 


Bakhtin Yevgeniy Alexandrovich

 

Enhancement of efficiency and safety of blasting works at mining enterprises

using new explosives.

 

Dissertation abstract for obtaining of academic degree of Candidate of Technical Sciences on speciality 25.00.22 – Geotechnology (underground, open and construction).

 

SUMMARY

          

The aim of this work was enhancement of efficiency and safety of blasting works at mining enterprises of Kazakhstan Republic at the expense of the development and the use of new explosives.

For an achievement of specified object there have been set following tasks:

- development of cheap, alternative to aluminium, energy supplement and technology for its production for the industrial explosives with the using of overburdens of Ekibastuz open-pit mines;

- development of new placer explosive with the using of aluminium ferrosilicon powder and technology for its production on sites of using;

- industrial tests of new granulite during open and underground mining;

- technical and economic assessment of the change to porous ammonium nitrate in producing of placer explosives.

These problems were set on the basis of examination suppositions of famous scientists in the field of rock failure, analysis of variety of industrial explosives applied in Kazakhstan and abroad. For the solution of these problems were performed tests at the experimental bases of Russian specialized organizations and Swedish-Norwegian company “Dino Nobel” with the use of modern methods and recording systems.

         As a result of conducted works there has been determined technical and economic opportunity to substitute unavailable aluminium by economically available powder of ferroaluminum silicon (FAS) in industrial explosives due to the following advantages:

         - cost of FAS powder is in 2.0 times lower in comparison with the cost of aluminium at insignificant (in 1.15 times) lower heat effect in industrial explosives;

- FAS powder, having bulk electrical resistivity of 103 compared to 1011-13 Ohm´m and increased ignition energy of 250 compared to 15 MJ of aluminum  respectively, is less fire and explosion dangerous at all stages of production and use of placer and powdered explosives;

- actual raw-material base of FAS allowed during a short time period to organize production of its alloy and powders in Kazakhstan.

With the use of FAS powder at the level of invention there has been developed granulite A-8 FAS that on the basis of industrial acceptance tests results was allowed to constant implementation at open and underground mines of Kazakhstan.

Using of this granulite allows enterprises to reduce the cost of 1 t of the expendable placer explosives in comparison with analogue (granulite F-7, A-6, grammonite 79/21) at the average on 15-20 thousand tenghe/t, increase the work safety at the all stages of producing, storage and charging of explosives.

For production of granulite A-8 FAS and charging it into wells in conditions of low and average efficiency there has been tested at the open-pit mine “Bogatyr” a new mix-charging truck developed on the basis of mix-charging truck MZ-3B.

Its use at pits allows decreasing of capital expense by means of attenuation of building of expensive stationary posts on producing of elemental explosives on sites and reducing of extrahazardous cargo transportation volume.

According to the data of acceptance tests and partial implementation at mining enterprises of JSC “Kazzinc”, “Bogatyr Akses Komir”, Ltd., economic potential at increase of volumes of the use of granulite A-8 FAS at these and other Kazakhstani enterprises might amount to 150 mln. tenghe.

For the first time among famous works in this field there has been found out a reason of overlimiting content of nitrogroup toxic substances (NO2, NO3, NH4) formation in effluent waters of mines and concentrating mills. There has been determined that because of low absorptivity of the applied solid ammoniac porous niter from the composition made on sites of the application of placer simple explosives, especially igdanite, diesel fuel is leaking off with the oxygen balance upset to the plus. This leads to the 7-10 times increasing of nitrous oxides in the toxic gas mass, that, coming in contact with water or moist air, combine low stable nitrous and nitric acid. These acids, when dissolving, supply effluent waters with overlimiting content of nitrogroup substances.

So, to decrease overlimiting content of ammonium nitrate and nitrite and saline ammonium formation in effluent waters of mines and concentrating mills and enhance efficiency of blasting works mining enterprises that produce simple explosives at places of their application were recommended to change solid ammonium nitrate to porous.

 Technical level of developments presented in this work was confirmed by five inventions and actual efficiency and environmental significance of the results by industrial tests certificates and Committee for state inspection agency for emergencies and industrial safety of Kazakhstan Ministry of emergencies permissions for access of new explosives and mix-charging truck into constant exploitation at mining plants.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подписано к печати 01.04.2008г.

Формат бумаги 60 х 84, 1/16

Бумага офсетная. Тираж 100 экз.

Заказ № ___

Типография Алматинского института энергетики и связи

050013, Алматы, ул. Байтурсынова, 126