Исследование методов повышения экологической безопасности массовых взрывов в карьерах по пылевому фактору
Приведены результаты теоретических исследований параметров орошения пылевого облака при массовых взрывах в карьерах. Установлены их значения, при которых концентрация пыли в облаке снизится до санитарных норм в границах санитарно-защитной зоны карьера. Наведено результати теоретичних досліджень пара...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Розробка родовищ |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104583 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование методов повышения экологической безопасности массовых взрывов в карьерах по пылевому фактору / А.А. Юрченко // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 487-496. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860266487583866880 |
|---|---|
| author | Юрченко, А.А. |
| author_facet | Юрченко, А.А. |
| citation_txt | Исследование методов повышения экологической безопасности массовых взрывов в карьерах по пылевому фактору / А.А. Юрченко // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 487-496. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Розробка родовищ |
| description | Приведены результаты теоретических исследований параметров орошения пылевого облака при массовых взрывах в карьерах. Установлены их значения, при которых концентрация пыли в облаке снизится до санитарных норм в границах санитарно-защитной зоны карьера.
Наведено результати теоретичних досліджень параметрів зрошування пилової хмари при масових вибухах у кар’єрах. Встановлено їх значення, при яких концентрація пилу знизиться до санітарних норм у межах санітарно-захисної зони кар’єру.
Results of theoretical researches of parameters of dust borne cloud irrigation at mass explosions in quarries are presented. Their values at that concentration of dust in a cloud will go down to the sanitary norms within bounds of sanitary protective zone of quarry are established.
|
| first_indexed | 2025-12-07T19:01:20Z |
| format | Article |
| fulltext |
487
УДК 622.807 © А.А. Юрченко
А.А. Юрченко
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ
ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ МАССОВЫХ
ВЗРЫВОВ В КАРЬЕРАХ ПО ПЫЛЕВОМУ ФАКТОРУ
Приведены результаты теоретических исследований параметров орошения пылевого
облака при массовых взрывах в карьерах. Установлены их значения, при которых кон-
центрация пыли в облаке снизится до санитарных норм в границах санитарно-
защитной зоны карьера.
ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДІВ ПІДВИЩЕННЯ ЕКОЛОГІЧНОЇ БЕЗПЕКИ ВИБУХІВ У
КАР’ЄРАХ ЗА ПИЛОВИМ ЧИННИКОМ
Наведено результати теоретичних досліджень параметрів зрошування пилової хмари
при масових вибухах у кар’єрах. Встановлено їх значення, при яких концентрація пилу
знизиться до санітарних норм у межах санітарно-захисної зони кар’єру.
METHODS RESEARCH OF ECOLOGICAL SAFETY INCREASING OF LARGE-SCALE
BLASTING IN QUARRIES BY THE DUST FACTOR
Results of theoretical researches of parameters of dust borne cloud irrigation at mass explo-
sions in quarries are presented. Their values at that concentration of dust in a cloud will go
down to the sanitary norms within bounds of sanitary protective zone of quarry are estab-
lished.
ВВЕДЕНИЕ
Экологическая опасность массовых
взрывов в карьерах определяется, в первую
очередь, высоким уровнем приземных
концентраций загрязняющих веществ,
включая пыль, за границами санитарно-
защитной зоны этих карьеров. Наиболее
эффективным способом подавления пыле-
газового облака является его орошение при
самых разнообразных средствах доставки
орошаемой жидкости в точку разбрызги-
вания. При этом важнейшими вопросами
для снижения выбросов является опреде-
ление необходимого количества орошае-
мой жидкости, чаще всего воды, ее степень
диспергирования, определение параметров
скважинных зарядов, при которых объем
выбросов будет минимальным, а также
оценка снижения при этом экологической
нагрузки на прилегающие территории.
В настоящей работе поставлена задача
исследования взаимосвязи между парамет-
рами орошения пылегазового облака после
массовых взрывов в карьерах, параметрами
скважинных зарядов, дальности рассеива-
ния образовавшегося пылевого облака и
влияния их на экологическую безопасность
прилегающих к карьеру территорий.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Оценку экологического риска по степе-
ни воздействия неблагоприятного фактора
488
на здоровье человека, согласно методиче-
ским указаниям МОЗ Украины [1], осуще-
ствляют путем сравнения фактических
уровней экспозиции загрязнителя с безо-
пасными (референтными) уровнями влия-
ния и определением коэффициента опас-
ности как отношения
RfD/ADHQ = ,
где HQ – коэффициент опасности;
AD – средняя концентрация, мг/м3;
RfD – референтная (безопасная) кон-
центрация, мг/м3.
