DE1932579C3

DE1932579C3 - Verfahren zum Regeln der Dichte von schlammförmigen Sprengstoffmischungen

Info

Publication number: DE1932579C3
Application number: DE19691932579
Authority: DE
Inventors: Stephen M Salt Lake City; Clay Robert B Bountiful; Utah Brockbank (V.StA.)
Original assignee: Intermountain Research And Engineering Co Inc West Jordan Utah VStA
Current assignee: Intermountain Research And Engineering Co Inc West Jordan Utah VStA
Filing date: 1969-06-27
Publication date: 1978-01-26

Description

Schlammförmige Sprengstoffe werden gewöhnlich aus einer Lösung eines Oxydationsmittels, wie beispielsweise einer wäßrigen Lösung von Ammoniumnitrat, in der trockenes, fein verteiltes Material suspendiert ist, unter Verwendung eines Verdickungs- oder Geliermittels hergestellt, das hinzugegeben wird, um eine Abscheidung der suspendierten Teilchen aus der flüssigen Phase zu verhindern.

Aus der US-Patentschrift 32 88 661 sind bereits schlammförmige, mit Luft angereicherte Sprengstoffe bekannt, die aus oxydierenden anorganischen Salzen, wie Ammoniumnitrat, Alkali- und Erdalkalinitraten und

ίο -perchloraten, ferner 0,2 bis 2% eines Verdickungsmittel«, nämlich hydratisiertem Guarangummi, 4 bis 60% Sensibilisierungsmitteln in Form von festen Stoffen, 03% eines als Schaumerzeuger wirkenden oberflächenaktiven Mittels, das auch nichtionisch sein kann und deshalb in Salzlösungen wirksam ist, und 4 bis 35% Wasser bestehen. Die Dichte dieser Sprengstoffmischungen kann zwischen 0,88 und 145 schwanken.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Dichte derartiger scnlammförmiger Sprengstoffe, die ungelöste feste Teilchen enthalten, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß zunächst ein schaumbildendes Mittel in die Lösung der anorganischen oxydierenden Salze eingebracht, diese Lösung innig mit Gas vermengt und hierauf die gashaltige Lösung mit den fein verteilten Stoffen vermischt wird.

Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung.

F i g. 1 isi eine teilweise schematisch gehaltene Schnittzeichnung einer bevorzugten mechanischen Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 2 ist ein Schnitt durch ein anderes System, wobei verschiedene Teile im Querschnitt gezeichnet und andere aus Gründen der Vereinfachung weggelassen sind;

Fig.3, 4, 5 und 6 sind graphische Darstellungen, die das Verhältnis der Detonationsgeschwindigkeit zur Dichte, der Dichte zum Druck, des kritischen Durchmessers zur Dichte und der Sprengwirkung zur Dichte bei typischen Schlammsprengstoffen darstellen.

Gemäß F i g. 1 ist ein Flüssigkeitsvorrat aus einer konzentrierten oder im wesentlichen gesättigten wäßrigen Lösung von Ammoniumnitrat oder von Ammoniumnitrat und Natriumnitrat oder anderen oxydierenden Salzen, wie Ammonium-, Alkali- oder Erdalkalinitraten,

4s -chloraten oder -perchloraten, oder irgendeine geeignete Kombination dieser Verbindungen in einem Vorratsbehälter 11 vorhanden, der einen Füllstutzen 13 am oberen Ende und eine Ausflußöffnung 15 am Boden aufweist. Eine Pumpe 17, vorzugsweise eine Meßpumpe oder eine solche, die eine zwangsweise Verdrängung bewirkt, dient dazu, um die Flüssigkeit durch eine Leitung 19 zu treiben, um so einen gleichbleibenden Strom unabhängig von der Höhe des Behälters 11 oder dem Ausmaß, bis zu dem er gefüllt ist, zu erreichen.

Durch eine Flüssigkeitszufuhrleitung 21, die mit der Aufschrift »Wasser« gekennzeichnet ist, kann warmes oder kaltes Wasser oder ein organischer flüssiger Brennstoff od. dgl. eingeleitet und dieses Wasser dazu verwendet werden, um das System auszuspülen, nachdem die Pumpe abgeschaltet ist. Die Leitung 21 wird durch ein Ventil 23 abgeschlossen. Ein elektrisch betätigtes Ventil 25 in Leitung 19, das vom Solenoid 26 gesteuert wird, schließt den Strom ab. Anstelle des Solenoids kann ein pneumatisch oder hydraulisch

6s gesteuerter Kolben verwendet werden, um die Zufuhr zu regeln oder ein sauberes Abschalten der Flüssigkeit zu erreichen.

Unterhalb des Ventils 25 verzweigt sich die Leitung

19 in eine Hauptleitung 27, die durch das Ventil 29 gesteuert wird, und eine Nebenleitung 31, die durch das Ventil 33 geöffnet oder geschlossen wird. Eine einzelne Regelvorrichtung, wie z. B. der Handgriff 35, kann dazu dienen, beide Ventile zu betätigen. Dabei ist die bevorzugte Anordnung so getroffen, daß ein Ventil offen ist, wenn das andere geschlossen ist Auf diese Weise ist eine vollständige Regelung der verhältnismäßigen Strömungsmengen durch beide Leitungen leicht zu erzielen. Wenn eine Gesamtmenge von C Litern .der Flüssigkeit gewünscht wird, so muß die Vereinigung des Stroms von A Litern in der Leitung 27 unter dem Einfluß des Ventils 29 und von B Litern durch das Ventil 33 der Menge C entsprechen. Ebenso kann entweder die Menge A oder die Menge B von 0 bis C verändert werden. Der Regelschieber 35 kann von Hand oder elektrisch-pneumatisch-hydraulisch oder durch irgendwelche mechanischen Mittel bedient werden. Er kann durch einen Computer üblicher Bauweise, der hier nicht dargestellt ist, gesteuert werden, um die Art des an die Sprengstelle zu bringenden Schlammes entsprechend zu regeln. Am Boden des Bohrloches, wo eine dichte voll wirksame Explosion benötigt wird, um eine maximale Sprengwirkung zu erreichen, kann es erwünscht sein, überhaupt keine Belüftung stattfinden zu lassen. Dabei kann das Ventil 33 vollständig geschlossen sein. In der Mitte des Bohrloches kann ein weniger dichter Sprengstoff von mäßiger Stärke erwünscht sein; dann kann das Ventil 33 teilweise geöffnet sein. In der Nähe der Bohrlochöffnung kann lediglich eine leichte Schaummischung erforderlich sein. Dann kann Ventil 33 weiter oder sogar vollständig geöffnet sein.

