DE1446869C3

DE1446869C3 - Sprengladung

Info

Publication number: DE1446869C3
Application number: DE19601446869
Authority: DE
Inventors: John Caswell Cline (Verstorben); Carl Eric Midland Mich. Grebe (V.St.A.)
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1959-05-25
Filing date: 1960-05-24
Publication date: 1973-10-25
Also published as: DE1446869B2; FR78813E; NL113433C; DE1446869A1; CH388837A; GB951620A; NL251997A

Description

Die Erfindung betrifft eine Sprengladung, insbesondere zum Bohrlochschießen,' unter Verwendung von Sprenggemischen auf der Basis von festen Sprengstoffen, insbesondere Ammoniumnitrat in Form einer wäßrigen und/oder ammoniakalischen Lösung, unter Zusatz metallischer Brennstoffe.

Es sind viele Versuche angestellt worden, um die Sprengwirkung und den Leistungsfaktor von im Bergbau und ähnlichen Anwendungsgebieten verwendeten Sprengladungen zu verbessern. Die bisherigen Vorschläge gingen darauf hinaus, die Sprengladung in Patronen oder starkwandigen Behältern verschiedenster Art aus metallischem Werkstoff einzuschließen, darunter auch in Behältern aus Aluminium und Aluminiumlegierungen. Andere Versuche, die Sprengwirkung zu verbessern, gingen darauf hinaus, den Sprengladungen eine Richtwirkung mitzuteilen. Die Versuche, eine Richtwirkung zu erzeugen, beruhten auf dem Prinzip, die bei der Detonation entwickelte Kraft mechanisch oder physikalisch auf eine bestimmte räumliche Richtung zu beschränken, um so den größten Teil der von der Sprengladung geleisteten Arbeit an der Stelle und in der Richtung zu erzeugen, in der die größte Arbeitsleistung erwünscht

iSt. ■ .-.;■..

Trotz aller bisher angestellter Versuche 'sind Sprengladungen, insbesondere die im Bergbau angewandten Sprengladungen, heute noch verbesserungsbedürftig. Dies gilt insbesondere hinsichtlich des Leistungsfaktors oder mit anderen Worten des Verhältnisses der in einer Sprengladung innewohnenden verwendbaren Energie zu der tatsächlich von der Sprengladung geleisteten Arbeit. Es ist bekannt, daß im allgemeinen die anfänglich entwickelte Reaktionswärme nicht voll genützt wird, jedenfalls nicht in den üblichen Sprengkörpern.

Aus der deutschen Patentschrift 919457 sind Sprengpatronen bekannt, die an den Stirnseiten mit perforierten Metallscheiben abgedeckt und die dazu bestimmt sind, als gestreckte Ladung verwendet zu werden. Dieser Patentschrift kann weiterhin entnommen werden, daß diese Scheiben eine über den Verpackungszweck hinausgehende Wirkung auf den Sprengeffekt haben.

Aus der deutschen Patentschrift 904 389 und der französischen Patentschrift 1 109911 ist es bekannt, zur Steigerung der Detonationsfähigkeit von Sprengkörpern an den Enden der Sprengpatronen Scheiben

ίο aus einem leicht brennbaren Metall einzulegen. Zum Stande der Technik wird in der erwähnten deutschen Patentschrift 904 389 noch ausgeführt, daß es be-¹ kannt sei, daß ein Sprengstoff in einer Aluminiumhülse eine vielfach gesteigerte Übertragungsfähigkeit gegenüber dem gleichen Sprengstoff in einer Papieroder Papphülse habe. Außerdem wird dort auch noch auf die Möglichkeit einer Erhöhung der Detonationswirkung durch Beimischung leicht brennbarer Metalle, wie unter anderem Aluminium und Magnesium, verwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Sprengladung zu schaffen, bei der erstmalig der Leistungsfaktor der Ladung stark erhöht ist.
Die erfindungsgemäßen Sprengladungen zeichnen sich dadurch aus, daß sie eine Höhlenstruktur aus einem Elektronen leitenden Material, d. h. einem elektrischen Leiter, aufweisen, wobei sich diese Struktur vorzugsweise durch die ganze Sprengladung erstreckt. Die Höhlenstruktur bildet ein System von Zwischenräumen, Höhlen, Löchern und Kanälen. Der Sprengstoff ist über diese Höhlenstruktur verteilt urid in deren Zwischenräumen enthalten, so daß ein zusammenhängendes Sprengstoffsystem innerhalb einer zusammenhängenden Struktur von Elektronen leitendem Material vorliegt. Der Ausdruck »Höhlenstruktur« wird hier verwendet, um aufzuzeigen, daß eine Anzahl von Höhlen, Zellen und Zwischenräumen vorhanden ist. .
. Das Elektronen leitende Material ist im allgemeinen ein Metall, vorzugsweise ein solches mit ziemlich hoher elektrischer Leitfähigkeit. Von Vorteil ist es, wenn solche Metalle verwendet werden, welche unter Bildung großer Wärmemengen leicht oxydiert werden können, so daß sie zur Erzeugung von nutzbarer Arbeit beitragen. Diese Forderung wird in idealer Weise von den Leichtmetallen erfüllt und z. B. von Magnesium oder Aluminium und deren Legierungen. Es muß jedoch festgehalten werden, daß die Funktion der Metalle als Sauerstoff aufnehmende EIemente nur eine sekundäre und keine notwendige ist. Die Funktion der Höhlenstruktur aus Elektronen leitendem Metall läßt sich deshalb nicht vergleichen mit der Funktion, welche fein-verteilte, pulverisierte Metalle, insbesondere fein-verteilte Leichtmetalle haben, die den Sprengstoffen zugesetzt werden, um deren Wirkungsweise zu verbessern. Die Wirkung, welche. durch die erfindungsgemäße Höhlenstruktur des Metalls erreicht wird, geht weit über diejenigen Verbesserungen hinaus, die durch den großen Zusatz von körnigen Metallen zu den oxydierenden Sprengstoffen erreicht werden.