Полученная кратность отклонения со-
держания загрязнителя от референтной
концентрации определяет фактическую
степень экологической опасности, напри-
мер, источника пыли, газа или другого за-
грязнителя для здоровья населения в вы-
бранных точках территории воздействия
выброса этого загрязнителя. При этом кри-
терием неканцерогенного риска для здоро-
вья населения выступает коэффициент
опасности (HQ), который определяют по
таблице критериев (табл. 1).
В случае загрязнения атмосферы пы-
лью от массовых взрывов в карьерах на
расстояниях до 2 – 3 км от эпицентра взры-
ва практически всегда коэффициент опас-
ности >HQ 1 и вероятность развития
вредных эффектов возрастает пропорцио-
нально увеличению значения HQ .
Для снижения коэффициента опасности
( HQ ) при массовых взрывах в карьерах
нами предложены ряд мероприятий, кото-
рые основаны на орошении пылегазового
облака в целом, оптимизации параметров
скважинных зарядов, а также применении
усовершенствованной конструкции забой-
ки с использованием резиновой пробки с
анкерным устройством.
КРИТЕРИИ НЕКАНЦЕРОГЕННОГО РИСКА Таблица 1
Характеристика риска Коэффициент опасности (HQ)
Риск возникновения вредных эффектов рассматривают как пре-
небрежимо малый
< 1
Предельная величина, которая не требует срочных мероприя-
тий, однако не может рассматриваться как довольно приемлемая
1
Вероятность развития вредных эффектов возрастает пропорцио-
нально увеличению HQ
> 1
В работах [2 – 6], посвященных анализу
орошения как процесса, при котором про-
исходит прочёсывание пылевого облака
падающими каплями жидкости, предпола-
гается, что поток воздуха стационарен от-
носительно капли, массовая концентрация
пыли не влияет на движение воздуха и на
движение каждой из частиц, размер капель
намного больше размера частиц пыли,
форма частиц сферическая и т.д.
Скорость движения капель жидкости в
процессе орошения облака обусловлена
силами гравитации и зависит от их диа-
метра. При движении капель воды в грави-
тационном поле их скорость отличается от
скорости осаждения пылевых частиц, на-
чиная с размера капель ≥r 0,4 мм [2,7]. С
увеличением размера капли растет ско-
рость ее падения. При >r 2 мм увеличение
скорости прекращается из-за деформации
капель, которая при =r 2,5 – 3 мм приво-
дит к их разрыву.
Захват частиц каплями жидкости (ки-
нематическая коагуляция) зависит прежде
всего от величины их относительной ско-
рости движения
ϑω −= u ,
где u – скорость осаждения пылевой час-
тицы, м/с;
489
ϑ – скорость осаждения капли воды,
м/с.
Эффективность улавливания аэрозолей,
согласно расчетам Фукса [7], прежде всего
определяется размером частиц. В случае
малых относительных скоростей для час-
тиц пыли малых размеров (1 – 2 мкм) ус-
тановлено, что чем крупнее капли, тем эф-
фективность улавливания выше. Захват
частиц каплями зависит от нескольких
факторов. Здесь наряду с кинематической
действует градиентная коагуляция
При совместном движении капель жид-
кости и твердых частиц на пылинку дейст-
вуют силы тяжести и инерции, а также аэ-
родинамические силы. При сближении пы-
линки с каплей на расстояние 3 – 4 радиу-
сов последней начинают действовать элек-
тростатические силы, а для мелких пыли-
нок (менее 5 мкм) при небольших скоро-
стях движения проявляются диффузион-
ные силы.
Для эффективного улавливания ви-
тающих частиц диспергированной жидко-
стью необходимо выполнение четырех по-
следовательных стадий:
– встреча пылинки с каплей на пути сво-
его движения;
– соприкосновение пылинки с каплей;
– смачивание и захват пылинки каплей;
– соединение капли с уловленными пы-
линками.
Первая стадия процесса гидрообеспы-
ливания орошением происходит при сбли-
жении (встрече) капли с частицей пыли до
расстояний, на которых начинают дейст-
вовать молекулярные силы (80 нм). На
этой стадии на пылинку действуют инер-
ционные, электростатические и аэродина-
мические силы.
