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Fester Sprengstoff Ammonnitrat wird bereits seit langem als schlagwettersicherer
Sprengstoff verwendet. Die Verwendung von Ammonnitrat im Kohlenbergbau ist weiterhin
deshalb sehr verbreitet, weil infolge der relativ geringen Sprengwirkung des Ammonnitrats
die Kohle zum größten Teil in Form großer Stücke und nicht als Grieß freigelegt
wird. Da nun Ammonnitrat relativ billig in großen Mengen hergestellt werden kann,
ist es erwünscht, die Sprengwirkung des Ammonnitrats zu erhöhen, und es wurden bereits
Vorschläge in dieser Richtung gemacht. Gemäß einem dieser Vorschläge wird kristallines
Ammonnitrat mit einer geringen Menge an Mineralöl vermengt. Das mit dem Heizöl vermengte
Ammonnitrat besitzt nun zwar gegenüber dem reinen Ammonnitrat erhöhte Sprengwirkung,
die allerdings noch nicht allen Anforderungen an einen Sprengstoff hinsichtlich
Sprengwirkung entspricht, wobei allerdings wegen des Zusatzes organischer Substanz
zum Ammonnitrat die erforderliche Sicherheit bei Lagerung und Handhabung des Sprengstoffes
nicht mehr gegeben ist. Ähnliches gilt auch für jenen Sprengstoff, welcher aus einer
Mischung von Ammonnitrat und feinem Leichtmetallpulver besteht. Auch ein solcher
Sprengstoff besitzt gegenüber reinem Ammonnitrat erhöhte, jedoch noch nicht ausreichende
Sprengwirkung bei zu geringer Handhabungssicherheit. Um die Handhabungssicherheit
von Ammonnitrat und feinkömigem Leichtmetall enthaltenden Sprengstoffen zu erhöhen,
wurde solchen Sprengstoffen weiterhin noch Wasser zugesetzt. Solche, Ammonnitrat,
Wasser und ein Leichtmetall enthaltende Sprengstoffe besitzen nun bei gegenüber
reinem Ammonnitrat erhöhter Sprengwirkung auch erhöhte, Handhabungssicherheit, jedoch
ist es durchaus erwünscht, die Sprengwirkung solcher Sprengstoffe noch zu erhöhen.
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Ziel der Erfindung ist es nun, einen Ammonnitrat, Wasser und ein Leichtmetall
enthaltenden festen Sprengstoff, welcher unempfindlich ist und durch Zündkapseln
gezündet werden kann, in seiner Sprengwirkung zu erhöhen. Dies gelingt, wenn gemäß
der Erfindung im Sprengstoff das Leichtmetall in Form grober Teilchen vorliegt,
die im wesentlichen frei sind von feinem Metall oder Metallpulver, insbesondere
von Teilchen, die ein 80-Mesh-Sieb mit einer Maschenweite von etwa 177 li
(USA.-Standard) passieren, und daß die Wassermenge relativ zur Menge an Ammonnitrat
niedrig genug gehalten ist, um das im Sprengstoff enthaltene Ammonnitrat, ohne es
zur Gänze aufzulösen, lediglich anzufeuchten und insbesondere 1,14 bis
5,68 Gewichtsprozent des Sprengstoffes beträgt. Erfindungsgemäße, Ammonnitrat,
Wasser und ein Leichtmetall enthaltende Sprengstoffe besitzen gegenüber bekannten
Sprengstoffen der angegebenen Art mehr als die dreifache Sprengwirkung. Dies ist
überraschend, da nach den bisherigen Ansichten hätte, erwartet werden müssen, daß
bekannte Ammonnitrat, Wasser und ein Leichtmetall enthaltende Sprengstoffe, in welchen
das Leichtmetall in Form eines Pulvers mit einer Teilchengröße von weniger als
125 #t (120 Mesh) vorliegt, wegen der geringen Größe und damit großen Oberfläche
der Leichtmetallteilchen größere Sprengwirkung haben müßten als Ammonnitrat, Wasser
und ein Leichtmetall enthaltende Sprengstoffe, in welchen das Leichtmetall in Form
grober Teilchen vorliegt, die im wesentlichen frei sind von Metall oder Metallpulver.