Wenn die Teile aus dem elektrischen Leiter so groß sind, daß sie von einem DIN-Sieb von 8 Maschen pro cm zurückgehalten werden, werden die erfindungsgemäß angestrebten Vorteile erzielt.

Unabhängig von der Form und Größe der einzelnen die Höhlenstruktur bildenden Teile aus elektronisch leitendem Material ist es erwünscht, daß die

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Fläche^ welche für den direkten Kontakt der einzel- vereinigt wird, wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, so kann

nen Teile dieses Materials innerhalb der Höhlen^ man von inneren Stromkreisen sprechen.

struktur zur Verfügung steht, möglichst groß ist. Die Figuren zeigen Ausführungsformen der erfin-

Weiter ist es von Bedeutung, daß dieses Metall durch dungsgemäßen Sprengladungen und deren Teile. Es

die ganze Sprengladung im wesentlichen so verteilt 5 stellt dar

ist, daß die Metallteile in elektrischem Kontakt mit- F i g. 1 einen Schnitt durch ein Bohrloch, das mit

einander stehen, so daß eine elektrische Ladung so- einer erfindungsgemäßen Sprengladung bestückt ist,

fort über die ganze Sprengladung sich verteilt. F i g. 2 einen Querschnitt durch ein Metallrohr, in

Der Erfindungsvorschlag läßt sich mit großem welches Metallteile eingesetzt sind,

Vorteil bei allen zur Verfügung stehenden Spreng- io F i g. 3 einen perforierten Metallkanister,

stoffen anwenden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Fig.4 einen Längsschnitt durch den Metallkani-

bedeutendsten Verbesserungen bei solchen Sprengla- ster nach Linie IV-IV der F i g. 3,

düngen sich erreichen lassen, welche als einen Be- Fig. 5 einen Querschnitt durch den Metallkanister

standteil Ammoniumnitrat enthalten oder aus Am- nach Linie V-V der F i g. 3,

moniumnitrat bestehen. Sprengladungen dieser Art 15 F i g. 6 einen Querschnitt nach Linie VI-VI der

lassen sich leicht dadurch herstellen, daß man unre- F i g. 4,

gelmäßig geformte Teile aus dem Metall in ein Bohr- F i g. 7 eine perspektivische Ansicht einer in den loch oder einen Behälter einführt und in der Höhlen- Kanister der F i g. 3 einzusetzenden Spiralwand,
struktur freigebliebene Zwischenräume sodann mit F i g. 8 einen Längsschnitt durch den gefüllten Kadern zur Anwendung kommenden Brennstoff füllt, 20 nister,

der z. B. in flüssiger oder breiiger Form vorliegt. Im Fig. 9 eine Ansicht eines elektromagnetischen Be-

Falle von Ammoniumnitrat-Sprengstoff liegt dieser satzkörpers,

vorzugsweise in Form einer wässerigen, ammoniaka- Fig. 10 eine Teilansicht eines anderen Besatzkör-

lischen oder wässerigen und ammoniakalischen Lö- pers.

sung und/oder Dispersion des Ammoniumnitrates 25 In Fig. 1 erkennt man ein Bohrloch 10; dieses

