CN117916548A - 机械充气的乳化炸药及相关方法和系统 - Google Patents

Abstract

本文公开了具有抵抗钻孔内迁移或聚结的气泡的乳化炸药。这种乳液可以通过机械地将气泡引入该乳液中来敏化。充气可以在从乳液的最初形成到将该乳液输送到钻孔中的多个点中的任意点处进行。通过均化可以实现对气泡迁移和聚结的抵抗，而不需要气泡稳定剂。

Description

机械充气的乳化炸药及相关方法和系统

相关应用

本申请要求2022年5月2日提交的、名称为“机械充气乳化炸药及相关方法和系统(MECHANICALLY GASSED EMULSION EXPLOSIVES AND RELATED METHODS AND SYSTEMS)”的美国临时专利申请No.63/364,014和2021年8月25日提交的、名称为“机械充气乳化炸药及相关方法(MECHANICALLY GASSED EMULSION EXPLOSIVES AND RELATED METHODS)”的美国临时专利申请No.63/237,079的优先权，它们各自通过引用以其整体并入本文中。

技术领域

本公开总体上涉及炸药组合物领域。更具体地，本公开涉及机械充气乳化炸药及其相关方法。

附图说明

为了容易地识别对任何特定元素或动作的讨论，参考数字中的最高有效数字(一个或多个)指的是首先引入该元素的图号。

图1示出了根据一个实施例的用于输送乳化炸药的方法。

图2A是根据实施例的用于产生雾化燃料流的雾化器组件的截面图。

图2B是在图2A中的视图在所指示的横向平面处截取的横截面。

图2C是图2A的雾化器组件的细节的截面图。

图2D是图2C的细节的端视图。

图2E是图2A的雾化器组件的细节的端视图。

图2F是图2E中所示的雾化器组件的细节的侧视图。

图2G是图2A的雾化器组件的另一细节的截面图。

图2H是图2G的细节的端视图。

图3是根据实施例的用于输送乳化炸药的系统的部件的截面图。

图4示出了根据实施例的用于输送乳化炸药的系统。

具体实施方式

本公开总体上涉及用作炸药的油包水(或熔油(melt-in-oil))乳液以及相关方法。术语“油包水”是指水溶液或与水混溶的熔体(不连续相)的液滴在与油或水不混溶的有机物质(连续相)中的分散体。本发明的油包水乳化炸药含有作为连续相的与水不混溶的有机燃料和作为不连续相的乳化的无机氧化剂盐溶液或熔体。(下文中术语“溶液”或“熔体”应可互换地使用。)

短语“流体连通”以其普通意义使用，并且足够宽泛以指代其中流体(例如，气体或液体)可以从一个元件流动到另一元件的布置。

术语“邻近”在本文中用于指代所公开的对象“附近”或“在”所公开的对象处。例如，“邻近导管的出口”是指在导管的出口附近或在导管的出口处。

乳化炸药通常用于采矿、采石和挖掘工业中，以破碎岩石和矿石。通常，在表面(例如地面或岩石表面)中钻出被称为“钻孔”或“爆破孔”的孔。然后可以将乳化炸药泵入或钻入钻孔中。乳化炸药通常被运输到作业现场或在作业现场制成由于太致密而无法完全引爆的乳液，称为乳液基质。一般来说，乳液基质需要被“敏化”，即经历降低其密度的处理或过程，以便乳液基质成功引爆。敏化的乳液基质被认为是乳化炸药。

敏化通常通过在乳液基质中引入小空隙来实现。这些空隙充当用于传播爆炸的热点。这些空隙可以通过将气体注入乳液中并由此形成离散的气泡、添加微球、其他多孔介质和/或注入化学放气剂以在乳液中反应并由此形成离散的气泡来引入。虽然敏化通常在乳化炸药制备的后期进行，但本公开描述了敏化在较早阶段-例如在初始乳液的产生期间引发的方法。

乳化炸药可以设计为现场制造。这被称为现场混合乳液。在现场混合方法中，制备乳液基质时使用的压力可产生残余压力，该残余压力提供足够的动能以完成乳化炸药的加工并将乳化炸药输送至钻孔。

在本公开中，将气泡引入乳液基质中可以机械地实现，例如通过在制造期间输送至乳液基质的压缩气体。特别地，压缩气体可以与乳液基质的组分一起相结合地引入。例如，压缩气体可用于使该组分与其他组分接触，并且可进一步促进组分的混合以形成敏化的乳化炸药。然后敏化的乳化炸药可以受到剪切应力，从而增加乳化炸药的粘度。所得均化乳化炸药可用于任何合适的目的，例如用于在钻孔中爆炸。

