RS55867B1 - Spremno pojačivačko eksplozivno punjenje osetljivo na aktiviranje pomoću detonatora, namenjeno primeni u miniranju kao i način njegove upotrebe - Google Patents

Description

Pronalazak se odnosi na spremno pojačivačko eksplozivno punjenje osetljivo na aktiviranje pomoću detonatora i namenjeno primeni u miniranju.

Za miniranje objekata koje se izvodi u civilne svrhe, danas se primarno koriste neosetljivi, netoksični i jeftini eksplozivi koji su uglavnom zasnovani na amonijum nitratima. Za rudarsku eksploataciju soli ili prilikom probijanja tunela, na primer, dodatno u odnosu na dobro poznate ANFO eksplozive takođe se koriste i takozvani „pumpajući eksplozivi". Pumpajući eksplozivi se dele na eksplozive u vidu emulzija i eksplozive u vidu suspenzija (gusti eksplozivni rastvori).

ANFO (gorivo od amonijum nitrata koje je npr. poznato pod komercijalnim nazivom ANDEX) jeste smeša poroznog amonijum nitrata i mineralnih ulja ili dizel ulja (gorivnog ulja) koja se koristi u industriji miniranja kao dobro poznati eksploziv bezbedan za rukovanje.

Ukoliko sami nisu dovoljni za postizanje bezbednog paljenja, ovi eksplozivi dodatno zahtevaju i postojanje primarnih eksploziva zajedno sa inicijalnim punjenjima koji su osetljivi na paljenje pomoću detonatora (tzv. busteri, pojačivačka punjenja ili inicijalne kapisle tj. primarna punjenja). Primarni eksplozivi se mogu naći kod komercijalnih detonatora. Primarni eksplozivi su karakterisani visokom osetljivošću na trenje, potrese, udarce i toplotu. Živin fulminat, na primer, može biti detoniran zagrevanjem do temperature od 160°C (eksplozivna žica) ili pomoću čekića težine 2 kg koji pada sa visine od 4 cm. Inicijalna detonacija pomoću inicijalnih punjenja osmišljena je 1862 godine od strane Alfreda Nobela. Važni primarni eksplozivi su živin fulminat, olovo azid, srebro azid, srebro acetilid, srebro fulminat, diazodinitrofenol, olovo pikrat (trinitrofenol olova), olovo stifinat (olovo triniroresorcinat), tetraceni, nikl-hidrazin-nitrat (NHN), heksa-metilen-triperoksid-diamin (HMTD), aceton peroksid (DADP, TATP ili APEX), tri-nitro-benzen-diazonium perhlorat, živa azid, tetra-amino-bakar (II) hlorat (TACC) i bakar acetilid.

Presovani cilindrični eksplozivni uređaji izrađeni od tetrila, trinitrotoluena, flegmatizovanog heksogena (smanjene osetljivosti), penta-eritritol tetranitrata (PETN), pikrične kiseline i drugih eksploziva uobičajeno se koriste kao spremna pojačavačka punjenja koja se mogu aktivirati pomoću detonatora, a takođe se nazivaju i inicijalnim pojačivačkim detonatorima ili IG detonatorima. Zajedničko svim ovim supstancama jeste to da imaju pojačanu osetljivost na inicijalni impuls u odnosu na eksploziv iz glavnog punjenja (na primer ANFO, liveni TNT, eksploziv u prahu, itd.). Inicijalna punjenja od želatinastog eksploziva često se koriste za miniranje stena kao dodatno pojačivačko punjenje kojim se inicira glavno punjenje izrađeno od eksploziva u prahu ili eksploziva u vidu emulzije. Masa i oblik IG detonatora su proračunati tako da se pri detonaciji proizvodi impuls koji osigurava okidanje detonacije glavnog punjenja i željeno ponašanje pri detonaciji. Iniciranje IG detonatora se okida pomoću inicijalne kapisle, električnog detonatora ili ne-električnog (NE) upaljača.

Problem sa IG detonatorima koji se nalaze u primeni do danas jeste taj da se sastoje ili od vojnog eksploziva koji već duže vremena nije dostupan (presovani TNT, liveniCompositionB eksploziv, itd.), ili se koristi klasično inicijalno punjenje izrađeno od želatinastog eksploziva (naslednici dinamita izrađeni na bazi eksplozivnog ulja) što tokom dužih vremenskih perioda postaje problematično. Pored toga što estri azotnih kiselina predstavljaju povećanu opasnost po zdravlje, značajne dodatne probleme predstavljaju i komplikovan i rizičan proces proizvodnje i njemu pridruženi visoki troškovi.

