DE1109579B - Gestreckte Ladung, besonders fuer seismische Zwecke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine gestreckte Ladung, besonders für seismische Zwecke, bestehend aus Teilladungen, die so in solchen Abständen voneinander angeordnet sind, daß eine sympathetische Detonationsübertragung von einer Teilladung auf die andere nicht erfolgen kann, und die durch Zündverzögerungselemente verbunden sind, die eine Verzögerung jeweils im Bereich von 0,25 bis 5 msec erzeugen.

In der USA.-Patentschrift 2 823 609 ist ein Verfahren zur seismischen Bodenuntersuchung beschrieben, bei welchem eine Anzahl von Sprengstoffladungen in einem Bohrloch in Abständen angeordnet und in zeitlichen Intervallen fortschreitend so gezündet werden, daß eine Gesamtgeschwindigkeit erhalten wird, die geringer als die Detonationsgeschwindigkeit des Sprengstoffs ist. Zwischen den einzelnen Ladungen sind Kurzzeit-Verzögerungsglieder angeordnet, damit die erforderlichen Intervalle erzielt werden. Die Kurzzeit-Verzögerungsglieder sind in Knallzündschnurabschnitte eingesetzt. Die Sprengstoffladungen sind in Abständen angeordnet, die ausreichend sind, um eine sympathetische Ausbreitung der Detonation zu verhindern, und durch die Knallzündschnurabschnitte mit den eingesetzten Verzögerungsgliedern miteinander verbunden.

Die Erzielung der richtigen Abstände der Ladungen und der Verzögerungszündschnüre in einem Bohrloch kann bei dieser bekannten Anordnung eine sehr schwierige und zeitraubende Aufgabe sein, wenn die Ladungen nicht frei im Bohrloch aufgehängt werden können. Sehr häufig müssen die Ladungen durch Schlamm, Quicksand, Kies oder ähnliche Stoffe nach unten geschoben werden, welche die richtige getrennte Anordnung der Ladungen und der Zündschnüre nach den bekannten Verfahren praktisch unmöglich machen.

Das Ziel der Erfindung liegt in der Beseitigung dieser Schwierigkeit.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Teilladungen im Abstand voneinander durch Abstandshülsen gehalten sind, die so ausgeführt sind, daß sie unter Bildung einer gestreckten Ladung starr mit Teilladungen verbunden werden können, daß der Durchmesser der Abstandshülsen im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Teilladungen ist, daß die Zündverzögerungselemente in die Abstandshülsen eingeschlossen sind und daß jede Abstandshülse wenigstens zwei Perforationen, eine davon am oberen Ende, aufweist.

Die Verzögerungseinrichtung kann der Beschreibung in der USA.-Patentschrift 2 823 609 entsprechen, wonach zwei Abschnitte einer Knallzündschnur durch Gestreckte Ladung,
besonders für seismische Zwecke

Anmelder:

E. I. du Pont de Nemours and Company,
Wilmington, Del. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E.Prinz

und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,

München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 27. Juni 1958

Robert Waldo Felch, Wenonah, N.J. (V.St.A.),
ist als Erfinder genannt worden

Quetschverbindung in einem rohrförmigen Mantel befestigt sind, der in zentrischer Anordnung eine explosive Zündladung, eine eingekapselte exothermische, nichtexplosive Mischung, ein leeres Bleirohr, einen Luftspalt und eine eingeschlossene wärmeempfindliche Sprengstoffmischung enthalt. Diese ganze Anordnung wird dann erfindungsgemäß in der Abstandshülse angeordnet. Es kann aber auch ein Abschnitt einer Zündschnur mit einem Kern von 0,105 bis 1,05 g pro Meter eines hochbrisanten Sprengstoffs, der in einem Metallmantel und einem äußeren Schutzmantel eingeschlossen ist, verwendet werden, wobei jedes der Enden der Zündschnur durch eine Metailhülse verschlossen ist, die eine Zündladung enthält; die Sprengstoffschnur wird auf eine Länge gewickelt oder gefaltet, die ausreicht, um die gewünschte Verzögerungszeit, in welcher die Detonation von einem Ende zum anderen Ende wandert, zu erzielen. Diese beträgt gewöhnlich 0,25 bis 5 msec. Diese Anordnung wird dann in der Abstandshülse untergebracht. Vorzugsweise liegt das eine Ende (das »Ausgangsende«) der Zündschnur an einer Zündladung aus einem hochbrisanten Sprengstoff an, die am einen Ende der Abstandshülse angeordnet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