在一些实施例中，均化乳化炸药缺乏或基本上缺乏气泡稳定剂，例如卤代烷基酯(包括氟代脂肪族聚合物酯)、小颗粒(例如二氧化硅颗粒、碘酰乙酯颗粒和各种胶体颗粒)和蛋白质。在一些实施例中，均化乳液包含乳化剂、均化剂或两者。下面另外更详细地讨论本公开的特定实施例的具体特征。短语“气泡稳定剂”或“发泡剂”是指相对于缺乏气泡稳定剂的基本相同的注气乳液而言，降低注气乳液中的气泡聚结速率的组合物。

与气泡稳定剂相反，在一些实施例中，乳液包含乳化剂、均化剂或两者。短语“均化剂”是指在乳液经受剪切应力时促进乳液粘度增加的组合物。当乳液受到剪切应力时，此类均化剂可以促进氧化剂相的相对小的液滴的形成。术语“乳化剂”是指稳定乳液中不同液体之间的液体界面的组合物。在一些情况下，一种组合物可同时充当均化剂和乳化剂。

在一些实施例中，具有相对高粘度的均化乳化炸药可以通过首先形成相对低粘度乳化炸药来制造，该相对低粘度乳化炸药包括在燃料的连续相中的氧化剂盐溶液液滴的不连续相。所述燃料可以是柴油燃料(其也可以被称为“燃料油”)和乳化剂，例如脂肪酸，的混合物。在一些实施例中，乳液基质是约90％至约96％氧化剂盐溶液和约4％-10％燃料(重量/重量)，例如约94％氧化剂盐溶液和约6％燃料。在一些实施例中，氧化剂盐溶液是按重量计约70％至约90％的硝酸铵。

在一些实施例中，均化乳化炸药不含气泡稳定剂。举例来说，均化乳化炸药可以不含任何卤代烷基酯、小颗粒和蛋白质。排除的小颗粒的尺寸范围可以从亚微米(例如，20纳米)到50微米尺寸。换句话说，均化乳化炸药可能没有稳定乳液中的气泡的发泡剂或表面活性剂。

所述乳化剂可以选自任何合适的乳化剂并且可以是燃料的一部分，并且因此是连续相的一部分。例如，燃料可包括最多25％重量的乳化剂、均化剂或两者。例如，所述均化剂可以是燃料中乳化剂/均化剂的20％至100％。因此，例如，当燃料为均化乳液重量的约6％时，均化剂可以为均化乳液重量的约0.3％至约1.5％。

可选择使用的乳化剂和均化剂的实例包括醇烷氧基化物、苯酚烷氧基化物、聚(氧化烯)二醇、聚(氧化烯)脂肪酸酯、胺烷氧基化物、山梨糖醇和甘油的脂肪酸酯、脂肪酸盐,脱水山梨醇酯,聚(氧化烯)脱水山梨醇酯,脂肪胺烷氧基化物,聚(氧化烯)二醇酯,脂肪酸酰胺,脂肪酸酰胺烷氧基化物,脂肪胺,季胺,烷基恶唑啉,烯基恶唑啉,咪唑啉,烷基磺酸盐,烷基芳基磺酸盐,烷基磺基琥珀酸盐,烷基磷酸盐、链烯基磷酸酯、磷酸酯、卵磷脂、聚(氧化烯)二醇和聚(12-羟基硬脂酸)的共聚物。在一些实施例中，乳化剂是聚异丁烯基琥珀酸酐(PIBSA)。在一些实施方案中，乳化剂是脱水山梨糖醇单油酸酯。

在一些实施例中，用于制造机械充气乳化炸药的方法和系统可以涉及一个过程，其中采用雾化来完成乳液的形成和敏化。雾化通常描述将液体分散成散布的细小液滴分的过程。这可以涉及迫使液体在压力下通过具有相对小的孔口的雾化喷嘴，其中离开喷嘴时的压降导致液滴的产生。所实现的雾化程度取决于许多因素，包括孔口尺寸、穿过孔口的压降大小以及流体特性，例如密度、粘度和表面张力。

液体的雾化还可以涉及将液体与雾化介质(例如气体)混合。所述气体可以以提供附加分散能量的状态呈现，例如加压气体或其他膨胀气态介质，如蒸汽。雾化还可以包括液体流和气体流之间的一个或多个冲击阶段，以及产生搅拌或剪切以增强气体在整个液体中的分散的其他方式。在一些应用中，每个气体流以高速接触液体流，并且可以涉及从多个角度的冲击。

在工业过程中使用多种雾化方法和设备，所有这些方法和设备都包含在本公开内容内。雾化器可按它们是采用内部混合还是外部混合来进行分类。在内部混合雾化器中，气体流和液体流被引入混合室，在混合室中以相对高的速度发生剧烈搅拌以产生精细雾化的混合物。在外部混合雾化器中，液体流从喷嘴排出，且然后受到雾化气体流的影响。

