Геотехнологическое картирование разведываемых месторождений по пылевому фактору для повышения качества проектов по комплексному обеспыливанию воздуха рудников

Технические науки

УДК 622.272

Воронов Евгений Тимофеевич Evgeny Voronov

Бондарь Ирина Алексеевна Irina Bondar

ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ КАРТИРОВАНИЕ РАЗВЕДЫВАЕМЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПО ПЫЛЕВОМУ ФАКТОРУ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОЕКТОВ ПО КОМПЛЕКСНОМУ ОБЕСПЫЛИВАНИЮ ВОЗДУХА РУДНИКОВ

GEOTECHNOLOGICAL MAPPING OF EXPLORING DEPOSITS DUE TO DUST FACTOR FOR RAISING QUALITY OF PROJECTS ON COMPLEX DEDUSTING OF AIR IN MINES

Дано обоснование целесообразности технологического картирования месторождений на стадии их разведки с целью получения необходимых данных для проектирования оптимальных режимов вентиляции и комплекса средств борьбы с пылью для проектируемых рудников.

Приводится описание необходимых приборов; дана методика для определения интенсивности пы-леобразования при ведении горных работ, эффективных физико-химических методов повышения средств гидрообеспыливания, оптимальных скоростей движения воздуха в проходческих и очистных забоях для выноса пыли. Проведение технологических исследований по пылевому фактору позволит поставить техническую политику по борьбе с пнев-мокониозом на более высокую ступень, т.е. уже при разведке перспективных месторождений получать исходные данные и оптимальные решения по обеспыливанию воздуха и использовать их для повышения качества проектирования при строительстве горнопромышленных комплексов

The justification of essence of technological mapping of exploring deposits in order to getting the necessary data for projecting optimal regimes of ventilation and complex means of fighting with dust for the projecting mines is given.

The description of the necessary devices is presented; the methodics for defining the intensity of dust formation in the process of mining, effective physic-chemical methods of rising means of hydro-dedusting, optimal speeds of air activity in tunneling and purificatory faces for dust takeaway are suggested. The conduction of technological researches due to dust factor will allow to raise technical politics of fighting with pneumoconiosis to a higher level, i.e. it'll be possible to get the initial data and optimal decisions on dedusting the air while exploring the perspective deposits and use them for quality raising of projecting and constructing mining complexes.

Ключевые слова: интенсивность пылеобразо-вания, геотехнологическое картирование месторождений, пылевой фактор, борьба с пылью, гидрообеспыливание, флокулянты, прогноз пы-левентиляционных режимов рудников

Key words: intensity of dust formation, geotechno-logical mapping of deposits, dust factor, fighting with dust, hydro-dedusting, flocculants, forecast of dustventilation regimes of mines

В настоящее время в проектах на эксплуатацию новых месторождений недостаточно внимания уделяется вопросам комплексного обеспыливания рудничной атмосферы. Практика работы рудников Сибири и Дальнего Востока России показывает наличие значительного разрыва во времени между началом эксплуатации месторождений и разработкой проектов по комплексному обеспыливанию рудничной атмосферы. Проекты по комплексному обеспыливанию воздуха разрабатываются, как правило, с опозданием на 5... 10 лет после ввода рудника в эксплуатацию. Такое положение с проектированием комплекса мер борьбы с пылью на горнорудных предприятиях сложилось в связи с отсутствием необходимых исходных данных, которые могли бы быть получены еще на стадии разведки месторождений.

Одним из путей достижения необходимой полноты и достоверности технологического изучения руд при разведке месторождений, с точки зрения пылеулавливания, является технологическое опробование месторождений и картирование месторождений не только по обогащению, но и по пылевому фактору [1, 2, 3].

Основной задачей технологической оценки руд по пылевому фактору должно явиться получение данных об эффективности применения технологических схем и режимов гидрообеспыливания для различных типов руд, локализующихся на различных участках и горизонтах месторождения. Пространственная привязка показателей пылеподавления позволит выделить различные технологические сорта руд по пылевому фактору. Это позволит повысить качество проектирования комплекса обеспыливающих мероприятий на рудниках за счет более полного учёта особенностей руд [1].