Fig. 1 die erfindungsgemäße Anordnung nach dem Einbringen in ein Bohrloch und

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Fig. 2 einen Schnitt durch ein starres Verzögerungsglied, das zur Übertragung der Detonation von einer Ladung zur nächsten dient.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt übliche seismographische Sprengstoffladungen 1, die beispielsweise aus einem nitroglyzerinfreien Sprengstoff yl in einem Metallbehälter bestehen, und ein starres Verzögerungsglied 2, welches die einzelnen Ladungen der Reihe nach in den gewünschten Abständen verbindet und in Fig. 2 genauer dargestellt ist. Die Anordnung aus den Ladungen 1 und den starren Verzögerungsgliedern 2 ist in ein Bohrloch 3 eingeschoben, und es ist eine Zündeinrichtung 4 vorgesehen, beispielsweise eine elektrische Sprengkapsel, deren Drähte von der Oberseite der Ladung 1 zu dem oberen Ende des Bohrlochs führen. Jede Ladung und jedes Verzögerungsglied ist mit einem mit Innengewinde versehenen Ende B und mit einem mit Außengewinde versehenen Ende 5' verbunden, wie bei dem Verzögerungselement von Fig. 2 zu erkennen ist. Mittels dieser Gewinde können die einzelnen Glieder fest miteinander verbunden werden.

Das in Fig. 2 dargestellte Verzögerungsglied 2 besteht aus einem starren, rohrförmigen Körper 5 mit wenigstens zwei Perforationen 6, von denen vorzugsweise jeweils eine in der Nähe eines Endes angebracht ist. Im Inneren dieses Körpers ist ein Abschnitt einer energieschwachen Zündschnur? angeordnet, die eng zusammengefaltet ist. Jedes Ende der Zündschnur 7 ist durch eine Metallhülse 8 verschlossen, die einen Zündsprengstoff enthält. Die Hülsen 8 werden an den Enden der Zündschnur durch Quetschverbindungen 9 gehalten, und sie werden in geeigneter Weise, beispielsweise durch Metallklammern 10 und gegebenenfalls durch ein erstarrendes Material am einen Ende an der Unterseite der zündenden Ladung und am anderen Ende an einer Zündladung 11 aus einem gepreßten hochbrisanten Sprengstoff, z. B. RDX oder PETN oder einer sonstigen Zündladung bekannter Art, für nitroglyzerinfreie Sprengstoffe festgehalten.

Der rohrförmige Körper, der ein wesentliches Merkmal der Erfindung darstellt, muß eine ausreichende Starrheit haben, damit die Verzögerungsglieder und die Ladungen verhältnismäßig leicht in ein Bohrloch eingebracht werden können, das mit Schlamm, Wasser oder einem anderen derartigen Stoff gefüllt ist, der sonst die Anordnung der Ladungen in den richtigen Abständen behindern würde, und er muß den Drücken und den Scheuerwirkungen der Verdämmungsmaterialien, z. B. Sand, widerstehen. Der starre, rohrförmige Körper kann aus Papier, Metall, Glas, Kunststoff oder jedem anderen Material hergestellt werden, das den zuvor genannten, häufig in Bohrlöchern vorgefundenen oder verwendeten Stoffen Widerstand leisten kann. Außer der erforderlichen Festigkeit muß das rohrförmige Element wenigstens zwei Perforationen auf verschiedenen Höhen aufweisen, damit die Gefahr einer Zerstörung infolge ungleicher Innen- und Außendrücke verhindert wird, wenn z. B. Wasser in dem Bohrloch vorhanden ist, und damit sich das rohrförmige Element mit Flüssigkeit füllen kann, so daß es in einem mit Wasser oder Schlamm gefüllten Bohrloch untersinken kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung enthält die energieschwache Zündschnur einen Kern aus einem hochbrisanten Sprengstoff, z. B. PETN oder RDX, einen inneren Metallmantel, beispielsweise aus Blei, und einen äußeren Schutzmantel,

