DE102012110955B4

DE102012110955B4 - Sprengkapselempfindliche konfektionierte Initiierungsladungen für sprengtechnische Anwendungen und deren Verwendung

Info

Publication number: DE102012110955B4
Application number: DE102012110955.9A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Klunker; Konrad Ziegler
Original assignee: EST Energetics GmbH
Current assignee: EST Energetics GmbH
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2016-12-15
Anticipated expiration: 2032-11-15
Also published as: HRP20170639T1; EP2920134B1; AU2013346947A1; DE102012110955A8; RS55867B1; EP2920134A2; US20160052835A1; HUE032763T2; PT2920134T; ES2624300T3; AU2013346947B2; DE102012110955A1; WO2014076099A3; DK2920134T3; SI2920134T1; LT2920134T; WO2014076099A2; US10227266B2; US20190210937A1; PL2920134T3

Abstract

Sprengkapselempfindliche Initiierungsladung für sprengtechnische Anwendungen umfassend eine Mischung umfassend ein Nitroalkan und ein hohlraumbildendes Mittel sowie eine Aufnahme für eine Zündvorrichtung, wobei das Nitroalkan Nitromethan ist und das hohlraumbildende Mittel als Mikroglashohlkugel ausgeführt ist und die Mischung 1,5–10 Gew.-%, vorzugsweise 3–8 Gew.-%, besonders bevorzugt 5–7 Gew.-% Aerosil, 0,2–10 Gew.-%, vorzugsweise 0,5–5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,8–2 Gew.-% Mikroglashohlkugel sowie 85–98,3 Gew.-%, vorzugsweise 89–95, besonders bevorzugt 91–93 Gew.-% Nitromethan aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft sprengkapselempfindliche konfektionierte Initiierungsladungen für sprengtechnische Anwendungen.
In zivilen Sprenganwendungen werden bevorzugt unsensible, ungiftige und preiswerte Sprengstoffe verwendet, die meist auf Ammoniumnitrat basieren. Neben dem schon lange bekannten ANFO werden beispielsweise im Salzbergbau oder Tunnelvortrieb sogenannte Pumpsprengstoffe eingesetzt. Bei letzteren unterscheidet man Emulsionssprengstoffe und Suspensionssprengstoffe (Slurries, Sprengschlämme).
Dabei versteht man unter ANFO (engl. Ammonium Nitrate Fuel Oil, Handelsname z. B. ANDEX) ein Gemisch aus porösem Ammoniumnitrat und Mineralöl bzw. Dieselöl (englisch fuel oil), welches im Bergbau als handhabungssicherer Sprengstoff eingesetzt wird.
Diese Sprengstoffe benötigen zur sicheren Zündung sogenannte Initialsprengstoffe (Booster, Verstärkerladungen oder Primer). Initialsprengstoffe sind so ausgebildet, dass sie sich durch handelsüblich gewerbliche Spreng-Zünder sicher zur Explosion bringen lassen. Sie dienen mit Sprengkapseln als Verstärker-Ladung zum Initiieren der Haupt-Sprengladungen.
Initialsprengstoffe zeichnen sich durch hohe Empfindlichkeit gegen Reibung, Stoß, Schlag und Erhitzung aus. Knallquecksilber wird z. B. schon durch Erhitzen auf 160 C (Zündschnur) beziehungsweise durch einen aus 4 cm Höhe herabfallenden 2-kg-Fallhammer zur Detonation gebracht. Die Initialzündung mit Sprengkapseln wurde 1862 durch Alfred Nobel erfunden. Wichtige Initialsprengstoffe sind Knallquecksilber (Quecksilberfulminat), Bleiazid, Silberazid, Silberacetylid, Knallsilber (Silberfulminat), Diazodinitrophenol, Bleipikrat (Trinitrophenolblei), Bleistyphnat (Bleitrinitroresorcinat), Tetrazen, Nickelhydrazinnitrat (NHN), Hexamethylentriperoxiddiamin (HMTD), Acetonperoxid (DADP, TATP oder APEX), 3-Nitrobenzoldiazoniumperchlorat, Quecksilberazide, Tetraaminkupfer(II)chlorat (TACC) und Kupferacetylid.
Als sprengkapselempfindliche konfektionierte Initiierungsladungen, auch als Initial-Verstärkungs-Detonator oder IV-Detonator bezeichnet, werden gewöhnlich gepresste, zylindrische Sprengkörper aus Tetryl, Trotyl, phlegmatisiertem (Herabsetzung der Empfindlichkeit) Hexogen, Nitropenta, Pikrinsäure und anderen Sprengstoffen verwendet. All diesen Stoffen ist gemeinsam, dass sie eine größere Empfindlichkeit gegenüber dem Anfangsimpuls aufweisen als der Sprengstoff der Hauptladung (z. B. ANFO, gegossenes TNT, pulverförmige Sprengstoffe). Als Verstärkerladung bei Gesteinsprengungen werden häufig zusätzlich Schlagpatronen aus gelatiniertem Sprengstoff verwendet, um die Hauptladung aus pulverförmigen Sprengstoffen oder Emulsionssprengstoffen zu initiieren. Masse und Form des IV-Detonators werden so berechnet, dass bei der Detonation ein Impuls entsteht, der die Auslösung der Detonation der Hauptladung und das gewünschte Detonationsverhalten gewährleistet. Die Initiierung des IV-Detonators wird durch eine Sprengkapsel, einen Elektrodetonator oder einen Zünder ausgelöst.
Im Stand der Technik sind bisher verschiedene Lösungen bekannt.
