DE1136622B - Wasserhaltiger Sprengstoff - Google Patents

Description

• Wasserhaltiger Sprengstoff Die Erfindung betrifft neue wasserhaltige Sprengstoffe auf der Basis von Ammoniumnitrat.
• Der erfindungsgemäße wasserhaltige Sprengstoff auf der Basis von NH,NO" gegebenenfalls mit Zusätzen an Alkalinitraten oder anderen Sauerstoff abgebenden anorganischen Salzen ist gekennzeichnet durch einen Gehalt von 20 bis 80 0/, des oder der anorganischen sauerstoffabgebenden Salze, von 8 bis 700/, eines rauchlosen Pulvers als Sensibilisator und von bis etwa 240/, Wasser auf Gewichtsbasis.
• Zweck der Verwendung von Nitrocellulose als Sensibilisator für Ammoniumnitrat-Sprengstoffe ist, diese Sprengstoffe unabhängig von dem Vorliegen von Wasser zündbar zu machen. Vorzugsweise wird Nitrocellulose von ausreichend hoher Dichte gewählt, so daß der Sprengstoff ineiner Wassersäule unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten geführt werden kann. Der neue Sprengstoff bildet auch in Wasser eine zusammenhängende Masse, welche während längerer Zeiten zündbar ist.
• Die USA.-Patentschrift 2 836 484 bezieht sich auf Ammoniumnitrat-Wasser-Aluminium-Gemische als Explosivstoffe, offenbart aber nichts über die Verwendung von rauchlosem Pulver als Sensibilisator für Ammoniumnitrat-Wasser-Gemische. Die USA.-Patentschrift 2 847 291 befaßt sich nur mit Dynamiten, welche naturgemäß eine völlig andere Art von Explosivstoffen wie die erfindungsgemäßen sind. Die deutsche Patentschrift 1009 990 betrifft nur die Herstellung eines explosiven Gels, welches von 20 bis 45 0/, eines Explosivstoffs von hoher Brisanz wie PETN, Hexogen, Nitromannit, Dinitroäthylharnstoff u. dgl. mit Ausnahme von Nitroglycerin enthält. Diese bekannten Mittel detonieren mit einer handelsüblichen Zündkappe. Keine dieser Schriften deutet .'auch nur in entfernter Weise den Erfindungsgedanken an, rauchloses Pulver als einen Sensibilisator für Ammoniumnitrat-Wasser-Mischungen zu verwenden, welche Gemische alle durch eine übliche Zündkappe, z. B. Nr. 8 oder darunter, nichtdetonierbar sind.
• Bevorzugte erfindungsgemäße Massen enthalten 15 bis 30 0/0 Nitrocellulose als Sensibilisator, 45 bis 75 "/, Sauerstoff abgebende Salze, 0,5 bis 3 0/, Verdickungsmittel, wenn die weiter unten beschriebene Anwendung vorgenommen wird, sowie 10 bis 250/, Wasser.
• Mit dem neuen Sprengstoff kann das Sprengen in einem Wasser enthaltenden Bohrloch ausgeführt werden.
• Die erfindungsgemäßen Sprengstoffmassen schwanken in ihrer Konsistenz von flüssig zu relativ steifen Sprenggelatinen. Bevorzugte Massen sind diejenigen, deren Konsistenz von leicht gießbaren Aufschlämmungen bis zu nicht gießbaren, jedoch fließbaren oder leicht deformierbaren Massen schwankt.
• Obgleich Ammoniumnitrat im allgemeinen der einzige Sauerstoff abgebende Salzbestandteil ist, können zusammen mit Ammoniumnitrat ebenfalls andere anorganische Sauerstoff abgebende Salze Anwendung finden. In jedem Fall stellt das Ammoniumnitrat das Sauerstoff abgebende Salz dar, das wenigstens im Hauptanteil vorliegt. Beispiele für Sauerstoff abgebende Salze, die zusammen mit Ammoniumnitrat Anwendung finden können, sind Alkali- und Erdalkalinitrate und Perchlorate (einschließlich Ammonium), wie z. B. Natriumnitrat, Magnesiumnitrat, Calciumnitrat, Kaliumnitrat und Bariumnitrat, Natriumperchlorat, Ammoniumperchlorat, Calciumperchlorat und Magnesiumperchlorat.
