Министерство черной металлургии СССР ГЛАВРУДА

Восточный научно-исследовательский горнорудный институт (ВостНЙГРИ)

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗОВОСТИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

Новокузнецк — 1974

ДОНИОТРСТВО ЧЕРНОЙ М5ТАЛЛУРГИИ СССР ГЛАВРУДА

Восточный научно-исследовательский горнорудный институт (ВостНИГРИ)

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГА8ОВ0СТИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

Новокузнецк

1974

ной кривой. В свою очередь площадь трапеции определяется произведением средней высоты ее на основание.

Пробы на окислы азота берутся в течение первых 10 мин о момента подхода переднего Фронта газовой водны к замерной станции.

При анализе определяется средняя концентрация окислов азота в пересчете на окись углерода; при одном и том же количестве поданного sot ;уха находят отношение концентраций окислов азота к окиси углерода. По этому отношению и ранее найденному объему окиси углерода устанавливают объем окислов азота, образовавшихся при взрыве.

Газовооть БВ по 00 определяется путем деления объема окиси углерода на вес взорванного ВБ. Аналогично подсчитывается газовооть по окислам азота.

Общая газовооть ВВ определяется по выражению

В общем случае газовооть ВВ по отдельному компоненту при этом методе подсчитывается по форлуле

а С •

о* —t—^J    (13)

где W - средняя скорость движения воздуха; i - время проветривания.

Тогда коэффициент вариации

v_g**Vv<*+Vv+№.    _т

Ошибка измерений концентрации газов при использовании эксггрессметода достигает 30%. При определении скорости движения воздуха в выработке о помощью анемометра находится в пределах ?,5 * 39,3% [ю].

Считаем, что ошибка измерений при определении    отсут

ствует. С учетом качений вариаций, входящих в формулу (1Д),

\J_t= ±]/900 + 400 + \ = 35%

10

Бескамерныи метод определения газовости ВВ обладает рядом недостатков* При этом методе точность замеров ниже» чем при камерном, в связи о применением индикаторных трубок для определения концентрации СЮ и косвенного определения содержания окислов азота* Незначительная неточность в определении количества воздуха влечет значительную ошибку в подсчете объема образующихся газов.

Метод предусматривает длитзльное нахождение отборщиков проб в загазованной атмосфере, наличие специальной аппаратуры для определения скорости воздуха в трубопроводе.

Метод "6i.j перемычки"

В основу метода "без перемычки", разработанного в ВосгНИГРИ, заложены принципы камерного метода. Отличительной особенностью метода является отсутствие жесткой перемычки (занавеса)* Функцию перешчки выполняет естественная граница газовоздушной смеси в выработке. Применение данного метода основано на том, что при огневом взрывании шпуров газы, выбрасываемые в выработку при взрыве через значительные интервалы времени, интенсивно перемешиваются, в результате чего их концентрация сравнительно постоянна по всей длине эоня отброса продуктов взрыва.

На ис.2 показан характер лзменения концентрации окиси углерода и окислов азота в зоне отброса газов (считая от груди забоя) при взрыве в 10 орте гор.70 м рудника Таштагол. Как видно из рисунка, распределение концентрации не имеет резких пиков, наблюдается лишь плавное снижение концентрации газов в направлении выхода из тупиковой выработки.

Исследование газовости ВВ при методе "без перешчки" осуществляется следующим образом. Спустя 10-15 мин после взрывания последнего шпура, когда, в основном, прекращается движение газов за счет температурного напора, приступают к набору проб воздуха на окись углербда и окислы азота. Пробы отбираются послед<?вательно в 5-6 пунктах по длине отброса продуктов взрыва (припрно через каждые 10 м), начиная от границы газовой волны Возможно также одновременное взятие проб при наличии 5-6 человек, занятых на этой операции.

\\

Общая длина зоны яброоа газов, a также длина интервалов между пунктами набора проб воздуха тщательно измеряются. Pas-меры поперечного оечения выработки измеряются через каждые 5 и.

