книги из ГПНТБ / Чулаков П.Ч. Теория и практика обеспыливания атмосферы карьеров

последних трех лет, составляет: январь — 51,4 мм; февраль — 56,5 мм; март — 60,9 мм; апрель — 25,2 мм;

57,4 мм; ноябрь — 69 мм; декабрь — 42,2 мм. Годовое

около 25 км. Из них 3 км — с бетонным покрытием, остальная часть — со щебеночно-гравийным. Интен­ сивность движения на наиболее загруженных участ­ ках составляет в среднем 150—200 машин за 1 ч. Отвалы пустых пород расположены на расстоянии 3,5—4,5 км от карьера. Ширина проезжей части дорог 13 м.

При обработке автодорог раствором хлористого кальция несущий слой толщиной 2—3 см создается из крупнозернистого песка. Для этого используется песок из гидроотвала. Пригодность его определена испытанием в соответствии с ГОСТ 8735—65.

Опытно-промышленные испытания проводились на подготовленном и неподготовленном полотнах дороги. Подготовка полотна заключалась в рассыпке слоя песка толщиной 2—3 см. Порошкообразный хлористый кальций рассыпался пескоразбрасывате­ лем. Перед этим поверхность дороги слегка полива­ лась водой для улучшения сцепления порошка с по­ верхностью дороги.

Продолжительность действия порошкообразного хлористого кальция при норме его рассыпки на непод­ готовленное полотно дороги 0,7 кг/м2 составляла около 3 суток при интенсивности движения 60 машин за 1 ч, т. е. в течение этого времени запыленность воз­ духа на опытном участке не превышала предельно допустимой концентрации.

На участке, где интенсивность движения состав­

90-

На другом участке при норме расхода порошкооб­ разного хлористого кальция 0,55 кг/м2 и рассыпке его на слой песка в условиях высокой интенсивности дви­ жения, достигающей 150 машин за 1 ч, запыленность воздуха в течение 44 ч не превышала предельно до­ пустимой концентрации.

Растворами 10, 15, 20 и 30%-ной концентрации хлористого кальция обрабатывались участки авто­ дорог о неподготовленным полотном.

Время эффективного действия растворов 15— 20%-ной концентрации при интенсивности движения 60—75 машин за 1 ч, норме разлива 1,6—2 дм3 /м2 и температуре воздуха в дневное время от 3 до 23° С составило 3—4 суток, а время эффективного действия раствора 10%-ной концентрации при тех же условиях оказалось меньше 2 суток. Содержание влаги в атмо­ сфере при испытании раствора 15%-ной концентрации изменялось от 2,94 до 7,94 г/кг сухого воздуха, а при испытании 20%-ной концентрации — от 5,02 до 5,75 г/кг сухого воздуха.

Перед обработкой растворами 30, 40 и 50%-ной концентрации производилась подготовка полотна авто­ дорог, которая состояла в следующем:

1) очистка поверхности дороги от просыпи и грязи автогрейдером или механической щеткой;

2)ликвидация ям;

3)создание упора по краям проезжей части по­ крытия; для этого на кромках проезжей части концом

ножа автогрейдера образуют борозды глубиной 20 см с отвалом земляного материала на обочины;

4)поливка поверхности дороги водой;

5)доставка песка (гравелистого или крупнозерни­

стого) на дорогу для образования слоя толщи­ ной 3 см;

6) разравнивание песка грейдером с перемеще­ нием материала до 10 м.

Раствор хлористого кальция приготовлялся на растворном узле, а затем разливался поливочной машиной на слой песка из расчета 1,5—2 дм3 /м2 авто­ дороги. Расход раствора хлористого кальция на 1 км дороги в среднем составлял 24 м3 .

Через два дня после обработки дороги в течение двух суток выпало 3,5 мм осадков. Несмотря на это,

91

в течение нескольких суток запыленность воздуха оставалась ниже допустимой концентрации. Общая продолжительность эффективного действия растворов 30—40%-ной концентрации при интенсивности движе­ ния в среднем 75 машин за 1 ч составила 6—7 суток, а 50%)-ной концентрации — 9 суток (рис. 20).

