NO162067B - Fenghettefoelsomt sprengstoff. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår forbedrede sprengstoffer. Mere spesielt angår oppfinnelsen fenghettefølsomme oppslemmingssprengstoffer, enten vann-i-olje emulsjonssprengstoffer eller konvensjonelle vannbaserte oppslemminger med en kontinuerlig vandig fase som inneholder små, hule dispergerte sfærer med høy styrke som densitetsreduserende middel. Det foretrukne sprengstoff er et fenghettefølsomt vann-i-olje emulsjonssprengstoff med et vannublandbart flytende organisk brennstoff som kontinuerlig fase; et emulgert, vandig, uorganisk oksyderende saltoppløsning som diskontinuerlig fase; et emulgeringsmiddel; og, som densitetsreduserende middel, små, hule, dispergerte sfærer, fortrinnsvis av glass eller plast, med en styrke slik at maksimalt 10 volum-# bryter sammen under dette trykk på 35 kg/cm2 . Som heri benyttet betyr uttrykket "fenghettefølsomt" at sprengstoffet er detonerbart med en nr. 8 fenghette ved 20° C i en ladningsdiameter på 32 mm eller mindre.

Konvensjonelle vannbaserte oppslemmingssprengstoffer med en kontinuerlig vandig fase har vært benyttet i 20 år eller mer, se for eksempel US-PS nr. 3.249.474, 3.660.181 og 4.364.782. Vann-i-olje emulsjonssprengstoffer er også godt kjente i denne teknikk, se for eksempel US-PS nr. 4.356.044, 4.322.258, 4.141.767, 3.447.978 og 3.161.551. Det har generelt vært ansett nødvendig å tilsette et densitetsreduserende middel til disse typer sprengstoffer for å gjøre dem fenghettefølsomme for detonering. Vanligvis benyttede densitetsreduserende midler er luftbobler, gassbobler fremstilt in situ på kjemisk måte,og små, hule dispergerte glass-sfærer. Disse typer densitetsreduserende midler er for eksempel beskrevet i US-PS 4.322.258. Et problem med å benytte luft- eller gassbobler er at de kan komprimeres og således ikke gir tilstrekkelig densitetsreduksjon under høye trykk. Selv om glass-sfærer er ukomprimerbare inntil et visst trykk gir de hvis de knuses eller bryter sammen under høye trykk ikke lenger det samme nivå eller den samme type densitetsreduksjon. Disse høye trykk kan inntre øyeblikkelig i forbindelse med et fenomen som kalles dødpressing.

Således er et hovedproblem med sprengstoffer som inneholder hule sfærer som densitetsreduserende middel at sfærne kan bryte sammen hvis eksplosivet undergår dødpressing ved sprengstoffanvendelsen. Dødpressing er en form for sjokk-bølgedesensitisering der sjokkbølgen fra en detonert eksplo-sivladning slår mot en ved siden av liggende ikke-detonert ladning og presser den til over den kritiske densitet, eller på annen måte densitiseres, slik at den ikke detonerer ved tenning. Dødpressing kan inntre på en av to måter. Ladningen kan undergå kompresjon fra sjokkbølgen samtidig med sin forsøkte tenning, eller ladningen kan komprimeres av før sin tenning. Det er funnet at hvis de hule sfærer ikke har tilstrekkelig styrke kan de bryte sammen ved kompresjon fra sjokkbølgen fra en nabo- eller nærliggende detonering og derved ikke gl tilstrekkelig densitetsreduksjon for sprengstoffet til å muliggjøre sin egen detonering. Således økes sprengstoffets densitet ut over den kritiske densitet (den maksimale densitet ved hvilken en ladning vil detonere pålitlig med en fenghette nr. 8) og ladningen forsaker.

De hule sfærer som anvendes i sprengstoffene ifølge oppfinnelsen har en styrke tilstrekkelig til i en viss grad å motstå sjokket fra en nabodetonering og således forhindrer de at sprengstoffet overskrider sin kritiske densitet. Dette er av kommersiell betydning ved sprengninger der dødpressing ellers kunne inntreffe.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse et fenghettefølsomt vann-i-olje emulsjonssprenngstoff som er motstandsdyktig mot dødpressing, omfattende et vannublandbart flytende organisk brennstoff som kontiniuerlig fase; en emulgert vandig uorganisk oksydasjonssaltoppløsning som diskontinuerlig fase; et emulgeringsmiddel; og et densitetsreduserende middel, og dette karakteriseres ved at det densitetsreduserende middel består av små, hule, dispergerte sfærer med en styrke slik at maksimum 10 volum-# bryter sammen under et trykk på 35 kg/cm2 , idet sfærene er tilstede i en mengde av 1 til 10 vekt-#, beregnet på den totale blanding, og at sfærenes partikkelstørrelse er slik at 90 volum-# ligger mellom 20 og 130 pm.