Рио.2. Характер изменения содержания ядовитых газов в зоне отброса продуктов взрыва

Пробы на окиоь углерода набираются о помощью ручного ваоо-оа в резиновые камеры емкостью 2-2,5 л, а на окислы азота -в стеклянные вакуушроваинне бутылки с 20 ом³ 0,5-процентного раствора едкого натрия. Причем зги пробы берутся яе о отдельных точках сечения выработки, как при камерном методе, а путем гягзагообраэного обвода сечения выработки. При зигзагообразном обводе сечения выработки сокращается количеотво проб и обеспечивается получение усредненного значения содержания ядовитых газов в атмоофере.

Многократные испытания точечного способа отбора проб путем зигзагообразного обвода оечения показали, что они оравший 12

между собой* Так* среднее значение концентраций при точечном способе отличалось не более чем на 10$ значения концентрации, определенного одновременно в том же сечении зигзагообразным обводом сечения выработки, т.е. расхождение находилось в пре-делах ошибки измерения.

Ввиду невозможности определения усредненного значения окислов азота известными устройствами при вакуумно-химическом способе отбора проб воздуха, авторами разработано специальное устройство для набора проб воздуха на N0 *K

Устройство (рис.З) состоит из поршневого цилиндра I, в стенке которого выполнен продольный канал с входными отверстиями (дюзами)* Внутри цилиндра расположен аг эк 5 с поршнем 2.

Рис*3. Устройство для усредненного отбора проб на окислы азота

Для герметизации поршня во внутренней выточке его расположено резиновое кольцо 3. Шток Фиксируется в определенных положениях за счет шариков 6, пружины 4 и углублений в продольном пазе штока.

С.Я.Клубов, В.Г.Козлов, В.Ф.Заграничная

"Устройство для набора проб". Авт.свидетельство

Бкшг. "Отккрытия, изобретения и товарные 3H3KH"₍I973_f^I8,

13

Перед набором проб рудничного воздуха зажимают резиновую трубку, вынимают пробку (оплавленную стеклянную палочку) и вместо нее вставляют устройство для набора проб воздуха в положении взведенного до упора штока.

Начиная отбор проб воздуха зигзагообразным обводом сечения выработки, фиксируют шток в первом положении, при котором открывается одна дюза. При это?* положении штока строго определенное время обеспечивается постоянная равномерная подача исследуемого воздуха в бутылку до момента, пока отношение давления в бутылке к атмосферному давлению не становится больше 0,5-33* После этого открывают вторую дюзу, у атака вливая шток во второе фиксированное положение и т.д* Время фиксации в определенных положениях отсчитывается по секундомеру* За счет увеличения площади эквивалентного отверстия при изменяющемся давлении воздуха в бутылке, обеспечивается постояннее равномерное поступление исследуемого воздуха в течение Я)-25 сек.

Отобранные в шахте пробы доставляются в газоаналитическую лабораторию ВГСЧ. Анализ окиси углерода производится кондуктометрическим методом, окислы азота анализировались методом Гриаса-Илосвая.

Результаты анализа содержания газов отдельно по каждому компоненту и данные по объему загазованной зоны наносятся на графики (рис.2), по которым определяется количество выделившегося газа при взрыве.

При этом в случае последовательного отбора проб воздуха по длине выработки полученные-в результате анализа значения концентрации СО и N0^ корректируются.Это обусловливается тем, что,начиная от Фронта газовоздушной волны, в каждом последующем замерном сечении концентрация ядовитых газов несколько снижается ввиду наличия движения газовоздушной смеси. Фактически приведенная к одному моменту времени концентрация ядовитых продуктов взрыва Сфпр. в каждом замерном сечении определяется по формуле

С ф.пр — Mm'Cjom ,

где См#» замерная концентрация отдельного компонента;

Н_т - коэффициент приведения концентрации газов.

\4

Последний о учетом разных интервалов расстояний между замерными сечениями определяется из соотношения

« 1 + JLtizltL- .

l(n+fhm]?н

где    расстояние    между    фронтом    газовозадшной

волны и забоем выработки в момент взятия первой пробы,л;

[_к~ расстояние между фронтом газовозадшной волны и забоем выработки в момент взятия последней пробы, м; h - количество замерных сечений; fn - порядковый номер замерного сечения, начиная со второго.

