DE1081812B - Sprengstoff-System - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Sprengstoff-Zusammensetzungen und ein Verfahren zu ihrer Herstellung und Zündung sowie insbesondere auf fertige Sprengstoff-Systeme aus feinverteiltem Ammonnitrat und einem verflüssigbaren Kohlenwasserstoff.

Das Hauptziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Sprengstoff-Systems, das vergleichsweise billig ist und das durch Versager hervorgerufene Explosionsrisiko vermeidet.

Die Erfindung bezweckt weiterhin die Schaffung eines Sprengstoff-Systems, das aus einer nichtzündkapselempfindlichen Hauptladung und einem zündkapselempfindlichen Zündsatz besteht, die beide je Ammonnitrat und verflüssigbare Kohlenwasserstoffe enthalten.

Ausgehend von den bekannten Explosiveigenschaften von Gemischen aus Kohlenwasserstoffen und Ammoniumnitrat und den bekannten Tatsachen, daß mit Hilfe verhältnismäßig kräftiger Mischungen dieser Substanzen und bestimmter Sprengstoffe als Zündladung, wie z. B. Dynamit, starke Explosionen hervorgebracht werden können, während empfindlichere Gemische zwar mit Hilfe einer Zündschnur allein gezündet werden können, jedoch geringere Explosionskraft besitzen, beruht die vorliegende Erfindung auf zwei Entdeckungen.

Einerseits wurde nämlich gefunden, daß sich eine zündkapselempfindliche Sprengstoff-Zusammensetzung dadurch herstellen läßt, daß man feinzerteiltes Ammonnitrat mit 0,5 bis 3,5 Gewichtsprozent verflüssigbaren Kohlenwasserstoffen innig vermischt. Solche Zusammensetzungen lassen sich durch eine Sprengkapsel oder einen Detonationszünder zur Detonation bringen und besitzen außerdem genügende Explosionskraft, um eine nichtzündkapselempfindliche Hauptspreng-Stoffladung zur Detonation zu bringen. Infolgedessen können solche Sprengstoff-Zusammensetzungen als Zündsatz in einem Detonationssystem dazu verwendet werden, um eine Hauptladung von stärkerer Detonationskraft zu detonieren.

Andererseits wurde gefunden, daß die Explosionskraft von Mischungen aus feinzerteiltem Ammonnitrat und verflüssigbaren Kohlenwasserstoffen in solchen Zusammensetzungen ihren Höchstwert erreicht, die ungefähr 4 bis 8 Gewichtsprozent verflüssigbare Kohlenwasserstoffe enthalten. So läßt sich beispielsweise eine als Hauptsprengladung verwendbare Sprengstoff-Zusammensetzung aus feinzerteiltem Ammonnitrat und ungefähr 4 bis 8 Gewichtsprozent verflüssigbaren Kohlenwasserstoffen gewinnen. Wenn 5< > weniger als 4 Gewichtsprozent oder mehr als 8 Gewichtsprozent verflüssigbare Kohlenwasserstoffe zugegen sind, wird das Explosionskraftpotential nicht erreicht. Darüber hinaus sind Mischungen mit mehr Sprengstoff-System

Anmelder:

Consolidation Coal Company,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. phil. G^Henkel, Patentanwalt,
Berlin-Schmargendorf, Auguste-Viktoria-Str. 63

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 21. Juni 1957

Stuart Robert Brinkley jun., Coraopolis, Pa.,

und Günther von Elbe, Pittsburgh, Pa. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt worden

als etwa 8% verflüssigbarer Kohlenwasserstoffe derart unempfindlich, daß die Wahrscheinlichkeit von Fehlzündungen zunimmt.

Durch Kombination dieser beiden Entdeckungen wurde ein neuartiges Sprengstoff-System geschaffen, bei dem sowohl der Zündsatz als auch die Hauptsprengladung aus feinzerteiltem Ammonnitrat und verflüssigbaren Kohlenwasserstoffen besteht.

