Способ определения количества абсорбированных окислов азота продуктов взрыва

 

Способ может быть использован в горнодобывающей промышленности для оценки экологической вредности применения взрывчатых веществ. В производственных условиях бурят взрывную скважину глубиной 5-10 м и закладывают в нее заряд исследуемого взрывчатого вещества массой 10-50 кг. Берут фоновую пробу воздуха в скважине и определяют концентрации азота и аргона. Подрыв заряда осуществляют штатными для данного предприятия средствами. Через 5-15 мин после взрыва производят забор газовых проб в скважине. Проводят лабораторный анализ газовых проб на хроматографе с получением концентраций окиси и двуокиси углерода, водорода, метана, кислорода, азота, окислов азота и аргона. Определяют количество газообразных продуктов взрыва V_x по определенной формуле и, подставив найденное значение в другую формулу, определяют количество абсорбированных окислов азота.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для оценки экологической вредности применения взрывчатых веществ.

Известен способ определения количества газообразных продуктов взрыва, включающий размещение в открытой буровой скважине заряда взрывчатого вещества (BB) и его подрыв, забор газовых проб в скважине с лабораторным определением концентраций газообразных продуктов взрыва и расчетное определение количества каждой компоненты газообразных продуктов взрыва [1]. Так как испытания максимально приближены к реальным условиям работы заряда при ведении технологических взрывов, результаты измерения имеют достаточно высокую точность и отвечают практическим потребностям производства.

Однако для BB с положительным кислородным балансом, а также при отклонении режима взрыва от нормального (неполная или затухающая детонация), для BB с отрицательным и нулевым кислородным балансом, когда в продуктах взрыва может быть избыточный кислород, способ не обеспечит достаточной точности.

Известен способ определения количества газообразных продуктов взрыва [2] , включающий забор фоновой пробы воздуха, размещение заряда взрывчатого вещества в открытой буровой скважине, получение концентраций азота и аргона в фоновой пробе, подрыв заряда, забор газовой пробы в скважине с получением концентраций окислов азота, азота, аргона и расчетное определение количества каждой компоненты продуктов взрыва V_x по выражению где 22,4 - объем 1 моль газа, л; d - содержание азота на 1 кг взрывчатого вещества, г-атом; C_x - концентрация "х" компоненты газообразных продуктов взрыва, %; NO, N₂, Ar - концентрация окислов азота, азота и аргона, замеренная после взрыва в скважине одновременно с искомой компонентой "х", %; K₁- коэффициент, характеризующий отношение концентрации азота к концентрации аргона в фоновой пробе воздуха.

Известный способ обеспечивает требуемую точность результата для любых типов BB и любых режимов взрыва, т.к. для разделения азота BB и азота воздуха использован газ, не являющийся продуктом взрыва (аргон вместо кислорода). Способ позволяет определить количество выделившегося кислорода при взрыве за счет избыточного положительного кислородного баланса или за счет неполной детонации BB, которое в свою очередь позволяет рассчитать ряд энергетических показателей взрыва (температура, теплота), а также определить какая часть воды в обводненной скважине прореагировала с продуктами детонации ВВ.

Однако наряду с выбросами в атмосферу, часть продуктов взрыва абсорбируются на отбитую горную массу и не определяется известными из практики и источников информации способами. Особенно опасны в этом отношении окислы азота. Например, коэффициент относительной опасности окиси азота в 41,1 раза больше такового для окиси углерода. Кроме того, с экологической точки зрения опасность попадания окислов азота в почву значительно выше, чем выброс их в атмосферу.

Изобретение решает задачу расширения функциональных возможностей способа определения количества продуктов взрыва с получением конкретного технического результата - определение количества окислов азота, образовавшихся при взрыве в абсорбированном виде.

Указанный технический результат получают за счет того, что в способе определения количества газообразных продуктов взрыва, включающем забор фоновой пробы воздуха в открытой буровой скважине с получением концентраций азота и аргона, размещение в скважине заряда взрывчатого вещества и его подрыв, забор газовой пробы в скважине с получением концентраций окислов азота, азота, кислорода и аргона и расчетное определение количества продуктов взрыва V_x, дополнительно определяют концентрации окислов углерода, углеводородной и водородной групп, количество продуктов взрыва V_x определяют из выражения , где 22,4 - объем моля газа, л; O, H, N - содержание, соответственно, кислорода, водорода и азота на 1 кг взрывчатого вещества, г-атом;
CO; CO₂; H₂; CH₄; O₂; N₂; Ar - концентрация, соответственно, окиси и двуокиси углерода, водорода, метана, кислорода, азота и аргона, замеренная после взрыва в скважине одновременно с искомой компонентой "х", %;
K₁; K₂ - коэффициенты, характеризующие отношение концентрации кислорода и азота к аргону в фоновой пробе воздуха;
а количество абсорбированных окислов азота определяют по выражению:
NO_x = 22,4N-2(N₂-K₂Ar)·V_x· 10^-2-NO·V_x·10^-2, л/кг (2)
где NO - концентрация окислов азота, замеренная после взрыва в скважине одновременно с искомой компонентой "х", %.

Совокупность существенных признаков изобретения позволит определить ту часть окислов азота продуктов взрыва, которая образовалась в абсорбированном виде и ранее не учитывалась в оценке экологического воздействия на окружающую среду применения промышленных взрывчатых веществ. Более точное определение количества неблагоприятных с точки зрения экологии компонентов взрыва позволит сделать конкретные практические результаты, направленные на решение вопросов, связанных с охраной окружающей среды.