Unter der Annahme, daß das Ventil 29 zu einem gewissen Teil geöffnet ist, fließt die Flüssigkeit, die in einer Menge A durch die Leitung 27 strömt, in einen Ringkanal oder einen Trichter 37, der im oberen Teil der Mischkammer 39 vorgesehen ist. In dieser Kammer werden alle Bestandteile des Sprengstoffschlamms miteinander vermischt und verrührt. Die Bestandteile können aus C Litern pro Minute Flüssigkeit und D kg pro Minute eines testen, aus einzelnen Teilchen zusammengesetzten Stoffes bestehen einschließlich Brennstoff und einem Sensibilisator. Diese Mischung wird oft als sog. Vormischung bezeichnet. Sie stellt insgesamt E Liter pro Minute eines Schlammes dar. Die Ventile 29 und 33 können durch ein Dreiwegeventil ersetzt werden. Der Teil B der Flüssigkeit, der durch das Ventil 33 oder in anderer Weise durch die Leitung 31 strömt, fließt zu einer Verschäumereinrichtung, die das Gas mit der Flüssigkeit mischt und aus einer Kammer 41 und Rührblättern 43 besteht, die von einem Motor 45 getrieben werden. Durch die Leitung 47 wird soviel Luft wie gewünscht zugeführt, um in Form feiner Blasen innerhalb der Flüssigkeit aufgeschlagen zu werden. Die flüssige Lösung im Behälter 11 enthält vorzugsweise zum Beginn eine kleine Menge eines Verdickungs- oder Geliermittels, beispielsweise einer Menge von 1% von Guargummi oder eine etwas größere Menge vorgekochter Stärke. Dies erhöht die Viskosität der Flüssigkeit in genügendem Maße, so daß auch feinere Bläschen eine genügend lange Zeitspanne nicht zusammenlaufen oder entweichen, sondern statt dessen ein gut belüftetes Produkt erzielt wird. Das bevorzugte Gas ist Luft, aber es kann auch Stickstoff oder sogar Kohlendioxid, das jedoch löslich und daher nicht so geeignet ist, verwendet werden. Von dem Belüfter oder Mischer 41 fließt die belüftete Flüssigkeit durch die Leitune 49 in den Trichter 37. wo sie mit verhältnismäßig wenig belüfteter Flüssigkeit aus der Leitung 27 vermischt wird. Die belüftete Flüssigkeitsmischung strömt dann durch die zentrale Austrittsöffnung 51 des Trichters 37 in den Mischer 39, in dem mindestens ein Rührer 53 und gewünschtenfalls ein weiterer Rührer 55 an einer Welle 57 angeordnet sind, die durch einen Motor 59 angetrieben wird.

Die Vormischung des fein verteilten Materials, zu der noch oxydierende Salze zugesetzt werden können, ist in

ίο einem oder mehreren Trichtern 61 enthalten. Die Masse wird durch geeignete Zuführungsvorrichtungen wie eine Förderschnecke oder Schraube 63 verteilt, deren Fördergeschwindigkeit geändert werden kann. Die Vormischung, das trockene Oxydationsmittel oder

is beide, fallen durch die Leitung 65 in den Oberteil des Mischers 39. Hier werden sie durch die obere Wand 67 des Trichters 37 in die Mittelöffnung 51 abgelenkt, wo sie sich mit der Flüssigkeit mischen. Eine gute homogene Dispersion der ungelösten Festteile in der Flüssigkeit ist durchaus erwünscht Einige der Feststoffe können von Natur aus unlöslich sein, wie z. B. die Bestandteile der Vormischung, nämlich feine Teilchen von metallischem Aluminium, Schwefel, Gilsonitasphalt und gepulverte Kohle. Andere Stoffe können unlöslich bleiben, weil die Lösung schon gesättigt ist, z. B. trockenes Ammoniumnitrat, Natriumnitrat und dergl., während noch andere, wie Guarangummi, kolloidal dispergierbar aber in der Flüssigkeit nicht wirklich löslich sind. Es ist wichtig, daß solche Teilchen, seien sie nun vollständig oder teilweise löslich oder auch vollständig unlöslich, innerhalb des Schlammes suspendiert und homogen dispergiert bleiben. Zu diesem Zweck ist die verdickte oder gelierende Wirkung des die Zähigkeit erhöhenden Mittels in der ursprünglichen Flüssigkeit von Bedeutung. Dieses Mittel kann Guarangummi oder andere natürlich vorkommende Gummisorten, gegebenenfalls unter Zusatz von Mitteln, die eine Vernetzung bewirken, sein, oder es kann sich um Mehle, Stärkesorten od. dgl., gegebenenfalls unter Zusatz von Mitteln, die eine Vernetzung bewirken, oder auch um Kombinationen solcher Stoffe handeln. Die suspendierten Teilchen können im Schlamm von verhältnismäßig geringer Viskosität so lange fein verteilt bleiben, als der Schlamm sich in Bewegung befindet und leicht pumpbar bleibt. Nachdem die Masse in das Bohrloch eingebracht und zur Ruhr gekommen ist, verhindert das anschließende Dickwerden eine Trennung der suspendierten Teilchen, deren Dichte von derjenigen der suspendierenden Flüssigkeit verschieden ist, unter der Wirkung der Schwerkraft. Das weitere Dickwerden kann durch die Auswahl und den Zeitpunkt der Einführung des Verdickungsmittels, die Regelung des Mischvorgangs und den Zeitpunkt, zu dem das Material an den Verbrauchsort gelangt, oder eine Kombination dieser Faktoren beeinflußt werden. Wenn es sich um warme oder heiße Schlamme handelt, so kann die warme Flüssigkeit recht glatt fließen und leicht pumpbar sein, während beim Kühlen, wenn der Schlamm mit dem kalten Stein in dem Bohrloch in Berührung kommt und noch kaltes Wasser zugegen sein kann, durch die entstehende Ausfällung des gelösten oxydierenden Salzes, beispielsweise des Ammoniumnitrats, aus der gesättigten Lösung eine merkliche Verrlickung des Schlammes eintritt.