Eine gewöhnliche Sprengkapsel oder Detonationszünderlänge reicht dabei aus, um in diesem System eine kräftige Explosion hervorzurufen. Der in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendete Ausdruck »zündkapselempfindlich« dient daher zur Kennzeichnung derjenigen Eigenschaft von Sprengstoff-Zusammensetzungen, die ihre Detonation mit Hilfe von Sprengkapseln oder Detonationszündern ermöglicht.

Demgemäß besteht die Erfindung in einem Sprengstoff-System, bestehend aus einem Detonator, einer Hauptladung auf der Basis Ammonnitrat—verflüssigbarer Kohlenwasserstoff und einer Zündsatzladung, das sich dadurch kennzeichnet, daß die Hauptladung aus einer homogenen Mischung aus Ammoniumnitrat und 4 bis 8% verflüssigbaren Kohlenwasserstoffen und die Zündsatzladung aus* einer homogenen Mischung aus Ammoniumnitrat und 0,5 bis 3,5% verflüssigbaren Kohlenwasserstoffen besteht und der Detonator nur mit der Zündsatzladung und die Zündsatzladung mit der Hauptladung in Detonationsbeziehung steht.

I. Ammonnitrat

Für die Erfindung ist die im Handel erhältliche Granalienform vorzuziehen, wobei jedoch die Gra-

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nalien gewünschtenfalls zerkleinert werden können. Der Tonüberzug auf den Granalien stört nicht bei der Herstellung einer Hauptsprengstoff-Zusammensetzung mit 5 bis 10 Gewichtsprozent verflüssigbaren Kohlenwasserstoffen, sofern eine homogene Absorption des Kohlenwasserstoffes durch die Granalien erreicht wird. Bei der Herstellung der zündkapselempfindlichen Sprengstoff-Zusammensetzung nach der Erfindung stört jedoch die Anwesenheit des Tonüberzuges auf den Granalien die Erzielung der Zündkapselempfindlichkeit. Daher wird die zündkapselempfindliche Sprengstoff-Zusammensetzungmit 0,5 bis 3,5 Gewichtsprozent verflüssigbaren Kohlenwasserstoffen aus überzugsfreien Granalien hergestellt. Beim Transport kann man die überzugsfreien Granalien durch Versand in feuchtigkeitsdichten Behältern vor dem Zusammenbacken schützen. Bei der normalen Handhabung während Transport und Lagerung tritt zwar etwas Abrieb an den Granalien auf, wodurch aber die freie Oberfläche vergrößert wird. Durch Zerkleinern der überzugslosen Granalien beispielsweise in einer Mühle wird die Empfindlichkeit der damit zubereiteten Sprengstoff-Zusammensetzung erhöht. Erfahrungsgemäß können zündkapselempfindliche Zusammensetzungen aber auch aus Granalien, so wie sie vom Hersteller kommen, zubereitet werden. Die Granalien besitzen für gewöhnlich eine solche Größe, daß sie etwa durch ein 8-Maschen-Sieb hindurchgehen.

II. Kohlenwasserstoffe

Die bei den erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzungen angewendeten Kohlenwasserstoffe sollen vorzugsweise bei deren Zubereitung in flüssiger Form vorliegen. Jeder in flüssiger Form mischbare Kohlenwasserstoff ist geeignet. Im allgemeinen werden solche Kohlenwasserstoffe vorgezogen, die bei der Umgebungstemperatur des Lagerraumes nicht leicht verdampfen, d. h. also normalerweise flüssige Kohlenwasserstoffe angewendet. Eine weitere Vorsichtsmaßnahme besteht darin, daß vorzugsweise solche Kohlen-Wasserstoffe benutzt werden, deren Flammpunkt über etwa 38° C liegt. Schweröl Nr. 2 erfüllt alle diese Anforderungen und bildet daher einen bevorzugten Bestandteil. Es besitzt wohlbekannte Daten, die in den Handelsnormen CS 12-48 des US .-Handelsdepartements festgelegt sind. Es besitzt einen Flammpunkt über 38° C und einen 90°/o-Destillationspunkt von 357° C. Seine maximale Saybolt-Universial-Viskosität bei 100'° C beträgt 125 Sekunden.

Fig. 2 ein Diagramm der Ergebnisse von Reihenuntersuchungen über die Empfindlichkeit unter Verwendung von erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzungen und

Fig. 3 ein Diagramm der Ergebnisse von Reihenuntersuchungen über die Explosivkraft unter Verwendung von erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzungen.