图1示出了根据实施例的处理流程100。提供液体燃料102用作乳化炸药的连续相。可以使用本领域已知的并且与氧化剂相和乳化剂(如果存在)相容的任何燃料相。液体燃料的实例包括但不限于燃料油、柴油、馏分油、矿物油、炉油、煤油、汽油、石脑油及其混合物。在一些实施例中，燃料102可以是柴油燃料。

在一些实施例中，燃料还可包含乳化剂、均化剂或包含这两者。在一些实施例中，燃料102基本上不含气泡稳定剂。工艺流程100可以包括雾化燃料102，其中燃料102流和气体104流被引导至雾化器106，在雾化器106中它们组合在一起以形成雾化燃料流108。在一些实施例中，气体104可以是压缩气体，例如压缩氮气、氦气、稀有气体或压缩空气。然后，雾化燃料流108被排放到第一混合区116中，用于结合到乳化炸药中。

可以使用一种设备来促进雾化，该设备适合于以期望的吞吐量实现燃料102和气体104的一定水平的混合。在各种实施例中，压缩气体104和燃料102的混合物穿过一个或多个雾化器喷嘴。在一些实施例中，多个雾化器喷嘴被布置成使得所述混合物以并联、串联或两者的组合的方式流过该多个雾化器喷嘴。在一些实施例中，使用多个，包括2至13个雾化器喷嘴或3至7个雾化器喷嘴来进行雾化。可以选择喷嘴(一个或多个)的孔口尺寸以提供如上所述的特定雾化程度。孔口尺寸也会影响喷嘴的吞吐量。因此，可以结合喷嘴数量来选择孔口尺寸以确定这些输出参数。在一些实施例中，使用具有约0.03125英寸至约0.15625英寸、或更具体地约0.0625英寸至约0.1250英寸的孔口直径的喷嘴来进行雾化。在一个实施例中，进行雾化从而以约300磅/分钟的生产率提供雾化燃料流。

图2A-图2H示出了雾化器组件200的示例的各种视图，该雾化器组件200可用于产生雾化燃料流108，并将所述流引入第一混合区116中。如图2A的截面图中所示，雾化器组件200可包括用于压缩气体(例如，压缩空气)和燃料的混合物进入组件的入口202。混合物穿过至少一个雾化器喷嘴204，混合物通过该雾化器喷嘴204而被雾化。每个雾化器喷嘴204可以由喷嘴板206支撑。如在水平A-A处截取的横截面视图(图2B)中所示，喷嘴板206可以支撑多个雾化器喷嘴204。雾化器组件200可以进一步包括出口208，雾化燃料流108可通过该出口208离开组件并可选地直接进入第一混合区116。雾化器组件200可被构造成通过采用连接器210而被安装在第一混合区116的结构中。该连接器可以包括稳定雾化器组件200的装置，例如夹具和垫圈。

图2C及图2D示出了入口202的进一步的细节，入口202可包括构造成与燃料-气体混合物源流体连接的入口第一端212和构造成将混合物引导到该至少一个雾化器喷嘴204的入口第二端214。如在图2C中的截面中以及图2D的端视图中所示，入口202还可包括入口安装板216，雾化器组件200可通过该入口安装板216固定至表面，例如第一混合区116的外表面。

图2E和图2F分别以端视图和侧视图示出喷嘴板206的进一步细节。喷嘴板206可包括一个或多个喷嘴安装孔218，每个喷嘴安装孔可容纳雾化器喷嘴204(未示出)。在一些实施例中，喷嘴安装孔218和对应的雾化器喷嘴204各自可包括匹配的螺纹，以便于将雾化器喷嘴204固定在喷嘴板206中。

图2G和图2H示出雾化器组件200的出口208的进一步细节，其可包括用于接收该至少一个雾化器喷嘴204的输出的出口第一端220和构造成将所述输出集中并引导至出口第二端224的减径管222，由该出口第二端224聚焦的雾化燃料流108离开该组件。如图2G中的横截面和图2H的端视图中所示，出口208还可以包括出口安装板226，雾化器组件200可以通过出口安装板226固定到表面，例如第一混合区116的内表面。

如上所述，本文所述的油包水乳化炸药含有无机氧化剂盐溶液作为乳液的不连续相。可以使用本领域已知的并且与燃料相和乳化剂(如果存在)相容的任何氧化剂相。氧化剂相的实例包括但不限于释氧盐。释氧盐的实例包括但不限于碱金属和碱土金属硝酸盐、碱金属和碱土金属氯酸盐、碱金属和碱土金属高氯酸盐、硝酸铵、氯酸铵、高氯酸铵及其混合物，例如硝酸铵和硝酸钠或硝酸钙的混合物。