• Das Ausmaß der Fließfähigkeit stellt eine Funktion des Wassergehaltes und der Teilchengröße der festen Komponenten dar. Es können ebenfalls vorteilhafterweise Verdickungs- oder Gelierungsmittel in ausreichender Menge angewendet werden, um eine erhöhte Viskosität, insbesondere zum Zwecke der Verhinderung eines Absitzens der Feststoffe" zu erzielen. Gelformende Mittel,'d. h. Mittel, die mit der Wasserkomponente der Sprengstoffmasse ein Gel bilden, wie eine Alkalicarboxymethylcellulose, Mannogalactan, z. B. Guargummi, Methylcellulose, wasserquellbare Stärken u. dgL, können für diesen Zweck verwendet werden. Das Verdickungsmittel wirkt auf Grund seiner GelierungSwirkung, insbesondere wenn dasselbe in einer Menge von 0,5 0/0 und höher vorliegt, ebenfalls dahingehend, daß den Massen eine zusätzliche Steifheit oder Zusammenhaftbarkeit vermittelt wird, so daß der Sprengstoff über einen längeren Zeitraum, etwa mehrere Tage, als eine intakte Masse vorliegen kann, die gegenüber dem Wassereindringen widerstandsfähig ist, und während oder nach Ablauf dieser Zeitspanne gezündet werden kann.
• Wenn kein gelbildendes Mittel zugegen ist, ist die Masse eine gießbare Aufschlämmung. Es kann jedoch eine immer noch gießbare Aufschlämmung im allgemeinen unter Anwendung begrenzter Anteile eines gelbildenden Mittels, etwa in der Größenordnung von 0,2 bis 0,5 0/, in Abhängigkeit von den relativen Anteilen des Wassers und Salzes sowie der Sensibilisierungsbestandteile hergestellt werden. Bei mehr als etwa 0,5111, des gebildeten Mittels weist die Masse jedoch im allgemeinen eine nicht mehr gießbare Konsistenz auf. Die Menge des gelbildenden Mittels zur Herstellung praktisch nicht gießbarer Gemische beträgt im allgemeinen etwa 0,5 bis 5 0/,).
• Die erfindungsgemäßen Massen sind gegenüber der Zündwirkung einer im Handel befindlichen Zündkapsel unempfindlich, lassen sich jedoch durch übliche »Zwischenzünder«-Ladungen aus PETN (Pentaerythritoltetranitrat), RDX (Cyclotrimethylentrinitramin), Tetryl u. dgl. zünden. Ein brauchbarer Zwischenzünder stellt eine Dispersion aus einem kristallinen hochexplosiven Stoff, z. B. PETN oder RDX in einem Kunststoffträger dar, welcher entweder durch eine handelsübliche Sprengkapsel oder einen Brennzünder gezündet wird. Man kann auch als »Zwischenzünder« eine Dynamitpatrone verwenden, vorzugsweise von einem Durchmesser von etwa demjenigen des Bohrloches.
• Bei der praktischen Durchführung einer Ausführungsform des Sprengverfahrens wird ein geeigneter Zwischenzünder oder ein Dynamit-Initialzünder mit Zündvorrichtung so in das Bohrloch eingeführt, daß er mit einer erfindungsgemäßen fließfähigen Sprengstoffladung bedeckt werden kann. Der Sprengstoff wird sodann in das Bohrloch auf den Zwischenzünder gegossen oder gepumpt und der Zwischenzünder gezündet, um so die Zündung der Sprengstoffladung zu initiieren. Dieses Verfahren wird vorteilhafterweise bei wasserhaltigen Bohrlöchern angewendet, wobei in diesem Falle die Dichte der Sprengstoffmasse auf einen ausreichend hohen Wert eingestellt wird, daß der Sprengstoff unter der Einwirkung der Schwerkraft in seine Zündungslage gebracht wird.