f>5 Das nunmehr in Schlammform vorliegende gemischte Material fließt nun am Boden des Mischbehälters durch eine Austrittsöffnung 69 zu einer Schlammförderpumpe 71 weiter, die in den verschiedenen Figuren schematisch

in einfacher Form dargestellt ist. Vorzugsweise wird eine Zwangsverdrängerpumpe verwendet, so daß sie die Menge des geförderten Schlammes regelt und mißt. Auf diese Weise kann die Menge des in jeden Behälter oder jedes Bohrloch geförderten Schlammes genau bestimmt und aufgezeichnet oder mit Hilfe geeigneter, nicht dargestellter Vorrichtungen zusammengezählt werden.

In der Austrittsleitung 75 der Pumpe ist vorzugsweise ein Durchflußregelventil 73, beispielsweise ein Meßventil vorgesehen. Für den Fall, daß das Ventil 73 geschlossen oder lediglich teilweise geöffnet ist und die Förderkapazität der Pumpe 71 größer ist als die Schlammenge, deren Austritt durch die Leitung 75 ermöglicht wird, ist eine Nebenschlußleitung 76 vorgesehen, die mit einem einstellbaren Ventil 77 ausgerüstet ist. Die Ventile 73 und 77 können entweder von Hand oder selbsttätig durch einen gemeinsamen Einstellhebel 79 grundsätzlich in gleicher Weise wie die Ventile 29 und 33 geregelt werden.

F i g. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, bei der ein Flüssigkeitsvorratsbehälter 11 vorgesehen ist, der zwei Austrittsleitungen 80 und 81 aufweist, die durch die Ventile 82 und 83 reguliert werden. Die Austrittsleitung 80 führt direkt zu einer Pumpe 85, mit der die Flüssigkeit durch die Leitung 86 zu einem Trichter 37 in der Mischkammer, ebenso wie in Fig. 1, gepumpt werden kann. Die Mischvorrichtung 57 kann die gleiche sein wie in F i g. 1. Die andere Ausströmleitung 81 führt zu einer Belüftungskammer 88, in der an einer Welle 90, die an Lagern 91 senkrecht neben der Belüftungsvorrichtung angeordnet ist, eine Rühr- und Belüftungseinrichtung 89 vorgesehen ist. Die Welle 90 des Belüfters oder der Homogenisiervorrichtung 89 wird von einem Treibriemen 93 über ein Antriebsrad 94 eines nicht dargestellten Motors betrieben. Die Einrichtung kann derjenigen nach Fig. 1 ähnlich sein; es können aber auch andere Arten verwendet werden. Die Austrittsöffnung 95 aus der Belüftungskammer 88 führt in die Mischkammer 39. Durch Änderung der Stellungen der Ventile 82 und 83 können die Anteile an geschäumter und nicht geschäumter Flüssigkeit in jedem gewünschten Verhältnis von 0 bis oo variiert werden. Wenn eine stark geschäumte Masse gewünscht wird, kann es notwendig sein, daß alle oder nahezu die gesamte Flüssigkeit belüftet wird, bevor sie in die Mischkammer 39 strömt. Im allgemeinen wird jedoch ein geringerer Anteil, typischerweise 10 bis 50% od. dgl. durchaus geeignet sein. An den Ventilen in F i g. 2 sind keine Regeleinrichtungen dargestellt, daber die Ventile können gewünschtenfalls miteinander verbunden sein, so daß mit Hilfe eines einzigen Regelvorgangs die Strömung durch die Leitungen 80 und 81 stufenlos von 0 bis 100 in jeder Leitung verändert werden kann. Auf diese Weise kann die Mischung, die durch die Leitung 86 zu der Mischvorrichtung strömt, die hier nicht besonders dargestellt ist, aber der Einrichtung 39 in F i g. 1 äquivalent sein kann, jeden vernünftigerweise gewünschten Luft- oder Schaumgehalt aufweisen.

Bei beiden Anordnungen besteht die Belüftungseinrichtung 43 oder 89 vorzugsweise aus einer hochtourigen Belüftungs- oder Homogenisiervorrichtung. Diese kann den bei Nahrungsmittel- oder Getränkemischern verwendeten ähnlich sein. Wesentlich ist es, daß die Belüftungseinrichtung genügend Energie besitzt, um in die Flüssigkeit eine genügend große Zahl sehr kleiner Bläschen einzurühren. Die Zahl der Bläschen scheint wichtiger als ihre Größe, jedenfalls soweit es sich um die Detonationsempfindlichkeit des Schlammes handelt Der Behälter 88 mit dem Mischer 89 ist so angeordnet, daß er von dem Antriebsmechanismus und dem Behälter 39 und dgl. abgenommen werden kann.

Ferner ist noch ein Belüftungsrohr 98 zum Einleiten von Luft vorgesehen, die in die Flüssigkeit durch die Mischvorrichtung oder den Belüfter 89 hindurchgeführt wird. Dieser wird vorzugsweise mit hoher Geschwindigkeit angetrieben. Die Lösung des Oxydationsmittels ist für sich nicht explosiv, so daß keine Explosionsgefahr

ίο besteht, wie sie auftreten könnte, wenn das gesamte Schlammerzeugnis heftig gerührt würde.