vor. Bohrloch 10 ist mit einem Gemisch 12, im einzelnen

Es hat sich als besonders gut erwiesen, wenn min- dargestellt in F i g. 1 a, gefüllt, welches aus Sprengdestens ein Teil des Elektronen leitenden Materiales stoff und Metallteilen besteht. Aus F i g. 1 a ist zu ereine kreisförmige oder krummlinige Konfiguration sehen, daß die Metallteile, welche Energie absorbiebesitzt. Dies gilt auch für die Besatzkörper, welche in 3° rend sind, regellos orientiert sind und innerhalb des Verbindung mit der erfindungsgemäßen Sprengla- Gemisches Abstand voneinander haben. Über der dung zur Anwendung kommen. Die erfindungsgemäß Hauptmasse 12 des Sprengstoff-Metallgemisches bezur Anwendung kommenden Besatzkörper brauchen findet sich ein elektromagnetischer Besatzkörper 14. nicht massiv zu sein und sind vorzugsweise aus einer Über dem elektromagnetischen Besatzkörper 14 be- oder mehreren Platten od. dgl. zusammengesetzt. Wenn 35 findet sich eine Felsbesatzschicht 16. In die Hauptes möglich ist, sollte mindestens eine der Platten oder masse 12 des Sprengstoff-Metallgemisches ist ein Flächen des Besatzkörpers in direktem Kontakt mit Zünder 18 eingesetzt, welcher über elektrische Zuleidem Sprengstoff und/oder dem die Höhlenstruktur tungen 20 gezündet werden kann,
bildenden Elektronen leitenden Metall stehen, damit In Fig. 2 erkennt man ein Metallrohr 22; in dieses die bestmögliche Richtungswirkung mit der erfin- 4° Metallrohr sind Metallteile 24 eingesetzt; diese Medungsgemäßen Sprengladung erreicht wird. Außer- tallteile 24 sind nur insoweit zusammengepreßt, daß dem muß der Besatzkörper an solcher Stelle an- sie eine definierte räumliche Lage einnehmen und geordnet werden, daß er den erwünschten Richtef- bilden zwischen sich Zwischenräume, welche den fekt bringen kann. Die Platte oder die Platten, Sprengstoff aufnehmen; die metallische Röhre 22 bilwelche den Besatzkörper bilden, brauchen nicht mas- 45 det einen äußeren Elektronen leitenden Kreis, und die siv zu sein. Es kommt nicht darauf an, daß sie auf Metallteile bilden innere Elektronenenergieabsorber Grund ihrer mechanischen Festigkeit den Richteffekt in Abständen voneinander (innere Kreise),
der Sprengung hervorrufen; sie können vielmehr aus Ein in Fig. 3 dargestellter metallischer Kanister 26 verhältnismäßig dünnwandigem Material hergestellt besitzt Perforationen 28 und ist dazu bestimmt, Teile sein. Bevorzugt werden Besatzkörper, die aus gut lei- 5° aus Elektronenenergie absorbierendem Stoff in Abtenden Stoffen, insbesondere aus Leichtmetall herge- ständen voneinander aufzunehmen und besitzt außerstellt sind. Die Platte oder die Platten, welche den dem Halterungsorgane für eine innere Wand. Perfo-Besatzkörper bilden, können perforiert sein. rationen 30 befinden sich, wie aus F i g. 6 ersichtlich,

.Durch die erfindungsgemäße Sprengladung wird auch in dem stirnseitigen Abschluß des Kanisters,

eine bedeutende Verbesserung des Leistungsfaktors 55 F i g. 8 zeigt eine in den Kanister eingesetzte Spi-

erreicht. In der bevorzugten Ausführungsform wer- ralwand 31 aus Streckmaterial. Die gleiche Spiral-

den Energie absorbierende und Elektronen leitende wand ist in Fig.7 in perspektivischer Darstellung zu

Stoffe in die Reaktionszone der Sprengladung ge- erkennen.

bracht und zwar vorzugsweise metallische Stoffe in In F i g. 8 ist der Kanister 26 mit der Spiralwand $0 grober Form, daß sich beim Einführen der Metall- 60 aus Elektronenenergie absorbierendem Material beteile in das Bohrloch von selbst die Höhlenstruktur stückt und mit locker gepackten Metallteilen gefüllt, mit den Zwischenräumen ausbildet. Im allgemeinen Der vergrößerte Ausschnitt zeigt die unregelmäßige wurden solche Metallteile bevorzugt, die eine ge- Packung des Metalles und die Oberflächenstruktur •krümmte Oberfläche besitzen und ausreichend groß der Spiralwand.

sind, um starke elektrische Stromstöße beim Durch- 65 In Fig. 9 sind mehrere perforierte Platten 32 mit

gang von Elektronen zu erzeugen. Wenn der Elektro- Perforationen 34 durch Abstandhalter 36 zu einem

nen leitende oder Energie absorbierende Stoff direkt elektromagnetischen Besatzkörper vereinigt, der über

zu einem homogenen Gemisch mit dem Sprengstoff die Sprengladung in ein Bohrloch gebracht wird.