Технологические свойства руд по пылевому фактору, которые с большей или меньшей степенью можно определять в период разведки месторождений, следует разделить на группы:

а) интенсивность пылевыделения при различных производственных процессах

[4, 5];

б) оптимальные параметры гидрообес-пыливающих мероприятий и физико-химические методы повышения объективности средств гидрообеспыливания [6, 8, 10];

в) оптимальные скорости вентиляционной струи по пылевому фактору [9];

г) теплофизические характеристики многолетнемерзлых пород [11, 12].

Аппаратура для технологической оценки по пылевому фактору должна обеспечить оценку эффективности и выбор оптимальных режимов гидрообеспыливания (мокрого бурения, увлажнения) при минимальной массе проб (0,1 ... 10 кг).

К оптимальным параметрам гидро-обеспыливающих мероприятий относятся, прежде всего, оптимальные расходы воды на гидрообеспыливание ( орошение, увлажнение) , режимы химреагентной и магнитной обработки воды, концентрация пылеподавляющего раствора электролита ( хлористого натрия) для конкретных геокриологических условий [5, 11].

В настоящее время для оценки пылеулавливающей способности воды (растворов) используется ряд различных методов: метод пленочной флотации, способ капиллярного поднятия, контактный метод с использованием прибора В.А. Глембоцкого, барботажный метод, струйный метод и т.п. Практический интерес для выбора эффективных реагентов и оптимальных режимов водоподготовки для конкретных руд и пород представляют барботажный и струйный методы.

Определять оптимальные режимы химреагентной и магнитной обработки воды (растворов) рекомендуется в малогабаритной пылединамической камере, разработанной лабораторией охраны труда За-бНИИ и представленной на рис. 1 [8].

При включении прибора пыль из питателя в результате разряжения, создаваемого компрессором, поступает в седимента-ционный сосуд, где происходит осаждение крупных фракций.

Мелкодисперсная пыль, находящаяся в верхней части сосуда, разделяется на два потока. Одна часть запыленного потока воздуха поступает на фильтр, по которому оп-

ределяется первоначальная запыленность, ляется остаточная запыленность после кона другая, пройдя исследуемый раствор в такта пыли с жидкостью. сосудах — на фильтр, по которому опреде-

Рис. 1. Принципиальная схема прибора для оценки пылеулавливающей

способности растворов в динамических условиях: 1 - питатель пыли; 2 - седиментационный сосуд и аспирационная система; 3 - медицинский компрессор; 4 - патроны для аналитических фильтров АФА-ВП-10; 5 - реометры; 6 -регулировочные вентили; 7 - сосуд с исследуемым раствором

Методика исследования пылеулавливающей способности растворов на приборе сводится к следующему. Сосуд заполняется исследуемым раствором объемом 100 мл и закрывается пробкой, в которой укреплены пылеподводящая и пылеотводящая трубки. Затем с точностью до 0,10 мг на аналитических весах взвешиваются два фильтра и укрепляются в соответствующих фильтро-держателях.

Включается компрессор и питатель пыли продолжительностью на 10...20 мин, затем снова взвешиваются фильтры. Для получения достоверных данных необходимо провести 4...6 опытов.

Количественная оценка пылеулавливающей способности производится сравнением эффективности пылеулавливания исследуемым раствором с эффективностью пылеулавливания технической водой.

Большой объем выполненных лабораторных исследований показал, что описанные методы обеспечивают высокую точность оценки и удовлетворительную сопоставимость результатов лабораторных и производственных экспериментов.

Выбор и определение оптимальных концентраций полимерных синтетических флокулянтов для повышения гидрообеспыливания можно определять на оптической установке конструкции ЗабНИИ, изображенной на рис. 2 [6].