So offenbart die US 3 902 933 A eine Zusammensetzung von Explosionsstoffen als Initiierungsladung zur Detonation von Nitromethan. Die Initiierungsladung (Primer) besteht dabei aus einem Polyurethanschaum mit 15–85 % Mikroglasspheren (Spalte 2 Zeilen 41–46), welcher anschließend an ein Detonationsmittel angebracht und in das zu detonierende Nitromethan eingebracht wird.
Das Dokument US 4 334 476 A beschreibt eine Sprengkapsel, welche zur Handhabung von Flüssigsprengstoffen und feuchtigkeitsempfindlichen Sprengstoffen geeignet ist. Dabei wird eine zylinderförmige Kapsel zur Aufnahme der Initiierungsladung bereitgestellt, welche im Inneren einen zylinderförmigen, mit einer separaten Wand versehenen Hohlraum aufweist, welcher zur Aufnahme des Sprengmittels ausgebildet ist.
Schließlich wird in der US 3 797 392 A die Sensitivierung von Flüssigsprengstoffen, wie Nitromethan, durch Einbringen von Sensitivierungsmitteln offenbart. Dabei werden Mikroglashohlkugeln oder Keramikhohlkugel auf einem Baumwollstreifen angeordnet, welche in Nitromethan eingebracht werden, wobei der Baumwollstreifen dazu dient, die eingebrachten Glashohlkugeln in Position zu halten.
Problematisch an den bisher verwendeten IV-Detonatoren ist, dass diese entweder aus langfristig nicht mehr verfügbaren militärischen Sprengstoffen bestehen (TNT gepresst, Composition B gegossen etc.) oder klassische Schlagpatronen aus gelatinösem Sprengstoff (Dynamit-Nachfolger auf Sprengölbasis) verwendet werden, welche langfristig problematisch wird. Dabei spielen neben der erhöhten Gesundheitsgefahr durch Salpetersäureester auch die problematische und unfallträchtige Produktion und der damit verbundene hohe Preis eine erhebliche Rolle.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen IV-Detonator anzugeben, welcher sicher anwendbar, preiswert und sicher herstellbar ist und zudem gesundheitlich unbedenklich handhabbar ist.
Die Aufgabe wird durch eine sprengkapselempfindliche Initiierungsladung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird eine sprengkapselempfindliche Initiierungsladung vorgeschlagen, welche eine Mischung umfassend ein Nitroalkan und ein hohlraumbildendes Mittel umfasst sowie eine Aufnahme für eine Zündvorrichtung.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass Nitroalkane sich zum Einsatz in sprengkapselempfindlichen Initiierungsladungen eignen.
Nitroalkane können chemisch, z.B. durch Aminzusatz und/oder mechanisch durch Erzeugung von kleinen Hohlräumen oder gasgefüllten Kavitäten (Aufschäumung) aktiviert werden, d.h., sie werden sprengkapselempfindlich und verhalten sich wie brisante Sprengstoffe. Um die Hohlraumbildner in gleichmäßiger Verteilung zu halten, ist die Zugabe eines Thixotropierungsmittels angezeigt. Derartige Mischungen wurden in der US 3 713 915 A offenbart.
Erfindungsgemäß ist das Nitroalkan Nitromethan. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Mischung Aerosil. Unter Aerosil wird hierbei eine pyrogene Kieselsäure verstanden. Das hohlraumbildende Mittel ist als Mikroglashohlkugel (GMB) ausgeführt.
Erfindungsgemäß weist die Mischung 1,5–10 Gew.-%, vorzugsweise 3–8 Gew.-%, besonders bevorzugt 5–7 Gew.-% Aerosil, 0,2–10 Gew.-%, vorzugsweise 0,5–5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,8–2 Gew.-% Mikroglashohlkugel (GMB) sowie 85–98,3 Gew.-%, vorzugsweise 89–95, besonders bevorzugt 91–93 Gew.-% Nitromethan auf.
Weiterhin sind Nitromethan-Mischungen bekannt, welche mit kommerziell verfügbaren Mikroglashohlkugeln (glass micro balloons, GMB) erzeugte wurden und die mit mehr als 6000 m/s detonierten und kapselempfindlich sind (Presles et al. Shock Waves, April 1995, Volume 4, Issue 6, S. 325–329).
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die sprengkapselempfindliche Initiierungsladung aus einem flüssigkeitsundurchlässigen Material ausgebildet. Dadurch wird ein Austreten des Nitromethans und gegebenenfalls Wassers vermieden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Zündvorrichtung eine Sprengkapsel oder Sprengschnur.