Вторая стадия предполагает соприкос-
новение пылинки с каплей до возникнове-
ния прочного контакта между ними. В
противном случае пылинка за счет эффекта
аэродинамического и молекулярного обте-
кания отрывается от капли. Основное
влияние при этом оказывают адгезионные,
инерционные и молекулярные силы.
Процесс смачивания и захвата пылинки
каплей характеризует третью стадию про-
цесса. На этой стадии основную роль иг-
рают силы адгезии и инерции, а захват
осуществляется в основном под действием
силы гравитации частицы.
Четвертая стадия определяет оседание
образовавшихся конгломератов пыль-капля
за счет сил гравитации согласно закону
Стокса.
В работе [8] получено следующее выра-
жение для расчета эффективности пылепо-
давления путем орошения пылевого облака
dh
d
m
C
dC
k
=
η
ϑ
ω
2
3
, (1)
где dC – часть потока пыли, захваченная
каплями жидкости, мг/м3;
С – массовая концентрация пыли на
входе в выделенный объем, мг/м3;
oж V/Vm = – показатель орошения об-
лака, как отношение объемных расходов
жидкости и объема запыленного воздуха,
м3/м3;
ϑω −= u – относительная скорость
осаждения капли воды и пылевой частицы,
м/с, где u ,ϑ – скорость осаждения частиц
пыли и капли воды соответственно, м/с;
zη – коэффициент захвата пылевых
частиц каплями воды;
rd – диаметр капли, м;
h – высота запыленного объема, м.
После интегрирования (1) по всей вы-
соте пылевого облака эффективность пы-
леулавливания η каплями жидкости опре-
делится как
.
d
H
mexp
k
−−= η
ϑ
ωη
2
3
1 (2)
Согласно (2), эффективность пылеулав-
ливания повышается при увеличении сум-
марного коэффициента захвата частиц
сферической каплей Ση , высоты контакта
жидкости с облаком H , относительной
скорости движения капли и пылевой час-
490
тицы ω , показателя орошения облака .m
Для определения значений суммарного
коэффициента захвата пылевой частицы
сферической каплей жидкости по методи-
ке, изложенной в [8], необходимо устано-
вить скорость осаждения в гравитацион-
ном поле капель воды и пылевых частиц.
Для выбранных диаметров капель ре-
зультаты расчетов скорости их осаждения
в стоксовской и надстоксовской областях
приведены в табл. 2.
По этой же методике рассчитаем ско-
рость осаждения частиц пылевого облака.
Расчеты проводим для средних значений
диаметров частиц различных фракций пы-
левого облака при массовом взрыве в же-
лезорудном карьере Кривбасса [6]. Резуль-
таты расчетов приведены в табл. 3.
СКОРОСТЬ ОСАЖДЕНИЯ КАПЕЛЬ ВОДЫ Таблица 2
Диаметр
капель,
м
Скорость
осаждения
по Стоксу,
μ
ρ
18
2
kdg
u = ,
м/с
Число Рей-
нольдса
μ
ρ kud
Re 0=
Число Архимеда
( )
2
0
2
0
3
μ
ρρρ gd
Ar k −
=
Число Re для
надстоксовских
частиц
Ar,
Ar
Re
61018 +
=
U , м/с, для
надстоксов-
ских частиц
kd
Re
u
0ρ
μ=
20·10-6 0,012 0,016 < 1 – – –
50·10-6 0,075 0,25< 1 – – –
100·10-6 0,299 1,07 > 1 42,6 0,968 0,147
300·10-6 2,69 5,32 > 1 1150,2 29,73 1,50
600·10-6 10,76 42,6 > 1 9201,6 158,29 4,00
1000·10-6 29,90 197,0 > 1 42600,0 284,19 4,31
1500·10-6 67,28 665,0 > 1 143775,0 576,97 6,04
2000·10-6 119,60 1576,3 > 1 340800,0 926,59 7,03
2500·10-6 186,87 3078,8 > 1 665625,0 1290,57 7,83
СКОРОСТЬ ОСАЖДЕНИЯ ПЫЛЕВЫХ ЧАСТИЦ Таблица 3
Диаметр пылевых частиц
Показатель
1 3 7 13 23 38 73
осϑ , м/с 0,00012 0,00108 0,00587 0,0202 0,0633 0,173 0,638
Результаты расчетов суммарного коэф-
фициента захвата пылевых частиц каплями
воды представлены в табл. 4.