Das diese Ansicht nicht zutrifft, mag vielleicht darauf zurückzuführen sein, daß
feinkömiges Leichtmetall mit dem im Sprengstoff enthaltenen Wasser in relativ kurzer
Zeit unter Bildung von Hydroxyden reagiert und damit zum Zeitpunkt der Zündung des
Sprengstoffes bereits verloren ist, und daß, durch Verdickung des Sprengstoffes
in
Anbetracht der Bildung von Gelen der Hydroxyde der Leichtmetalle, die von der Initialladung
bei Zündung erzeugte Stoßwelle zu stark gedämpft wird. Dies kann bei erfindungsgemäßen
Sprengstoffen, in welchen das Leichtmetall in Form grober Teilchen vorliegt, nicht
der Fall sein.
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Als Leichtmetall wird für erfindungsgemäße Sprengstoffe vorzugsweise
Magnesium oder eine mindestens 6011/9 Magnesium enthaltende Magnesiumlegierung verwendet.
Erfindungsgemäße. Sprengstoffe besitzen optimale Sprengwirkung bereits bei relativ
geringen Anteilen an Leichtmetall, und gemäß der Erfindung liegt die Leichtmetallkomponente,
bezogen auf Ammonnitrat, in einer Menge von 2,5 bis 10 Gewichtsprozent
vor.
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Da bei Herstellung des Sprengstoffes aus Ammonnitrat, Wasser und Leichtmetall,
was meist erst an Ort und Stelle geschieht beim Auflösen von Ainmonnitrat in Wasser
eine beträchtliche Temperaturemiedrigung zu verzeichnen ist, ist es zweckmäßig,
gemäß der Erfindung die Sprengladung so lange zu altem, bis sie Bohrlochtemperatur
angenommen hat.
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An Hand von ballistischen Mörserproben, welche unter der Aufsicht
des United States Bureau of Mines durchgeführt wurden, wurde festgestellt, daß die
Sprengwirkung von trockenem Ammonnitrat im Bereich von 52 liegt. Durch Ausschaltung
der Luftspalte zwischen den einzelnen Ammonnitratteilchen mittels öl wird
die Sprengwirkung auf 75 erhöht. Versuche, welche mit dem erfindungsgemäßen
Sprengstoff durchgeführt wurden, haben ergeben, daß die Sprengwirkung dieses Sprengstoffes
doppelt so hoch wie der von trockenem Ammonnitrat ist und sogar 130 betragen
kann.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Beisviel 1
Zu Vergleichszwecken wurden folgende Versuche
unternommen: 1. Es wurde ein Sprengstoff aus 50 Gewichtsteilen Ammonnitrat,
1 Gewichtsprozent Wasser und 49 Gewichtsprozent Aluniiniumpulver hergestellt,
das als »Alcola Nr. 101« bezeichnet und so fein war, daß 100% desselben ein
100-Mesh-Sieb und 80% desselben ein 325-Mesh-Sieb passierten. Der durchschnittliche
Durchmesser der Teilchen betrug 19 [t. Die angegebenen Maschenweiten der
Siebe entsprechen den vom US Bureau of Standard herausgegebenen Normen.
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2. Es wurde ein Sprengstoff aus 50 Gewichtsteilen Ammonnitrat,
einem Gewichtsteil Wasser und 49 Gewichtsteilen Aluminiumkömern hergestellt, die
von Gestalt etwa kugelförmig und groß genug waren, von einem 20-Mesh-Sieb zurückgehalten
zu werden.