在一些实施例中，形成乳化炸药的工艺流程可包括通过多个步骤将氧化剂盐溶液结合到乳液中。如图1中所示，氧化剂盐溶液110被泵送通过分流器112，分流器112将氧化剂盐溶液110分(例如，分叉)成多个氧化剂流。例如，分流器112可将氧化剂盐溶液110的第一部分引导至通向第一混合区116的第一氧化剂流114，同时分流器112还将氧化剂盐溶液的第二部分引导到第二氧化剂流118，第二氧化剂流118绕过第一混合区116并通向第二混合区120。在一些实施例中，将等量的氧化剂盐溶液110引导至第一氧化剂流114(即，朝向第一混合区116)和第二氧化剂流118(即，朝向第二混合区120)。在其他实施例中，与被引导至第一氧化剂流114的氧化剂盐溶液110相比，更高百分比的氧化剂盐溶液110被引导至第二氧化剂流118。例如，在一些实施例中，55％至65％的氧化剂盐溶液110被引导至第二氧化剂流118，而35％至45％的氧化剂盐溶液被引导至第一氧化剂流114。或者，更高百分比的氧化剂盐溶液110可被引导至第一氧化剂流114，而非第二氧化剂流118。在其他实施例中，代替连接至单个分流器，该多个氧化剂流各自连接至氧化剂盐溶液的不同容器。

在穿过分流器112之后，氧化剂盐溶液110的第一部分进入第一混合区116。第一混合区116被构造成促进氧化剂盐溶液110的第一部分与经由雾化燃料流108输送到第一混合区116中的一定量的燃料的混合。第一混合区116可包括用于接收第一氧化剂流114和雾化燃料流108中的每一个的一个或多个入口。雾化燃料作为分散的液滴被喷射到第一混合区116中。雾化燃料流108的入口可以涉及雾化器106的一部分；例如，当雾化器106包括喷嘴时，喷嘴的孔口可位于第一混合区116的内部或与第一混合区116的内部流体连通。氧化剂盐溶液110可被泵送到第一混合区116中。在一些实施例中，氧化剂盐溶液和雾化燃料同时被引入到第一混合区116中。在一些实施例中，氧化剂盐溶液和雾化燃料被顺序地或以交替的模式引入到第一混合区116中。

雾化燃料流108和第一氧化剂流114在第一混合区116中相互作用，以便实现雾化燃料与氧化剂盐溶液110的第一部分的混合。由于雾化燃料包含细小的燃料液滴和膨胀气体的组合，所得产品可称为富燃料乳化炸药，即敏化燃料氧化剂乳液，其具有最终产品总氧化剂含量的一部分，并且还具有分布在其中的雾化气体的气泡。富燃料乳化炸药的中位气泡尺寸可以为约0.5μm至约250μm，或约20μm至约100μm，或约40μm至约80μm。

当富燃料乳化炸药离开第一混合区116时，该富燃料乳化炸药可具有相对低的粘度，例如约20Pa·s或更小，或约2Pa·s至约8Pa·s。该富燃料乳化炸药离开第一混合区116并被引导至第二混合区120，第二混合区120还接收经由第二氧化剂流118输送的氧化剂盐溶液110的第二部分。第二混合区120可以被配置成接收这些流，以便于促进氧化剂盐溶液110的第二部分与富燃料乳化炸药的混合。在一些实施例中，以重量/重量计，氧化剂盐溶液的第二部分为所得乳液中氧化剂盐溶液110的总量的约45％至约80％，或约50％至约70％。

将氧化剂盐溶液110的第二部分与富燃料乳化炸药的混合产生具有增加的粘度的更平衡的乳化炸药(“更平衡”指的是乳化炸药的氧平衡)。在一些实施方案中，相对于富燃料乳化炸药，更平衡的乳化炸药的粘度增加约6Pa·s至约20Pa·s(例如增加约6Pa·s至约12Pa·s；约9Pa·s至约15Pa·s、约12Pa·s至约18Pa·s、或约15Pa·s至约20Pa·s)。更平衡的乳化炸药的粘度可以为约20Pa·s至约35Pa·s，例如约20Pa·s至约26Pa·s；约23Pa·s至约29Pa·s、约26Pa·s至约32Pa·s、或约29Pa·s至约35Pa·s。

然后，更平衡的乳化炸药可以进入均化器122。均化器122可以操纵更平衡的乳化炸药来改变乳液中氧化剂盐溶液液滴的尺寸分布。例如，在一些实施例中，均化器122使相对较大的氧化剂盐溶液液滴破碎，从而将此类液滴转化成具有较窄尺寸分布的较小液滴。对第二氧化剂流118加压可提供均化更平衡的乳化炸药所需的压力的至少一部分。均化还可以减小气泡尺寸并使气泡在乳液中的分布更加均匀(即，更均化)。在一些实施例中，均化乳化炸药中的气泡尺寸可以在约0.7μm至约250μm的范围内，平均直径为约40μm至约80μm。