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Einen weiteren elektromagnetischen Besatzkörper Oberfläche oxydiert wird, während im Falle von zu zeigt Fig. 10. Dieser ist aus einem durch Faltung fein verteilten Metallen, beispielsweise zu fein ververformten, zunächst ebenen Stück Bleches 38 herge- teiltes Aluminium und zu fein verteiltes Magnesium, stellt. Die zwei Gruppen von untereinander paralle- der gesamte Stoff oxydiert würde,
len Faltlinien 40, 42 verlaufen senkrecht zueinander. 5 Eine zusätzliche Verbesserung des Leistungsfaktors Dadurch ist erreicht, daß in bestimmten Zonen 44 und der Sprengwirkung der erfindungsgemäßen Sprengdrei Metallschichten übereinanderliegen, in anderen ladungen läßt sich oft auch noch dadurch erreichen, Zonen 46 neun Metallschichten und in wieder ande- daß man die Ladung in eine Umhüllung aus elekren Zonen 48 nur eine Metallschicht vorhanden ist. frisch leitendem Material, zweckmäßig ebenfalls aus Die erfindungsgemäßen Sprengladungen finden ein io einem Metall, vorzugsweise aus Leichtmetall einweites Anwendungsgebiet und können die verschie- bringt. Die äußere Gestalt der Umhüllung ist zweckdensten organischen und anorganischen Sprengstoffe mäßig wiederum gekrümmt, beispielsweise zu einem enthalten, und zwar in verschiedensten Formen und Zylinder, Kanister oder Rohr. Die Wandung der in fester, körniger, aufgeschlemmter, benetzter, flüs- Umhüllung kann geprägt oder gitterartig sein,
siger Form, sowie in Gasform. Zu den in Frage korn- 15 Auch die leitenden Umhüllungen befinden sich menden Sprengstoffen gehören Nitroglycerin, Trini- noch in der Reaktionszone und schließen die Sprengtrotolol, die üblichen pastenförmigen Sprengstoffe ladungen ein, wie in Fig.2, 3, 4, 5, 6, 8 dargestellt, und andere. Bevorzugt werden die stabilen oxydie- Die Umhüllungen sind selbst dann noch in dem renden Salze, wie Nitrate, Nitrite, Perchlorate, SuI- Sinne wirksam, daß sie Energiestöße bremsen, wenn fate, Chlorate, Chromate, Peroxyde und andere 20 sie perforiert oder netzartig ausgebildet oder aus Salze, welche bei der Detonation Sauerstoff frei wer- Streckmaterial hergestellt sind,
den lassen. Besonders zweckmäßig sind Es hat sich weiter gezeigt, daß die Sprengladungen Ammoniumnitrat-Sprengstoffe in körniger, aufge- gemäß der Erfindung auch verbessert werden könschlämmter, benetzter oder gelöster Form. nen, dadurch, daß man einen oder mehrere Besatz-Metallische Leiter, welche gemäß der Erfindung 25 körper vorsieht. Ein richtig bemessener Besatzkörper mit Vorzug verwendet werden, sind Leichtmetalle, setzt die Gefahr eines »Schießens« der Bohrlöcher wie diejenigen, die in den Gruppen I, II und III des herab. Besatzkörper aus nicht leitenden Stoffen haperiodischen Systemes im Bereich der niederen ben sich als unwirksam erwiesen; solche, die aus lei-Atomgewichte angehören, z. B. Magnesium, Alumi- tenden Werkstoffen hergestellt wurden, haben sich jenium, Magnesiumlegierungen, Aluminiumlegierun- 30 doch bewährt. Im allgemeinen hat es sich gezeigt, gen und Aluminium-Magnesiumlegierungen. Weitere daß die Wirkung des Besatzkörpers (Verdämmungsgeeignete Metalle sind Eisen, Zink, Calcium, Li- wirkung) um so besser war, je besser seine Leitungsthium, Natrium, Strontium, Barium, Beryllium, Titan, eigenschaften waren. Als am wirksamsten haben sich einige seltene Erden und die Legierungen all dieser solche Besatzkörper erwiesen, welche sowohl in hori-Metalle. 35 zontalen als auch in vertikalen Ebenen geschlossene Wenn der zur Verwendung kommende metallische elektrische Stromkreise zulassen und welche genug Leiter in Form einzelner Teile vorliegt, welche zu- Oberfläche besitzen, um Energieströme durch Reflesammen die Höhlenstruktur bilden, so ist es zweck- xion, Refraktion und Absorption zu bremsen. Die mäßig, die Größe der Teile innerhalb des oben ange- metallischen Besatzkörper kann man sich etwa so gebenen Bereiches zu wählen. Vorzugsweise hat je- 40 vorstellen, wie in Fig. 9 und 10 dargestellt, vorzugsdes einzelne Teil eine gekrümmte Oberfläche; an weise bestehen sie aus mehreren Schichten von Formen kommen beispielsweise die von Rohren, Streckmetall. Dabei sind die Schichten in der Weise Walzen, Zylindern, gekräuselten Spänen, Schnit- angeordnet, daß einmal reflektierende Oberflächen zein, Drähten, perforierten Scheiben und andere in zur Verfügung stehen und zum anderen in mehreren Frage, wie in dem vergrößerten Ausschnitt zu F i g. 1 45 Schichten geschlossene elektrische Stromkreise vordargestellt. Daneben sind zerhacktes Schrott, zerstük- liegen, und zwar sowohl in vertikalen als auch in hokelte Seile, Werkzeugmaschinenspäne, Bandsägen- rizontalen Ebenen. Die Besatzkörper werden am späne, Mühlenspäne, Folien, Stangen, Schwämme, oberen Ende oder an der oberen Peripherie der Frässpäne und Wolle geeignet. Im allgemeinen wird Reaktionszone der Sprengladung angebracht,
die Form so gewählt, daß der Energie absorbierende 50 Im allgemeinen können elektrische, magnetische Stoff die notwendigen Abstände von selbst einhält, oder induktive Besatzkörper aus einer Vielfalt von wenn die Teile in dem Bohrloch oder sonstwo aufge- Metallen hergestellt sein. Zu den möglichen Metallen schüttet werden. Es bieten sich als Dimensionen gehören Eisen, Blei, Zink, Nickel, Mangan, Chrom, 6 mm und mehr Dicke und 10 bis 15 cm Länge an. Magnesium, Aluminium und andere. Die Schwerme-Streckmetallwände, wie in F i g. 7 dargestellt, tragen 55 talle bewirken, daß die anfängliche Reaktion zurückauch dazu bei, innere Stromkreise in dem System gehalten wird, während Magnesium und Aluminium aufzubauen. Wenn die Metalle zu fein verteilt sind, darüberhinaus auch noch selbst in das System als so sind sie auf Grund ihrer Geometrie nicht in der Reaktionsteilnehmer mit eingehen und gegebenen-Lage, gleichzeitig den Kontakt zwischen den einzel- falls verdampft werden.