• Nach einem weiteren Sprengverfahren wird die erfindungsgemäße Sprengstoffinasse in Beutel verpackt, die geschlitzt sind oder die bei der Bewegung nach unten in dem Loch platzen, so daß wenigstens ein Teil der Masse aus dem Sack heraustritt, um den Raum des Bohrloches vollständig bis zu der gewünschten Höhe zu füllen. Gegebenenfalls kann der Sprengstoff in ausdehnbare Beutel verpackt werden, z. B. aus Kunststoff, die sich ausdehnen, um den Raum des Loches. bis zu einer gewünschten Höhe zu füllen.
• Zum Vermischen der Bestandteile der erfindungsgemäßen Sprengmassen kann jedes geeignete Mischverfahren angewendet werden. Vorzugsweise wird das Wasser zunächst in ein übliches Mischgefäß gebracht, und anschließend das gelbildende Mittel zugegeben, wenn ein derartiges Mittel angewendet wird. Hierzu werden dann die oxydierenden Salze und der Nitrocellulosesensibilisator zugegeben. Wenn das gelbildende Mittel mit dem Wasser nicht vor der Zugabe der restlichen Bestandteile vermischt wird, tritt Klumpenbildung ein.
• Wenn kein gelbildendes Mittel angewendet wird, ist es vorteilhaft, das oxydierende Salz zu dem Wasser vor der Zugabe des Sensibilisierungsbestandteils bis zu einer Menge zuzugeben, daß eine gesättigte Lösung gebildet wird, um so eine vereinfachte Entfernung der mitgerissenen Luft aus einem möglichst großen Anteil zu bewirken.
• Durch Erwärmen während des Vermischens wird nicht nur die negative Lösungswärme des Ammoniumnitrates in Wasser kompensiert, sondern auch die Entfernung der mitgerissenen Luft erleichtert.
• Wenn eine faserartige Nitrocellulose als einziger Nitrocellulosesensibilisator benutzt wird, ist kein Verdickungsmittel erforderlich. Eine Masse aus 410/, Ammoniumnitrat, 18 0/, Wasser und 410/, faserartige Nitrocellulose besitzt eine höhere Konsistenz als die gleiche Masse, die 10/, Carboxymethylcellulose und den rauchlosen Pulversensibilisatorbestandteil der Fußnote (7) der Tabelle an Stelle der faserartigen Nitrocellulose enthält.
• Die erfindungsgemäßen Massen können gegebenenfalls an der Sprengstelle hergestellt werden, wodurch es ermöglicht wird, den oxydierenden Salzbestandteil als solchen zu handhaben und zu versenden, ohne daß es notwendig ist, die notwendigen Vorsichtsmaßnahmen zu ergreifen, die bei Anwesenheit des Sensibilisators in diesem Salzbestandteil getroffen werden müssen. Solche Gemische sind jedoch gegenüber Stoß unempfindlich und relativ sicher zu transportieren.
• Die erfindungsgemäßen Explosivstoffe besitzen und bewahren hohe Empfindlichkeit unter hohen Drücken und können unter Wasserdrücken in der Größenordnung von 7 kg/CM2 und höher verwendet werden.
• Die Empfindlichkeit der Massen ist dergestalt, daß dieselben vorteilhafterweise mit Verzögerungszündung unter Wasser angewendet werden können, ohne daß eine vorzeitige Weiterzündung von einer Ladung zu einer anderen erfolgt. Bei dem Unterwassersprengen von Gräben usw. ist es häufig zweckmäßig, ein Verzögerungs- oder kurzzeitiges Verzögerungssprengen anzuwenden, bei dem aufeinanderfolgende Ladungen in Zeitabständen von 25 bis 50 Millisekunden gezündet werden, und es ist in diesem Falle wichtig, daß die späteren Ladungen nicht vorzeitig durch den Stoß der zuerst gezündeten Ladungen gezündet werden.
• Die in der folgenden Tabelle angegebenen Massen stellen weiterhin erläuternde Beispiele für die erfindungsgemäßen -Sprengstoffe dar.