Dokument US 3.902.933 A opisuje inicijalno eksplozivno punjenje namenjeno detoniranju nitrometana. Inicijalno eksplozivno punjenje je obrazovano pomoću poliuretanske pene koja sadrži raspršene mikrosfere. Mikrosfere mogu biti šuplje mikrosfere stakla, zrna smole, keramička zrna, itd.

U dokumentu US 4.334.476 A je dalje opisano inicijalno eksplozivno punjenje za eksplozive u granulama ili tečne eksplozive sa izvedenim unutrašnjim kanalom za postavljanje uređaja za paljenje, pri čemu unutrašnji kanal poseduje malu debljinu zidova kako bi se poboljšalo detoniranje. Ovim se osigurava razdvajanje tečnog eksploziva i uređaja za paljenje.

Dokument UD 5.970.841 A opisuje uređaj za detoniranje eksploziva pomoću dvokomponentnog eksplozivnog proizvoda koji sadrži mesto za smeštanje ovog eksploziva, koji je fleksibilan i podeljen na odeljke. Nitrometan i amini kao i mikrosfere od stakla, navedeni su kao mogući eksplozivi. Dalje, iz dokumenta je moguće saznati da se smeša eksploziva priprema na mestu primene i da se komponente sipaju unutar pakovanja pomoću čaure.

Dokument US 3.338.165 A opisuje detonirajući štapin ispunjen stabilizovanom eksplozivnom smešom nitrometana i sredstva za obrazovanje šupljina povećane osetljivosti. Sredstva za obrazovanje šupljina su prvenstveno baloni smole sa prečnikom čestica od oko 2 do približno 360 mikrona i koji se dodaju u nitrometan u količinama od približno 0,1 do približno 20%. Eksplozivna smeša je namenjena primeni u uređajima za paljenje.

Dokument US 6.405.627 B1 opisuje pribor za proizvodnju eksplozivne mešavine namenjene detoniranju kopnene mine. Pribor sadrži prvi kontejner sa nitroparafinom, na primer nitrometanom, i drugi kontejner sa sredstvom kojim se postiže povećanje osetljivosti, a koji na primer sadrži mešavinu dimljenog silicijuma i šupljih mikrosfera stakla.

Konačno, dokument US 3.797.392 A opisuje mikrosfere koje se koriste za povećanje osetljivosti tečnih eksploziva. Ove mikrosfere, kao što su šuplje sfere od stakla, keramičke mikrosfere ili silikon karbid, rasipaju se odmah u tečnom eksplozivu i naknadno se pale. Primena poliuretanskih pena sa otvorenim porama je takođe opisana.

Stoga, zadatak pronalaska jeste da opiše IG detonator koji se može koristiti na bezbedan način, koji je jeftin i bezbedan za proizvodnju i kojim se može rukovati bez zdravstvenih rizika.

Zadatak se rešava pomoću pojačivačkog eksplozivnog punjenja prema Zahtevu 1, a koje se može aktivirati pomoću detonatora. Poželjna izvođenja su opisana u zavisnim zahtevima.

Prema pronalasku, predlažu se spremna pojačivačka eksplozivna punjenja koja se mogu aktivirati pomoću detonatora, koja sadrže smešu koja sadrži nitrometan i sredstva za obrazovanje šupljina, gde su sredstva za obrazovanje šupljina konfigurisana u vidu šupljih mikrosfera stakla, kao i prostor za postavljanje uređaja za paljenje.

Iznenađujuće, utvrđeno je da su nitroalkani veoma pogodni za primenu kod pojačivačkih eksplozivnih punjenja koja mogu biti aktivirana pomoću detonatora.

Nitroalkani se mogu aktivirati hemijskim putem, na primer dodavanjem amina, i/ili mehaničkim putem obrazovanjem malih šupljih prostora ili šupljina ispunjenih gasom (tzv. penušanjem), odnosno postaju osetljivi na dejstvo detonatora i ponašaju se kao nestabilni eksplozivi. Kako bi se zadržala uniformna distribucija sredstva za obrazovanje šupljina, ističe se dodavanje tihotropičnog agensa. Takve mešavine opisane su u dokumentu US 3.713.915.