III. Sprengsystem

Gemäß Fig. 1 wird in einem Stratum 11 ein Sprengloch 10 hergestellt und mit einer Sprengladung 12 (als Ganzes bezeichnet) besetzt.

Die Sprengladung 12 besteht aus einem länglichen Behälter mit endständigen Hauptsprengladungen 13 und einer mitten dazwischen befindlichen Zündsatzladung 14. Mit ihr steht ein Initiator 15, z. B. eine Sprengkapsel oder Detonationszünderlänge in Detonationsbeziehung, von dem eine Impulsleitung 16 bis zum Sprengungskontrollpunkt führt. Diese Impulsleitung kann entweder bei elektrischer Zündung ein elektrischer Draht oder ein Ende Zündschnur, z. B. aus Primacord, sein.

Zum Einschließen der Sprengladung im Sprengloch 10 dient Besatzmaterial 17, das wie üblich aus Rutenwerk, Ton, Felsbrocken und anderem vorhandenen Material, bequemlicherweise den Bohrlochtrümmern, besteht.

Erfindungsgemäß besteht die Hauptsprengladung aus einer Mischung von Ammonnitrat und 4 bis 8 Gewichtsprozent Kohlenwasserstoffen. Eine solche Zusammensetzung besitzt zufriedenstellende Sprengkraft, ist aber nicht zündkapselempfindlich. Die Zündsatzladung 14 besteht aus einer Mischung von feinzerteiltem Ammonnitrat mit 0,5 bis 3,5 Gewichtsprozent Kohlenwasserstoffen, die Zündkapselempfindlichkeit besitzt. Wenn die Sprengkraft der Zündsatzladung auch nicht die gleiche wie die der Hauptsprengladung 13 ist, reicht sie doch zur Detonation der letzteren aus.

In Fig. 1 wurde nur eine Anwendungsform der Erfindung dargestellt. Die Art der Besetzung von Sprenglöchern bildet keinen Teil der Erfindung. Die für die verschiedenen Bodenformen am günstigsten wirkenden Besetzungsverfahren sind dem Fachmann wohlbekannt. Bei dem erfindungsgemäßen Sprengstoff-System kommt es als wichtiges Merkmal nur darauf an, daß einerseits eine Hauptsprengladüng mit einer Zündsatzladung und mit dieser wiederum ein Detonationsinitiator in Detonationsbeziehung steht. Daher

Die Kohlenwasserstoffe können von beliebiger 50 braucht die Zündsatzladung nicht, wie in Fig. 1 darchemischer Zusammensetzung, also paraffinischer, öle- gestellt, in der Mitte der Hauptsprengladung angefinischer, naphthenischer, aromatischer, gesättigter ordnet zu sein, sondern kann sich auch im oberen oder oder ungesättigter Natur sein. Kohlenwasserstoffe, die unteren Sprenglochabschnitt befinden. Unter Umbei Raumtemperatur hochviskos sind, können zwecks ständen ist es von Vorteil, mehrere Zündsatzladungen Erhöhung ihrer Fließbarkeit bei der Zubereitung der 55 in einem Sprengloch anzuwenden.
Zusammensetzungen erhitzt werden.

Eine homogene Mischung des Kohlenwasserstoffes mit dem Ammonnitrat setzt voraus, daß er die Ammonnitratteilchen völlig durchdringt. Da es sich hierbei um einen Absorptionsvorgang handelt, kann eine lange Kontaktzeit erforderlich werden. Ein bequemes Mischungsverfahren besteht darin, daß man die Bestandteile mehrere Stunden lang in einer Umlaufmühle trommelt.

Zwecks weitergehenden Verständnisses der Erfindung und ihrer Ziele und Vorteile wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch ein vorbereitetes

Sprengloch in Felsgestein mit gemäßen Sprengstoff-System,

einem erfindungs-Vorzugsweise werden die Sprengstoff-Zusammensetzungen in biegsamen Behältern, z. B. wasserdichten Säcken aus Kava oder plastischem Film, eingeschlossen. Statt dessen können aber auch Fiber- oder Metallzylinder verwendet werden. In trockene und rißfreie Sprenglöcher kann die Sprengstoff-Zusammensetzung auch direkt eingefüllt werden.