z. B. aus einem polymeren Kunststoff, wie Polyäthylen. Ein billiges Füllmaterial, z. B. Baumwolle. Kunstseide, Glaswolle, imprägniertes Papier od. dgl., kann zwischen dem inneren Metallmantel und dem äußeren Schutzmantel angebracht werden, damit der gewünschte Außendurchmesser der Zündschnur erzielt wird. Der Sprengstoffkern der Zündschnur, die bei der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet wird, kann zwischen 0,021 und 0,42 g eines hochbrisanten Sprengstoffs pro Meter Länge enthalten, doch liegt die bevorzugte Ladung bei etwa 0,21 bis 0,42 g/m.

Wie zuvor angedeutet wurde, eignen sich PETN oder RDX für den hochbrisanten Sprengstoffkern der Zündschnur. Andere hochbrisante Sprengstoffe, z. B. Nitromanit, HMX, Bleiazid und Picrylsulfon können ebenfalls verwendet werden. Für den Metallmantel des Kerns werden Blei oder eine Blei-Zinn-Legierung bevorzugt, doch können auch andere streckbare Metalle und Legierungen verwendet werden. Für den äußeren Schutzmantel können wasserdichte Stoffe, wie Gummi oder polymere Kunststoffe, verwendet werden, doch ist auch die Verwendung eines gewachsten oder asphaltierten Gewebeüberzugs möglieh. Gegebenenfalls können zusätzliche Umhüllungen, z. B. eine Drahtverstärkung zur Erhöhung der Zugfestigkeit verwendet werden.

Die Detonationsgeschwindigkeit dieserZündschnur läßt sich genau bestimmen: Für PETN und RDX beträgt die Geschwindigkeit etwa 7000 m/sec, je nach der genauen Ladung. Beispielsweise würde ein Abschnitt dieser Zündschnur von 4,6 m Länge etwa eine Zeit von 0,25 m/sec zur Übertragung der Detonation von einem Ende zum anderen erfordern, während bei einem Abschnitt von 32 m Länge etwa eine Zeit von 5,0 msec zur Ausbreitung der Detonation von einem Ende zum anderen erforderlich wäre. Die Zündschnur mit einer Kernladung von 0,42 g des Sprengstoffs pro Meter Länge oder weniger hat eine so geringe Brisanz, daß selbst unter Einschluß der Detonation nicht über nebeneinanderliegende Stränge übertragen wird. Deshalb kann der gesamte Abschnitt so aufgewickelt oder gefaltet werden, daß die gewünschte Länge für die erforderliche Verzögerung erhalten wird und sich dennoch eine verhältnismäßig kurze Gesamtlänge der Anordnung ergibt. Da die Zündschnur selbst einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser hat, der gewöhnlich höchstens 0,63 cm beträgt, ist der zur Aufnahme einer beträchtlichen Länge der Zündschnur erforderliche Raum offensichtlich nicht groß. Beispielsweise würde ein Zündschnurstück, das auf 5 cm Durchmesser (axialer Abstand) aufgewickelt würde, etwa 12,7 cm Zündschnur pro Zentimeter der Wicklung enthalten. Durch Verwendung einer Doppelwicklung, z. B. einer äußeren Wicklung, die eine innere Wicklung umgibt, können etwa 45 cm Zündschnur pro Zentimeter Länge im Inneren eines Rohres mit 5 cm Durchmesser aufgewickelt werden. Eine Verzögerungszeit von 5 m/sec, die 33,5 m Zündschnur erfordert, würde daher weniger als 81 cm des Raumes in einem Rohr mit 5 cm Durchmesser benötigen. Durch Erhöhung der Anzahl der koaxialen Wicklungen kann sogar noch mehr Zündschnur in dem gleichen Raum untergebracht werden. Es wurden Zündschnüre mit Erfolg erprobt, die so eng gewickelt waren, daß sie einen Durchmesser von nur 1,2 cm (axialer Abstand) besaßen. Im wesentlichen die gleiche Ladung wie durch Auf-