  1 1 1 2 1 3 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 10 1 11 1 12 1 13 1 14

  Ammoniumnitrat(1) ... 44,0 58,7 44,0 65,0 44,0 33,5 44,0 44,0 65,0 65,0 41,9 50,1 53,1 57,0

  Natriumnitrat ........ 24,5 9,7

  Wasser .............. 11,0 11,0 11,0 14,0 11,0 30,0 11,0 11,0 14,0 14,0 16,8 20,1 24,1 18,6

  Natriumcarboxy-

  methylcellulose(2) ... 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 3,0 1,0 1,0 1,0 1,0 2,1 2,5

  verdichtete Nitro-

  baumwolle .......... 44,0

  Ptauchloses Pulver

  doppelte Basis ...... 44,0(1) 29,3(3) 44,0(5) 44,5(5)

  einfache Basis ...... 44,0(4 20, o(4) 33,5(5) 20,0(6) 20,0(7) 14,7(6) 17,6(6) 22,8(6) 24,4(6)

  Dichte, g/cml ......... 1,30 1,27 1,27 1,47 1,52 1,27 1,45 1,54 1,53

  Zündgeschwindigkeit,

  in/sec

  38,1-mm-Rohr ...... 5690

  44,5-mm-Rohr ...... 4290

  76,2-mm-Rohr ...... 5780 4710 6000 5320 5160 4400 gesch. 3840 5320

  127-mm-Patrone 4165 4650

  (nicht umschlossen)

  Gramm Ziindstoff (8) ... 320 320 160 160 160 160 74,5 74,5 74,5 160 160 160 200 200

  (1) Praktisch gesamte Menge durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,40 mm, und praktisch die gesamte Menge auf

  einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0, 15 mm. Dichte = 0,90 bis 1,0 g/cml.

  (9) Fein vermahlen mit hohem Viskositätsgrad.

  (3) Gewichtsprozent, Nitrocellulose 77, Nitroglyzerin 20, Salze und Stabilisierungsmittel 3. Korngröße = 1,14 - 0,865 mm, Eine

  Perforierung, Lochdurchmesser #- 0,109 mm. »Mittlere« Sorte (Teilchengröße). Teilchendichte = 1,65 g!cm:1, Teilchengewicht

  = 0,0008 g.

  (4) Gewichtsprozent, Nitrocellulose 90,2 DNT Öl 8, Salze und Stabilisator 1,8. Teilchengröße = 1,47 - 0,84 mm. Eine Perforation,

  Lochdurchmesser 0,239 mm. »Mittlere« Sorte (Teilchengröße). Teilchendichte = 1,60 gIcml, Teilchengewicht = 0,001 g.

  (5) Gewichtsprozent, Nitrocellulose 76,5, Nitroglyzerin 19,5, Salze und Stabilisator 4,0. Teilchengröße = 10,9 - 6,35 mm. Eine Per-

  foration, Lochdurchmesser = 1,47 mm. »Grobe« Sorte (Teilchengröße). Teilchendichte = 1,65 g/cm3, Teilchengewicht - 0,56 g.

  (r) Gewichtsprozent Nitrocellulose 87, Salze und Stabilisatoren 3 909 DNT Öl 10. Siebung: 1,2 0/, auf Sieb mit lichter Maschenweite

  von 0,84 mm, 1304 auf Sieb mit lichter Maschenweite von 0,59 mm, 360/0 auf Sieb mit lichter Maschenweite von 0,259 mm,

  25 0/" auf Sieb mit lichter Maschenweite von 0,15 mm, 240/" durch Sieb mit lichter Maschenweite von 0,15 mm, »Feine« Sorte

  (Teilchengröße). Schüttdichte = 0,80 g/cm3. Teilchendichte # 1,59 g/cm3.

  (1) Gewichtsprozent Nitrocellulose 98, Salze und Stabilisatoren 2. Teilchengröße = 13,5 - 5,85 mm. »Grobe« Sorte (Teilchengröße).

  Teilchendichte = 1,67 g/cm'. Sieben Perforationen, jeder Lochdurchmesser = 0,56 mm. Teilchengewicht = 0,5 g.

  (8) 80 0/" PETN dispergiert in 20 0/0 festem Polyesterharz.