150%

I \

/)

о

Рис. 20. Изменение запыленности воздуха на автодорогах, обрабо­ танных водными растворами хло­ ристого кальция

Для повторной обработки слой песка, нанесенный на автодорогу, взрыхлялся грейдером, и после раз­ равнивания песка разливался раствор.

В случае обработки хлористым кальцием неподго­ товленных дорог с основанием, легко поддающимся рыхлению, после поливки водой его рыхлят на глу­

время обрабатывают водными растворами хлористого кальция 20—30%-ной концентрации.

Одним из органических вяжущих веществ, испы­ танных для борьбы с пылеобразованием на карьер­

Сульфитно-спиртовая барда, являющаяся вторич­ ным отходом при получении целлюлозы из древесины сульфитным способом, обладает высокими вяжущими и поверхностно-активными свойствами, что дает воз-

92

можность использовать ее как эмульгатор при приго­ товлении битумной эмульсии.

Эффективность применения водных растворов сульфитно-спиртовой барды для обеспыливания авто­ дорог испытывалась на Сибайском карьере и карьере ЦГОКа Криворожского бассейна.

На Сибайском карьере для покрытия дорог ис­ пользуются горные породы фракции 5—35 мм. Полот­ но дороги поливали 18%-ным раствором сульфитноспиртовой барды (ССБ). Для равномерной пропитки поверхностного слоя покрытия производили 4-кратную поливку. При этом покрытие дороги пропитывалось на глубину 6—10 см.

Интенсивность пылевыделения на карьерных доро­

Последующие испытания ССБ производились с до­ бавкой битума и солярового топлива в следующих концентрациях: ССБ 32%, битума марки Б-5 10—12%,

тый битум сливали в смеситель и охлаждали до 100— 150° С, а затем добавляли солярку. Поеле этого при непрерывном перемешивании добавляли ССБ и в по­ следнюю очередь воду. При обработке покрытия

При проведении экспериментов на карьере ЦГОКа Криворожского бассейна ССБ 15—20%-ной концент­ рации поливали взрыхленную грейдером дорогу. Затем дорогу покрывали слоем щебня фракций 5—20 мм и снова пропитывали раствором ССБ. В результате та­ кой обработки интенсивность пылевыделения резко со­ кратилась.

93

На другом участке дороги при поливке 10%-ным раствором ССБ действие его оказалось малоэффек­ тивным.

Для поверхностного покрытия автодорог исполь­ зовался фракционированный щебень из цеха тяжелой

барды 25%-ной концентрации проводились также на

25%-ной концентрации и разровненный слой укаты­ вается катком или автомашинами.

Для приготовления раствора сульфитно-спиртовой барды, доставляемой в цистернах в виде 50%-ной кон­ центрации, ее перекачивают в поливочную машину, которую затем наполняют необходимым количеством воды для получения раствора нужной концентрации.

При проведении экспериментов дорога обрабаты­ валась раствором в три-четыре приема с интервалами 40—60 мин с нормой разлива 1,5—2 дм3 /м2 за каж­ дый прием.

В последующем по мере повышения запыленности воздуха на дорогах 6 раз (через каждые 1—2 суток) производилась повторная обработка дорог при норме расхода раствора 1—2 дм3 /м2 .

Как показал анализ регулярно отбиравшихся проб воздуха, на первом опытном участке запыленность воздуха между повторными обработками ССБ состав­ ляла 1,3—5,1 мг/м3 . Интенсивность движения на этом участке в среднем была 75 машин за 1 ч.

На втором опытном участке, где интенсивность движения была значительно больше,—150 машин

94

за 1 ч, запыленность воздуха в интервалах между об­ работкой дороги раствором ССБ была 4—14 ш[м3.

За период наблюдений среднесуточная темлердтура колебалась от 19 до 25° С. Количество выпавших осадков составило 10 мм.