Удельное количество окиси углерода и окислов азота, образующихся при взрыве, определяется, как и в предыдущих методах делением общего объема отдельного компонента на количество взорванного* ВВ* Газовость ВВ определяется как сумма удельных объемов ядовитых газов в пересчете на условную окись углерода

При методе "без перешчки¹¹ газовость ВВ в общем случае подсчитывается по формуле аналогичной для камерного метода

‘‘Чг-

Коэффициент вариации при этом так же, как и при камерном методе, равен 17%,

МКТОДЫ ОПРШДКШ га-зовооти

СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ ВВ Ate год массовых взрывов

Известные способы определения газовости скважинных зарядов основаны на определении объема выделившихся ядовитых газов после массовых взрывов [4,5].

Для этих целей выбираются блоки, имеющие меньшее количество выработок с исходящей вентиляционной струей и верхнюю подсечку, т.к. в случае наличия в верхней части блока глухой камеры трудно учесть количество ядовитых газов, находящихся в ней* Камеры, в которых производится взрыв, не должны иметь поверхностей контакта о обрушенными породами. Количество одновременно взрываемого ВВ в камерах находится в пределах 100—10000 кг, ибо в случаях взрыва слишком больших зарядов ВВ трудно учесть количество образовавшихся ядовитых газов*

После взрывания ВВ горноспасатели отбирают пробы воздуха в заранее намеченных местах* Одновременно замеряется количество воздуха в местах отбора проб воздуха* Содержание ядовитых газов в исходящих струях определяют через 10-20 шн в течение первого часа после взрыва, а затем, в зависимости от характера снижения концентрации газов, через каждые 30-120 шн.

Количество ядовитых газов в м³, вышедших из бл^ка за время проветривания, по каждой выработке с исходящей струей определяют как площадь, заключенную между осями абсцисс, ординат и кривой зависимости падения концентрации газа в % от количества воздуха Q , прошедшего по выработке за время t , поделенную на 100*

Общее количество выделившихся из блока ядовитых газов определяется как сумма ядовитых газов, вышедших по отдельным выработкам.

Количество ядовитых газов, выделившихся из блока, прихо-

дящееся на I кг ВВ равно частному от деления общего количества ядовитых газов на количество взрываемого ВВ.

При массовом взрывании больших зарядов ЗВ возможно определение газовооти путем замера концентрации ядовитых газов на диффузоре вентилятор- главного проветривания. В этом случае пробы воздуха после массового взрыва берутся через определенные интервалы времени (10-30 ши) в зависимости от характера изменения концентрации ядовитых газов, определяемой экспресс-методом. Одновременно до и после взрыва измеряется количество воздуха, проходящее через диффузор вентилятора.

Гаэовость ВВ на окись углерода и окислы азота определяется делением объема СО и    выброшенного    через    диффузор    за

время проветривания шахты, на суммарную величину заряда.

Надо отметить, что метод определения газовооти скважинных зарядов Вв после шссовых взрывов имеет ряд существенных недостатков, к которым в первую очередь относится малая точность в определении полного объема образовавшихся газов* При массовом взрыве большая часть образующихся газов проникает в обрушенную горную массу и длительное время аккумулируется в пространстве между кусками руды* Правильная оценка объема газов при этом методе представляет значительные затруднения.

Метод секционного взрывания глубоких скважин

Количество ядовитых газов, образующихся при взрыва: ии Скважинных зарядов ВЬ, определяется при этом методе во время проходки отрезных восстающих секционным взрыванием глубоких скважин,

В районе отрезного восстающего искусственно о помощью вентиляционных дверей создают повышений перепад давлений воздуха между горизонтами верхней и нижней подсечек. Затем непосредственно после взрыва на исходящих с*оуях горизонтов верхней и нижней подсечек* вблизи отрезного восстающего, двумя группами исследователей в респираторах через фиксированные промежутки времени отбираются пробы рудничного воздуха на 00 и До полного проветривания восстающего* При