wickeln der Zündschnur kann dadurch erhalten werden, daß die Zündschnur in der in Fig. 2 gezeigten Weise gefaltet wird.

Unabhängig davon, ob die Zündschnur aufgewikkelt oder gefaltet ist, wird dieser Zündschnurabschnitt im Inneren des rohrförmigen Elements in einem solchen Abstand von der zündenden Hauptladung angeordnet, daß kein Teil der Wicklung oder des gefalteten Bündels durch die Detonation der Ladung zerstört wird. Der gleiche Abstand reicht auch aus, um eine Zündung des Sprengstoffs in dem Kern durch die von der zündenden Hauptladung kommenden Druckwelle zu verhindern. Insoweit die Geschwindigkeit der Detonation in dem nicht aufgewickelten Abschnitt der Zündschnur, d. h. im Abschnitt zwischen der Wicklung bzw. dem Paket und der zündenden Hauptladung, gleich der Geschwindigkeit der von der zündenden Hauptladung kommenden Druckwelle oder größer als diese ist, wird eine konstante Geschwindigkeit des Verzögerungselementes über seine gesamte Länge erzielt. Die Nähe der Wicklung bzw. des Pakets zu der zu zündenden Ladung ist ohne Bedeutung, weil die Wicklung bzw. das Paket vor der Detonation der zu zündenden Ladung vollständig verbraucht ist und weil die Zündschnur allein keine ausreichende Brisanz besitzt, um entweder die Zündladung oder die zu zündende Hauptladung selbst zu zünden.

Wenn eine Zündverzögerungsanordnung der in der USA.-Patentschrift 2 823 609 beschriebenen Art verwendet wird, wird sie in ähnlicher Weise im Inneren des rohrförmigen Teils angeordnet, damit eine richtige Arbeitsweise gewährleistet ist.

Die mit Kappen verschlossenen Enden, die einen Zündsprengstoff enthalten, gewährleisten sowohl die Zündung der Zündschnur durch die Detonation der zu zündenden Hauptladung in der Folge der Anordnung als auch die Zündung der Zündladung, welche an der zu zündenden Hauptladung in der Folge anliegt. Ferner verhindern die Kappen eine Beschädigung der Enden der Zündschnur, und sie ergeben einen wasserdichten Verschluß an den Enden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Kappe 0,13 g eines feinverteilten PETN, oberhalb einer gepreßten Grundladung von 0,36 g eines Sprengkapsel-PETN. Es kann jedoch jede Hülse verwendet werden, die einen geeigneten Zündsprengstoff enthält.

Die Zündladung, die die Zündung der zu zündenden Hauptladung mittels der mit der Kappe versehenen Zündschnur gewährleisten soll, besteht aus einem gepreßten, hochbrisanten Sprengstoff, z. B. einer Tablette aus einem gepreßten, gewachsten RDX oder einer Scheibe aus einem gepreßten PETN oder einer Zündladung, wie sie gwöhnlich für einen nitroglyzerinfreien Sprengstoff verwendet wird. Sie wird zwischen dem mit der Kappe versehenen Ende der Zündschnur und der zu zündenden Ladung in deren nächster Nähe angebracht.