Die aus einzelnen Teilen bestehenden Feststoffe werden gemäß F i g. 2 aus einem oder mehreren Trichtern 99 durch eine Verteilvorrichtung 100 in eine Rohrleitung 101 gefördert, die zu der Schlammischkammer 39 führt Diese Feststoffe können aus fein verteiltem festem Aluminium und gegebenenfalls anderen Brennstoffen wie kohlenstoffhaltigen Brennstoffen und dgl., ζ. B. gemahlener Kohle, Gilsonitasphalt od. dgl. bestehen. Auch fein verteilte Sprengstoffe wie Trinitrotoluol, rauchloses Pulver und dgl. können mit verwendet oder eingerührt werden. Die Feststoffe können auch Schwefel in fein verteilter Form enthalter und ein oder mehrere verdickungs- oder gelbildende Mittel wie Stärke, Guarangummi oder äquivalente Stoffe zusätzlich zu den Verdickungs- und Schaumbildungsmitteln, die schon in der flüssigen Lösung vorhanden sind. Es können auch Stoffe, die eine chemische Vernetzung herbeiführen, wie Borax, Kaliko um- oder Natriumbichromat zugesetzt werden, um besonders die Verdickungswirkung der Gummilösung zu erleichtern.

Ein bevorzugtes Verdickungsmittel für die Lösung isi ein Galactomannan-Gummi wie z. B. hydratisierter Guarangummi. Ein erwünschter Zusatzstoff für der belüfteten Schlamm ist ein Gummi, der im wesentlichen von Metallen oder Salzen frei ist und an den durch eine Weiterbehandlung Hydroxylgruppen angelagert sind Dieser fördert die Belüftung der Flüssigkeit und ist eir guter Stabilisator für den in der Mischvorrichtung erzeugten Schaum. Eine kleinere Menge eines solcher Gummis, beispielsweise 0,01 bis 0,2% auf die flüssige Lösung beispielsweise im Behälter 11 bezogen, genügt um den Schaum zu stabilisieren. Es handelt sich um Gewichtsmengen, gerechnet auf die gesamte Schlammenge. Zusätzlicher Gummi oder ein weiteres Verdickungsmittel der gleichen Art oder auch irgendwelche anderen wie Stärke usw. können in die trockene Vormischung im Behälter 61 nach F i g. 1 usw hineingegeben werden, wenn es erwünscht ist, die Viskosität bei langem Lagern zu erhöhen. Aber etwa« derartiges wird oft nicht nötig sein, wenn der Schlamm innerhalb weniger Stunden zur Detonation gebrachi werden soll.

Andererseits können Schaumbildner, insbesondere solche, die in starken Lösungen von oxydierender Salzen wirksam sind, der Flüssigkeit zugesetzt werden beispielsweise im Behälter 11 in sehr kleinen Mengen z. B. 0,005 bis 0,1% od. dgL Ein geeignetes Material zui Stabilisierung des Schaums und zum Verschließen dei kleinen gebildeten Gasblasen, welches dabei eingerin ges Netzvermögen besitzt, ist ein flüssiger Schäumer zeuger für Salzwasser oder Sole, nämlich ein lineares aliphatisches Äthoxylatsulfat Ein anderes geeignete; Material ist ein anionischer Schaumerzeuger füi Salzwasser, der einen organischen Phosphatestei darstellt Er ist in salzhaltigen Lösungen auch ti Gegenwart anderer Stoffe in ähnlich kleinen Menget

wirksam. Es können auch andere oberflächenaktive Stoffe, die in salzhaltigem Wasser wirksam sind, verwendet werden.

Es ist von Bedeutung, daß das Stabilisierungsmittel für den Schaum kein zu starkes Netzvermögen besitzt, da es erwünscht ist, die Luft an den suspendierten Feststoffen, wie Aluminium, zu binden. Reinigungsmittel sind gewöhnlich unerwünscht, insbesondere wenn feine Aluminiumteilchen anwesend sind. Der oben erwähnte modifizierte Guarangummi ist besonders in kleinen Mengen geeignet. Er bewirkt eine Schaumbildung und besitzt offenbar eine geringe geringere Neigung zur Synärese als gewöhnlicher Gummi. Er scheint auch weniger zu einer durch Bakterien verursachten Zersetzung zu neigen. Er quillt in wäßrigen Lösungen, die einen hohen pH-Weri aufweisen und quillt auch in den meisten organischen Lösungsmitteln, insbesondere solchen, die Hydroxylgruppen enthalten wie Alkoholen, Glykolen, Glykoläthern und dgl. Ein sehr geeigneter Weg, einen solchen Gummi in die konzentrierte wäßrige Lösung des Oxydationsmittels einzurühren, besteht darin, ihn zunächst in Glykol zu dispergieren.

Das geschäumte Material kann auch gewünschtenfalls mit dem nichtgeschäumten dadurch vermischt werden, daß man das geschäumte Material mit Hilfe eines Venturi-Rohres in den Hauptstrom der ungeschäumten Flüssigkeil einsaugen läßt. Natürlich ist das Venturi-Rohr ohne Wirkung, wenn die gesamte Flüssigkeitsmenge belüftet ist.

Die Flüssigkeit, in die die fein verteilten Feststoffe einzumischen sind, so daß sich ein homogener Schlamm bildet, enthält vorzugsweise mindestens ein Mittel, daß die Blasen zurückhält oder den Schaum stabilisiert. Eine kleine Menge von Gummi in der Lösung erfüllt für sich diese Aufgabe in gewissem Grade. Das Mittel kann die Schaumbildung begünstigen oder auch ein Schaumerzeuger auf chemischer Grundlage sein. Die Natur des Verdickungsmittels selbst kann in dieser Weise wirken, wie dies bei dem bereits erwähnten schaumbildenden Gummi der Fall ist, der zunächst mindestens in geringem Ausmaße die Schaumbildung begünstigt und dann die feinen Bläschen physikalisch verschließt.