nen Teilen sicherzustellen und auf der anderen Seite 60 Man hat bisher dem »Schießen« von Bohrlöchern

genügend große Abstände zu lassen, welche in Form dadurch Einhalt geboten, daß man eine lange Säule

von Kanälen oder Höhlungen den eigentlichen von Bohrspänen zu einem Besatz in dem Bohrloch

Sprengstoff aufnehmen. Die gröberen Teile, welche über der Ladung zusammengetragen hat. Der Gefahr

erfindungsgemäß verwendet werden, haben auch den des »Schießens« wird jetzt durch die Besatzkörper

zu fein verteilten Metallen eigenen Nachteil, daß sie 65 entgegengetreten. Es ist deshalb möglich, eine höhere

nämlich überempfindlich sind und deshalb zu Unfäl- Pulversäule in dem Bohrloch aufzubauen und den-

len führen können. Außerdem bleiben sie im wesent- noch die Kontrolle über das »Schießen« zu behalten,

liehen im metallischen Zustand, wenn auch ihre Praktisch haben sich die neuartigen erfindungsgemä-

ßen Besatzkörper als derartig wirksam erwiesen, daß man Bohrlöcher mit nurmehr 2,5 m Bohrspänen oder anderem Besatzmaterial zu besetzen brauchte, während man bisher für die gleiche Ladung ungefähr 7 m aufschichten mußte, um das »Schießen« der Sprengladung zu verhindern.

Versuche haben gezeigt, daß die induktiven Besatzkörper in der Lage sind, die Kräfte der Explosion nach außen und unten zu richten. Bei Versuchen in Sand hat sich eine extrem hohe Temperatur bis zu 1 m und mehr unter dem Niveau der Sprengladung feststellen lassen, wenn erfindungsgemäße Besatzkörper zur Anwendung kamen. Vergleichsversuche mit herkömmlichen Sprengladungen zeigten, daß ein Wärmeeindringen über mehr als 5 bis 10 cm hinweg nach unten nicht festzustellen war.

Versuche mit Sprengladungen, die gemäß dem Erfindungsvorschlag ausgebildet und ausgerüstet waren, ergaben eine exakte Beschränkung der bei der Explosion frei werdenden elektrischen und thermischen Energie auf dem Sprengort. Die nach dem ungebenden Gestein und nach oben durch das Bohrloch verlorengehende Energie erwies sich als gering. Das »Schießen« ist, wie sich feststellen ließ, im wesentlichen ausgeschaltet; es wird also tatsächlich erreicht, daß die durch die Explosion gelieferte Energie zur nutzbringenden Arbeit, d. h. zur Brechung des Gesteines verwendet wird. Vorstehend wurde die Anwendung der erfindungsgemäßen Sprengladungen bei Ölbohrlöchern und im Bergbau, in Steinbrüchen und für Bauzwecke erwähnt. Die erfindungsgemäßen Körper lassen sich aber auch als feste Brennstoffe für viele andere Zwecke verwenden.

Die theoretischen Grundlagen der Erfindung sind nicht voll verständlich. Eine mögliche Erklärung geht dahin, daß durch die Verwendung von Elektronen leitenden und Energie absorbierenden Stoffen, vorzugsweise in Form von grobstückigem Metall, in der Reaktionszone ein bedeutendes Hindernis für die Bewegung der bei der Detonation frei werdenden Elektronen in der Detonationswellenfront zu schaffen ist. In der Tat werden Elektronenfallen gebildet, welche die bewegte Elektronenfront auffangen und Wärme absorbieren, sowohl die beim mechanischen Stoß entstehende Wärme, als auch diejenige Wärme, welche durch starke elektrische Stromstöße in dem Metall erzeugt wird. Der vielfache Aufstoß der Elektronen und die starken elektrischen Stromstöße bewirken, daß große Wärmemengen erzeugt und die Temperatur des Metalles stark erhöht wird. Das erhitzte Metall geht dann die Reaktion mit Sauerstoff, Stickstoff und anderen anwesenden Stoffen ein; dabei werden, da diese Vorgänge exothermer Natur sind, riesige Wärmemengen frei. Dieser Effekt, der insbesondere überall dort beobachtet wird, wo sich Stromkreise bilden können und daneben die Expansion der Endprodukte, können als verantwortlich für die ungewöhnliche Erhöhung des Leistungsfaktors bei den erfindungsgemäßen Sprengladungen angesehen werden. Auch scheinen die freien Elektronen dem Energie absorbierenden Metall ihre elektromagnetische Energie mitzuteilen.