I henhold til dette angår foreliggede oppfinnelse et fenghettefølsomt, vandig oppslemmingssprengstoff omfattende en kontinuerlig fase av vandig, uorganisk, oksydernde salt-oppløsning; kryssbindings- og fortykningsmidler; partikkelformig eller flytende brennstoffer og/eller sensitisatorer; og et densitetsreduserende middel, og dette karakteriseres ved at det densitetsreduserende middel omfatter små, hule dispergerte sfærer med en styrke slik at maksimalt 10 volum-# bryter sammen under et trykk på 35 kg/cm2 , idet sfærene er tilstede i en mengde av 1 til 10 vekt-#, beregnet på den totale blanding, og at sfærenes partikkelstørrelse er slik at 90 volum-# ligger mellom 10 og 130 pm.

Konvensjonelle vandige oppslemmingssprengstoffer, deres sammensetning og deres formuleringsmetode, er velkjente og beskrevet i de ovenfor angitte referanser. Disse sprengstoffer omfatter en kontinuerlig fase av en vanndig uorganisk oksydasjonssaltoppløsning, et fortykningsmiddel for opp-løsningen, et partikkelformig eller flytende brennstoff og/eller sensitisator, et densitetsreduserende middel og et kryssbindingsmiddel. Sprengstoffene fremstilles ved først å tildanne en oppløsning av det oksyderende salt og vann (og eventuelt blandbart flytende brennstoff) ved en temperatur over mykningspunktet. De gjenværende bestanddeler inn-arbeides i og dispergeres homogent i oppløsningen ved mekanisk omrøring som kjent i teknikken. Den beskrivelse som følger angår vann-i-olje preparater som er den foretukne type sprengstoffer ifølge oppfinnelsen.

Når det gjelder vann-i-olje emulsjonssprengstoffer er det ublandbare flytende organiske brennstoff som utgjør den kontinuerlige fase i blandingen tilstede i en mengde av fra ca. 3 til ca. 10 vekt-# av den totale blanding og fortrinnsvis i en mengde av fra ca. 4 % til ca. 8 1o. Den virkelige benyttede mengde kan varieres avhengig av det eller de spesielle ublandbare brennstoffer som benyttes og av det eventuelle nærvær av andre brennstoffer.

Når det eller de ublandbare brennstoffer benyttes som det eller de eneste, skjer dette fortrinnsvis i en mengde av fra ca. 4 til ca. 8 vekt-#. De ublandbare organiske brennstoffer kan være alifatiske, alicykliske og/eller aromatiske og kan være mettede og/eller umettede, så lenge de er flytende ved formuleringstemperaturen. Foretrukne brennstoffer er mineralolje, vokser, parafinoljer, benzen, tooluen, xylener og blandinger av flytende hydrokarboner generelt angitt som petroleumdestillater slik som bensin, kerosen og dieselbrenn-stoffer. Spesielt foretrukne flytende brennstoffer er mineralolje, brenselolje nr. 2, parafinvokser, mikrokrysta-linske voks og blandinger derav. Alifatiske og aromatiske nitroforbindelser kan også benyttes. Blandinger av de ovenfor angitte kan benyttes. Voksene må være flytende ved formu-ler ingstemperaturen .

Eventuelt, og i tillegg til det ublandbare flytende organiske brennstoff, kan faste eller andre flytende brennstoffer eller begge deler benyttes i utvalgte mengder. Eksempler på faste brennstoffer som kan benyttes er findelte aluminiums-partikler; findelte karbonholdige stoffer som gilsonitt eller kull; findelt vegetabilske korn som hvete; og svovel. Blandbare flytende brennstoffer, som også virker som flytende drøyemidler, er angitt nedenfor. Disse ytterligere faste og/eller flytende brennstoffer kan tilsettes generelt i mengder som går opp til 15 vekt-#. Hvis ønskelig kan uoppløst oksyderende salt tilsettes til blandingen sammen med faste eller flytende brennstoffer.

Den uorganiske oksyderende saltoppløsning som utgjør den kontinuerlige fase av sprengstoffet omfatter generelt uorganisk oksyderende salt i en mengde fra ca. 45 til 90 vekt-# av den totale blanding og vann og/eller vannblandbare organiske væsker i en mengde av ca. 5 til ca. 20 ia.