Техническими методами можно повы-
шать эффективность пылеулавливания за
счет повышения суммарного коэффициен-
та захвата пылевых частиц сферической
каплей и показателя орошения пыли, кото-
рый определяется возможностями средств
доставки жидкости. Остальные параметры
в выражении (2) обусловлены технологией
разрушения горного массива и аэродина-
мическими параметрами атмосферного
воздуха.
Следующим этапом проводимых ис-
следований является определение необхо-
димого количества воды для достижения
эффективной очистки пылегазового облака
от пыли при его орошении. Для этого из
выражения (2) найдём значение показателя
орошения пылегазового облака:
.
d
H
lnm
k
1
2
3
1
1
−
−
= Ση
ϑ
ω
η
(3)
491
ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАХВАТА ПЫЛЕВЫХ ЧАСТИЦ ДЛЯ ИССЛЕДУЕМЫХ
ДИАМЕТРОВ ВОДЯНЫХ КАПЕЛЬ
Таблица 4
Диаметр капель, мкм Диаметр пыле-
вых частиц, мкм 20 50 100 300 600 1000 1500 2000 2500
1 0,059 0,199 0,196 0,024 0,141 0,488 0,486 0,429 0,393
3 0,294 0,093 0,087 0,491 0,561 0,452 0,434 0,396 0,361
7 0,408 0,745 0,765 0,912 0,916 0,883 0,878 0,865 0,853
13 – 0,784 0,795 0,924 0,941 0,916 0,910 0,908 0,892
23 – 0,815 0,878 0,969 0,976 0,965 0,963 0,959 0,956
38 – – – 0,986 0,990 0,984 0,983 0,982 0,980
73 – – – 0,993 0,996 0,995 0,994 0,994 0,993
При этом оптимальным диаметром ка-
пель воды можно считать =kd 1000 –
1500 мкм (1,0 – 1,5 мм), так как в этом слу-
чае суммарный коэффициент захвата мел-
кодисперсной (респирабельной) пыли бу-
дет максимальным [8].
Далее рассчитаем необходимый показа-
тель орошения облака для заданных значе-
ний эффективности пылеулавливания. За-
тем для известного объема пылегазового
облака можно рассчитать необходимый
объём воды для орошения облака.
Проиллюстрируем предложенную ме-
тодику на конкретном примере. Рассчитать
необходимое количество воды для ороше-
ния пылегазового облака при массовом
взрыве мощностью 500 т. При расчете ис-
пользуем следующие исходные данные:
– диаметр капель разбрызгиваемой во-
ды =kd 1000·10-6 м;
– суммарный коэффициент захвата пы-
левых частиц =Ση 0,488;
– объем пылегазового облака VПГО =
B·L·H = 18·1900·100 = 3420000 м3;
– средняя концентрация пыли в облаке
=C 1400 мг/м3;
– скорость осаждения тонкодисперсной
пыли =u 0,00012 м/с;
– скорость осаждения капель воды
=ϑ 4,31 м/с;
– относительная скорость движения ка-
пель воды =ω 4,31 м/с.
Зададимся рядом значений эффектив-
ности улавливания пыли каплями воды η
от 0,1 до 0,9. Далее по выражению (3) для
этих значений эффективности пылеулав-
ливания рассчитываем необходимый пока-
затель орошения пылевого облака m . Ре-
зультаты расчетов сводим в табл. 5.
ЗАВИСИМОСТЬ ТРЕБУЕМОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ОРОШЕНИЯ ОБЛАКА
ОТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ
Таблица 5
η 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
m·106 0,00143 0,00305 0,0049 0,00698 0,00947 0,0125 0,0164 0,022 0,0315
По этим данным, исходя из определе-
ния показателя орошения облака, объем
воды для орошения облака определится
как ПГОж VmV ⋅= . Более информативным
показателем является удельный расход во-
ды для достижения желаемой эффективно-
сти пылеподавления удV , кг/кг. Он может
быть определен как частное отделения
требуемого расхода воды на общий выброс
тонкодисперсной пыли при массовом
взрыве. Результаты расчётов сводим в
табл. 6.
492
ТРЕБУЕМЫЙ ОБЪЕМ ВОДЫ ДЛЯ ОРОШЕНИЯ ОБЛАКА ПРИ ЗАДАННЫХ
ЗНАЧЕНИЯХ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ
Таблица 6
η 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0.6 0,7 0,8 0,9
жV , м3 4,89 10,43 16,76 23,87 32,39 42,75 56,09 75,24 107,73
удV , кг/кг 0,130 0,278 0,447 0,637 0,865 1,141 1,497 2,010 2,875
Уменьшить расход воды можно путем
повышения коэффициента захвата пыле-
вых частиц при добавлении в воду для
орошения поверхностно активных веществ
(ПАВ). Но решение этих задач в програм-
му приведенных исследований не входило.
