паста для подавления ядовитых газов и пыли при взрывных работах

Формула изобретения

1. Паста для подавления ядовитых газов и пыли при взрывных работах, включающая неорганические вещества и воду, отличающаяся тем, что паста в качестве неорганических веществ содержит железный купорос и водный раствор щелочи с концентрацией от 40 до 50% при соотношениях в частях: железный купорос от 3 до 6, водный раствор щелочи от 1 до 3, вода от 0,5 до 1.

2. Паста по п.1, отличающаяся тем, что в качестве водного раствора щелочи паста содержит или едкий натр, или едкое кали.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области очистки воздуха от ядовитых газов и пыли при проведении взрывных работ в горнорудной промышленности и строительстве.

В горнорудной промышленности основными источниками образования газов и пыли являются операции отбоя породы или руды от толщи пласта с применением буровзрывных работ. Состав газов зависит от применяемых взрывчатых веществ и пород, где производится взрыв. Так же вредные газы образуются за счет реакций взаимодействия воздуха с продуктами горения взрывчатки. Как показали исследования, преобладают в основном окислы азота, окись углерода, двуокись углерода. В сульфидных породах выделяется также сернистый газ. Основной способ очистки - вентиляция, оправдан при неглубоких шахтах. Наиболее эффективным способом подавления ядовитых газов и пыли при взрывных работах является использование паст для забойки шпуров.

Известна паста для подавления ядовитых газов и пыли при взрывных работах, которая представляет собой гидрогель кремниевой кислоты, в состав которого входят жидкое стекло Na₂SiO₃, трехпроцентный раствор перекиси водорода Н₂О₂ и соляная кислота HCl в концентрации 1:1 (Инструкция о применении гидропасты при взрывных работах в подземных условиях / г.Березовский: ЦНИИ и Проектно-конструкторский институт профилактики пневмокониозов и техники безопасности, 1976, с.4...5).

Действие известной пасты основано на захвате пыли частичками раздробленной при взрыве пасты и оседании их, а также окислении ядовитых газов с образованием окиси углерода и окислов азота до высших окислов.

Недостаток известной пасты состоит в снижении эффективности подавления ядовитых газов и пыли вследствие следующих причин: паста является жидкотекучей, содержит недостаточно высокую концентрацию твердой фазы и, как следствие, имеет невысокую плотность, что приводит во время взрыва к выбросу из шпура пыли; кислотные окислы: углекислый газ, двуокись и пятиокись азота, образующиеся при окислении угарного газа и низших окислов азота, химически не взаимодействуют с дисперсной фазой пасты - кремнекислотой. Удаление кислотных окислов происходит только вследствие растворения в водной фазе пасты, однако растворимость их ограничена и замедлена во времени. В результате снижается эффективность пасты.

Кроме того, исходные компоненты пасты токсичны, в особенности соляная кислота и перекись водорода, и требуют повышенных мер соблюдения техники безопасности при их транспортировке и приготовлении пасты. К тому же после взрыва образующийся аэрозоль распыленной пасты содержит кремниевую кислоту и является источником силикоза. Все выше перечисленное снижает безопасность взрывных работ.

Наиболее близкой к предлагаемой является паста для подавления ядовитых газов и пыли при взрывных работах, представляющая собой гидрогель кремниевой кислоты, который получают при взаимодействии водного раствора жидкого стекла Na ₂SiO₃ с соляной кислотой HCl. При взаимодействии вся масса раствора превращается в бесцветный студень. При малых деформациях студень ведет себя как упругое твердое тело. При разрушении структурной сетки образуется вязкая масса - гидропаста. Водный раствор жидкого стекла имеет плотность от 1,052 до 93,0%; соляная кислота в концентрации 1:1 - 7% ("Исследование взрывов сульфидной пыли при проведении горных выработок и изыскание способов их предупреждения" / Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Свердловск: Свердловский горный институт имени В.В.Вахрушева, 1966, с.13...14).

Недостаток известной пасты для подавления ядовитых газов и пыли при взрывных работах состоит в следующем. Во-первых, известная паста снижает температуру и уровень тепловой энергии взрывных газов, для чего ее используют в виде оболочки патрона взрывного заряда ("Исследование взрывов сульфидной пыли при проведении горных выработок и изыскание способов их предупреждения" / Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Свердловск: Свердловский горный институт имени В.В.Вахрушева, 1966, с.12).