De oksyderende salter velges blant ammonium-, alkali- og jordalkalimetallnitrater, klorater og perklorater. De foretrukne oksyderende salter er ammoniumnitrat (AN), kalsiumnitrat (CN) og natriumnitrat (SN) og fortrinnsvis en kombinasjon derav. Den totale oksyderende saltmengde som benyttes er fortrinnsvis fra ca. 60 til ca. 86 $ >.

Vannet benyttes generelt i en mengde fra ca. 5 til ca. 20 vekt-#, beregnet på den totale blanding. Vannet benyttes fortrinnsvis i en mengde av ca. 10 % > til ca. 16 %>. Vannblandbare organiske væsker kan delvis erstatte vann som et oppløsningsmiddel for saltene og slike væsker virker også som brennstoff for blandingen. Videre kan visse organiske væsker redusere krystaliseringstemperaturen for de oksyderende salter i oppløsning. Blandbare flytende brennstoffer kan inkludere alkoholer som metylalkohol, glykoler som etylen-glykoler, amider som formamid og analoge nitrogenholdige væsker. Som i denne teknikk kan mengden og type av væske som benyttes, varieres i henhold til de ønskede fysikalske egenskaper.

Emulgeringsmiddelet kan velges blant de som vanligvis benyttes og forskjellige typer er angitt i de ovenfor angitte patenter. Emulgeringsmidlet benyttes i en mengde av ca. 0,2 til ca. 5 vekt-#. Det benyttes fortrinnsvis en mengde av ca. 1 til ca. 3 %. Typiske emulger ingsmidler inkluderer sorbitanfettsyreestere, glykolestere, substituerte oksazo-liner, alkylaminer eller salter derav, derivater derav og lignende.

Fortrinnsvis inneholder emulgeringsmidlet en umettet hydro-karbonkjede som lipofil del selv om den mettede form også kan brukes.

Basis for oppfinnelsen er bruken av små, hule, glass-sfærer som densitetsreduserende middel. Sfærene må ha en styrke tilstrekkelig til å forhindre eller minimalisere dødpressing. Denne styrke er slik at maksimalt 10 volum-# av sfærene bryter sammen under et trykk på 35 kg/cm2 . (Prosentandelen og nominelle trykkverdier kan variere + 20 <&). Sfærene er fortrrinnsvis glass selv om plastsfærer kan benyttes. Sfærene har generelt en partikkelstørrelse slik at 90 volum-# ligger mellom 20 og 130 pm. Høystyrkeperl i ttsfærer kan også benyttes.

Sfærene benyttes i en mengde tilstrekkelig til å redusere densiteten i sprengstoffet til innen området fra ca. 1,0 til ca. 1,35 g/cm<5>. Sprengstoffene ifølge oppfinnelsen er ikke fenghettefølsomme ved densiteter ved eller nær deres naturlige densiteter og således benyttes det densitetsreduserende middel primært for å sensitisere sprengstoff til detonering. Når dødpressing inntrer i vann-i-olje-emulsjons-blandinger nærmer sprengstoffets densitet seg den naturlige densitet og således mister sprengstoffene fenghettefølsom-heten. Ved å bruke høystyrkesfærer ifølge oppfinnelsen vil enhver densitetsøkning være begrenset dithen at sprengstoffene forblir fenghettefølsomme.

Andre densitetsreduserende midler slik som kjemisk gassdannelse ved konvensjonelle metoder kan benyttes i kombinasjon med høystyrkesfærene, imidlertid kan det hende at kjemisk gassdannelse ikke forhindrer dødpressing, spesielt hvis dødpressing skjer på øyeblikket for den tilsiktede tenning.

På vektbasis benyttes glass-sfærene fortrinnsvis i en mengde fra ca. 1 % til ca. 10 %, avhengig av sfærestørrelsen og veggtykkelsen. På volumbasis benyttes glass-sfærene fortrinnsvis i en mengde fra ca. 5 % til ca. 50 %. Disse vektandeler og volumer tilsvarer det ovenfor angitte densitetsreduksjonsområde. De foretrukne glass-sfærer er de som er tilgjengelige som "Glass Bubbles" og merkes B23/500, B28/750, B37/2000 og B38/4000. Disse merker har en styrke slik at maksimalt 10 volum-# bryter sammen ved trykk på 35, 52,7, 140 henholdsvis 281 kg/cm2 . De foretrukne glass-sfærer er B23/500.