Ein solches Mittel ist in den folgenden Ansprüchen entweder als Schaumstabilisator oder Verschäumungsmittel oder in beider Weise bezeichnet. Die Mischzone braucht nicht immer aus einer mechanischen Mischvorrichtung zu bestehen, sofern die Flüssigkeit und die Feststoffe mit entsprechend hoher Energie im Mischer oder beim Einfließen gemischt werden. Die Schlammförderungspumpe kann in manchen Fällen dazu dienen, die Mischung zu vervollständigen und den Schlamm weitgehend glatt, gleichmäßig und in seiner Beschaffenheit homogen zu machen. Bei einer entsprechenden Belüftung kann die Schlammpumpe dazu benutzt werden, um die Dichte zu regeln. Es muß jedoch darauf geachtet werden, nicht zu erhebliche Massen von großen Luftblasen in die Masse einzurühren, was Ungleichmäßigkeiten innerhalb des Schlammes verursachen würde.

Die F i g. 3 bis 6 erläutern graphisch einige Ergebnisse der geregelten Belüftung und vorsichtiger Änderungen in der Dichte des Schlamms. F i g. 3 zeigt im einzelnen eine bemerkenswerte Erhöhung der Detonationsgeschwindigkeit D, wenn die Dichte zweier typischer Schlammsorten durch Belüftung vermindert wird. Bei diesen besonderen Schlammsorten wird eine maximale Detonationsgeschwindigkeit erzielt, wenn die ursprüngliche Dichte von etwa 1,2 g/ccm auf etwa 1,1 vermindert wird. Eine weitere Verminderung verursacht eine Abnahme von D. Die einzelnen Ergebnisse sind folgende:

Es wurde eine Grundmischung aus einer wäßrigen Lösung von 15 Teilen Wasser, 42 Teilen Ammoniumnitrat und 15 Teilen Natriumnitrat mit einer kleinen Menge eines schaumbildenden Guaranharzes und 0,2 Teilen eines nichtschäumenden Gummis hergestellt. Die Lösung wurde in einem Fall durch eine Pumpe

ίο geschickt, bevor irgendwelche trockenen Feststoffe zugesetzt wurden. Hierdurch wurde eine geringe Schaummenge in der Masse gebildet, Eine Mischung von Brennstoff (4 Teile Schwefel und 6 Teile Gilsonitasphalt mit einer kleinen Menge eines trockenen Guarangummis) sowie zusätzliches trockenes Ammoniumnitrat in Mengen von 17,7 Teilen wurde dann zur Erzielung eines dicken Schlammes zugesetzt. Diese leicht belüftete Mischung besaß eine Dichte von 1,16. Die Masse besaß bei der Prüfung in einer 10-cm-Säule eine Detonationsgeschwindigkeit bei 32° von 3320 m/sec. In einer 12,7-cm-Säule betrug die Detonationsgeschwindigkeit 3620 m/sec (vergl. F i g. 3). Bei dem nächsten Versuch wurde der nichtschäumende Gummi durch einen schaumbildenden Gummi ersetzt.

Der Schlamm besaß eine Dichte von 1,08, nachdem die Lösung durch die Pumpe hindurchgegangen war. Die Detonationsgeschwindigkeiten stiegen auf 3520 und 3660 m/sec bei der 10-cm- bzw. 12,7-cni-Säule. Die einzige Belüftung geschah durch die Lösepumpe.

Die hier beschriebenen Massen wurden weiter in der Weise behandelt, daß man die flüssige Lösung durch einen Mischer, wei er im Haushalt verwendet wird, 15 Sekunden lang zusätzlich zum Passieren der Pumpe hindurchschickte, wodurch die Feststoffe in den Schlamm eingemischt wurden. Der Schlamm besaß eine Dichte von nur 1,01 und die Detonationsgeschwindigkeiten waren 3150 und 3250 m/sec je nach der Kolonnenhöhe.
Schließlich wurde eine Mischung wie bei den beiden letzten Proben hergestellt, ohne die Lösung durch die Pumpe oder überhaupt durch irgendeine Mischvorrichtung zu schicken. Die Dichte der Masse betrug 1,20. Die Detonation einer 10-cm-Säule war offensichtlich unvollständig. Die 12,7-cm-Säule detonierte bei 38° mit einer Geschwindigkeit D von 3150 m/sec. Auch dieser Schlamm zeigte wahrscheinlich in geringem Maße einen Lufteinschluß, der beim Einmischen der festen Stoffe erzielt worden war. Andernfalls hätte die Dichte etwas höher sein müssen, voraussichtlich etwa 1,25 bis 1,3.

Da der Detonationsdruck dem Quadrat der Detonationsgeschwindigkeit D proportional ist, ist es unter der Voraussetzung, daß die Dichte ρ konstant ist, erwünscht, das Produkt pD² möglichst groß zu machen. Eine geringfügige Erniedrigung der Dichte kann die Detonationsgeschwindigkeit D und damit dieses Produkt vergrößern. Es gibt jedoch noch weitere Faktoren, die hierbei zu berücksichtigen sind wie z. B. das Verhältnis zwischen Empfindlichkeit und Dichte.