Prema pronalasku, nitroalkan je nitrometan.

Mešavine nitrometana koje se proizvode sa komercijalno dostupnim šupljim staklenim mikrosferama (mikrobaloni stakla, GMB -Glass Micro- Ballons)i koje detoniraju brzinom većom od 6000 m/s i koje su osetljive na aktivaciju pomoću detonatora, takođe su poznate (Presles i drugi, Udarni talasi, April 1995, knjiga 4, broj 6, strane 325 do 329).

Prema jednom izvođenju pronalaska, pojačivačko eksplozivno punjenje osetljivo na paljenje pomoću detonatora izrađeno je od materijala koji je nepropustan za tečnost. Ovim se sprečava curenje nitroalkana.

Prema daljem izvođenju pronalaska, pojačivačko eksplozivno punjenje osetljivo na paljenje pomoću detonatora izrađeno je sa konkavnim zakrivljenjem izvedenim na strani naspramnoj strani za postavljanje uređaja za paljenje. U smislu predmetnog pronalaska, konkavno zakrivljenje je izvedeno kao konusno ili hemisferično zakrivljenje na pravcu središta pojačivačkog eksplozivnog punjenja. Uz konkavno zakrivljenje, postiže se efekat šupljeg punjenja što rezultuje povećanjem brzine detonacije. Zakrivljenje uzrokuje da se energija koja se otpušta prilikom detonacije fokusira u ovom pravcu. Iz ovog razloga, pojačivačko eksplozivno punjenje se postavlja sa konkavnim zakrivljenjem orijentisanim u pravcu glavnog punjenja. Poboljšanje dizajna sa konkavnim zakrivljenjem značajno povećava efektivnost inventivnog pojačivačkog eksplozivnog punjenja.

Prema daljem izvođenju pronalaska, konkavno zakrivljenje poseduje metalnu prevlaku. Sloj prevlake od metala može biti izrađen od aluminijuma i nanet na površinu konkavnog zakrivljenja raspršivanjem, parenjem ili u vidu metalnog filma. Metalni sloj prevlake konkavnog zakrivljenja utiče na pojačavanje inicijalnog impulsa u naznačenom pravcu.

Konkavno zakrivljenje sa metalnom prevlakom je od posebne važnosti radi postizanja visoke brzine hemijske implementacije, gde se proces implementacije približava veoma blizu teoretskih vrednosti. Ovim se značajno smanjuje nivo štetnih supstanci u eksplozivnoj ispuni za komercijalne eksplozive koja se postavlja u rupe izbušene u stubovima.

Prema drugom izvođenju pronalaska, uređaj za paljenje je inicijalna kapisla, detonirajući štapin ili ne-električni detonator.

Prema daljem izvođenju pronalaska, pojačivačko eksplozivno punjenje osetljivo na paljenje pomoću detonatora poseduje pogodnu debljinu zida. Ovo osigurava siguran prenos paljenja sa kapisle ili štapina na nitroalkalnu smešu. Debljina zida zavisi od materijala od kojeg je izrađen zid kao i od upotrebljene mešavine.

Prema pronalasku, sredstvo za obrazovanje šupljina je konfigurisano u vidu šupljih mikrosfera stakla.

Prema daljem izvođenju pronalaska, sredstvo za obrazovanje šupljina je konfigurisano u vidu šupljih mikrosfera stakla veličine zrna od 20 do 200 um, poželjno od 40 do 150 um, a prvenstveno od 80 do 120 um.

Prema daljem izvođenju pronalaska, sredstvo za obrazovanje šupljina je konfigurisano u vidu šupljih mikrosfera stakla sa veličinom zrna od suštinski 100 um.

Prema pronalasku, mešavina sadrži Aerosil. U ovom kontekstu Aerosil jeste dimljeni silicijum.

Prema daljem izvođenju pronalaska, mešavina poseduje od 1,5 do 10 težinskih procenata, poželjno od 3 do 8 težinskih procenata, a posebno poželjno od 5 do 7 težinskih procenata Aerosila, od 0,2 do 10 težinskih procenata, poželjno od 0,5 do 5 težinskih procenata, a posebno poželjno od 0,8 do 2 težinska procenta šupljih mikrosfera stakla, i 85 do 98,3 težinska procenta, poželjno od 89 do 95 težinska procenta a posebno poželjno od 91 do 93 težinska procenta nitrometana.