Для этих же целей можно провести иссле-
дования по уменьшению расхода воды пу-
тем уменьшения диаметра капель разбрыз-
гиваемой жидкости.
В работе [9] приведены результаты ис-
следований снижения объемов выбросов
пыли и газов при массовых взрывах в
карьерах за счет оптимизации параметров
скважинных зарядов. При этом оптимизи-
ровались удельный расход взрывчатых ве-
ществ (ВВ), соотношение длины забойки и
взрывчатого вещества в скважине и диа-
метр скважины. Для условий Кривбасса
при мощности массового взрыва 500 т оп-
тимальные значения параметров состави-
ли: удельный расход ВВ – 0,65 кг/м3; диа-
метр скважин – 105 мм; соотношение дли-
ны забойки к длине заряда ВВ – 3. При
этих значениях высота первичного пылега-
зового облака снизилась до 84,6 м, что на
20 – 30 м ниже обычной для такой мощно-
сти заряда ВВ, при удовлетворительном
соблюдении требований по степени дроб-
ления горной массы, средний размер кус-
ков которой оценен как 0,201 м. Относи-
тельная дальность рассеивания пылевых
частиц различных фракций и облака в це-
лом уменьшается на величину до 30%.
Площадь рассеивания тонкодисперсной
пыли с размером частиц 1 мкм снизилась в
1,64 раза и составила 17535 км 2.
В работе [10] предложена конструкция
забойки скважинных зарядов, которая пре-
дусматривает дополнительно к штатной
забойке использование резиновой пробки с
анкерным устройством, что позволяет ре-
гулировать величину суммарного сопро-
тивления сил трения забойки выталки-
вающему усилию продуктов детонации.
Этим обеспечивается возможность за-
держки взрывных газов в скважине до на-
чала разрушения массива и сдвижения по-
род. При этом энергия взрыва наиболее
полно используется на разрушение горных
пород, а скорость выброса продуктов де-
тонации и забойки снижается. Высота
подъема пылегазового облака и его объем
уменьшаются из-за снижения начальной
скорости его движения, что позволит лока-
лизовать выброс на меньшей площади и
снизить загрязнение прилегающих терри-
торий при его рассеивании.
Исходными данными для расчета оцен-
ки снижения экологической нагрузки на
окружающую среду только за счет ороше-
ния пылевого облака после массового
взрыва при нормальных метеорологиче-
ских условиях являются параметры его
рассеивания под действием бокового вет-
ра. В количественных значениях они сле-
дующие:
– мощность массового взрыва – 500 т;
– средняя годовая скорость ветра –
5 м/с;
– в том числе: тонкодисперсной –
37463,3 кг;
– общая площадь рассеивания пыли –
28770,4 км2;
– в том числе грубодисперсной –
9,2 км2;
– дальность рассеивания пылевого об-
лака – 739,6 км;
– в том числе грубодисперсной пыли –
4,4 км;
– средний валовой выброс пыли –
3,789 кг/км2;
493
– в том числе для грубодисперсной
фракции – 7775,7 кг/км2.
При орошении облака в зависимости от
объема расходуемой жидкости можно дос-
тигнуть эффективности пылеподавления от
10 до 90%. При этом неподавленная пыль
рассеивается под действием бокового вет-
ра на те же расстояния, что и без примене-
ния орошения. Результаты расчетов сред-
них значений валовых выбросов для общей
площади рассеивания пыли и отдельно для
тонкодисперсной фракции после орошения
различным объемом воды ( жV ) представ-
лены в табл. 7. При этом валовые выбросы
рассчитывались с учетом выражений
( )iiобоб QQ η−= 1 ; ( )iТiТ QQ η−= 1 ,
где =iобQ 109000 кг; =ТiQ 52886,8 кг –
соответственно значение выброса пыли в
целом и тонкодисперсной фракции до
орошения;
обQ , ТQ – значение выброса пыли в
целом и тонкодисперсной фракции после
орошения;
iη – эффективность пылеподавления в
i-ом опыте.
СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСА ПЫЛИ ИЗ КАРЬЕРА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ОБЪЕМАХ
ОРОШАЕМОЙ ЖИДКОСТИ
Таблица 7
жV , м3 4,89 10,43 16,76 23,87 32,39 42,75 56,09 75,24 107,73
η 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
обQ , кг 98100 87200 76300 65400 54800 43600 32700 21800 10900
ТQ , кг 33717 29971 26224 22478 18732 14985 11239 7493 3746
Полученные зависимости позволяют рас-
считать значение общего выброса пыли или
его тонкодисперсных фракций при извест-
ном объеме орошаемой жидкости или ре-
шить обратную задачу. В графическом виде
эти зависимости представлены на рис. 1.
Для оценки снижения экологического
риска, в соответствии с методическими ука-
заниями МОЗ Украины [1], необходимо
сравнить уровень запыленности атмосферы
на границе санитарно-защитной зоны карье-
ра с ее безопасным (референтным) значени-
ем, в качестве которого принимаем макси-
мальную разовую допустимую концентра-
цию неканцерогенной пыли – 0,15 мг/м3.
Для расчета приземных концентраций
вредных выбросов промышленных предпри-
ятий можно воспользоваться отраслевой ме-
тодикой НИИБТГ, которая позволяет рас-
чётным путём определить приземные кон-
центрации вредных примесей при массовых
взрывах в карьерах. Эта методика ориенти-
рована на применение тротилсодержащих
ВВ, учитывает выбросы, кроме пыли, и
вредных газов, требует достоверной инфор-
мации о более чем двух десятков исходных
параметров и вызывает определенные труд-
ности в ее использовании.
Поэтому оценку параметров рассеива-
ния пылевого облака после массового взры-
ва осуществляем с учетом нижеследующих
соображений:
Расчеты проводим для частного про-
стейшего случая метеорологических усло-
вий, то есть при отсутствии атмосферных
осадков, при безразличном (изотермиче-
ском) состоянии температурной стратифи-
кации атмосферы, при длительном неиз-
менном направлении и скорости ветра, при
отсутствии сил электростатической приро-
ды, без учета кариолисовой силы и степени
инсоляции и др. В этом случае параметры
рассеивания пылевых частиц в приземном
слое атмосферы зависят только от их раз-
меров (диаметров), плотности вещества и
скорости ветра.
494
а
y = 109022e-0,0214x
R2 = 1
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
0 50 100 150
Расход воды, куб. м.
Вы
бр
ос
п
ы
ли
, к
г
М3
б
y = 37441e-0,0214x
R2 = 1
0
10000
20000
30000
40000
0 50 100 150
Расход воды, куб.м.
вы
бр
ос
п
ы
ли
, к
г
М3
Рис. 1. Зависимость выброса пыли из карьера от
расхода орошаемой жидкости: а – общий выброс;
б – выброс тонкодисперсной фракции
Первичное пылевое облако имеет высо-
ту около 100 м и под действием воздушных
потоков движется вверх вдоль наветренного
борта карьера. При достижении выхода из
карьерного пространства облако под дейст-
вием ветра начинает рассеиваться. Время
выхода облака из карьера в зависимости от
скорости ветра и геометрических парамет-
ров карьера составляет до 10 мин и более.
Поэтому источник пылеобразования счита-
ем не залповым, а условно стационарным. В
этом случае для расчета приземных концен-
траций пыли применяем хорошо разрабо-
танную теорию рассеивания пыли от ста-
ционарных источников. Так в работе [11]
получено выражение для расчета макси-
мальной разовой концентрации пыли на
уровне земли на произвольном расстоянии
от источника в виде
( )
+−=
kx
zyu
exp
kx
M
C
42
22
π
, (4)
где С – максимально разовая концентрация
пыли на уровне земли, кг/м3;
M – интенсивность выброса пыли из
источника, кг/с;
x – расстояние от источника, м;
k – коэффициент турбулентной диффу-
зии в направлении оси x , м2/с;
u – скорость ветра м/с;
z – высота выброса пыли, м;
y – расширение облака в поперечном
направлении, м.
Определимся с выбросом пыли из ис-
точника, который будем принимать в рас-
чет. Известно, что на самое большое рас-
стояние под действием ветра рассеивается
мелкодисперсная пыль, которая находится
в верхней части пылевого облака. Примем
для расчета из всего выброса мелкодис-
персной пыли ее десятую часть, поскольку
остальная часть распределена по всему об-
лаку, находится на меньшей высоте и ося-
дет быстрее. Выявлено, что массовое со-
держание мелкодисперсной пыли с диа-
метром частиц 1 мкм в пылевом облаке со-
ставляет 10,67% от общего выброса. Таким
образом, в расчет принимаем выброс мел-
кодисперсной пыли в объеме
=мQ 0,1067· обQ ·0,1 = 0,01 обQ .