При обработке раствором ССБ на обочинах дорог образовались твердые корки, которые в течение 1,5— 2 месяцев предотвращали выделение пыли за движу­ щимися машинами.

Как видно из результатов проведенных опытнопромышленных испытаний, эффективность обработки автодорог раствором ССБ низка, так как содержа­ щаяся в нем вода быстро испаряется и твердый оста­ ток независимо от концентрации раствора действует цементирующе.

Для обеспыливания и упрочнения карьерных авто­ дорог были использованы также битумы и их эмульсии.

Битумы — коллоидные системы сложного химиче­ ского состава, состоящие в основном из смеси раз­ личных углеводородов и их неметаллических произ­ водных— кислородных, сернистых и азотистых. Биту­ мы, применяемые в дорожном строительстве, делятся на нефтяные, природные и сланцевые.

Нефтяные битумы в зависимости от технологии производства разделяются на остаточные, окислен­ ные, крекинговые и битумы из отходов селективной очистки масел. В состав битумов входят: масла, смо­ лы, асфальтены, карбены, карбоиды, асфальтогеновые кислоты и ангидриты асфальтогеновых кислот.

Структура природных битумов, их физико-хими­

смолы, которая получается при термическом разло­ жении битуминозных горючих сланцев. В сланцевых битумах содержится больше асфальтенов и смол, чем в нефтяных, и меньше масел; в некоторых сланцевых битумах больше карбенов и карбоидов, чем в неф­ тяных.

При устройстве покрытий и оснований дорог с при­ менением битума используют различные по прочности

95

в том, что они связывают отдельные частицы, при­ дают им гидрофобные свойства и заполняют поры, образующиеся между ними. Однако при температуре воздуха ниже температуры затвердевания битума связывание оседающей пыли не происходит.

В процессе приготовления битумных эмульсий по­ верхностное натяжение на границе раздела битум— вода уменьшают путем применения эмульгаторов, так как при механическом диспергировании в чистой воде битумная эмульсия не образуется вследствие раз­ личия свойств битума и воды. Основные преимуще­ ства битумных эмульсий по сравнению с битумом — возможность обработки.минеральных материалов без подогрева и меньший расход битума. К недостаткам эмульсий относятся: небольшой срок службы дорож­ ных покрытий и возможность вымывания эмульсий из покрытия, если дождь выпадет до окончания их распада.

М. В. Васильев предлагает следующую, технологию обработки дороги битумом. На выровненное скальное

следует отметить, что результаты испытаний, прове­ денных В. А. Пановым, показывают, что при пропитке вяжущим веществом поверхностного покрытия тол­ щиной более 6—7 см поверхность дороги становится волнистой. Поэтому предлагаемая технология обра­ ботки покрытия битумом вряд ли применима на доро­ гах, рассчитанных на движение большегрузных авто­ самосвалов.

Эмульсия битума применима при малой толщине пропитки покрытия автодорог, но не для условий сухого и жаркого климата.

Так, на медном руднике «Сильвер Белл» в США гравийное полотно дороги толщиной 0,9—1 м, с круп-

96

ностыо фракции материала 25—150 мм пропитыва­ лось битумом на глубину б—7 см с нормой расхода 0,8 кг/м2 . Дорога была предназначена для транспор­

На бокситовых карьерах Арканзаса для упрочне­ ния и обеспыливания дорог их покрытия обрабатыва­ лись битумом, содержащим 15% каучуковой эмуль­ сии. Дорога выдерживала непрерывное движение 50-тонных автосамосвалов со скоростью до 48 км/ч,

ипылевыделение после обработки снижалось.

Впоследнее время проводятся эксперименты по снижению запыленности карьерных автодорог при помощи сырой нефти. Нефть обладает хорошими вяжущими свойствами и при обработке ею карьер­ ных автодорог с щебеночным и гравийным покрытием может связывать осевшую пыль.