Diese Energie kommt zu den elektrischen Stromstößen noch hinzu, welche innerhalb des Metalles durch die Elektronenbewegung erzeugt werden und trägt auch zu der Erhitzung des Metalles bei. Es scheint auch, daß mindestens ein Teil der anfänglichen Reaktionswärme durch die freien Elektronen in der anfänglichen Detonationswelle transportiert werden und dadurch auf das Metall übertragen wird, um somit zur Verdampfung des Metalles beizutragen. Es erscheint möglich, daß weitere Anteile der anfänglichen Reaktionswärme dazu verwendet werden, um die Temperatur des eigentlichen Sprengstoffes, beispielsweise des oxydierenden Salzes, welches unmittelbar vor der Stoßfront liegt, rasch anzuheben. Dies scheint insbesondere für diejenige thermische Energie zu gelten, welche von den an der Metalloberfläche reflektierten oder refraktierten Elektronen getragen wird; andererseits kann die Reflexion und Refraktion der Elektronen, der Stoßwellen oder des Lichtes, welche die thermischen Energien tragen, einfach darin gesehen werden, daß die Abwanderung der Energie nach außen momentan beschränkt oder gebremst wird, so daß sowohl die thermische als auch die elektrische Energie in der Reaktionszone so lange gehalten werden, daß die Temperatur des Sprenggemisches einschließlich der oxydierenden Salze beispielsweise wesentlich erhöht wird.

Eine Folge der Veränderung des normalen Weges der Elektronenfront durch die Einführung von im allgemeinen gekrümmt verlaufenden Energie absorbierenden Stoffen in die Reaktionszone ist es, daß der Weg der Detonationswelle oder Stoßwelle ebenfalls verändert wird. Die Stoßwelle sucht, den Konturen der leitenden Metallkörper zu folgen und wird in ihrer Wanderung gehindert. Es liegen Beweise für die Annahme vor, daß die anfängliche Stoßwelle in ihrer Ausbreitung so lange gehindert wird, daß sie mit den größeren durch die Hauptdetonation in der Reaktionszone erzeugten Stoßwellen zusammenfällt, mit der Folge, daß die Hauptstoßwellen verstärkt werden und deshalb eine stärkere Bewegung der Belastung, d. h. des Gesteins eintritt.

Neben dieser vorstehend diskutierten theoretischen Erklärung sind auch andere möglich; z. B. kann man die Meinung vertreten, daß durch die extrem hohen auftretenden Temperaturen die gasförmigen Stoffe in den Zustand eines Plasmas versetzt werden, d. h. in einen Zustand, in dem sie den gewöhnlichen Gasgesetzen nicht mehr gehorchen. Es würde also dann durch die Begrenzung und Abbremsung der Elektronen ein Plasma von Ionen und freien Elektronen erzeugt, welches bei der anschließenden Rekombination eine starke Stoßwirkung erzeugt und dadurch die Sprengkraft des Sprengstoffes erhöht. Aus den nachfolgend beschriebenen Beispielen ergibt sich auch, daß fein verteilte Metalle in Verbindung mit der Höhlenstruktur verwendet werden können, ohne daß der Leistungsfaktor der erfindungsgemäßen Sprengladung leiden würde.

Beispiel I

2,5 kg eines Gemisches, bestehend aus

a) 72 Gewichtsprozent flüssiger ammoniakalischer Ammoniumnitratlösung, hergestellt aus 69,8 Teilen Ammoniumnitrat, 23,8 Teilen flüssigen Ammoniaks und 6,4 Teilen Wassers,

b) 14 Gewichtsprozent grobstückiger Magnesiumwerkzeugmaschinenspäne

c) 14 Gewichtsprozent grobstückiger Aluminiumwerkzeugmaschinenspäne

wurden in einen flexiblen Polyäthylenbeutel gebracht. Diese Ladung wurde sodann in ein 1,8 m tiefes Bohrloch in einem Versuchsgelände gesetzt und 1,35 m tief mit Sand besetzt.

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Man ließ sodann die Ladung 1 Stunde lang stehen und brachte sie dann elektrisch unter Verwendung einer Initialsprengladung ab. Die Sprengung verlief erfolgreich. Durch die Sprengung wurde ein Krater von 2,85 m Durchmesser in dem Versuchsgelände erzeugt. Wenn die gleiche Menge an Metall in fein verteilter Form in einer sonst ähnlichen Sprengladung verwendet wurde, wobei die Metallteilchen so klein waren, daß sich eine Höhlenstruktur nicht bilden konnte, die Metallteilchen also nicht von selbst einen Abstand einhielten, so wurden Krater von wesentlich geringerem Durchmesser gebildet.