В этом случае интенсивность выброса
пыли из источника будет равна
t
Q
M м= , где
cp
kH
t
ϑ
= – время выхода об-
лака из карьера, с. Здесь
2
0 αϑϑ sin
cp = , где
0ϑ – скорость ветра, м/с;
α – угол откоса наветренного борта
карьера, град.
Таким образом, интенсивность выброса
мелкодисперсной пыли в мг/м3 составит
.
H
sinQ,
M
k
об
2
10010 0
6 αϑ−⋅=
Коэффициент турбулентной диффузии
в направлении рассеивания равен
.L,k 0050 ϑ=
495
Высота выброса пыли равна высоте
пылевого облака на выходе из карьера .hз
Расширение облака в поперечном на-
правлении
ос
зh
, y
ϑ
ϑ0050= , где осϑ – ско-
рость осаждения мелкодисперсной пыли,
м/с.
После подстановки этих параметров в
выражение (4) коэффициент экологическо-
го риска (HQ) от запыленности атмосферы
для здоровья человека на прилегающих к
карьерам территориях можно определить
из выражения:
×==
−
3
3
750
10
LπH,
αsinQ
RfC
C
HQ
k
об
( )
+−×
ос
з
з
h
,
hL,
exp
ϑ
ϑ0
22
00250
0250
. (5)
Результаты расчетов коэффициента HQ
в санитарно-защитной зоне, на ее границе
и за ее пределами до использования спосо-
бов и средств повышения экологической
безопасности массовых взрывов приведе-
ны в табл. 8 и на рис. 2.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ КОЭФФИЦИЕНТА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА HQ <1 Таблица 8
Расстояние от источника пылеобразования, км,
для частиц пыли диаметром Применение средств пылеподавления
1,0 мкм 1,5 мкм 5,0 мкм
Без средств пылеподавления 35,9 19,6 4,2
После оптимизации параметров скважин-
ных зарядов
26,3 10,8 2,1
После оптимизации параметров скважин-
ных зарядов и орошения облака
2,6 1,0 0,2
Рис. 2. Значения коэффициентов опасности при
исходных условиях: 1 – без применения средств
пылеподавления; 2 – после оптимизации парамет-
ров скважинных зарядов; 3 – после оптимизации
скважинных зарядов и орошения пылевого облака
ВЫВОДЫ
Применение комплекса мероприятий по
подавлению пылевого облака после массо-
вого взрыва в карьере, который включает
оптимизацию параметров скважинных за-
рядов, применение более совершенной за-
бойки и его орошение позволяет снизить
коэффициент экологического риска взрыва
по пылевому фактору до уровня «безопас-
ный» в пределах санитарно-защитной зоны
карьера. Так значение коэффициента эко-
логического риска HQ < 1 при массовом
взрыве в карьере без применения средств
пылеподавления достигается на удалении
35,9 км от места взрыва, а с применением
методов оптимизации параметров сква-
жинных зарядов и орошения пылевого об-
лака – на удалении 2,6 км от места взрыва.
496
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Методичні вказівки «Оцінка ризику для здоров'я
населення від забруднення атмосферного повітря»
/ Ввідповідності до наказу МОЗ України №184 від
13.04.2007 р.
2. Белоусов В.В. Теоретические основы процессов
газоочистки / В.В. Белоусов − М.: Металлургия, 1988. −
256 с.
3. Берлянд М. Е. Прогноз регулирования загрязнения
атмосферы / М.Е. Берлянд. – Л.: Гидрометеоиздат,
1985. – 272 с.
4. Способ борьбы с загрязнением атмосферы карье-
ров продуктами взрывов / П.В. Бересневич, В.Г. Нали-
вайко, В.В. Ежов [и др.] // Безопасность труда в про-
мышленности. – 1988. – № 5. – С. 44 – 46.
5. Наливайко В.Г. Расчет эффективности пылепо-
давления мелкодисперсным дождеванием после массо-
вых взрывов в карьерах/ В.Г. Наливайко // Борьба с
опасными и вредными производственными факторами
на горнорудных предприятиях. – М.: Недра, 1991. –
С. 62 – 64.