Рис. 2. Прибор для оценки флокулирующей способности водорастворимых

синтетических полимеров: 1 - сосуд с исследуемой суспензией; 2 - камера; 3 - осветитель; 4 - фотоэлемент; 5 - источник постоянного тока; 6 - микроамперметр; 7 - добавочное сопротивление

Светозащитная камера размерами 500х150х120 мм предназначена для установки и фиксации в ней сосуда с исследуемой суспензией, а также исключения влияния на показания микроамперметра постороннего света. Она выполнена из органического стекла и обклеена внутри светозащитной бумагой. На одной из боковых стенок этой камеры сделано отверстие 010 мм, закрытое диафрагмой со щелью шириной 0,4 мм для прохода светового луча от лампы осветителя. На другой боковой стенке светозащитной камеры закреплен фотоэлемент (фоторезистор ФСК-2), защищенный от воздействия бокового света специальным кожухом (латунная пробка длиной 20 мм, внутренним диаметром 8 мм).

В качестве сосуда может использоваться стеклянный цилиндр емкостью 250 мл. В качестве источника постоянного тока используется сухой элемент ПМЦГ-У напряжением 87 В.

Перед началом опытов по оценке флокулирующей способности полимеров в сосуд наливается чистая вода, и с помощью диафрагмы осветителя производится настройка прибора таким образом, чтобы показание микроамперметра составило 100 мА, что соответствует прозрачности чистой воды, принимаемой за 100 %.

За эффективность действия того или иного флокулянта исследуемой концентрации принималась прозрачность отстоя в верхней части суспензии через 5 мин после

начала опыта, численно равная показанию микроамперметра.

Эксперименты по выбору наиболее эффективных флокулянтов и их оптимальной концентрации в растворах проводятся следующим образом.

В сосуд заливался исследуемый раствор полимера в количестве 150.170 мл. После введения минерального порошка объем доводился до окончательной отметки 200 мл.

Перед установкой в светозащитную камеру сосуд закрывался пробкой для производства равномерного распределения твердых частиц в объеме суспензии путем его опрокидывания.

После установки сосуда в камеру по секундомеру фиксировалось начало опыта, а по истечении 5 мин — его окончание. За этот период часть твердых частиц под влиянием силы тяжести выпадала в осадок, в результате происходило просветление верхней части суспензии, зависящее от флокулирующей способности полимера.

За 10...15 с до истечения времени опыта включалась лампа осветителя и электрическая цепь фотоэлемента для снятия показаний по микроамперметру.

Результаты исследований обычно представляются графиком в системе координат (по горизонтальной оси — концентрация полимера, мг/л, по вертикальной — прозрачность отстоя, %).

Исследования показали корреляционную зависимость интенсивности и степени осаждения частиц флокулянтами с эффектив ностью гидрообеспыливающих мероприятий в горных выработках.

Прибор может быть использован для выбора эффективных флокулянтов для конкретных горно-геологических условий.

Для расчета потребного количества воздуха по пылевому фактору при проектировании общешахтного проветривания необходимо знать фактическую интенсивность пылеобразования при различных производственных процессах и удельное пылеобразование.

При разведке месторождений подземными горными выработками фактическую интенсивность пылевыделения и оптималь-

ные расходы жидкости на орошение можно определить в проходческих забоях [4, 11].

При буровой разведке пылеобразу-ющую способность горных пород и оптимальные расходы жидкости на увлажнение рекомендуется определять на приборе ИП-КОН [5]. Для определения фактической пылеобразующей способности пород используется переводной коэффициент, определяемый экспериментально для различных типов горных пород.

С помощью данного прибора можно решать следующие задачи:

а) определять удельный выход пыли при погрузке горной массы;

б) производить выбор эффективных реагентов для увлажнения (орошения пород);

в) определять оптимальные расходы жидкости на увлажнение, необходимые для расчета схем водоснабжения рудников.

Исследования физико-химических способов водоподготовки необходимы для выбора эффективных химреагентов, их оптимальных концентраций и проектирования дозаторных станций.

Оптимальные скорости движения воздуха по выносу пыли необходимы для внедрения обеспыливающего проветривания очистных и проходческих забоев. Эффективные скорости движения воздуха рекомендуется определять в горно-разведочных выработках и в аэродинамической модели горных выработок на пыли конкретных месторождений.