B ei spiel II

Es wurde von dem gleichen Gemisch ausgegangen, wie in Beispiel I. Dieses wurde jedoch diesmal nicht in einen Polyäthylenbeutel gebracht, sondern in einen gerieften Aluminiumbehälter von 15 cm Durchmesser und 17,5 cm Höhe. Die Sprengung war erfolgreich. Es wurde ein Krater von 3,30 m Durchmesser in dem Prüfgelände gebildet.

Beispiel III

Es wurde ähnlich, wie im Falle des Beispieles I ein Gemisch von

a) 1,6 kg einer flüssigen ammoniakalischen Ammoniumnitratlösung aus 69,8 Teilen Ammoniumnitrat, 23,8 Teilen flüssigen Ammoniaks und 6,4 Teilen Wassers

b) grobstückiger Magnesiumspäne und Drehspäne und

c) 0,45 kg grobstückiger Aluminiumwerkzeugmaschinenspäne in einen Polyäthylenbeutel gebracht. Die Ladung wurde in ein Bohrloch gebracht, besetzt, eine Zeitlang belassen und schließlich, wie in Beispiel I, mit Erfolg zur Explosion gebracht. Bei der Explosion entstand ein Krater von 3,0 m Durchmesser und 1,05 m Tiefe.

Beispiel IV

Im Anschluß an das Verfahren des Beispiels III wurde die gleiche Ladung mit rohrförmigem, strohartigem Magnesium bereitet, welche an die Stelle der grobstückigen Magnesiumspäne und der Drehspäne traten. Das Gemisch wurde wieder in einen flexiblen Polyäthylenbeutel gebracht. Die Ladung wurde in ein Bohrloch gegeben, dort eine Zeitlang belassen und schließlich mit Erfolg zur Explosion gebracht. Bei der Explosion entstand ein Krater von 3,6 m Durchmesser und 1,5 m Tiefe.

B ei spiel V

Es wurde ein Sprengstoffgemisch aus 1,8 kg flüssiger ammoniakalischer Ammoniumnitratlösung, gemäß Beispiel I, 0,34 kg grober Aluminiumschnitzel- und Drehspäne und 0,34 kg grober gekräuselter Magnesiumspäne hergestellt; das Gemisch wurde in einen aus Folie hergestellten Kanister gebracht, der aus zwei Folien zusammengesetzt war, wie in F i g. 7 gezeichnet, und die Form eines Zylinders mit angepreßtem Boden hatte. Die Ladung wurde in ein 1,8 m tiefes Bohrloch gesetzt und dort unter Umgebungsbedingungen stehen gelassen. Es zeigte sich, daß eine Autoreaktion stattfand, die durch Freiwerden von Wärme festgestellt werden konnte. Nach 7?U Stunden war ein festes, körniges Reaktionsprodukt gebildet. 2 Tage später wurde der feste Stoff mit 1,2 m Sand besetzt und unter Verwendung einer Initialsprengladung elektrisch zur Explosion gebracht. Die Sprengung verlief erfolgreich. Es wurde ein Krater von 3,0 m Durchmesser und ungefähr 1,2 m bis 1,6 m Tiefe erzeugt.

Beispiel VI

Die Mischung des Beispieles V wurde unmittelbar in das Bohrloch eingesetzt, ohne in einen äußeren

ίο Kanister eingeschlossen zu sein. Wiederum entstand nach 2³A Stunden ein festes, körniges Reaktionsprodukt; 2 Tage später wurde die Ladung mit Erfolg zur Explosion gebracht. Der Durchmesser des Explosionskraters betrug 2,25 m; die Tiefe war geringer als im Falle des Beispieles V.

Beispiel VII

Das Gemisch des Beispieles V wurde durch Zugabe von 6 Gewichtsprozent Wasser modifiziert. Die Mischung wurde sodann in den Kanister des Beispieles V und in ein Bohrloch gesetzt. Nach 2 Stunden trat Verfestigung ein und nach 2 Tagen wurde mit Erfolg die Explosion ausgelöst. Sie ergab die gleichen Resultate wie die Explosion nach Beispiel V.

Beispiel VIII

In Takonitablagerungen (hartes, eisenhaltiges Gestein des Mesabidistrikts) wurden die üblichen Bohrlöcher mit 500 kg-Ladungen von üblichem Ammoniumnitrat-Sprengstoff geladen (Düngemittel Ammoniumnitratstücke, die mit Erdöl benetzt waren). 7 m Bruchsteinschüttung wurde als Besatz auf die Ladung aufgeschichtet, um das Schießen der Sprengladung aus dem Bohrloch zu verhindern. Bei Verwendung eines elektromagnetischen Drei-Platten-Besatzkörpers aus Eisen (F i g. 9) genügte es, 2,4 m Bruchsteinschüttung auf die Sprengladung aufzuschichten, um das »Schießen« mit Erfolg zu unterbinden.