Eine weitere Lösung wurde, genau wie oben

angegeben, hergestellt, die 0,3 Teile des oben erwähnten schaumbildenden Gummis enthielt Die Feststoffe bestanden aus etwa 9% Brennstoff (Gilsonit und Schwefel) und etwa 0,2 Teilen eines trockenen, nicht schaumbildenden Guarangummis mit kleinen Mengen eines besonders ausgewählten, eine chemische Vernetzung bewirkenden Mittels, nämlich 0,1 Teil Natriumbichromat und 0,02 Teile Gerbsäure. Ferner wurden 17,7 Teile Ammoniumnitrat zugesetzt Die Lösung wurde

durch eine Zentrifugalpumpe geschickt. Daraufhin wurden die Feststoffe durch Rühren der Masse einverleibt. Mehrere Proben des Schlamms wurden dann mehr oder weniger stark belüftet, um die

angegebenen Dichtewerte zu erzielen, ohne daß eine weitere Änderung in der Zusammensetzung erfolgte. Die Ergebnisse waren folgende:

Tabelle
Dichte

1,19 g/ccm
l,19g/ccm
0,88 g/ccm
0,88 g/ccm
0,88 g/ccm
1,02 g/ccm
1,02 g/ccm

Säulcndurchmcsser	Temperatur
in cm	in "C
5	33
7,6	33
2,5-1,25	33
5	33
7,6	33
5	33
7,6	33

Ergebnisse

die 10-cm-Säule versagte

detoniert

die 10-cm-Säule versagte

detoniert

die 5-cm-Säule versagte

detoniert

Wenn der belüftete Schlamm in langen Säulen in tiefe Bohrlöcher eingesetzt wird und besonders, wenn am oberen Ende eine Verdammung des Bohrlochs stattfindet, so bewirkt der so erzeugte Dpick eine Gaskompression und vermehrt die Dichte des Schlammes. Unter solchen Bedingungen können Fehlzündungen eintreten, wenn nicht genügend Spielraum für eine Erhöhung der Dichte vorhanden ist. Sole Fehlzündungen können natürlich vermieden werden entweder, indem eine empfindlichere Mischung verwendet wird oder durch Vermehrung der Belüftung, um die Gaskompression auszugleichen. Die Verhältnisse zwischen Dichte und Druck typischer belüfteter Schlamme sind graphisch in F i g. 4 dargestellt. Wenn man die Säulenhöhe und den Belüftungsgrad kennt, lassen sich die gewünschten Werte leicht für jeden Schlamm berechnen. Die Zahl für die anfängliche Belüftung ist jedoch selten genau, da die meisten belüfteten Schlamme zunächst einen Teil der eingeschlossenen Luft verlieren. Andererseits können manche Schlamme unabsichtlich zugesetztes Gas einschließen. So lange, bis die Schlamme einen einigermaßen stabilen Zustand erreicht haben, indem man sie eine Zeitlang stehen läßt, führen einfache Berechnungen der Belüftung leicht zu falschen Ergebnissen.

Die unmittelbare Wirkung einer Entlüftung auf die Empfindlichkeit ist in F i g. 5 dargestellt. Es handelt sich hier um einen Schlamm, der in einer 7,6-cm-Säule (de = 7,6) bei einer Dichte von etwa 1,0 detonationsempfindlich war. Der kritische Durchmesser der Detonationsempfindlichkeit wuchs bis zu 17,8 cm, wenn die Dichte infolge Entlüftung auf 13 stieg. Dieser Sprengstoff entspricht der Linie a. Der Sprengstoff wurde mit feinem Aluminium als Sensibilisator versetzt; er besaß nun einen kritischen Säulendurchmesser von 7,6 cm, wenn seine Dichte durch entsprechende Belüftung auf 1,0 herabgesetzt war. Bei einer Dichte von 1,14 stieg der kritische Säulendurchmesser auf 12,7 cm, und bei einer Dichte von 13 betrug der kritische Säulendurchmesser 17,8 cm. Die Detonationstemperatur wurde in diesen Versuchen auf 15° gehalten. Ein anderer Sprengstoff, der der Linie b entspricht, und mit Gilsonit und Schwefel sensibilisiert war, aber kein Aluminium enthielt und insgesamt nahezu 30% Natriumnitrat aufwies, das teilweise in Lösung und teilweise als trockene Substanz zugesetzt war, besaß in belüftetem Zustand eine Dichte von 1,10 bei einem kritischen Säulendurchmesser von 5 cm. Bei einer Dichte von 1,17 stieg der kritische Säulendurchmesser auf 10 cm und bei einer Dichte von 1,26 auf 17,7 cm. Die belüftete Lösung war vor dem Zusatz der Feststoffe im wesentlichen die gleiche wie die oben angegebene. Die Detonationstemperatur für die Mischung betnig 20°.

■jo Die Daten a und bin Fig.5 zeigen ein im wesentlichen lineares Verhältnis für beide Schlammsorten. Sie lassen klar erkennen, daß die Empfindlichkeit sehr genau nach Wunsch geregelt werden kann, und zwar innerhalb ziemlich weiter Grenzen. Diese Regelung ist ein wichtiges und nützliches Ergebnis, das durch die vorliegende Erfindung ermöglicht und praktisch anwendbar geworden ist.

Die Darstellung eines Sprengstoffs wird gewöhnlich zuletzt am besten durch die Stärke des erzielten Bebens gemessen unter der Voraussetzung, daß der Sprengstoff den praktischen Erfordernissen an Empfindlichkeit, Fortpflanzungsgeschwindigkeit usw. entspricht. Die besten Bereiche der Stärke des erzielten Bebens im Hinblick auf die verschiedene Dichte schwanken bei verschiedenen explosiven Mischungen. F i g. 6 zeigt eine graphische Darstellung des gleichen, kein Aluminium enthaltenden, sensibilisierten Schlammes, dei in der Linie b (Fig.5) dargestellt ist. Im Vergleich zu in Tablettenform gepreßtem Trinitrotoluol, auf gleiche Gewichtsmenge berechnet, ist die Stärke des Bebens, das durch diesen verhältnismäßig sehr billigen Sprengstoff erzielt wird, etwa das 0,8fache innerhalb eines ziemlich weiten Dichtebereichs. Dies zeigt, daß man die Dichte innerhalb ziemlich weiter Grenzen variieren kann, um den jeweiligen Erfordernissen an Empfindlichkeit, kritischem Durchmesser, Stärke des erzielten Bebens, Funktionieren bei niedrigen Temperaturen usw. gerecht zu werden, ohne die Bestandteile des Sprengstoffs zu ändern außer der Menge und Art der Belüftung oder Verschäumung. Mit einem solchen besonderen Schlamm wurde bei einer Dichte von etwa 1,24 eine deutliche Abnahme der Stärke des Bebens festgestellt, aber innerhalb einer Dichte zwischen etwa 0,80 und 1,15 war die Stärke des Bebens im Hinblick auf die Art und die Kosten der Ausgangsstoffe beachtlich kräftig und gleichmäßig. Die genaue Zusammensetzung war in diesem Fall folgende:

Lösung in Gewichtsteilen

42 T. Ammoniumnitrat
15 T. Natriumnitrat
0,25 T. Guarangumnii
0,5 T. Äthylenglykol

Vormischung

4 T. Schwefel

6 T. Gilsonit

2,1 T. Tapiokamehl

0,2 T. Guarangumnii

Zugesetztes
Oxydationsmittel

15 T. Natriumnitrat

Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist es ••"ichtig, daß die Flüssigkeit oder ein Teil hiervon belüftet wird, bevor sie die Mischzone erreicht, in der die Feststoffe zugesetzt werden. Wie bereits oben erwähnt, sind Reinigungsmittel als solche nicht erwünscht, besonders wenn sie in merklichen Mengen anwesend sind. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, daß die Flüssigkeit einen oder mehrere Stoffe enthält, die dazu geeignet sind, den belüfteten Zustand aufrechtzuerhalten, mindestens die feiner verteilten Bläschen, die wichtig sind, um der Mischung eine entsprechende Empfindlichkeit zu verleihen. Die gewünschten Ergebnisse können erzielt werden, wenn man in die Flüssigkeit vor dem Zusatz der üblichen Feststoffe eine kleine Menge eines Verdickungsmittels, wie beispielsweise 0,01 bis (in seltenen Fällen) 1%, aber gewöhnlich nicht mehr als 0,5% Guarangummi als solchen oder auch geringere Mengen eines schaumbildenden Mittels als solches oder Gummi mit einer sehr kleinen Menge eines schaumbildenden Mittels einbringt.

Eine gewisse Belüftung tritt notwendigerweise während jeder Mischung der trockenen einzelnen Feststoffe mit der Flüssigkeit ein. Die Feststoffe schließen Luft oder ein anderes Gas ein und unterstützen das Einbringen desselben. Im vorliegenden Fall wird jedoch eine vorher belüftete Flüssigkeit mit den Feststoffen in Verbindung gebracht. Dies ist bedeutend günstiger, weil hierdurch ein stabilerer belüfteter Schlamm erzielt wird als er lediglich bei der Belüftung im Augenblick der Mischung und der flüssigen Stoffe miteinander erhalten werden kann. Die Art der Vorbelüftung kann genauer geregelt werden, um eine feine Blasenstruktur zu erhalten, die die erforderliche Empfindlichkeit verleiht. Die auf diesem Wege erzielte Empfindlichkeit ist derjenigen bedeutend überlegen, die bei der Einführung von Gas gemeinsam mit den Feststoffen erzielt wird. Sie läßt sich besser regeln. Das neue Verfahren vermindert die erforderlichen Mengen an teuren Sensibilisatoren, wie sehr fein verteilten, auf Mahlfeinheit zerkleinerten Aluminiumteilchen und dgl. Das Einmischen der Feststoffe in die Lösung nach ihrer Belüftung zerstört und entfernt alle unerwünschten großen Gasblasen. Die anfängliche und geregelte Belüftung der Flüssigkeit vor dem Zusatz der Feststoffe ermöglicht eine bessere Regelung der Empfindlichkeit, als wenn man versucht, die gewünschte feine Blasenstruktur nachträglich in dem fertigen Schlamm zu erzeugen.

Die Zusammensetzung soll genügend Flüssigkeit enthalten, um eine im wesentlichen kontinuierliche flüssige Phase zu bilden, abgesehen von der Belüftung; gewöhnlich sollen es 10 bis 25 Gew.-% des Schlamms sein. Unter dem Ausdruck »Belüftung« ist die Einverleibung von 2% oder mehr, in manchen Fällen bis zu 80 Vol.-% Gas zu verstehen abgesehen von demjenigen, das normalerweise ohne besondere Absicht infolge Einschlusses gemeinsam mit den Feststoffen oder des zum ausreichenden Mischen erforderlichen Verrührens der Feststoffe mit der Flüssigkeit in die ίο Flüssigkeit hineingelangt. Das gesamte Gewichtsverhältnis von Flüssigkeit und anorganischen, oxydierenden Salzen beträgt zwischen 50 und 95% des Schlammes, das Salz kann jedoch gegebenenfalls vollständig in der Flüssigkeit gelöst sein. Dies hängt von der Lösetemperatur ab. Vorzugsweise wird Ammoniumnitrat als oxydierendes Mittel in Mengen von mindestens 25 Gew.-% des gesamten Schlammes zugesetzt.

Guarangummi in Mengen von 0,01 bis 2 Gew.-% stellt das bevorzugte Verdickungsmittel dar. Es kann in besonderer Weise vorbehandelt werden, um ein Schäumen der Flüssigkeit zu begünstigen, aber es kann in jedem Fall als Schaummittel und Schaumstabilisator auch ohne eine solche Vorbehandlung angesehen werden, wenn es der Flüssigkeit zugesetzt wird, bevor die trockenen festen Brennstoffe und dgl. zugesetzt werden. Kombinationen aus Guarangummi mit Mitteln, die ein Schäumen der Salzlösung verursachen, sind hervorragend, um einen Schaum zu bilden und ihn zu

,ο stabilisieren.

Es muß genügend Brennstoff vorhanden sein, um das gesamte Sauerstoffverhältnis auf einen Wert zwischen + 15 und —40% zu bringen. Der zahlenmäßig größere negative Wert ist erlaubt, besonders wenn Aluminium in einer derartigen Form in der Mischung vorhanden ist, daß es mit Wasser reagiert. Die Flüssigkeit kann Stoffe, wie Glykole, mit Wasser verträgliche Alkohole, Formamid und dgl. enthalten, aber sie besteht vorzugsweise zu mindestens 5% oder mehr aus Wasser, gerechnet auf das Gesamtgewicht des Schlamms.