17

достижении допустимой концентрации ядовитых газов на исходящих струях в месте замера определяется скорость струи воздуха с помощью анемометров А00-3 или MG-I3 и поперечное сечение выработки*

По результатам анализа в химлаборатории ВГСЧ концентрации ядовитых газов за определенные промежутки времени t и вычисленным объемам воздуха Q*t , прошедшим за это же время, строится график* На оси абсцисс откладываются объемы воздуха Q t , на оси ординат - содержание ядовитых газов* Графики строятся отдельно на 00 и Л^. Путем интегрирования площади, ограниченной ломаной кривой и осью абсцисс, определяется объ л ядовитых газов, выделившихся при взрывании глубоких скважин. Суммарный объем ядовитых газов на горизонтах верхней и нижней подсечек в пересчете на условную окись углерода делится на количество взрываемого ВБ. В итоге получается значение га-зояости ВВ*

Для иллюстрации на рис.4 показано графические построение результатов замеров на гор. 200 м рудника Темир-Тау при взрывании отрезного восстающего камеры № 5.

Рис. 4. Характер изменения концентрации ядовитых газов при определении газовости ВВ

Метод опредеяг шя газовооти скважинных зарядов при секци-оивон взрывании глубоких скважин отличаетоя достаточной точностью и значительно меньшими трудовыми затратами. При создании повышенного перепада давления воздуха между горизонтами верхней и нижней подсечек (IO-I5 мм вод.ст.) можно ограничиться замерами лишь на одном горизонте. Практически выброо продуктов взрыва против направления движения воздуха не наблюдается.

ПРИМЕРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГА30В00ТИ ВВ НА ШЕ8НЫХ РУДНИКАХ СИБИРИ И МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Деле 3 орудные месторождения Сибири, отрабатываемые год земным опоообом, расположены в пределах Алтае-Саянской складчатой облаоти и на юге Сибирской платформы.

Месторождения входят в состав Горноиорокого я Западно-оаянокого районов.

В Горнонороном районе находятся рудники Таштагол, Шерегеш, Темир-Тау, Каз, в Западнооаяноком районе - Абаканокий железный рудник.

По овоей структуре, характеру залегания и крепости железорудные месторождения сравнительно аналогичны. Они залегают в виде массивных тел неправильной формы: штоков, линз, даех и пр., нередко значительно удаленных друг от друга.

Руды представлены в основном магнетитом. Ближе к поверхности наблюдаются выхода нартита и полумартита. Коэффициент крепости руд по шкале проФ.Протодьяконсва колеблется от 10 до 16. Мощность рудных тел колеблетсг от незначительной до 50--100 м, падение от 40° до 90°.

Вмещающие породы - сините, аданелиты, окарновые образования - трещиноватые, очень устойчивые. Коэффициент крепости пород по шкале проф.Протодьяконова 8*13 до 16*18.

19

Б работе освещены методы определения газовооти шпуровых, наружных и скважинных зарядов ВВ. Дается описание известных методов определения газовооти ВВ: камерного и беокамерного.

Предлагается новый метод определения газовооти ВВ "без перемычки".

Приводятся значения газовооти шпуровых, наружных и скважинных зарядов ВВ на железных рудниках Сибири.

Работа предназначена для работников предприятий, научно-иооледовательоких и проектных организаций.

При расчетах потребного количества воздуха для проветривания горных выработок после взрывных работ необходимо знать га-зовость взрывчатых веществ (ВВ), т.е. количество образовавшихся ядовитых газов, отнесенных к расходу ВВ. Правильная норма гаэовости ВВ, заложенная а расчетную формулу, позволит более обоснованно, как в техническом, так и в экономическом отношении производить выбор средств прозетр вания.

Вопросам исследования газовости ВВ посвящено ряд работ М, из которых следует, что она зависит от множества факторов, основными из которых являются минералогический состав горных пород, ооотав ВВ и их физико-химические свойства, условия ведения взрывных работ* Эти факторы учесть теоретически довольно сложно, поэтому д~я последующего аналитического обобщения необходим обор обширного экспериментального материала в условиях действующих предприятий.