Исследования теплофизических характеристик горных пород и естественного теплового режима приобретают практическое значение в связи с внедрением комплексов гидрообеспыливания при разработке рудных месторождений в зоне многолетней мерзлоты. Теплофизические характеристики многолетнемерзлых пород могут быть использованы для прогноза теплового режима проектируемых рудников и разработки проектов по комплексному гидрообеспыливанию воздуха в условиях отрицательных температур [11, 12].

Для установления зависимостей показателей пылеулавливания от основных параметров минерального состава руд следует

использовать методы множественного корреляционного анализа. Полученные уравнения множественной регрессии позволяют прогнозировать показатели пылеулавливания и оптимальные параметры гидрообеспыливания на других месторождениях, близких по генезису.

Таким образом, в процессе разведки месторождений полезных ископаемых исходные данные для прогноза оптимальных пылевентиляционных режимов и комплекса средств борьбы с пылью могут определяться непосредственно на месте горно-

разведочных работ, а также в специально оборудованных лабораториях экспедиций и научно-исследовательских институтов.

Проведение технологических исследований по пылевому фактору позволит поставить техническую политику по борьбе с рудничной пылью на более высокую ступень, т.е. уже при разведке перспективных месторождений получать исходные данные и оптимальные решения по обеспыливанию воздуха и использовать их для повышения качества проектирования и при строительстве горнопромышленных комплексов.

Литература_

1. Трубачев А. И. Технологическая минералогия. Чита: ЗабГУ, 2013. 327 с.

2. Трубачев А.И., Секисов А.Г., Лавров А.Ю., Манзырев Д.В. Геолого-технологическое тестирование руд Удоканского месторождения с позиций возможности использования физико-химических технологий при его освоении // Труды IX Междунар. конф. «Кулагинские чтения». Чита: ЧитГУ, 2009. Ч. 7. С. 162-166.

3. Зыков П.В. Прогноз оптимальных пылевен-тиляционных режимов и эффективных комплексов средств борьбы с пылью на стадии разведки месторождений. Чита: ЧитГТУ, 2000.

4. Дьяков В.В. Интенсивность пылеобразова-ния в условиях многолетней мерзлоты / / Физико-технические проблемы разработки месторождений полезных ископаемых. 1967. № 4. С. 121-125.

5. Кудряшов В.В. Научные основы гидрообеспыливания шахт Севера. М.: Наука, 1984. 264 с.

6. Лавров Ю.М., Крюков Е.В., Турченко Г.П. Методика оценки пылеулавливающих свойств водных растворов // Техника и технология геологоразведочных работ в Забайкалье: сб. науч. тр. Чита: ОНТИ ЗабНИИ, 1973. С. 91-94.

7. Кудряшов В.В., Воронина Л.Д. Оценка пы-леобразующейся способности горных пород // Техника и технология геологоразведочных работ в Забайкалье: сб. науч. тр. Чита: ОНТИ ЗабНИИ, 1973. С. 99-103.

8. Крюков Е.В. Прибор для оценки пылеулавливающей способности растворов в динамических условиях: Информ. л. № 175-77. Чита: ЦНТИ, 1977. 4 с.

_References

1. Trubachov A.I. Tehnologicheskaya miner-alogiya [Technological mineralogy]. Chita ZabGU, 2013.327 p.

2. Trubachov A.I., Sekisov A.G., Lavrov A.Yu., Manzyrev D.V. Trudy IX Mezhdunar. konf. «Kulagin-skie chteniya» (Proceedings of the IX Intern. conf. «Kulagin readings»). Chita ChitGU, 2009. Ch. 7, p. 162-166.

3. Zykov P.V. Prognoz optimalnyh pyleventi-lyatsionnyh rezhimov i effektivnyh kompleksov sred-stv borby s pyliyu na stadii razvedki mestorozhdeniy [Forecast of optimal dust-ventilation regimes and efficient modes of complexes of dust control at the stage of exploration]. Chita: ChitGTU, 2000.