对氧化剂盐溶液液滴的这种操作可以引起乳液的粘度的增加(例如，显著增加)。例如，相对于更平衡的乳化炸药，均化乳化炸药的粘度可增加超过约45Pa·s，例如至少增加约50Pa·s、至少约60Pa·s、至少约80Pa·s、至少约100Pa·s、至少约150Pa·s、或至少约180Pa·s。在一些实施例中，均化乳化炸药的粘度可增加约45Pa·s至约75Pa·s、约60Pa·s至约90Pa·s、约75Pa·s至约105Pa·s或约90Pa·s至约140Pa·s。例如，均化乳化炸药可具有大于或等于80Pa·s的粘度。例如，均化乳化炸药可具有约80Pa·s至约300Pa·s的粘度，例如约80Pa·s至约100Pa·s、约90Pa·s至约120Pa·s、约105Pa·s至约135Pa·s、约120Pa·s至约150Pa·s、约135Pa·s至约170Pa·s、约160Pa·s至约190Pa·s、约180Pa·s至约220Pa·s、约200Pa·s至约250Pa·s、或约240Pa·s至约300Pa·s的粘度。

均化乳化炸药的增加的粘度可以减少气泡迁移和/或气泡聚结，从而导致具有增加的组合物稳定性的乳化炸药。换句话说，至少部分由于均化乳化炸药的粘度增加，乳液内的气泡可具有降低的流动性和/或降低的与其他气泡合并的倾向。本文所述的具有相对高粘度的机械充气均化乳化炸药的实施例可以更能抵抗气泡迁移和/或聚结，而不需要气泡稳定剂。然而，有效地使较高粘度乳液(例如本公开的更平衡的乳化炸药和均化乳化炸药)充气可能需要不同的技术方法，因为粘性乳液阻止气泡产生。例如，可能需要更有力的方法来机械地对高粘度乳液充气。上述方法有利于高粘度乳化炸药的生产，因为它们涉及在乳液形成的初始阶段通过机械放气开始敏化。

均化乳化炸药可被输送到钻孔124中用于爆炸。换句话说，均化乳化炸药可以通过软管输送并放置在钻孔124内以用于随后的爆炸。

受益于本公开的本领域普通技术人员将理解，可以使用任何数量的系统来实现本文描述的过程。另外，受益于本公开内容的本领域普通技术人员将理解，本文描述的机械充气均化乳化炸药可以以本领域已知的其他方式另外处理。例如，可以在将均化乳液基质通过导管输送至钻孔的同时引入润滑剂，例如水。

附加组分，例如固体敏化剂和/或能量增加剂，可以与均化乳化炸药混合。固体敏化剂的实例包括但不限于玻璃或烃微球、纤维素填充剂、膨胀矿物填充剂等。能量增加剂的例子包括但不限于金属粉末，例如铝粉，和固体氧化剂。固体氧化剂的实例包括但不限于形成多孔球体的释氧盐，在本领域也称为“小球”。释氧盐的实例包括硝酸铵、硝酸钙和硝酸钠。可以使用本领域已知的并且与均化乳化炸药的燃料相容的任何固体氧化剂。均化乳化炸药还可以与爆炸性混合物混合，例如硝酸铵燃料油(“ANFO”)混合物。

本文所述的机械充气均化乳化炸药可在地上和地下应用中用作散装炸药。本文描述的所有方法步骤可以经由移动处理单元来执行。一旦布置在钻孔中，就可以以任何合适的方式引爆机械充气的均化乳化炸药。例如，当不受限制或位于高于特定密度的临界直径的钻孔中时，本文所述的含有足够低水量的机械充气均化乳化炸药可以被充分敏化以用No.8爆破帽引爆。

根据以上描述，本公开涵盖通过在均化之前将压缩气体引入到乳液基质中来敏化乳化炸药。这可以在工艺流程中的一个或多个点进行，例如，在富燃料乳化炸药的形成期间，以及在更平衡的乳化炸药形成之前、形成期间和/或形成之后。在另一个实例中，一个过程可包括获得乳液基质，所述乳液基质包含在燃料的连续相中的氧化剂盐溶液液滴的不连续相，其中该乳液基质具有约4Pa·s至约20Pa·s的初始粘度；以机械方式将气泡引入乳液基质中，以使乳液基质敏化以及形成乳化炸药；以及均化乳化炸药，以形成基本上不含气泡稳定剂的均化乳化炸药，该均化乳化炸药的粘度大于或等于80Pa·s(例如约80Pa·s至约300Pa·s、约80Pa·s至约100Pa·s、约90Pa·s至约120Pa·s、约105Pa·s至约135Pa·s、约120Pa·s至约150Pa·s、约135Pa·s至约170Pa·s、约160Pa·s至约190Pa·s、约180Pa·s约220Pa·s、约200Pa·s至约250Pa·s、或约240Pa·s至约300Pa·s)并且。在一些实施例中，可以在均化之前引入气泡(例如，压缩气体)。