Успешное проведение таких работ может быть достигнуто при наличии простого и в то же время обеспечивающего достаточную •почнооть замеров метода определения газовости ВВ.

В настоящей работе предпринята попытка осветить существующие методы определения гчзовости ВВ, детально излагаются новые методы определения газовроти шпуровых, наружных и скважинных зарядов ВВ. ¹

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГА30В0С!Ш ШПУРОВЫХ И НАРУЖНЫХ ЗАРЯДОВ ВВ

Камерный метод

Камерный метод, разработанный В.А.Аоооновым и Б.Д.Росси 1,2], является наиболее распространенным и точным методом определения газовости ВВ в производственных условиях* Он основан на определении содержания ядовитых газов в изолированной части подеэмной тупиковой выработки, представляющей собой закрытую камеру. Изоляция камеры достигается за счет отделения части горной выработки перемычкой (занавесом) из газонепроницаемой ткани (брезент, прорезиненная ткань и т.д»}.

Тупиковая выработка, в которой расположена камера, должна иметь сечение 4-10 м^ и длину не менее 65 м. Длина камеры должна быть не более 40 м, а объем 60-450 м¹. Коли в процеоое проведения опытных взрывов длина камеры выйдет за допустимые пределы, то занавес перевешивают. Объем камеры подсчитывают как произведение ее длины на среднее сечение. Последнее определяется как среднее арифметическое из результатов замера сечений камеры через интервалы в 2 м.

После электрического взрывания комплекта шпуров бойцы ВГСЧ или отборщики проб, снабженные изолирующими кислородными респираторами, опускают занавес, заходят в камеру и производят в ней перемешивание газов с помощью кусков плотной ткани размером около I м*% При перемешивании бойцы проходят камеру 5-4 раэа в течение 5 мин. Отбор проб после перемешивания производят у забоя, в середине камеры и у занавеса с внутренней стороны. Пробы берут в трех точках по высоте. ²

Перемешивание газов в камере может быть осуществлено также о помощью вентилятора местного проветривания. Число точек отбора проб при этом сокращается до трех, т.е. по одной пробе у забоя, в середине камеры и о внутренней стороны занавеса на высоте 1-1,3 ч от почвы выработки.

Взятие проб на ядовитые продукты разложения ВВ (окись углерода, окислы азота) производится точечным способом. Пробы на содержание окиси углерода беоут, накачивая газовую смесь о помощью груши или насоса в резиновые камеры, которые после наполнения герметически закрывают.

Для взятия пробы на содержание окислов азота в специально подготовленной бутылке открывают пробку и газовая оме ^.автоматически всасывается за счот разрежения в бутылке, после чего бутылку вновь закрывают пробкой.

По результатам химического анализа проб воздуха берутся усредненные значения концентрации СО и Общий объем образовавшихся после взрыва ядовитых газов подсчитываемся отдельно для СО и NO_z по формулам:

(D

Б общем случае гаэовость ВВ по отдельным компонентам при камерном методе подсчитывается по формуле

С S-C

_Л ■ V ³

где С - среднее содержание определяемого компонента я атмосфере выработки;

5 - средняя площадь сечения выработки;

I - длина камеры; й - количество взрываемого ВВ.

При измерении С, S, i_fA допускаются ошибки, характеризующие отклонения истинных значений от измеренных. Обозначая истинные ошибки функции 6 и аргументов С, 5, t,fi дб, АС , А $ , А С, А А    ,получим

* „А (с + ас) ($+&§) (е+д£)

0+АО= - >

А+ а А

„ _t (с*ас) (S*&5)(t*Ai) c s € откуда Д 0 = '-——----г >

А* а А    *

^но (с+&с)($*&§)(£+а£)_г ?:£JL + Щас + А* Ай    А    дс

+ &LaS + ytbt - Май.

ds di дй

При разложении в ряд Тейлора ввиду малости истинных ошибок аргументов можно ограничиться только первыми производными и первыми степенями ошибок.

Тогда

+ Май.