Prema daljem izvođenju pronalaska, mešavina sadrži 6,5 težinskih procenata Aerosila, 1 težinski procenat šupljih mikrosfera stakla veličine zrna od suštinski 100 um i 92,5 težinska procenta nitrometana.

Prema daljem izvođenju, mešavina takođe sadrži najmanje jednu smešu koja sadrži kiseonik, odabranu iz grupe nitrata, kako bi se povećao balans kiseonika. Prema jednom dizajnu izvođenja, smeša koja sadrži kiseonik je amonijum nitrat.

Primena inventivnog pojačivačkog eksplozivnog punjenja osetljivog na paljenje pomoću detonatora je takođe predmet ovog pronalaska.

Inventivno pojačivačko eksplozivno punjenje osetljivo na paljenje pomoću detonatora se koristi za iniciranje komercijalnih eksploziva koji nisu osetljivi na paljenje pomoću detonatora, prvenstveno u izbušenim rupama na površini i ispod površine zemlje, kako bi se inicirala veća pojačana punjenja i za direktnu primenu u cilju specijalnih detoniranja eksploziva (lavine, led, itd.). Posebno, inventivno pojačivačko eksplozivno punjenje osetljivo na paljenje pomoću detonatora koristi se za iniciranje eksploziva u rudarstvu i izgradnji tunela.

Prilikom navedene primene, pojačivačko eksplozivno punjenje osetljivo na paljenje pomoću detonatora ispoljava sledeće prednosti: Pomoću inventivnog pojačivačkog eksplozivnog punjenja osetljivog na paljenje pomoću detonatora postižu se brzine detonacije od približno 6000 m/s. Dodatno, ne koriste se nitroaromatici za koje se smara da su kancerogeni, a koriste se nitroestri, koji su fiziološki problematični usled moguće vazodilatacije, formiraju se kada se pojačivačko eksplozivno punjenje osetljivo na paljenje pomoću detonatora koristi. Na ovaj način se mogu izbeći zdravstveni problemi korisnika. Dodatno, inventivno poželjni nitroalkalni nitrometan je jeftin proizvod koji je, usled nitracije propana u gasnoj fazi, dugotrajno raspoloživ - čak i kada reciklirani vojni eksplozivi postanu slabo dostupni.

Nitrometan se takođe ne smatra klasičnim eksplozivom, što čini njegov transport i skladištenje jeftinim, i pripada u skladišnu klasu 3 (zapaljive tečnosti). Dodatno, nitrometan poseduju nizak nivo toksičnosti: LD 50 oralno, rat: 940 mg/kg, WHC2.

Takođe je poželjno to što se u slučaju oštećenja, inventivno pojačivačko eksplozivno punjenje samo „deaktivira" kompletnim isparavanjem nitrometana u vazduh.

Inventivno pojačivačko eksplozivno punjenje osetljivo na paljenje pomoću detonatora dizajnirano je tako da bude apsolutno nepropustljivo za vodu i otporno na temperaturu. Ne postoji eksudacija tečnosti. Stoga, pošto nema hemijskih reakcija između mešavine komponenti, inventivno pojačivačko eksplozivno punjenje u smeši sa Aerosilom i GMB poseduje praktično neograničen rok trajanja.

Šta više, proizvodnja pojačivačkog eksplozivnog punjenja osetljivog na paljenje pomoću detonatora ne zahteva izvođenje opasnih procesa topljenja. Dodatno, nisu neophodni ni dugački periodi čekanja nakon mešanja komponenti usled čega se proizvodnja može na bezbedan i jednostavan način automatizovati (bez prisustva ljudi).

Takođe je važno da komponente koje se mešaju nisu eksplozivni materijali usled čega se zahtevaju samo mali troškovi skladištenja i transporta.

Prvenstvena izvođenja pronalaska rezultat su kombinacija zahteva ili njihovih individualnih karakteristika.

U daljem tekstu, pronalazak će biti detaljnije opisan uz pozivanje na nekoliko primera njegovog dizajna. Primeri dizajna su namenjeni opisivanju pronalaska bez nametanja bilo kakvih ograničenja.