En av hovedfordelene ved vann-i-olje-sprengstoffer i forhold til kontinuerlig vannfaseoppslemming er at fortyknings- og kryssbindingsmidler er ikke nødvendig for å oppnå stabilitet og vannresistens. Imidlertid kan slike midler tilsettes hvis ønskelig. Den vandige oppløsning av blandingen kan gjøres viskøs ved tilsetning av ett eller flere fortykningsmidler og tverrbindingsmidler av den i teknikken vanligvis benyttede art.

Vann-i-olje-emulsjonssprengstoffer ifølge oppfinnelsen kan formulers på konvensjonell måte. Karakteristisk blir det eller de oksyderende salter først oppløst i vann (eller en vandig oppløsning av vann og et blandbart flytende brennstoff) ved en temperatur av ca. 25 til ca. 90°C, avhengig av krystalliseringstemperaturen for saltoppløsningen. Den vandige oppløsning tilsettes så til en oppløsning av emulgeringsmidlet og det blandbare flytende organiske brennstoff, hvilke oppløsninger fortrinnsvis har samme temperatur, og den resulterende blanding omrøres med tilstrekkelig heftighet til å gi en emulsjon av den vandige oppløsning i en kontinuerlig flytende hydrokarbonbrennstof-fase. Vanligvis kan dette skje i det vesentlige øyeblikkelig med hurtig omrøring. (Blandingene kan også fremstilles ved tilsetning av den flytende organiske forbindelse til den vandige oppløsning). Omrøringen bør fortsettes inntil formuleringen er enhetlig. Sfærene og eventuelle andre bestanddeler tilsettes så og omrøres i blandingen på konvensjonell måte. Formuleringsprosessen kan også gjennom-føres på kontinuerlig måte som kjent i denne teknikk.

Det er fordelaktig på forhånd å oppløse emulgeringsmidlet i den flytende organiske brennstoff før tilsetning av organisk brennstoff til den vandige oppløsning. Denne metode tillater at emulsjonen dannes hurtig og med minimal omrøring. Emulgeringsmidlet kan tilsettes separat og akkurat for emulgeringen hvis emulgeringsmidlet brytes ned på grunn av brennstoffets forhøyede temperatur.

Sensitivitet og stabilitet i vann-i-olje-emulsjonsblandingen kan forbedres noe ved å føre den gjennom et system med høy skjærkraftpåvirkning for å bryte den dispergerte fase til ennå mindre dråper før tilsetning av densitetsregulerende middel.

Det skal henvises til de følgende tabeller for ytterligere å illustrere oppfinnelsen.

I alle eksemplene i tabellene angis døspressingsavstanden. Dødpressingavstanden ble oppnådd ved å henge opp parallelt og vertikalt, to identiske ladninger i vann, og tenne den ene før den andre. Dødpressingsavstanden er den avstand som skiller ladningene der det første tall antyder avstanden ved hvilken en vellykket detonering av den forsinkede ladning ble oppnådd og det andre tall antyder den avstand ved hvilken den forsinkede (250 millisekunder) ladning sviktet. Jo kortere avstand for vellykket detonering er, jo mere motstandsdyktig er sprengstoffet overfor dødpressing.

I et eksempel A i tabell I hadde de hule glass-sfærer som ble benyttet en styrke på mindre enn det som kreves ifølge oppfinnelsen. C15/250-sfærene som ble benyttet hadde en styrke slik at maksimalt ca. 10 # ble brutt sammen ved et trykk på kun 17,5 kg/cm<2> og ikke de 35 kg/cm<2> som kreves ifølge oppfinnelsen.

Sammenligningsvis detonerte både eksempel B og eksempel C begge med hell ved en avstand på 1 meter og var således betraktelig mere motstandsdyktig overfor dødpressing enn eksempel A. Glass-sfærene so ble benyttet i eksemplene B og C overskred de minimale styrkekrav ifølge oppfinnelsen. Styrken til sfærene som ble benyttet i eksempel B og eksempel C er slik at maksimalt ca. 10 % bryter sammen under trykk på 52,7 henholdsvis 281 kg/cm2 .

Eksemplene D og E gir en direkte sammenligning mellom identiske formuleringer som kun skiller seg fra type og således styrke av benyttede glass-sfærer. Eksempel D som benyttet det samme C15/250 glass som i eksempel A ble dødpresset på samme måte ved 1,25 meter mens eksempel E som benyttet B23/500 glass-sfærer (med en styrke slik at maksimalt ca. 10 % brøt sammen ved trykk på 35 kg/cm<2> ), detonerte vellykket ved 1,25 meter. Eksempel F benyttet glass-sfærer med samme styrke som i eksempel E, men med et høyere nivå for å gi den samme produktdensitet som i eksempel D for sammenligningens skyld.