本发明还包括用于制造机械充气乳化炸药的方法和系统，所述乳化炸药中乳液可以在炸药形成的后期阶段(例如在均化之后)至少部分地敏化。例如，可以在将乳液输送到钻孔期间或之后将压缩气体与乳液混合。该步骤可以是应用于乳液的唯一敏化处理，或者它可以在一个或多个先前的敏化步骤(例如上面讨论的那些)之后。

如上所述，乳化炸药可以经由导管输送到钻孔中，该导管可以包括例如构造成插入钻孔中的软管。在一些实施例中，导管可被构造成传送平行的乳液流和压缩气体流。例如，所述导管可包括提供与这些流的源—例如包含乳液基质的储存器和压缩气体的储存器和/或与气体供给源—的单独流体连接的元件。所述导管还可以被构造成在靠近导管出口的点处合并这些流，以便将压缩气体的气泡引入乳液中以产生敏化乳化炸药。

图3示出了适合于这种用途的导管300的一个实施例的横截面切片。在该实施例中，导管300包括柔性管302。柔性管302包括第一环形装置304，该第一环形装置304包括内表面306和外表面308。内表面306与外表面308隔开第一厚度310。第一环形装置304被构造成传送乳液基质流。在一些实施例中，第一环形装置304可以流体连接至均化器的输出端，以便传送由均化器产生的均化乳液产物的流。

柔性管302还包括从第一环形装置304径向偏移的第二环形装置312。第二环形装置312相对于第一环形装置304的中心径向地定位在内表面306和外表面308之间。第二环形装置312的直径小于第一厚度310的长度。第二环形装置312构造成输送压缩气体流。第二环形装置312的纵向长度可基本上等于或大于第一环形装置304的纵向长度。第二环形装置312可大致平行于(例如，纵向地平行于)第一环形装置304。在一些实施例中，第二环形装置312可形成围绕第一环形装置304的基本上螺旋形或盘旋的路径。在这种情况下，第二环形装置312的长度可以大于第一环形装置304的长度，以便将它们各自的流传送到共同位置。

在图3中，第二环形装置312在柔性管302的侧壁内限定了单独的管。在备选实施例中，单独的管可以位于柔性管302的外部以用于输送压缩气体流。例如，该单独的管可以附接到柔性管302的外表面308。在另一备选方案中，该单独的管可以位于柔性管302的内部，例如附接到内表面306。

图4示出了配备有如上所述的导管300的卡车400的侧视图。图4示出了安装在卡车400上的用于乳液基质的储存器402和压缩气体供应装置404。图4呈现了简化的卡车400，在一些实施例中，其可以容纳用于制备乳化炸药的其他部件，这些部件可以位于未示出的储存器402的上游。例如，储存器402可以是安装在卡车400上的用于制造乳化炸药的系统的部件。在一些实施例中，该系统可以是用于制造如上所述的机械充气的乳化炸药的系统，并且储存器402可以是均化器。在一些实施例中，储存器402用于存储在单独的设施中制备且然后装载到卡车400上的均化乳液基质。卡车400定位在竖直钻孔406附近。导管300从软管卷盘408解绕并插入竖直钻孔406中。储存器输出端410将储存器402流体连接到导管300内的第一环形装置304(未示出)。气体输出端412将压缩气体供应装置404流体连接到导管300的第二环形装置312(以虚线示出)，但是与储存器402流体地分离。

导管300将来自储存器402的均化乳液和来自压缩气体供应装置404的压缩气体以基本上平行的流传送至钻孔406。该系统还可以包括一种结构，该结构被构造成促进流的组合，以在炸药从导管300的出口416排出并进入钻孔406之前形成所述敏化炸药产品。如图4中所示，出口416可包括喷嘴414，喷嘴414连接至导管300并构造成将敏化炸药产物传送至钻孔300。喷嘴414的内表面可与第一环形装置304的内表面306匹配。喷嘴414可包括至少一个端口，其被配置用于将压缩气体流引入到包含均化乳液的流中。该至少一个端口可以连接喷嘴的外表面和内表面。柔性管302的第二环形装置312的出口可流体地连接至喷嘴414的外表面和该至少一个端口。喷嘴414的外表面可包括用于将该第二环形装置312的出口流体连接至喷嘴414的该至少一个端口的通道。