Промышленные испытания, проведенные на Кургашинканском и Кальмакырском карьерах, показали, что затраты на обеспыливание с использованием сырой нефти в 2,5—3 раза ниже, чем при поливке дороги водой.

Технология обработки состояла в следующем. Гравийное покрытие пропитывалось нефтью на глу­ бину 1—2,5 см. Расход нефти иа первичную обработку составлял 0,6—1 кг/м2 , а на повторную — 0,03— 0,05 кг/м2 . Понижение вязкости достигалось подогре­ вом нефти или добавлением к ней разжижителей — керосина, солярового масла. Разливалась нефть спе­ циальной передвижной установкой, смонтированной ча базе автомашины. В дальнейшем для поддержа­ ния дорог в соответствующем состоянии производи­ лась периодическая их обработка.

Обработанное нефтью дорожное покрытие стано­ вилось более прочным, что позволило увеличить ско­ рость движения на 11% и затраты на ремонт дороги снизить в 3—5 раз.

В настоящее время для подавления пыли на по­ стоянных автодорогах Зыряновского карьера приме­ няется топочный мазут марок М-40 и М-100 со сле­ дующими техническими характеристиками:

Мазут — остаток после отгонки из нефти бензина, лигроина и керосина. Являясь наименее ценной частью нефтепродуктов, мазуты содержат большее количество асфальтосмолистых веществ, серы и вана­ дия, чем исходные нефти, и имеют пониженное содер­ жание водорода и углерода.

К числу важнейших показателей качества мазута относится вязкость, в связи с чем она положена в ос­ нову его маркировки. Вязкость влияет па скорость осаждения механических примесей при хранении, транспортировании и подогреве мазута, а также на полноту отстаивания его от воды. Марка мазута характеризует максимальное значение его условной вязкости при температуре 50° С. В настоящее время топочные мазуты выпускаются трех марок: М-40, М-100, М-200. В зависимости от содержания серы различают три сорта топочного мазута: малосерни­ стый (S<0,5%), сернистый (S = 0,54-2%) и высокосернистый (S = 24-3,5%).

На величину вязкости мазутов влияют различные факторы: температура, давление, предварительная термообработка. С повышением температуры разли­ чие в вязкости маловязких и высоковязких мазутов весьма быстро уменьшается.

Температура вспышки прямогонных мазутов 135— 237° С, высоковязкнх крекинг остатков 185—243° С. Высокая температура вспышки мазута позволяет безопасно использовать его на открытых горных ра­ ботах. Следует отметить, что температура воспламе­ нения мазута значительно выше температуры вспышки и в среднем равна 500—600° С.

Перед обработкой карьерных автодорог топочным мазутом, как и в рассмотренных выше случаях, про-

98

изводится подготовка полотна, заключающаяся в очи­ стке поверхности дороги от пыли и мелочи, ликвида­ ции ям, поливке поверхности дороги водой, создании упора по краям проезжей части покрытия. Затем до­ ставляется щебень крупностью 5—25 мм для образо­ вания покрытия толщиной 4—5 см; после разравни­ вания и распределения щебня равномерным слоем разровненная щебеночная масса поливается водой

3

г

Рис. 21. Изменение запыленности воздуха на автодорогах, обрабо­ танных топочным мазутом

с нормой расхода 1—2 кг/м2 для уплотнения и уда­ ления пылевидных частиц. Затем автогудронатором разливается мазут из расчета 4 дм3 на 1 м2 покрытия. После этого доставляется крупнозернистый или гравелистый песок, который рассыпается пескоразбрасы­ вателем равномерным слоем толщиной 3—5 мм, чтобы избежать прилипания мазута к колесам авто­ машин, и дорога во всей ширине проезжей части ука­ тывается автомашинами. .

рис. 21. При интенсивности движения 60—70 машин за 1 ч время эффективного действия топочного ма­ зута в зависимости от температуры воздуха и коли­

Обработка временных карьерных автодорог вод­ ными растворами хлористого кальция и постоянных

такая обработка более чем в 2 раза дешевле поливки водой.

4* 99