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oie angegebenen Sprengstoffgemische wurden gründlich vermischt und
in 7,571 (2 Gallonen) fassende Eimer aus 24-Gauge-Stahlblech (0,6
mm) eingebracht. Diese Ladungen wurden mit 0,15 kg gepreßten Pentolytezündem
(Pentaerythrittetranitrat zu Trinitrotoluol etwa 1 - 1) der Type HDP-3 von
du Pont geschärft, die mittels elektrischer Zündkapseln Nr. 6 und 20 cm einer
100-grain-Zündschnur (22 g/m) gezündet wurden. Die Ladungen wurden unter Wasser
in einer Tiefe von 9 in in einem 20 in tiefen Teich gezündet. Die Druckprofile
und die Aufwallzeiten (bubble Periods) wurden nach den in »Underwater Explosions«
Princeton University Press, 1948, von Robert H. Cole beschriebenen Methode bestimmt.
Die Sprengungen wurden mehrmals durchgef ührt.
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Die erhaltenen Ergebnisse sind in der untenstehenden Tabelle zusammengefaßt,
wobei die Werte für die Stoßenergie und die Aufwallenergie in Kolokalorien pro Gramm
Sprengstoff angegeben sind. Auch die Maximaldrücke und Maximalimpulse sind in der
Tabelle angegeben.
| Ladung in kg Maximaldruck Impuls/cm/ Stoßenergie
Aufwallenergie |
| Metalltype (Shock Energy) (Bubble Energy) |
| (Wt Lbs) kg/crri2 kg/sec/cm kealfg kcalfg |
| gekömt 88 (19,3) 160 (2295) 0225 0,298 1,080 |
| gekömt 89 (19,6) 165 (2365) 0,230 0,300 0,905 |
| Pulver 89 (19,6) 85 (1218) 0,106 0,067 0,322 |
| Pulver 91,5(20,3) 55,4M6) 0,107 0,049
0,246 |
Die erhaltenen Ergebnisse zeigen klar die überlegenheit jener Ammonnitrat und Wasser
enthaltender Sprengstoffe, in welchen das Aluminium in Form grober Teilchen vorliegt,
wie dies im Falle der vorliegenden Erfindung der Fall ist, gegenüber jenen Sprengstoffen,
in denen das Aluminium in Form eirm Pulvers vorliegt.
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Beispiel 2 Die in der Folge angegebenen Versuchsdaten zeigen die Ergebnisse
einer Versuchsreihe, bei welcher gattiertes AmmoDuitrat (von der Firma American
Cyanamid) mit
5 Gewichtsprozent einer Magnesium-Alurninium-Legierung (9011/o
Magnesium und 100/e Aluminium, Kömehengröße etwa
0,3 mm [40 Mesh] verwendet
wurde. Eine einzige geformte Munroe-Strahlladung wurde auf den Boden eines jeden
der sechs Bohrlöcher gelagert, und zwar mit seiner Hauptachse nach oben entlang
der Bahrlochachse weisend. In jedes der Löcher wurde der oben angegebene Sprengstoff
eingefüllt, und es wurde in alle Löcher, mit Ausnahme des ersten Loches, Wasser
in Form einer gesättigten Ammonnitratlösung zugegeben, worauf man dann die Ladungen