在一些实施例中，可以以足够的压力将压缩气体引入乳液中以实现这两种组分的混合。在一些实施例中，喷嘴414可包括位于喷嘴414的内表面内的混合元件。该至少一个端口可位于该混合元件的上游。所述混合元件可构造成通过将压缩气体流混合到乳液中以在乳液内产生气泡来实现乳化炸药的初始敏化或进一步敏化。该混合器可以包括静态混合器。静态混合器的实例包括但不限于螺旋静态混合器。可以使用本领域已知的并且适合于将乳液与压缩气体混合的任何静态混合器。

在一些实施例中，均化器可邻近喷嘴或并入喷嘴中。这可以是除上述均化器之外的第二均化器，其中该第二均化器被配置成进一步均化敏化乳化炸药。该均化器可以是动态均化器、静态均化器或者可以包括两者的元件。动态均化器的一个例子是液压或气动驱动的剪切阀，其中液压流体或压缩空气响应于乳化炸药流的压力而压缩或膨胀到一定程度，从而允许阀座轻微波动。这改变了乳液基质流所承受的剪切量—取决于乳液基质流的压力。

作为对比，静态均化器的示例是由螺纹轴致动(例如，手动或电机致动)的剪切阀。当流动的乳液基质流中发生压力变化时，螺纹轴不允许阀座大幅波动。乳化炸药流所承受的剪切量不会随着乳液基质流的压力而发生较大变化。

本文公开的任何方法包括用于执行所描述的方法的一个或多个步骤或动作。该方法步骤和/或动作可以彼此互换。换句话说，除非实施例的正确操作要求步骤或动作的特定顺序，否则可以修改具体步骤和/或动作的顺序和/或使用。此外，本文描述的方法的子例程或仅一部分可以是本公开的范围内的单独的方法。换句话说，一些方法可以仅包括更详细的方法中描述的步骤的一部分。

在整个说明书中对“实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，本说明书通篇所引用的短语或其变体不一定全部指同一实施例。

类似地，受益于本公开的本领域技术人员应当理解，在实施例的以上描述中，出于使公开简化的目的，各种特征有时被分组在单个实施例、附图或其描述中。然而，这种公开方法不应被解释为反映任何权利要求需要比该权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。相反，如所附权利要求所反映的，创造性方面在于少于任何单个前述公开的实施例的所有特征的组合。因此，本具体实施方式所附的权利要求特此明确地并入本具体实施方式中，其中每个权利要求本身作为单独的实施例。本公开包括独立权利要求及其从属权利要求的所有排列。

权利要求中对有关于特征或元件的术语“第一”的叙述并不一定意味着第二或附加的这样的特征或元件的存在。对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的基本原理的情况下，可以对上述实施例的细节进行改变。

Claims (43)

1.一种乳化炸药的输送方法，所述方法包括：

将氧化剂盐溶液分成第一部分和第二部分；

用气体来雾化燃料以形成雾化燃料，其中所述燃料基本上不含气泡稳定剂；

将所述氧化剂盐溶液的第一部分与所述雾化燃料混合，以形成其中分散有气泡并具有初始粘度的富燃料乳化炸药；

将所述富燃料乳化炸药与所述氧化剂盐溶液的第二部分混合，以形成具有增加的粘度的更平衡的乳化炸药；

将所述更平衡的乳化炸药均化，以形成粘度进一步增加的均化乳化炸药。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述富燃料乳化炸药的初始粘度为约20Pa·s或更小。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述初始粘度为约8Pa·s至约14Pa·s。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述更平衡的乳化炸药的增加的粘度比所述富燃料乳化炸药的粘度大约6Pa·s至约20Pa·s。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述更平衡的乳化炸药具有约20Pa·s至约35Pa·s的粘度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述均化乳化炸药的粘度相对于所述更平衡的乳化炸药增加约40Pa·s至约180Pa·s。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述均化乳化炸药的粘度为约80Pa·s至约300Pa·s。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述气泡具有约0.5μm至约250μm的中值气泡尺寸。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述中值气泡尺寸为约20μm至约100μm。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中以重量/重量计，所述氧化剂盐溶液的第二部分为所述氧化剂盐溶液的总量的约45％至约80％。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述第二部分为所述总氧化剂盐溶液的约55％至65％。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述燃料还包含至多25％重量的乳化剂、均化剂或其组合。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述乳化剂、均化剂或其组合包含约20％重量至约100％重量的均化剂。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，还包括使所述均化乳化炸药通过导管流入钻孔中。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括在邻近所述导管的出口处将气体流引入所述均化乳化炸药中。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，还包括对所述氧化剂盐溶液的第二部分加压以提供均化所述更平衡的乳化炸药所需的压力的至少一部分。

17.一种通过权利要求1至16中任一项所述的方法制造的均化乳化炸药。

18.一种用于产生雾化燃料流的组件，包括：

构造成接收燃料和压缩气体的混合物的入口；

一个或多个雾化器喷嘴，各个雾化器喷嘴均具有孔口，其中各个雾化器喷嘴被定位成接收所述混合物，并且被构造成使得所述混合物在穿过所述雾化器喷嘴并离开所述孔口时被雾化，从而产生雾化燃料流；和