Оболочка из известной пасты, формируемая вокруг патрона заряда, снижая температуру взрывных газов при взрыве, ухудшает условия горения в шпуре. В результате из-за недостаточного давления выделившихся при горении газов взрыв происходит как выстрел без достаточного разрушения породы, что снижает коэффициент использования шпура, эффективность пасты и снижает безопасность взрывных работ. Кроме того, поскольку в результате использования пасты в виде оболочки патрона заряда взрыв происходит как выстрел, после взрыва нижняя часть заряда забивается в дно шпура (из-за отдачи при взрыве), т.е. в шпуре остается не до конца прореагированная часть заряда. При выполнении последующей проходки шпура бурением оставшаяся часть заряда способна продетонировать со взрывом, что может привести к гибели людей. Это также снижает как коэффициент использования шпура, так и безопасность взрывных работ с использованием известной пасты.

Так же, как и в предыдущем аналоге, действие известной пасты основано на захвате пыли частичками раздробленной при взрыве пасты и оседании их. При этом, поскольку известная паста имеет кислую среду, то кислотные окислы: углекислый газ, двуокись и пятиокись азота, образующиеся при окислении угарного газа и низших окислов азота, не вступают в химическое взаимодействие с кислыми солями пасты. Удаление кислотных окислов происходит только вследствие их растворения в водной фазе пасты. Однако поскольку кремнекислота пасты при взрыве находится в дисперсной фазе, то растворимость кислотных окислов ограничена и замедлена во времени. При этом из-за неполного сгорания продуктов взрыва в атмосферу попадают как угарный газ, так и нерастворенные кислотные окислы. Образующийся после взрыва аэрозоль распыленной пасты содержит кремниевую кислоту и является источником силикоза. Все это снижает эффективность пасты, а также безопасность взрывных работ при использовании известной пасты.

Таким образом, выявленные в результате патентного поиска аналог и прототип заявленной пасты для подавления ядовитых газов и пыли при взрывных работах при осуществлении не обеспечивают технического результата, заключающегося в повышении эффективности пасты, коэффициента использования шпура, в повышении безопасности взрывных работ.

Заявленное изобретение решает задачу создания пасты для подавления ядовитых газов и пыли при взрывных работах, осуществление которой позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении эффективности пасты, коэффициента использования шпура, в повышении безопасности взрывных работ.

Сущность изобретения состоит в том, что паста для подавления ядовитых газов и пыли при взрывных работах, включающая неорганические вещества и воду, в качестве неорганических веществ содержит железный купорос и водный раствор щелочи с концентрацией от 40 до 50%, при соотношениях в частях: железный купорос от 3 до 6, водный раствор щелочи от 1 до 3, вода от 0,5 до 1. Кроме того, в качестве водного раствора щелочи паста содержит или едкий натр, или едкий калий.

Технический результат достигается следующим образом. Благодаря тому, что в состав пасты входят в указанных соотношениях железный купорос, водный раствор щелочи с концентрацией от 40 до 50% и вода, при их смешении образуется гель, который в замкнутом пространстве шпура из-за недостатка воды расширяется, распирает стенки шпура и затвердевает, образуя в шпуре замкнутое пространство для взрывного заряда. В результате повышается температура горения заряда. Заряд при взрыве сгорает полностью, что обеспечивает мощный взрыв, и грунт откалывается, а не рассыпается, как в прототипе. Поскольку происходит откалывание породы изнутри, а не наподобие выстрела, как в прототипе, это, как показал опыт, повышает коэффициент использования шпура до 85%. При этом натурные испытания показали, что затвердевший гель настолько проникает в породу, что представляет с ней одно целое. Это обеспечивает полное подавление пыли при взрыве. При этом пыль просто не выпускается из шпура, в отличие от прототипа, в котором осуществляются захват и оседание пыли частичками раздробленной при взрыве пасты. Кроме того, поскольку происходит откалывание породы изнутри, а не наподобие выстрела, а также обеспечивается полное подавление пыли при взрыве, то повышается безопасность взрывных работ. При этом полное сгорание взрывчатого вещества в шпуре исключает возможность детонации в шпуре остатков заряда при его дальнейшей проходке, в отличие от прототипа, что также повышает безопасность взрывных работ с использованием заявленной пасты.

Кроме того, при смешении компонентов пасты в результате химической реакции образуется щелочная среда: Fe₂(SO₄)₃+NaOH=Fe(ОН) ₃+Na₂SO₄. При этом гидроокись железа выступает в роли сорбента ядовитых продуктов горения заряда при взрыве. Выделившиеся при горении заряда сернистый газ SO ₂, окислы озона NnO₂n и окись углерода СО вступают в реакцию замещения с гидроокисью железа с образованием соответствующих солей. В результате практически полностью подавляются ядовитые газы - продукты горения заряда при взрыве. Таким образом, благодаря тому, что в заявленном решении, в отличие от прототипа, подавление ядовитых газов осуществляется в результате химических реакций, повышается эффективность пасты и, как следствие, безопасность взрывных работ.