„    дВ ЭЬ дВ Н

Допустив, что частные производные^ *    '    Jjj

остаются постоянными в пределах изменения аргументов от С* о +лс_г , от до + а 5_г, от до £t +a£i и от fi_L до fii +йАi ^и» переходя к квадратам средних ошибок, получим

Взяв частные производные с учетом выражения (4), получим

где V о соответствующими индексами есть максимальные отно-

оительные вариации отклонений от истинных величин, а процентах. р чражениые Тогда и/- Vc**Vs*+V?. + Vf, (9) откуда vs= * . (Ю)

Рассмотрим возможные величины вариаций| входящих в подкоренное выражение (10).

Измерение концентрации газов в выработке происходит в 2 этапа: набор газа в сосуды и непосредственное измерение концентрации газов на соответствующих измерительных аппаратах.

При точечном способе нао'ора газа, как показали исследования, колебание фактической концентрации от средней в сечении находится в пределах 10% паспортная погрешность измерительного аппарата ** 5% т.е. вариация V- находится в пределах 15%.

Согласно данным fioj, при тщательном измерении S вели чина вариаций находите., в пределах 5 t 10%. Принимаем V$ «8%.

Считаем, что ошибки измерений при определении ( и Л отсутствуют.    _у--

Тогда величина У$^ш * у £25 + 69 ^я * ?г7*.

Отсюда можно сделать вывод, что камерный метод определения

7

газовости ВВ характеризуется достаточной точностью.

К недостаткам ка эрного метода относятся: трудоемкость возведения перешчки (занавеса), возможность использования метода лишь для электрического взрывания шпуров, т.к. при огневом взрывании газовозд^шная волна Судет выброшена за пределы камеры.

Беокамерный метод

Бсскамерный метод определения газовости ВВ предложен П.А.Пардмоновым [3] • Этот метод исключает создание герметизированной камеры, что значительно снижает трудоемкость работ при определении газовости ВВ.

Сущность метода заключается в следующем. После взрывания ВВ в тупиковой выработке длиной не менее 50 м включается вентилятор, работающий на нагнетание. В замерной стан ши, выбранной на некотором расстоянии от забоя (50-100 м), производится набор проб воздуха о определенными интервалами.

Количество воздуха Q , подаваемое в выработку для разбавления взрывных газов, подсчитывается на основании данных средней скорости движения воздуха W_cp и поперечного сечения выработки $ в месте замера:

Q-Wtf S,

Для более точного определения количества воздуха, проходящего по выработке, производится замер скорости воздуха в трубопроводе в сечении замерной станции.

О помощью воздухомерной тпубки и микроманометра определяется динамический напор в 4-5 точках воздухопровода (от стенки трубопровода к центру) по двум взаимно перпендикулярным диаметрам.

На оснсзаиии данных динамического напора определяется скорость движения воздушной струи в каждой точке замера по Формуле

£ - ускорение силы тяжести ( Q    м/сек*');

Act- динамический напор* измеряемый по микроманометру* мм нод.от. ;

У - удельный вес воздуха ( у *1*2 кг/м³).

Средняя окорооть /<у* движения воздуха в трубопроводе вычисляется как средняя арифметическая всех точек замера. Количество воздуха* проходящее в замерной станции* определяется в результате произведения средней скорости движения воздуха в трубопроводе на его сечение.

Пробы воздуха в замерной станции отбирают черев определенные промежутки времени на окись углерода и окислы азота. Окись углерода определяют экспрессным линейнс-колориметрическим методом с момента подхода переднего фронта взрывных газов и до их исчезновения.

По данным химического анализа и определения количества воздуха Q * вычерчивается график зависимости концентрации окиси углерода от количества воздуха* поданного в выработку* из которого вычисляется объем образовавшегося газа путем определения площади фигуры* ограниченной кривой.

На риоЛ показан характер изменения концентрации окиси углерода после взрывания ВВ в орте № 4 рудника Таштагол.,

РиоЛ. Характер изменения концентрации окиси углерода

Объем окиси углерода практически определяется как сумма отдельных трапеций» составляющих площадь фигуры, ограничен-

9

1

2

3