Konvensjonelle vannbaserte oppslemmingssprengstoffer ble prøvet og resultatene er gitt i tabell II. I eksempel A hadde de benyttede hule glass-sfærer (C15/250) en styrke på mindre enn den som kreves ifølge oppfinnelsen. Men eksemplene B og C som hadde identisk formulering bortsett fra typen hule glass-sfærer, inneholdt sfærer med den nødvendige styrke og som vist detonerte disse vellykket ved mindre avstand enn eksempel A.

Eksempel D i tabell II viser et perkloratholdig, vannbasert oppslemmingssprengstoff som på grunn av nærværet av mikro-sfærer hadde god motstandsevne mot dødpressing.

En undersøkelse av ladningene som ble dødpresset og således sviktet, antydet at en betydelig mengde av glass-sfærne var knust eller brudt sammen på grunn av sjokkbølgen fra ladningen ved siden av. Fra de foregående eksempler sees det at vann-i-olje-emulsjonssprengstoffer og konvensjonelle sprengstoffer av den prøvede type, og med glass-sfærer med tilstrekkelig styrke slik at maksimalt 10 % bryter sammen ved trykk på 35 kg/cm2 , ikke vil dødpresses selv ved en ladnings-avstand helt ned til 1 meter.

Sprengstoffene ifølge oppfinnelsen kan benyttes på vanlig måte. Selv om de vanligvis pakkes for eksempel i sylindrisk pølseform med relativt liten diameter, kan de også fylles direkte i borehull. Således kan sprengstoffene benyttes både som sprengstoffladninger med små diametre og som produkt med større diametre. Sprengstoffene er vanligvis ekstruderbare og/eller pumpbare med konvensjonelt utstyr. De ovenfor beskrevne egenskaper for sprengstoffene Ifølge oppfinnelsen gjør dem anvendelige og økonomisk fordelaktige for de fleste anvendelser.

Mens oppfinnelsen er beskrevet under henvisning til illu-strerende eksempler og foretrukne utførelsesformer, vil det for fagmannen være klart at en rekke modifikasjoner kan gjennomføres uten å gå utenfor oppfinnelsens ramme slik denne er definert i de ledsagende krav.

Konvensjonelle vannbaserte oppslemmingsstoffer ble prøvet og resultatene er i eksempel A at de hule glass-sfærer som ble benyttet, C15/250, hadde en styrke på mindre enn det som var nødvendig ifølge oppfinnelsen, mens eksemplene B og C som hadde en identisk formulering bortsett fra typen hule glass-sfærer, inneholdt glass-sfærer med nødvendig styrke og som vist som detonert med hell ved mindre separeringsavstand enn eksempel A.

Eksempel D viser et perkloratholdig vannbasert sprengstoff som hadde en god motstandsevne mot dødpressing på grunn av nærvær av mikroballonger med høy styrke.

Claims (2)

1. Fenghettefølsomt vann-i-olje emulsjonssprengstoff som er motstandsdyktig mot dødpressing, omfattende et vannublandbart flytende organisk brennstoff som kontinuerlig fase; en emulgert vandig uorganisk oksydasjonssaltoppløsning som diskontinuerlig fase; et emulgeringsmiddel; og et densitetsreduserende middel; karakterisert ved at det densitetsreduserende middel består av små, hule, dispergerte sfærer med en styrke slik at maksimum 10 volum-Sé bryter sammen under et trykk på 35 kg/cm2 , idet sfærene er tilstede i en mengde av 1 til 10 vekt-#, beregnet på den totale blanding, og at sfærenes partikkelstørrelse er slik at 90 volum-# ligger mellom 20 og 130 pm.

2. Fenghettefølsomt, vandig oppslemmingssprengstoff omfattende en kontinuerlig fase av vandig, uorganisk, oksyderende saltoppløsning; kryssbindings- og fortykningsmidler; partikkelformig eller flytende brennstoffer og/eller sensitisatorer; og et densitetsreduserende middel, karakterisert ved at det densitetsreduserende middel omfatter små, hule dispergerte sfærer med en styrke slik at maksimalt 10 volum-# bryter sammen under et trykk på 35 kg/cm2 , idet sfærene er tilstede i en mengde av 1 til 10 vekt-#, beregnet på den totale blanding, og at sfærenes partikkelstørrelse er slik at 90 volum-# ligger mellom 20 og 130 pm.