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die sprengkapselempfindliche Initiierungsladung eine geeignete Wanddicke auf. Dadurch wird so eine sichere Zündübertragung von der Kapsel oder Schnur auf die Nitroalkanmischung gewährleistet. Die Wanddicke ist dabei abhängig von dem Material der Wandung sowie der verwendeten Mischung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die sprengkapselempfindliche Initiierungsladung eine Öffnung in Richtung des zu sprengenden konventionellen Sprengstoffs auf. Die sprengkapselempfindliche Initiierungsladung, welche die erfindungsgemäße Mischung enthält wird dabei in den zu sprengenden Sprengstoff mit der Öffnung eingepresst. Durch die enthaltene Öffnung ist eine sichere Zündübertragung von der Initiierungsladung auf den Sprengstoff gewährleistet. Gleichzeit wird durch das Einpressen ein Verschluss der Öffnung bewirkt, sodass die erfindungsgemäße Mischung nicht verdampfen kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das hohlraumbildende Mittel als Mikroglashohlkugel (GMB) mit einer Korngröße von 20–200 µm, vorzugsweise 40–150 µm, besonders bevorzugt 80–120 µm ausgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das hohlraumbildende Mittel als Mikroglashohlkugel (GMB) mit einer Korngröße von im Wesentlichen 100 µm ausgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Mischung 6,5 Gew.-% Aerosil, 1 Gew.-% Mikroglashohlkugel (GMB) mit einer Korngröße von im Wesentlichen 100 µm sowie 92,5 Gew.-% Nitromethan auf.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen sprengkapselempfindlichen Initiierungsladung.
Die erfindungsgemäßen sprengkapselempfindlichen Initiierungsladungen werden zur Initiierung von nicht kapselempfindlichen gewerblichen Sprengstoffen, vorzugsweise in Bohrlöchern über und unter Tage, zur Initiierung von größeren Verstärkerladungen und zum Direkteinsatz für Sondersprengungen (Lawinen, Eis, etc.) verwendet. Insbesondere werden die erfindungsgemäßen sprengkapselempfindlichen Initiierungsladungen zur Initiierung von Sprengstoffen in Montananwendungen und im Tunnelbau verwendet.
Die erfindungsgemäßen sprengkapselempfindlichen Initiierungsladungen weisen dabei die nachfolgenden Vorteile auf:
Mit den erfindungsgemäßen sprengkapselempfindlichen Initiierungsladungen werden Detonationsgeschwindigkeit von ca. 6000 m/s erreicht, wodurch nicht kapselempfindliche Sprengstoffe zur Detonation gebracht werden können. Weiterhin werden bei der Verwendung der sprengkapselempfindlichen Initiierungsladungen keine Nitroaromaten, welche im Verdacht stehen, krebserregend zu sein und kein keine Nitroester, welches physiologisch problematisch durch mögliche Vasodilatation sind, gebildet. Dadurch werden gesundheitliche Probleme bei den Anwendern vermieden. Zudem ist das erfindungsgemäße Nitromethan ein preiswertes, aufgrund der Gasphasennitrierung von Propan, langfristig verfügbares Produkt, welches – auch dann noch, wenn recycelte militärische Sprengstoffe knapp werden
Weiterhin ist Nitromethan kein Explosivstoff, wodurch Transport und Lagerung günstig sind und weist die Lagerklasse 3 (Entzündbare flüssige Stoffe) auf. Daneben weist Nitromethan eine geringe Giftigkeit auf: LD50 oral Ratte: 940 mg/kg, WGK 2.
Vorteilhaft ist auch, dass bei Beschädigung der erfindungsgemäßen sprengkapselempfindlichen Initiierungsladungen diese sich durch vollständige Verflüchtigung des Nitromethans an der Luft selbst „entschärfen“.
Die erfindungsgemäßen sprengkapselempfindlichen Initiierungsladungen sind absolut wasserfest und temperaturbeständig ausgeführt. Es erfolgt kein Ausschwitzen der Flüssigkeiten. Dadurch sind die erfindungsgemäßen sprengkapselempfindlichen Initiierungsladungen in der Mischung mit Aerosil und GMB´s unbegrenzt lagerfähig, da keine chemische Reaktion der Mischungskomponenten auftreten.
Weiterhin erfordert die Herstellung der erfindungsgemäßen sprengkapselempfindlichen Initiierungsladungen keine gefährlichen Schmelzvorgänge. Zudem ist nach Mischung der Komponenten keine lange Wartezeit notwendig, weshalb die Herstellung sich in einfacher Weise sich gut unter Sicherheit (von Personen getrennt) automatisiert gestalten lässt.
Wesentlich ist auch, dass die in der Mischung enthaltenen Komponenten keine Explosivstoffe sind, was nur geringe Lager und Transportkosten erforderlich macht.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Kombinationen der Ansprüche oder einzelner Merkmale davon.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele eingehend erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wurde reines Ammoniumnitrat und ANFO (jeweils mit 13 g der erfindungsgemäßen Zusammensetzung in einer zylindrischen Initialladung) mit folgender Zusammensetzung zur detonativen Umsetzung gebracht: 6,5 %, Aerosil, 1% GMBs ca. 100 µm, 92,5 % Nitromethan.
Dabei wurden Detonationsgeschwindigkeit von ca. 6000 m/s gemessen, was eine hinreichende Eignung der Mischung zur Initiierung von nicht kapselempfindlichen gewerblichen Sprengstoffen, zur Initiierung von größeren Verstärkerladungen und zum Direkteinsatz für Sondersprengungen (Lawinen, Eis, etc.) zeigen.