6. Тыщук В.Ю. Исследование водных растворов
“Еком” для пылеподавления при массовых взрывах в
карьерах / В.Ю. Тыщук // Зб. наук. праць НГУ. – Д.: РВК
НГУ, 2006. – № 25. –С. 181 – 188.
7. Фукс Н.А. Механика аэрозолей / Н.А. Фукс. – М.:
Изд-во АН СССР, 1955. – 351 с.
8. Юрченко А.А. Исследование коэффициента за-
хвата аэрозольных частиц каплями воды при орошении
/ А.А. Юрченко // Зб. наук. праць НГУ. – Д.: РВК НГУ,
2013. – № 39. – С. 187 – 194.
9. Юрченко А.А. Методика определения параметров
скважинных зарядов для снижения пылегазовых выбро-
сов при массовых взрывах в карьерах / А.А. Юрченко
// Зб. наук. праць НГУ. – Д.: РВК НГУ, 2006. – № 26, Т. 2. –
С. 67 – 75.
10. Юрченко А.А. Снижение выбросов при массовых
взрывах в карьерах путем применения резиновой проб-
ки с анкерным устройством в качестве забойки сква-
жинных зарядов / А.А. Юрченко // Зб. наук. праць НГУ. –
Д.: РВК НГУ, 2006. – № 35, Т. 2. – Д.: РВК НГУ, 2011. –
С. 111 – 117.
11. Рихтер Л.А. Тепловые электрические станции и
защита атмосферы / Л.А. Рихтер. – М.: Энергия,
1975. – 310 с.
ОБ АВТОРАХ
Юрченко Аннета Анатольевна – к. т. н., доцент ка-
федры экологии Национального горного университета.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-104583 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2415-3435 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T19:01:20Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Юрченко, А.А. 2016-07-12T13:42:24Z 2016-07-12T13:42:24Z 2014 Исследование методов повышения экологической безопасности массовых взрывов в карьерах по пылевому фактору / А.А. Юрченко // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 487-496. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 2415-3435 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104583 622.807 Приведены результаты теоретических исследований параметров орошения пылевого облака при массовых взрывах в карьерах. Установлены их значения, при которых концентрация пыли в облаке снизится до санитарных норм в границах санитарно-защитной зоны карьера. Наведено результати теоретичних досліджень параметрів зрошування пилової хмари при масових вибухах у кар’єрах. Встановлено їх значення, при яких концентрація пилу знизиться до санітарних норм у межах санітарно-захисної зони кар’єру. Results of theoretical researches of parameters of dust borne cloud irrigation at mass explosions in quarries are presented. Their values at that concentration of dust in a cloud will go down to the sanitary norms within bounds of sanitary protective zone of quarry are established. ru УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України Розробка родовищ Екологія Исследование методов повышения экологической безопасности массовых взрывов в карьерах по пылевому фактору Дослідження методів підвищення екологічної безпеки вибухів у кар’єрах за пиловим чинником Methods research of ecological safety increasing of large-scale blasting in quarries by the dust factor Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование методов повышения экологической безопасности массовых взрывов в карьерах по пылевому фактору Юрченко, А.А. Екологія |
| title | Исследование методов повышения экологической безопасности массовых взрывов в карьерах по пылевому фактору |
| title_alt | Дослідження методів підвищення екологічної безпеки вибухів у кар’єрах за пиловим чинником Methods research of ecological safety increasing of large-scale blasting in quarries by the dust factor |
| title_full | Исследование методов повышения экологической безопасности массовых взрывов в карьерах по пылевому фактору |
| title_fullStr | Исследование методов повышения экологической безопасности массовых взрывов в карьерах по пылевому фактору |
| title_full_unstemmed | Исследование методов повышения экологической безопасности массовых взрывов в карьерах по пылевому фактору |
| title_short | Исследование методов повышения экологической безопасности массовых взрывов в карьерах по пылевому фактору |
| title_sort | исследование методов повышения экологической безопасности массовых взрывов в карьерах по пылевому фактору |
| topic | Екологія |
| topic_facet | Екологія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104583 |
| work_keys_str_mv | AT ûrčenkoaa issledovaniemetodovpovyšeniâékologičeskoibezopasnostimassovyhvzryvovvkarʹerahpopylevomufaktoru AT ûrčenkoaa doslídžennâmetodívpídviŝennâekologíčnoíbezpekivibuhívukarêrahzapilovimčinnikom AT ûrčenkoaa methodsresearchofecologicalsafetyincreasingoflargescaleblastinginquarriesbythedustfactor |