Способ осуществляют следующим образом.

В производственных условиях, например на карьере (аналогично и на подземных горных работах), бурят взрывную скважину глубиной 5-10 м и закладывают в нее заряд исследуемого взрывчатого вещества массой 10-50 кг. Берут фоновую пробу воздуха в скважине и определяют концентрации азота и аргона. Подрыв заряда осуществляют штатными для данного предприятия средствами. Через 5-15 мин после взрыва производят забор газовых проб в скважине с помощью, например, резиновых трубок и насоса "Шинца". Проводят лабораторный анализ газовых проб на хроматографе (или другими известными способами) с получением концентраций окиси и двуокиси углерода, водорода, метана, кислорода, азота, окислов азота и аргона. Определяют количество газообразных продуктов взрыва V_x по формуле (1), и подставив найденное значение в формулу (2), определяют количество абсорбированных окислов азота.

Конкретное осуществление способа рассмотрим на примере взрыва заряда тротила и граммонита 30/70.

Пример 1. В скважину глубиной 12 м и диаметром 214 мм, залитую водой до 5 м, закладывают заряд тротила массой 20 кг. В качестве средств взрывания используют детонирующий шнур ДШЭ-12 и промежуточный детонатор - шашки Т-400Г. Через 15 мин после взрыва с помощью отсасывающего прибора ППО-1 и резиновой трубки берут пробу газов на анализ. После лабораторного анализа взятых проб в скважине концентрация газов в скважине составила, %: CO 13,6; CO₂ 14,79; O₂ 0,0006; H₂ 4,8; CH₄ 2,77; O₂ 12; N₂ 51,5; Ar 0,43. Коэффициенты K₁ и K₂, характеризующие отношение концентраций кислорода и азота к концентрации аргона в фоновой пробе, составили, соответственно, 22,15 и 83,89. Содержание кислорода, водорода и азота на 1 кг взрыва этого вещества, исходя из его химического состава равно, г-атом: O 26,4; H 22; N 13,2.

Объем газообразных продуктов взрыва, определяемый по формуле, составил

Количество абсорбированных окислов азота для данного примера составит
NO_x = 22,4·N-2(N₂-K₂Ar)·V_x ·10^-2-NO·V_x·10^-2 = 22,4·13,2-2(51,5-83,89·0,43)·878·10^-2 -6·10^-4·878·10^-2 = 24,9 л/кг
Пример 2. B скважину глубиной 15 м и диаметром 244 мм, заполненную на 2/3 водой, помещают заряд граммонита 30/70 массой 45 кг. Применяем стандартные средства взрывания. Через 20 мин после взрыва взяты пробы средствами указанными в примере 1. Лабораторный анализ показал следующие концентрации газов, %: CO 20; CO₂ 20,33; CH₄ 4,5; H₂ 10,4; O₂ 6,96; N₂ 37,43; Ar 0,23; NO 0,0007. Коэффициенты K₁ и K₂ в фоновой пробе воздуха составили, соответственно, 22,15 и 83,89. Содержание кислорода, водорода и азота для граммонита 30/70 составляет: O 29,73; H 30,4; N 16,74.

Объем газообразных продуктов взрыва определенный по формуле составил:

Количество абсорбированных окислов азота составит
NO_x= 22,4N-2(N₂-K₂Ar)·V_x ·10^-2-NO·V_x·10^-2 = = 22,4·16,74-2(37,43-83,89·0,23)517,7·10^-2- 7·10^-4·515,7·10^-2 = 187,2 л/кг
Из приведенных примеров видно, что способ позволяет определить количество окислов азота, находящихся в абсорбированном вида, при этом их численное значение достаточно велико и игнорирование такого количества вредностей может вносить существенную ошибку в оценку экологического влияния взрывных работ на окружающую среду.

Источники информации:
1. Патент РФ 1778493, кл. F 42 D 1/00, 1990.

2. Патент РФ 2060445, кл. F 42 D 1/00, 1996.

Формула изобретения

Способ определения количества абсорбированных отбитой горной массой окислов азота продуктов взрыва, характеризующийся тем, что осуществляют забор фоновой пробы воздуха в открытой буровой скважине с получением концентрации азота и аргона, размещение в скважине заряда взрывчатого вещества и его подрыв, забор газовой пробы в скважине, определяют концентрации окислов азота, азота, кислорода, аргона, группы окислов углерода, углеводородной и водородной групп, количество газообразных продуктов взрыва V_x определяют по формуле

где 22,4 объем газа, л;
O, H, N содержание соответственно кислорода, водорода и азота в 1 кг взрывчатого вещества, моль;
CO, CO₂, H₂, CH₄, O₂, N₂, Ar - концентрация соответственно окиси и двуокиси углерода, водорода, метана, кислорода, азота и аргона, замеренная после взрыва в скважине одновременно с искомой компонентной x,
К₁, К₂ коэффициенты, характеризующие отношение концентрации кислорода и азота к аргону в фоновой пробе воздуха,
а количество абсорбированных окислов азота определяют по формуле
NO_x 22,4N 2(N₂ - K₂·Ar)V_x·10^-2 NO·V_x·10^-2,
где NO концентрация окислов азота, замеренная после взрыва в скважине одновременно с искомой компонентой x,