Beispiel IX

Im Anschluß an das Beispiel V wurde ein Sprengstoffgemisch aus 1,8 kg flüssiger ammoniakalischer Ammoniumnitratlösung, gemäß Beispiel I, 0,34 kg grobstückiger Aluminium-Werkzeugmaschinenspäne und 0,34 kg Magnesiumbänder (in Form von 1,25 cm breiten und 20 bis 25 cm langen Stücken) hergestellt. Man ließ diese Ladung unter Umgebungsbedingungen im Laboratorium stehen und beobachtete die Bildung eines festen, körnigen Reaktionsproduktes, entsprechend Beispiel V. Der körnige Sprengstoff wurde sodann in einen 4 Liter fassenden metallischen Behälter gebracht und in ein 1,8 m tiefes Bohrloch eingesetzt und mit 1,35 m Sand besetzt. Die Ladung wurde elektrisch unter Verwendung einer Initialsprengladung zur Explosion gebracht. Bei der Explosion entstand ein Krater von 3 m Durchmesser.

Beispiel X

Entsprechend Beispiel V wurde eine Sprengstoffmischung hergestellt und stehen gelassen, bis sie in feste, körnige Form überging. Die Ladung wurde sodann in einen Metallblechbehälter gesetzt und um den Eisenbehälter herum wurde Aluminiumfolie gewickelt. Das Bohrloch wurde, wie in Beispiel V beschickt, besetzt und gesprengt.

Der entstehende Krater hatte 3,65 m Durchmesser. Die Verbesserung gegenüber Beispiel IX beruhte al-

lein auf der Anwesenheit der Aluminiumfolie. Von der Aluminiumfolie fand man keine Reste, wohl aber zerrissene Stücke des Behältermaterials.

Beispiel XI

Im Anschluß an Beispiel X wurde die gleiche Sprengstoffmischung bereitet wie dort. Man ließ aber diese nicht exotherm zu einem körnigen Reaktionsprodukt reagieren, sondern brachte die flüssige Mischung in einen Metallbehälter, der von Aluminiumfolie umgeben war, wie im Falle des Beispieles X und setzte diesen sofort in das Bohrloch ein.

Nach 35 Minuten war das Sprengstoffgemisch noch in flüssigem Zustand und wurde unter Verwendung einer Initialsprengladung zur Explosion gebracht. Der dabei entstehende Krater hatte einen Durchmesser von 3,6 m.

Beispiel XII

Eine Höhlenstruktur aus Aluminium und Magnesium, deren Höhlen sich durch Aufschüttung ergeben, wurde zusammen mit 2,3 kg TNT in einen Polyäthylensack gegeben und in ein 2 m tiefes Bohrloch im Boden des Versuchsgeländes eingesetzt und mit IV2 m Sand besetzt. Die Ladung wurde sodann unter Verwendung einer Initialsprengladung elektrisch zur Explosion gebracht. Es entstand ein Krater der vorher angegebenen Größenordnung.

Beispiel XIII

Entsprechend Beispiel XII wurden 2,3 kg TNT zusammen mit einer geeigneten Höhlenstruktur in einen Polyäthylensack gegeben und das Ganze in Aluminiumfolie eingewickelt. Die Ladung wurde sodann an Ort und Stelle gebracht, besetzt und wie in Beispiel XII zur Explosion gebracht. Die Explosion verlief erfolgreich. Es entstand ein Krater, der etwas größer war, als der des Beispieles XII.

Beispiel XIV

Im Anschluß an das Beispiel XIII wurde eine 2,3 kg schwere Ladung von TNT zusammen mit einer Höhlenstruktur in einen Polyäthylensack gegeben und wie in Beispiel XIII in Aluminiumfolie eingewickelt. Über die Ladung wurde ein elektromagnetischer Besatzkörper aus Gitterfolie gelegt (wie in F i g. 9 dargestellt). Im übrigen wurde die Sprengung wie in den Beispielen XII und XIII vorbereitet. Bei der erfolgreichen Explosion entstand ein Krater, der ungefähr die gleiche horizontale Ausdehnung wie der nach Beispiel XIII, aber eine größere Tiefe besaß, als dieser.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sprengladung, insbesondere zum Bohrlochschießen, unter Verwendung von Sprenggemischen auf der Basis von festen Sprengstoffen, insbesondere Ammoniumnitrat in Form einer wäßrigen und/oder ammoniakalischen Lösung, unter Zusatz metallischer Brennstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle grobstükkige, vorzugsweise unregelmäßige wie kreisförmige, winkelförmige, gekrümmte, gekräuselte oder gewalzte Teilchen sind, die durch direkten Kontakt miteinander in leitender Verbindung stehen.

2. Sprengladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Teilchen länglich sind und eine Querschnittsabmessung von 1 mm bis zu 6 mm und eine Länge von 10 cm bis 15 cm und mehr besitzen.

3. Sprengladung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein oder mehrere an sich bekannte, vorzugsweise perforierte Metallkörper, wie kreisförmige Platten oder ähnliche Glieder, aufweist.