  Für die Funktion der Nitrocellulosekomponente als Sensibilisator bei der Durchführung der Erfindung sind besonders erläuternd zwei Ammoniumnitrat-Wasser-Gemische, die 95,5 bzw. 93,70/, Ammoniumnitrat und 4,5 bzw. 6,3 % Wasser enthalten. Jede derselben zündete nicht auf Grund der Zündungswirkung von 173 g einer Zwischenzünderladung aus 800/, PETN, die in einem festen Polyesterharz dispergiert ist. Bei höheren Wassergehalten ist die Empfindlichkeit der wäßrigen Ammoniumnitratmassen sogar geringer.
• Die Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Massen wird durch die Teilchengröße der Nitrocellulosesensibilisatorkomponente beeinflußt. Somit ist, je feiner die Teilchengröße des Sensibilisators ist, der Gehalt an Sensibilisierungskomponente um so geringer, die notwendig ist, die Zündung auszulösen. Bei erhöhtem Wassergehalt der Masse wird die Empfindlichkeit derselben verringert, so daß in derartigen Fällen ein Sensibilisator mit feinerer Teilchengröße bevorzugt ist, als er für Massen geringeren Wassergehaltes benötigt wird.
• Die kleinste in der Masse vorliegende Wassermenge ist diejenige, die ausreicht, um die trockenen Komponenten zu benetzen, so daß eine Masse aus Teilchen gebildet wird, die einen zusammenhängenden Körper bildet, oder der Masse eine Erhöhung der Dichte vorzugsweise auf einen Wert über der Dichte des Wassers vermittelt. Obgleich der kleinste Wassergehalt von der Teilchengröße des Ammoniumnitrates und des Nitrocellulosesensibilisators abhängt, wird derselbe im allgemeinen in der Größenordnung von etwa 5 Gewichtsprozent liegen.
• Die Dichte der erfindungsgemäßen: Massen kann innerhalb eines erheblichen Bereiches einreguliert werden, indem die Wassermenge in der Masse abgeändert wird. Im allgemeinen ist jedoch die Verdrängung der Luft aus Hohlräumen bei Normalbedingungen durch den Wasserbestandteil unvollständig in dem Ausmaß, daß im allgemeinen geringere als größtmögliche Dichten erhalten werden. Ein breiterer Dichtebereich wird durch Abänderung des Verfahrens des Mischens der Bestandteile der Masse erzielt, um so das Ausmaß der Verdrängung der mitgerissenen Luft zu steuern. So kann z. B. das Vermischen des Wassers mit den festen Bestandteilen bei einer derartigen Temperatur durchgeführt werden, daß die zwischen den festen Körnern mitgerissene Luft nicht vollständig aus der sich ergebenden Masse ausgetrieben wird, wobei in diesem Falle der Dichtewert in Übereinstimmung mit dem Ausmaß der restlichen mitgerissenen Luft gering ist. Durch Erhöhung der Mischtemperatur wird jedoch das Ausmaß der Entfernung der mitgerissenen Luft größer auf Grund der Lösung großer Anteile des oxydierenden Salzes in Wasser. Bei Erwärmung des Salz-Wasser-Gemisches auf eine ausreichend hohe Temperatur, um das Salz vollständig zu lösen, wird praktisch die gesamte mitgerissene Luft entfernt, und es ergibt sich bei der Abkühlung eine Masse, die für diese Zusammensetzung eine maximale Dichte besitzt. In jedem Falle handelt es sich darum, die Mischtemperaturen zu steuern, so daß die Hohlräume in dem Salz in dem gewünschten Ausmaß ausgefüllt werden.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Wasserhaltiger Sprengstoff auf der Basis von NH4N0" gegebenenfalls mit Zusätzen an Alkalinitraten oder anderen Sauerstoff abgebenden anorganischen Salzen, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 20 bis 80 0/" des oder der anorganischen sauerstoffabgebenden Salze, von 8 bis 700/, eines rauchlosen Pulvers als Sensibilisator und von bis etwa 240/, Wasser auf Gewichtsbasis.
2. 2. Sprengstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Zusatz eines Gelbildners bei 24 "/, übersteigendem Wassergehalt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 1009 990; USA.-Patentschriften Nr. 2 847 291, 2 836 484.