IV. Empfindlichkeitsuntersuchungen

Es wurde eine umfangreiche Versuchsserie mit Sprengstoff-Zusammensetzungen durchgeführt, die aus gesiebten Ammonnitratteilchen und Schweröl Nr. 2 als Kohlenwasserstoffe hergestellt wurden. Das Ammonnitrat bestand aus zerkleinerten Granalien, deren Teilchen durch ein 30-Maschen-Sieb gingen und von einem

100-Maschen-Sieb zurückgehalten wurden. Die untersuchten Zusammensetzungen enthielten O, 1, 2, 4 und 6 Gewichtsprozent Schweröl in inniger Mischung mit dem gesiebten Ammonnitrat. Für jede untersuchte Zusammensetzung wurden in der nachstehenden Tabelle zwei Werte angegeben. Der erste Wert ist die maximale Dicke der Aluminiumfolie in Millimeter, bei der im Prüfapparat Explosion eintrat. Der zweite Wert gibt die minimale Foliendicke, ebenfalls in Millimeter an, bei der keine Explosion mehr im Prüfapparat auftrat.

Tabelle I — Empfindlichkeitsuntersuchungen
Sprengstoff-Zusammensetzung

	Dicke der Aluminiumfolie in Millimeter	Minimalwert für
Schweröl Nr. 2	Maximalwert	nicht eintretende
	für eintretende	Explosion
Gewichtsprozent	Explosion	0,0
0	0,406	3,937
1	4,445	3,937
2	4,623	2,311
4	3,327	0,406
6	2,311

Die in Tabelle I aufgeführten Werte sind in Fig. 2 graphisch dargestellt, aus der die Beziehung zwischen Foliendicke als Parameter für die Empfindlichkeit und ölgehalt in der Ammonnitrat-Sprengstoff-Zusammensetzung ersichtlich ist. Beide Dickenextremwerte wurden aufgezeichnet.

Die Dreieckspunkte der Maximaldicken wurden durch eine volle Linie und die Kreispunkte der Minimaldicken durch eine gestrichelte Linie miteinander verbunden. Die genaue Empfindlichkeitskurve würde zwischen diesen beiden in Fig. 2 dargestellten Kurven liegen.

Wenn auch ersichtlicherweise das Diagramm der Fig. 2 vom quantitativen Standpunkt wenig Wert hat, dient es doch zur Veranschaulichung der Empfindlichkeitseigenschaften der verschiedenen Sprengstoff-Zusammensetzungen. Fig. 2 zeigt deutlich, daß die maximale Empfindlichkeit auftritt, wenn die Ammonnitrat-Zusammensetzung 0,5 bis 3,5 Gewichtsprozent Schweröl Nr. 2 enthält.

V. Sprengkraftuntersuchungen

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Eine umfangreiche Versuchsreihe wurde an Ammonnitrat-Kohlenwasserstoff-Zusammensetzungen, mit einem Gehalt an 2,0, 3,5, 4,4 und 7,7 Gewichtsprozent Schweröl Nr. 2 durchgeführt. Das Ammonnitrat wurde in Form von tonüberzogenen Granalien, so· wie sie vom Lieferanten bezogen wurden, verwendet.

In der nachstehenden Tabelle II sind die Ergebnisse einer Reihe von Versuchen angegeben.

Tabelle II — Relative Sprengkraft
Sprengstoff-Zusammensetzung

Schweröl Nr. 2
in Ammonnitrat

Gewichtsprozent

2,0
3,5
4,4
7,7

Fort-

pflanzungsgeschwindigkeit in m/sec

2,62
3,72
3,29
3,17

Bohrungsaufweitung
im Prüfblock
in Millimeter

4,69
6,85
8,05
8,63

Volumetrische Bohrungsaufweitung
in cmVcm

Bohrungslänge

2,04
3,12
3,71
4,03

Diese Werte der Tabelle II sind in Fig. 3 graphisch dargestellt, wobei der volumetrische Ausdehnungsfaktor als Kriterium für die Sprengkraft der untersuchten Zusammensetzungen dient. Wie aus der Figur ersichtlich ist, liegt das Maximum der Ausdehnung und damit der Sprengkraft im Gebiet zwischen etwa 4 und 8 Gewichtsprozent Öl in Ammonnitrat.