4. Clerks V.V. Fiziko-tehnicheskie problemy raz-rabotki mestorozhdeniy poleznyh iskopaemyh (Physical and technical problems of exploring deposits of resources), 1967, no. 4. P. 121-125.

5. Kudryashov V. V. Nauchnye osnovy gidroo-bespylivaniya shaht Severa [Scientific bases of hydro-dedusting of the northern mines]. Moscow: Science, 1984.264 p.

6. Lavrov Yu.M., Kryukov E.V., Turchenko G.P. Tehnika i tehnologiya geologorazvedochnyh rabot v Zabaikalie (Engineering and technology of geological exploration in Transbaikalie): Coll. scientific. articles. Chita: DSTI ZabNII, 1973, pp. 91-94.

7. Kudryashov V.V., Voronin L.D. Tehnika i tehnologiya geologo-razvedochnyh rabot v Zabaikalie (Engineering and technology of of geological exploration in Transbaikalie): Coll. scientific. articles. Chita: DSTI ZabNII, 1973, pp. 99-103.

8. Kryukov E.V. Pribor dlya otsenki pyleulav-livayushhey sposobnosti rastvorov v dinamicheskih usloviyah [Instrument for assessing the ability of dust collecting of solutions under dynamic conditions]: Inform. L. № 175-77. Chita: CSTI, 1977 4 p.

9. Дьяков В.В. Расчёт обеспыливающего проветривания тупиковых выработок в условиях вечной мерзлоты // Известия вузов. Горный журнал. 1968. № 2. С. 59-62.

10. Ефремов В.Н. Методические рекомендации по разработке проектов комплексного обеспыливания воздуха при проходке горно-разведочных выработок в условиях многолетней мерзлоты. Чита, 1974. 60 с.

11. Воронов Е.Т. Борьба с пылью при разведке месторождений в условиях вечной мерзлоты. М.: Недра, 1977. 92 с.

12. Бондарь И.А. Влияние природных условий криолитозоны на технологические процессы при подземной разработке месторождений полезных ископаемых // Материалы V Всерос. науч.-практ. конф. Чита: ЧитГУ. 2005. Ч. 1. С. 12-15.

Коротко об авторах_

Воронов Е. Т., д-р техн. наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия bzyd@zabgu.ru

Научные интересы: безопасная технология подземных горных работ в условиях вечной мерзлоты; радиационная безопасность урановых рудников России; проблемы борьбы с пылью и вентиляции на подземных горных работах

9. Clerks V.V. Izvestiya vuzov. Gorny zhurnal (Proceedings of universities. Mining Journal), 1968, no. 2. P. 59-62.

10. Efremov V.N. Metodicheskie rekomendatsii po razrabotke proektov kompleksnogo obespylivaniya vozduha pri prohodke gorno-razvedochnyh vyrabo-tok v usloviyah mnogoletney merzloty [Guidelines for the projects' development of complex dedusting of air when drilling mining and exploration in permafrost conditions]. Chita, 1974, 60 p.

11. Voronov E.T. Borba s pyliyu pri razvedke mestorozhdeniy v usloviyah vechnoy merzloty [Dust control during exploration in permafrost conditions]. Moscow: Nedra, 1977. 92 p.

12. Bondar I.A. Materialy V Vseros. nauch.-prakt. konf. (Proceedings of the V Ail-Russian scientific-practical. conf.). Chita: ChitGU. 2005, Part 1, pp. 12-15.

_Briefly about the authors

E. Voronov, doctor of technical sciences, professor, Honored Scientist of Russia, Transbaikal State University, Chita, Russia

Scientific interests: safe technology of underground mining in permafrost; radiation safety of uranium mines in Russia; problems of dust control and ventilation systems in underground mining operations

Бондарь И.А., канд. техн. наук, Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия bondar@zabgu.ru

Научные интересы: безопасная технология подземных горных работ в условиях вечной мерзлоты; управление криогенными и тепловыми процессами в криолитозоне

I. Bondar, candidate of technical sciences, Transbaikal State University, Chita, Russia

Scientific interests: safe technology of underground mining in permafrost; management of cryogenic and thermal processes in permafrost