A resource efficient and environmentally safe charge structure for mining in an open-pit

Abstract

Purpose. The purpose is to reduce mineral losses during the explosive destruction of rocks and environmental pollution by harmful gases and fine particulate matter. Methods. To achieve the objectives of the study, methods of physicochemical analysis and mechanics of continuous media have been used. The method of physico-chemical analysis has been used to determine the quantitative and qualitative characteristics of the composition of the well stemming depending on the parameters of the well, the type of explosive, the amount and type of harmful gases formed during the explosion. Methods of solid medium mechanics have bee n used to establish the patterns of pressure waves during an explosion depending on the characteristics of the gap filler between the charge and the well wall. To solve the problem of the behavior of a two-layer medium during the loading of a cylindrical cavity by a nonstationary load, a numerical method based on the finite-difference McCormack predictorcorrector scheme has been used. Findings. A resource-saving and environmentally friendly charge structure for rock mining by explosion was developed. The design of the charge involves the formation of a gap between the charge and the wall of the borehole, and filling it with a suspension of calcium hydroxide or a suspension of calcium carbonate. Originality. The dependences of the volume of harmful gases (NO2, CO2, CO) formed during the explosive destruction of rocks and the magnitude of the pressure peak in the area close to the charge on the chemical composition of the filler of the radial gap between the charge and the well wall have been set. Practical implications. Developed charge design allows to neutralize the harmful gases formed during the explosion, to reduce the pressure peak in the area of the rock massif close to the charge, and can be widely used in non-metallic quarries that extract minerals for the production of crushed stone.

Мета. Метою дослідження є зменшення втрат корисних копалин та забруднення навколишнього середовища шкідливими газами і пилом під час вибухового руйнування гірських порід на нерудних кар’єрах. Методика. Для досягнення цілей дослідження застосовувались методи фізико-хімічного аналізу та механіки суцільних середовищ. Метод фізико-хімічного аналізу застосовувався для визначення кількісних та якісних характеристик складу забійки свердловини залежно від параметрів свердловини, типу вибухової речовини, кількості й типу шкідливих газів, утворюваних нею під час вибуху. Методи механіки суцільних середовищ використовувались для встановлення закономірностей проходження хвиль тиску під час вибуху залежно від характеристик заповнювача проміжку між зарядом і стінкою свердловини. Для вирішення задачі про поведінку двошарового середовища в процесі навантаження циліндричної порожнини нестаціонарним навантаженням використовувався числовий метод на основі скінченно-різницевої схеми предиктор-коректор Мак-Кормака. Результати. Розроблено ресурсозберігаючу та екологічно безпечну конструкцію вибухового заряду, яка передбачає утворення проміжку між зарядом і стінкою свердловини й заповнення його суспензією гідроксиду кальцію або суспензією карбонату кальцію. Наукова новизна. Встановлено залежності обсягу шкідливих газів (NO2, CO2, CO), що утворюються під час вибухового руйнування гірських порід, та величини піку тиску у ближній до заряду зоні від хімічного складу заповнювача радіального проміжку між зарядом і стінкою свердловини. Практична значимість. Розроблена конструкція заряду дозволяє нейтралізувати шкідливі гази, що утворюються під час вибуху, зменшити пік тиску у ближній до заряду зоні, і може широко використовуватись на нерудних кар’єрах, де ведеться видобуток корисних копалин з метою виробництва щебню.

Цель. Целью исследования является уменьшение потерь полезных ископаемых и загрязнения окружающей среды вредными газами и пылью во время взрывного разрушения горных пород на нерудных карьерах. Методика. Для достижения целей исследования применялись методы физико-химического анализа и механики сплошных сред. Метод физико-химического анализа применялся для определения количественных и качественных характеристик состава забойки скважины в зависимости от параметров скважины, типа взрывчатого вещества, количества и типа вредных газов, образуемых во время взрыва. Методы механики сплошных сред использовались для установления закономерностей прохождения волн давления при взрыве в зависимости от характеристик заполнителя промежутка между зарядом и стенкой скважины. Для решения задачи о поведении двухслойной среды в процессе нагружения цилиндрической полости нестационарными нагрузками использовался численный метод на основе конечно-разностной схемы предиктор-корректор Мак-Кормака. Результаты. Разработана ресурсосберегающая и экологически безопасная конструкция взрывного заряда, предусматривающая создание промежутка между зарядом и стенкой скважины и заполнение его суспензией гидроксида кальция или суспензией карбоната кальция. Научная новизна. Установлены зависимости объема вредных газов (NO2, CO2, CO), образующихся при взрывном разрушении горных пород, и величины пика давления в ближней к заряду зоне от химического состава заполнителя радиального промежутка между зарядом и стенкой скважины. Практическая значимость. Разработанная конструкция заряда позволяет нейтрализовать вредные газы, образующиеся при взрыве, уменьшить пик давления в ближней к заряду зоне, и может быть широко использована на нерудных карьерах, где ведется добыча полезных ископаемых с целью производства щебня.