Prema jednom primeru dizajna pronalaska, čist amonijum nitrat i ANFO (u svakom slučaju sa 13 g inventivnog sastava u cilindričnom pojačivačkom eksplozivnom punjenju) sa sledećim sastavom, dovodi se do detonacione reakcije: 6,5% Aerosila, 1% GMB veličine zrna od približno 100 um, 92,5% nitrometana.

U procesu, izmerena je brzina detonacije od približno 4500 m/s, što naznačava adekvatnu pogodnost smeše za primenu u iniciranju komercijalnih eksploziva koji nisu osetljivi na paljenje pomoću detonatora, kako bi se inicirala veća pojačivačka punjenja i za direktnu primenu u specijalnim slučajevima miniranja (lavine, led, itd.).

Claims (11)

1. Pripremljeno inicijalno punjenje osetljivo na aktiviranje pomoću detonatora namenjeno korišćenju u oblasti miniranja sadrži smešu koja uključuje nitrometan i šuplje mikrosfere stakla, gde je agens za obrazovanje šupljina konfigurisan u vidu šupljih mikrosfera stakla, i Aerosil kao prihvatnik uređaja za paljenje, gde je inicijalno punjenje konfigurisano tako da bude nepropusno za vodu i otporno na promene temperature.

2. Inicijalno punjenje osetljivo na aktiviranje pomoću detonatora prema Zahtevu 1,naznačeno time,što je inicijalno punjenje obrazovano od za tečnost nepropusnog materijala.

3. Inicijalno punjenje osetljivo na aktiviranje pomoću detonatora prema jednom od Zahteva 1 ili 2,naznačeno time,što inicijalno punjenje sadrži konkavno zakrivljenje koje je izvedeno na strani koja se nalazi nasuprot strane sa koje se prihvata uređaj za paljenje.

4. Inicijalno punjenje osetljivo na aktiviranje pomoću detonatora prema jednom od prethodnih Zahteva,naznačeno time,što konkavno zakrivljenje sadrži sloj prevlake izrađen od metala.

5. Inicijalno punjenje osetljivo na aktiviranje pomoću detonatora prema jednom od prethodnih Zahteva,naznačeno time,što je uređaj za paljenje detonirajuća kapisla, detonirajući štapin ili ne-električni detonator.

6. Inicijalno punjenje osetljivo na aktiviranje pomoću detonatora prema Zahtevu 8,naznačeno time,što je agens za obrazovanje šupljina implementiran u vidu šupljih mikrosfera stakla sa veličinom čestica od 20 do 200 um, poželjno od 40 do 150 um, a prvenstveno od 80 do 120 um.

7. Inicijalno punjenje osetljivo na aktiviranje pomoću detonatora prema jednom od prethodnih Zahteva,naznačeno time,što mešavina sadrži od 1,5 do 10 težinskih procenata, poželjno od 3 do 8 težinska procenta, a prvenstveno od 5 do 7 težinskih procenata Aerosila, 0,2 do 10% težinskih procenata, poželjno od 0,5 do 5 težinskih procenata, a prvenstveno od 0,8 do 2 težinska procenta šupljih mikrosfera stakla, kao i 85 do 98,3 težinska procenta, poželjno od 89 do 95 težinskih procenata, a prvenstveno od 91 do 93 težinska procenta nitrometana.

8. Inicijalno punjenje osetljivo na aktiviranje pomoću detonatora prema jednom od prethodnih Zahteva,naznačeno time,što mešavina sadrži 6,5 težinskih procenata Aerosila, 1 težinski procenat šupljih mikrosfera stakla veličine zrna od suštinski 100 um, kao i 92,5 težinskih procenata nitrometana.

9. Inicijalno punjenje osetljivo na aktiviranje pomoću detonatora prema jednom od prethodnih Zahteva, dalje sadrži smešu obogaćenu kiseonikom odabranu iz grupe nitrata.

10. Upotreba inicijalnog punjenja osetljivog na aktiviranje pomoću detonatora prema jednom od Zahteva 1 do 9 za iniciranje komercijalnih eksploziva koji nisu osetljivi na aktiviranje pomoću kapisle, prvenstveno u rupama izbušenim iznad i ispod zemlje, za iniciranje većih pojačivačkih punjenja, i za direktnu upotrebu u specijalnim slučajevima miniranja.

11. Upotreba prema Zahtevu 10 za iniciranje eksploziva u rudarstvu i prilikom izgradnje tunela.