Соотношения в частях: железный купорос от 3 до 6, водный раствор щелочи в указанной концентрации от 1 до 3, вода от 0,5 до 1 - получены опытным путем и являются оптимальными для обеспечения повышения эффективности пасты.

Концентрация водного раствора щелочи от 40 до 50% получена опытным путем и является оптимальной, при которой обеспечивается затвердевание пасты и обеспечивается повышение эффективности пасты.

Введение в состав пасты в качестве водного раствора щелочи, или едкого натра, или едкого калия в указанной концентрации обеспечивает быстрое и надежное затвердевание пасты, что повышает ее эффективность и коэффициент использования шпура. Как показали натурные испытания время затвердевания пасты в этом случае составляло от 5 до 10 минут.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что заявленная паста для подавления ядовитых газов и пыли при взрывных работах при осуществлении обеспечивает получение технического результата, заключающегося в повышении эффективности пасты, коэффициента использования шпура, в повышении безопасности взрывных работ.

Пасту используют следующим образом.

Пример. В глухом забое длиной 15 м с объемом забойного пространства 112 м ³ были набурены шпуры длиной 1 м в три ряда на расстоянии 1 м друг от друга. Забой был закрыт деревянной стенкой с дверкой. Отбор проб на окись углерода проводили индикаторными трубочками. Пыль контролировали лабораторной воздуходувкой, просасывая в течение 20 минут через бумажный фильтр, предварительно взвешенный на аналитических весах. На окислы азота отбор проб производили в мерные бутылки 0,5 л. Воздух из бутылок предварительно откачивали.

Отбор газов производили с трех уровней: 0,2; 1,2; и 2,2 м. За результат брали среднюю величину. Отбор проб на пыль производили на уровне 1,2 м возле деревянной стенки напротив забоя.

Забой шпура производили в следующем порядке. Вначале досылали патрон с взрывчаткой и детонатором, приводимым в действие огневым шнуром. Оставшееся пространство заполняли пастой в соответствии с заявленной формулой. Производили взрыв. По истечении одной минуты отбирали пробы на анализ. Выдержка в одну минуту необходима для того, чтобы газ разошелся по всему забою. Забой продували, замеряли длину невзорванной части шпура и оценивали эффект взрыва - коэффициент использования шпура.

Пасту готовили непосредственно перед проведением взрывных работ смешиванием вручную исходных компонентов до получения однородной суспензии. Работы проводили в резиновых перчатках и очках или в прозрачном щитке.

В примере использования пасты для ее получения было взято 5 частей железного купороса, 3 части едкого натра с концентрацией 42% и 1 часть воды. Пасту готовили в аппарате с перемешивающим устройством и заполняли ею шпуры перед взрывом в шахте. Готовую пасту шприцем вводили в шпуры после размещения в них взрывного заряда.

Паста затвердевала через 10 минут.

Для сравнения подавления ядовитых газов и пыли, выделяющихся при взрыве, была приготовлена паста по способу-прототипу. Пастой по прототипу заполняли шприцем шпур, после чего размещали в нем заряд. Паста имела до взрыва желеобразную форму.

Коэффициент использования шпура определяли по формуле К=100%: L₁×L₂, где L ₁ и L₂ длина шпура общая и длина отрыва шпура после взрыва соответственно.

Для заявленной пасты: L ₁=100 см, L₂=55 см, К=55%.

Формула для расчета эффективности используемой пасты: 100%-(m₂ :m₁)×100%, где m₁, m₂ - результаты контроля показателя загрязнения воздуха после взрыва без пасты и с пастой соответственно.

Результаты, полученные при натурных испытаниях, сведены в таблицу.

Условия взрыва	Компоненты пасты	Концентрация газов в атмосфере забоя после взрыва, мас. %		Запыленность воздуха после взрыва (среднее значение), мг/м 3	Эффективность, %
		СО	N nO2n		СО	NnO2n	пыль
Без пасты	-	3,4	0,92	23,1	-	-	-
Заявленная паста	Железный купорос, едкий натр 42%, вода.	0,31	0,50	5,6	90,2	46,0	75,8
Паста по прототипу	Жидкое стекло, HCl, вода.	1,87	1,30	16,7	45,8	-	28,0

Из результатов испытаний следует, что заявленная паста эффективнее пасты, приготовленной по прототипу.