Claims

Sprengkapselempfindliche Initiierungsladung für sprengtechnische Anwendungen umfassend eine Mischung umfassend ein Nitroalkan und ein hohlraumbildendes Mittel sowie eine Aufnahme für eine Zündvorrichtung, wobei das Nitroalkan Nitromethan ist und das hohlraumbildende Mittel als Mikroglashohlkugel ausgeführt ist und die Mischung 1,5–10 Gew.-%, vorzugsweise 3–8 Gew.-%, besonders bevorzugt 5–7 Gew.-% Aerosil, 0,2–10 Gew.-%, vorzugsweise 0,5–5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,8–2 Gew.-% Mikroglashohlkugel sowie 85–98,3 Gew.-%, vorzugsweise 89–95, besonders bevorzugt 91–93 Gew.-% Nitromethan aufweist.
Sprengkapselempfindliche Initiierungsladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Initiierungsladung aus einem flüssigkeitsundurchlässigen Material ausgebildet ist.
Sprengkapselempfindliche Initiierungsladung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündvorrichtung eine Sprengkapsel oder Sprengschnur ist.
Sprengkapselempfindliche Initiierungsladung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlraumbildende Mittel als Mikroglashohlkugel mit einer Korngröße von 20–200 µm, vorzugsweise 40–150 µm, besonders bevorzugt 80–120 µm ausgeführt ist.
Sprengkapselempfindliche Initiierungsladung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung 6,5 Gew.-% Aerosil, 1 Gew.-% Mikroglashohlkugel mit einer Korngröße von im Wesentlichen 100 µm sowie 92,5 Gew.-% Nitromethan aufweist.
Verwendung einer sprengkapselempfindlichen Initiierungsladung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Initiierung von nicht kapselempfindlichen gewerblichen Sprengstoffen, vorzugsweise in Bohrlöchern über und unter Tage, zur Initiierung von größeren Verstärkerladungen und zum Direkteinsatz für Sondersprengungen.
Verwendung nach Anspruch 6 zur Initiierung von Sprengstoffen in Montananwendungen und im Tunnelbau.