Die Enden der mit der Kappe versehenen Zündschnur werden auf irgendeine bekannte Weise in nächster Nähe der zu zündenden Hauptladung bzw. der Zündladung gehalten. Metallklammern oder Zakken sind beispielsweise bekannte Mittel, um eine elektrische Sprengkapsel an einer Sprengstoffladung zu halten. Das starre Verzögerungsglied und die Hauptsprengstoffladungen können durch in der Technik bekannte Verbindungseinrichtungen fest miteinander verbunden sein. Wenn beispielsweise ein nitroglycerinfreier Sprengstoff in einem Metallbehälter verwendet wird, kann das starre Verzögerungsglied mit Metallgewinden versehen sein, die in einen Gewindeabschnitt des Sprengstoffbehälters in der zuvor beschriebenen Weise eingreifen. Es ist auch eine Verbindungseinrichtung brauchbar, wie sie bei Dynamitkopplern gefunden wird, bei denen ein rohrförmiges Glied mit inneren Greifeinrichtungen, das eine Ladung an jedem Ende aufnehmen kann, vorgesehen ist. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird ein nitroglycerinfreier Sprengstoff in einem mit Gewindeabschnitten versehenen Metallbehälter mit einem Verzögerungsglied verbunden, das Metallgewinde an seinen Enden trägt.

Die sehr präzisen Verzögerungsglieder können in vielen Längen vorgefertigt werden, die von dem gewünschten Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Hauptladungen abhängen. Der Abstand zwischen den Sprengstoffladungen hängt in erster Linie von der Empfindlichkeit der verwendeten Ladungen ab, d. h. praktisch von dem Abstand, über welchen ein von der zündenden Ladung kommender Detonationsimpuls die zu zündende Ladung zündet, wenn diese Ende an Ende liegen. Die Möglichkeit, eine Detonation über eine Lücke hinweg auszubreiten, ist hauptsächlich eine Funktion der Empfindlichkeit der zu zündenden Patrone für eine Zündung durch Detonationsbeeinflussung oder das Auftreffen von Teilchen der zu zündenden Ladung. Für den zuvor erwähnten eingeschlossenen nitroglycerinfreien Spengstoff wird eine Detonation über eine Entfernung von 30 cm nicht mehr fortgepflanzt. Um jedoch die richtige Verzögerung zu erzielen, werden die Ladungen gewöhnlich in Abständen von etwa 1,5 m angeordnet. Bei einem empfindlicheren Sprengstoff, z. B. einem seismographischen Gelatinedynamit, wird eine Detonation über etwa 1 m fortgepflanzt. Daher muß in diesem Fall ein größerer Abstand zwischen den Ladungen vorgesehen werden, damit die richtige Verzögerung gewährleistet wird.

Die Folge der Hauptladungen und der Zündverzögerungsglieder kann in jeder beliebigen Reihenfolge verbunden werden. Beispielsweise kann immer eine Hauptladung mit einem Verzögerungsglied abwechseln, oder es können zwei oder mehr Hauptladungen miteinander und dann mit einer Zündverzögerungsanordnung verbunden werden, oder zur Erzielung größerer Zeitintervalle können auch zwei oder noch mehr Verzögerungsglieder miteinander verbunden werden.

Die Genauigkeit der mit der erfindungsgemäßen Anordnung erzielten sequentiellen Zündung ergibt sich aus folgenden Beispielen:

„ . . , _T

Beispiel I

Eine Ladung von 0,45 kg einer sprengkapselempfindlichen Ammoniumnitratzusammensetzung und eine Ladung von 0,45 kg einer sprengkapselempfindliehen Ammoniumnitratzusammensetzung, die beide in Metallbehälter eingeschlossen waren, wurden in einem Abstand von 152 cm angeordnet und durch ein dazwischen angeordnetes starres, rohrförmiges Verzögerungsglied verbunden. Das Verzögerungsglied

6g war in der folgenden Weise aufgebaut:

In einem länglichen rohrförmigen Körper aus Karton von 1,52 m Länge und einem Außendurchmesser von 5,3 cm wurden 7,14 m einer Zündschnur ange-

ordnet, die so gefaltet war, daß sie in das rohrförmige Element paßte und das gefaltete Paket in einem Abstand von etwa 45,7 cm von der zündenden Hauptladung lag. Dies war ausreichend, um eine sympathetische Detonation durch die detonierende zündende Ladung zu verhindern. (Der Abstand des gefalteten Abschnitts von der zu zündenden Hauptladung ist belanglos.) Die Zündschnur enthielt 0,21 g pro Meter PETN in einem Bleirohr mit 0,101 cm Außendurchmesser, das mit Polyäthylen überzogen war, so daß *° in Außendurchmesser von 0,622 cm erhalten wurde. Die Enden der Zündschnur waren durch eine Kappe verschlossen, die aus einer Hülse mit 0,13 g eines feinverteilten PETN oberhalb einer gepreßten Grundladung von 0,48 g eines Sprengkapsel-PETN bestand. Eine Pille von 15 g eines gepreßten, gewachsten RDX wurde zwischen dem Ausgangsende der Zündschnur und der zu zündenden Hauptladung in deren nächster Nähe angeordnet. Die gemessene Geschwindigkeit der Zündschnur betrug 7 · 100 m/sec. Bei drei Versuchen betrugen die Intervalle zwischen den Detonationen der zündenden und der gezündeten Ladung 1,003, 0,998 und 0,997 msec. Als zwei der zuvor beschriebenen I-Millisekunden-Zündverzögerungsglieder in Serie angeordnet wurden (ohne Hauptladung dazwisehen), betrug das Zeitintervall zwischen den Detonationen der zündenden und der zu zündenden Ladung 1,993 msec.

Beispiel II

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Das Verfahren nach Beispiel I wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß die Länge der Zündschnur 163 cm betrug. Bei fünf Versuchen betrugen die Intervalle zwischen den Detonationen der zündenden bzw. der gezündeten Ladungen 0,249, 0,249, 0,251, 0.244 und 0,252 msec.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE:
   1. Gestreckte Ladung, besonders für seismische Zwecke, bestehend aus Teilladungen, die so in solchen Abständen voneinander angeordnet sind, daß eine sympathetische Detonationsübertragung von einer Teilladung auf die andere nicht erfolgen kann, und die durch Zündverzögerungselemente verbunden sind, die eine Verzögerung jeweils im Bereich von 0,25 bis 5 msec erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilladungen im Abstand voneinander durch Abstandshülsen gehalten sind, die so ausgeführt sind, daß sie unter Bildung einer gestreckten Ladung starr mit den Teilladungen verbunden werden können, daß der Durchmesser der Abstandshülsen im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Teilladungen ist, daß die Zündverzögerungselemente in die Abstandshülsen eingeschlossen sind und daß jede Abstandshülse wenigstens zwei Perforationen, eine davon am oberen Ende, aufweist.
2. 2. Gestreckte Ladung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündverzögerungselement einen Zündschnurabschnitt mit einem Kern von 0,021 bis 0,42, vorzugsweise 0,21 bis 0,42 g pro Meter eines hochbrisanten Sprengstoffs enthält, der in einen Metallmantel und einen äußeren Schutzmantel eingeschlossen ist, und daß sie an jedem Ende durch eine Metallhülse verschlossen ist, die eine Zündladung enthält, wobei das zur Zündung einer nachgeordneten Sprengstoffladung bestimmte Ende an einer Zündladung aus einem hochbrisanten Sprengstoff anliegt.
3. 3. Gestreckte Ladung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der größere Teil der Länge der Zündschnur schraubenförmig aufgewickelt oder zusammengefaltet ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 1 009 084, 845 465; USA.-Patentschrift Nr. 2 823 609.

   In Betracht gezogene ältere Patente:
   Deutsche Patente Nr. 1 049 757, 1 051707.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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