24 Stunden lang altern ließ.
| Ge Tatsächlicher Kraterbreite |
| Nitr=9 %-Gehalt Bemerkungen |
| 0/0 an Wasser cm |
| Loch 1 0,0 0 0 Kein Anzeichen einer Detonation der Grundladung |
| Loch 2 2,5 1,14 60 Langsame Detonation, ein Teil
der Ladung verbrannt |
| Loch 3 5,0 2,29 300 Heftige Detonation, sehr
rasches, helles Aufflammen |
| Loch 4 7,5 3,44 300 Heftige Detonation, etwas
langsamer als in Loch 3, |
| geringes Aufflammen |
| Loch 5 10,0 4,58 270 Heftige Detonation, mittlere
Geschwindigkeit, kein |
| Aufflammen |
| Loch 6 12,5 5,68 180 Gute, sich verlangsamende Detonationsgeschwindig- |
| keit, kein Aufflammen |
Aus den obigen Versuchen geht hervor, daß dann, wenn der Prozentgehalt an gesättigter
Amrnonnitratlösung zwischen
2,5 und
7,5 11/o Wasser lag, das Wasser
seine optimale Wirkung als Regulierungsmittel bei mit grobkörnigem Leichtmetall
sensibilisiertem Ammonnitrat zeigte. In Gewichtsprozenten der gesamten Ammonnitratladung
ausgedrückt beträgt der Wasseranteil zwischen 1,14 und
5,68 Gewichtsprozent
der gesamten Ladung. Bei weiterhin durchgeführten Versuchen wurde Ammonnitratlösung
in den oben angegebenen Konzentrationen in den Sprengstoff geschüttet, und die Stabilisierung
wurde etwas beschleunigt. Durch den einfachen Zusatz von Wasser wurden dieselben
Ergebnisse erreicht, wenn die Sättigung in dem oben angegebenen Bereich gehalten
wurde. Das Wasser wurde gleichförmig in der gesamten Masse verteilt. Die beste Art
des gleichförmigen Zusatzes von Wasser ist das Einbringen des Wassers in Form eines
feinen Sprühnebels an der Oberseite der Bohrung zu dem Zeitpunkt, wenn die trockenen
Ingredienzien in das Bohrloch geschüttet werden.
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Ähnliche Ergebnisse wurden auch unter Verwendung einer Zink-Magnesium-Legierung
(Zk 60), einer Zirkon-Aluminium-Magnesium-Legierung (Zk 10)
und einer
Magnesium-Aluminium-Legierung (A 44) der Firma Dow Chemical Company erhalten,
wenn die angegebenen Legierungen in Komgrößen von 150 bis 620 #t verwendet
wurden.
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Ein Vergleich bekannter Sprengstoffe mit erfindungsgemäßen Sprengstoffen
kann an Hand der Figuren vorgenommen werden.
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F i g. 1 der Zeichnung zeigt in schematischer und vergrößerter
Darstellung zwei Ammonnitratteilchen im trockenen Zustand und den zwischen ihnen
befindlichen Luftspalt. Der Kraftfaktor einer derartigen Substanz beträgt ungefähr
52.
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F ig. 2 zeigt in schematischer vergrößerter Darstellung zwei Ammonnitratteilchen,
wobei der zwischen ihnen befindliche Luftspalt mit öl ausgefüllt ist. Der
Kraftfaktor einer derartigen Substanz beträgt ungefähr 75.
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F i g. 3 zeigt benachbarte Ammonnitratteilchen, welche durch
Zusatz von flockigem Alumimiumpulver kolloidaler Abmessungen sensibilisiert wurden,
wobei die sich hierbei ergebenden doppelten Luftspalte betont stark dargestellt
sind, um den hierbei mitspielenden Mechanismus genauer aufzuzeigen. Dieses System
ist kostspielig, und die bisher durchgeführten Versuche haben hinsichtlich des Kraftfaktors
keine Vorteile aufgezeigt. Fig. 4 zeigt den Mechanismus, welcher bei der vorliegenden
Erfindung auftritt, wobei durch Zusatz von Wasser ein Teil des Ammonnitrates gelöst
wurde und zwischen benachbarten Teilchen des Ammonnitrates wieder eine Kristallisation
stattgefunden hat. Die körnige Magnesiumlegierung dient hierbei augenscheinlich
als Wärmeträger.
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Es wird somit angenommen, daß die Luftspalte beim Sprengstoff nach
der vorliegenden Erfindung beseitigt werden und daß eine Rekristallisation eintritt,
welche die Spalte zwischen den feuchten Teilchen im wesentlichen mittels Ammonnitrat
überbrückt. Die Magnesiumlegierung in Körnchenform dient hierbei als Wärmeträger.