构造成接收所述雾化燃料流并将所述雾化燃料流引导出所述组件的出口。

19.根据权利要求18所述的组件，包括1至13个雾化器喷嘴。

20.根据权利要求19所述的组件，包括3至7个雾化器喷嘴。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的组件，其中所述孔口具有约0.03125英寸至约0.15625英寸的直径。

22.根据权利要求21所述的组件，其中所述孔口具有约0.0625英寸至约0.1250英寸的直径。

23.一种输送乳化炸药的方法，所述方法包括：

将导管插入钻孔中；

使乳液基质流过所述导管；

在邻近所述导管的出口处将压缩气体引入乳液基质中，以形成乳化炸药；和

将所述乳化炸药输送到所述钻孔中。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述乳液基质是均化乳化炸药。

25.根据权利要求23或24所述的方法，还包括在邻近所述导管的出口处将所述乳液基质与所述压缩气体混合。

26.根据权利要求23至25中任一项所述的方法，包括使所述乳液基质和所述压缩气体以分离的流流过所述导管。

27.一种用于输送乳化炸药的系统，包括：

构造成储存乳液基质的储存器；

构造成产生压缩气体的气体供应装置；

构造成插入到钻孔中的导管，其中所述导管流体连接至所述储存器并被构造成输送所述乳液基质，并且其中，所述导管还流体地连接至气体供应装置并被构造成将所述压缩气体输送至邻近所述导管的出口的点，并在所述点处将所述压缩气体引入所述乳液基质中以形成乳化炸药；和

位于所述导管的出口处并可操作地连接至所述导管的出口的喷嘴，其中所述喷嘴构造成将所述乳化炸药传送至所述钻孔。

28.根据权利要求27所述的系统，其中所述喷嘴包括至少一个端口，所述至少一个端口被构造成在邻近所述出口的所述点处将所述气体引入到所述乳液基质中。

29.根据权利要求27或28所述的系统，还包括邻近所述导管的出口定位的混合器，其中所述混合器构造成将所述乳液基质与所述压缩气体混合。

30.根据权利要求29所述的系统，其中所述混合器被结合到所述喷嘴中。

31.根据权利要求27至30中任一项所述的系统，还包括邻近所述导管的出口定位的均化器。

32.根据权利要求31所述的系统，其中所述均化器被并入所述喷嘴中。

33.根据权利要求27至32中任一项所述的系统，其中所述导管包括柔性管，其中所述柔性管包括第一环形装置，所述第一环形装置包括内表面和外表面，其中所述内表面与所述外表面隔开第一厚度，其中所述第一环形装置流体地连接至所述储存器，并且被构造成将所述乳液基质传送至邻近所述出口的点。

34.根据权利要求33所述的系统，其中所述导管还包括与所述第一环形装置共同延伸的第二环形装置，其中所述第二环形装置流体地连接到所述气体供应装置并且被构造成将所述压缩气体传送到邻近所述出口的所述点。

35.根据权利要求34所述的系统，其中所述第二环形装置径向地位于所述第一环形装置的内表面和外表面之间。

36.根据权利要求34所述的系统，其中所述第二环形装置径向地位于所述第一环形装置的内表面内。

37.根据权利要求34所述的系统，其中所述第二环形装置限定位于所述第一环形装置的外表面外侧的单独的管。

38.根据权利要求34至37中任一项所述的系统，其中所述第二环形装置形成围绕所述第一环形装置的基本上螺旋形的路径。

39.根据权利要求27至38中任一项所述的系统，其中所述储存器是均化器。

40.根据权利要求27至38中任一项所述的系统，其中在制备所述乳液基质之后，所述储存器能够装载有所述乳液基质。

41.一种输送乳化炸药的方法，所述方法包括：

获得在燃料的连续相中包含氧化剂盐溶液液滴的不连续相的乳液基质，其中所述乳液基质具有约4Pa·s至约20Pa·s的初始粘度；

以机械方式将气泡引入所述乳液基质中，以使所述乳液基质敏化，且形成乳化炸药；和

将所述乳化炸药均化，以形成粘度大于或等于80Pa·s且基本不含气泡稳定剂的均化乳化炸药。

42.根据权利要求41所述的方法，其中机械引入气泡的步骤是在均化所述乳化炸药的步骤之前。

43.根据权利要求41或权利要求42所述的方法，还包括：

将导管插入钻孔；

使所述均化乳化炸药流过所述导管；

在邻近所述导管的出口处将压缩气体引入均化乳化炸药中；和

将所述均化乳化炸药输送至所述钻孔内。