Für das erfindungsgemäße Sprengstoff-System sind Mischungen mit mehr als 8 Gewichtsprozent Öl derart unempfindlich, daß man sie nicht mit Gewißheit mit Hilfe des zündkapselempfindlichen Zündsatzes aus Ammonnitrat und Öl zur Detonation bringen könnte. Demgemäß wird als Hauptsprengladung eine Mischung aus Ammonnitrat und 4 bis 8 Gewichtsprozent flüssigem Kohlenwasserstoff hergestellt, weil solche Zusammensetzungen maximale Sprengkraft ergeben. Obwohl sie nicht zündkapselempfindlich sind, besitzen sie trotzdem eine so hohe Empfindlichkeit, daß sie durch den vorstehend beschriebenen, zündkapselempfindlichen Zündsatz zur Detonation gebracht werden können.

VI. Erläuterungen

Zwecks Erläuterung des erfindungsgemäßen Sprengstoff-Systems wurden zwei Sprengladungen je in einen Stahlzylinder von 12,7 mm Wandstärke, 102 mm lichter Weite und 914 mm Länge eingefüllt. Die erste Ladung hatte folgenden Aufbau: Die Hauptsprengladung bestand aus tonüberzogenen Ammonnitratgranalien mit 6 Gewichtsprozent Schweröl Nr. 2 und wurde in den Zylinder bis zur Höhe von 406 mm eingefüllt. Hierüber wurde eine 102 mm hohe Ladung Tetryl als der gewöhnlicherweise verwendete, handelsübliche Zündsatz aus Trinitrophenylmethylnitramin aufgebracht und mit einer Sprengkapsel Nr. 8 bestückt. Der restliche Zylinderraum wurde auch mit der erwähnten Hauptsprengladung gefüllt.

Bei der Detonation wurde eine Explosionsgeschwindigkeit von 3383 m/sec gemessen.

Die zweite Ladung hatte den gleichen Aufbau wie die erste Ladung, der Zündsatz bestand jedoch nicht aus Tetryl, sondern statt dessen aus einer Mischung von überzugsfreien Ammonnitratgranalien handelsüblicher Form und 2 Gewichtsprozent Schweröl Nr. 2.

Diese Ladung gab bei der Detonation die gleiche Explosionsgeschwindigkeit von 3383 m/sec wie die erste Ladung.

Der Vergleich der beiden letzen Versuche zeigt die Brauchbarkeit der Erfindung.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Sprengstoff-System, bestehend aus einem Detonator, einer Hauptladung auf der Basis Ammonnitrat — verflüssigbarer Kohlenwasserstoff und einer Zündsatzladung, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptladung aus einer homogenen Mischung aus Ammoniumnitrat und 4 bis 8 °/o verflüssigbaren Kohlenwasserstoffen und die Zündsatzladung aus einer homogenen Mischung aus Ammoniumnitrat und 0,5 bis 3,5 ⁰Zo verflüssigbaren Kohlenwasserstoffen besteht und der Detonator nur mit der Zündsatzladung und die Zündsatzladung mit der Hauptladung in Detonationsbeziehung steht.

2. Sprengstoff-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine oder beide der Kohlenwasserstoffe normalerweise flüssig sind.

3. Sprengstoff-System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoffe in der Hauptladung aus einem Kohlen-

wasserstoffdestillat mit einem Flammpunkt oberhalb 38° C bestehen.

4. Sprengstoff-System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine oder beide der Ammoniumnitrate in Form von Granalien (Kügelchen) vorliegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 2642 aus dem Jahre 1871; USA.-Patentschrift Nr. 1 772695;
Chemisches Zentral-Blatt, 1953, S. 5443 (can. Patent Nr. 485 636); 1954, S. 1391 (can. Patent Nr. 260); 1956, S. 7694 (can. Patent Nr. 486 158).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©009 5O9/14O5.6O