Eine bevorzugte Zusammensetzung entspricht einem belüfteten Schlamm, der mindestens 2 Vol.-% von absichtlich zugesetztem Gas, 10 bis 25 Gew.-% Flüssigkeit, die vorwiegend aus Wasser besteht, 25 bis 75 Gew.-% eines oxydierenden Salzes, von dem ein Teil Ammoniumnitrat ist, und 5 bis 40% eines fein verteilten festen Brennstoffes enthält, der aus einer oder mehreren der folgenden drei Substanzen besteht: 1. fein verteiltes Aluminium, 2. kohlenstoffhaltiges Material wie gepulverte Kohle, Gilsonit, Holzmehl, Zucker, Ligninabkömmlinge und dgl., 3. Schwefel. Die flüssige Lösung kann auch noch flüssige Brennstoffe, wie oben erwähnt, enthalten. Die Verwendung einer geringen Menge fein verteilten Aluminiums als Brennstoff ist erwünscht, wenn eine maximale Sprengkraft erforderlich ist, kohlenstoffhaltige Brennstoffe, gegebenenfalls unter Zusatz von Schwefel und ohne Aluminium können dann in Mengen von 5 bis 15 Gew.-% oder mehr ausreichend sein. Die trockenen, fein verteilten Stoffe können auch anorganische, oxydierende Salze enthalten.

Zusätzlich zu den in der Lösung vorhandenen Verdickungs- und Gelierungsmitteln können solche Stoffe auch in den trocknen Bestandteilen anwesend sein. Eine Belüftung, die insgesamt die Dichte des Schlammes nur wenig, beispielsweise nur um 2% vermindert, kann bereits sehr wirksam sein, um die Empfindlichkeit zu erhöhen, wenn die Blasen sehr klein und sehr zahlreich sind. Schlämme gemäß der Erfindung

haben, wenn sie ohne beabsichtigte und gezielte Belüftung hergestellt werden, für gewöhnlich eine Dichte, die im allgemeinen etwa bei 13 bis 1,9 g/ccm, gewöhnlich zwischen 1,4 und 1,7 liegt. Schlämme, die in ein bohrloch eingebracht werden, können beispielswei- s se eine so geringe Dichte wie ü,8 oder ein so hohes spezifisches Gewicht wie 1,85 besitzen. In extremen Fällen können diese Grenzen noch überschritten werden. Zum Sprengen in Gegenwart von Wasser soll die Dichte gewöhnlich 1,0 übersteigen, so daß der Schlamm im Wasser nicht schwimmt Im allgemeinen umfaßt die Erfindung eine Verminderung der Dichte um mindestens 2% unter die Dichte des normalen, nicht belüfteten Schlamms.

Die Mengen des Schaumerzeugers können innerhalb weiter Grenzen schwanken. Wenn Guarangummi oder äquivalente Galactomannan-Verbindungen verwendet werden, beträgt die Menge des in die Lösung einverleibten Gummis gewöhnlich zwischen 001 und 0,5 Gew,% der gesamten Mischung. Zusätzlicher Gummi oder andere Verdickungsmittel wie Stärke, Mehl und dgl. können mit dem trocknen, fein verteilten Material zugesetzt werden, nachdem die Flüssigkeit in gewissem Maße belüftet worden ist. Die anderen Schaumerzeuger oder Stabilisatoren, insbesondere die Schaumerzeuger in Salzwasser, können in Mengen verwendet werden, die so gering sind wie 0,001% bis 0,25 od. dgl. In manchen Fällen kann etwas mehr verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie keinen stark oberflächenaktiven oder reinigenden Charakter besitzen oder in solcher Menge vorhanden sind, daß sie ein unerwünschtes Netzen des Brennstoffs oder der Teilchen, die für die Empfindlichkeit maßgebend sind, verursachen. Dies ist besonders wichtig, wenn geringe Mengen fein verteilter, aktiver Metallteilchen, beispielsweise fein gemahlenes Aluminium, als Sensibilisatoren verwendet werden.

Hierzu 2 Blau Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Regeln der Dichte von schlammförmigen Sprengstoffen, die ungelöste feste Teilchen enthalten, welche in der Flüssigkeit suspendiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein schaumbildendes Mittel in die Lösung des anorganischen, oxydierenden Salzes eingebracht, diese Lösung innig mit Gas vermengt und hierauf die gashaltige Lösung mit den feinverteilten Feststoffen vermischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein schaumbildendes Mittel verwendet wird, das aus einer geringen Menge eines die feinen Gasblasen stabilisierenden Verdickungsmittel besteht

3. Verfahren nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung vor dem Vermischen mit den Feststoffen geteilt und lediglich ein Teil hiervon mit dem Gas vermengt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Lösung mit den fein verteilten Feststoffen in nicht belüftetem Zustand vermischt, während ein anderer Teil getrennt hiervon mit dem Gas vermengt und hierauf mit dem nicht belüfteten Teil wieder vereinigt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem schaumbildenden Mittel ein in Salzwasser wirksamer Schaumerzeuger zugesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem schaumerzeugenden Mittel ein schaumbildender Gummi zugesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als schaumbildendes Mittel Guarangummi in Mengen von 0,01 bis 0,5 Gew.-%, berechnet auf die Gesamtmenge der Schlammzusammensetzung, und ein weiteres schaumerzeugendes Mittel in Mengen von weniger als 0,3% angewendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß 0,001 bis 0,25% eines in einer Salzlösung wirkenden Schaumerzeugers der Lösung beigemengt werden, bevor diese mit dem Gas vermischt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung vor dem Vermischen mit den Feststoffen in mehrere Teilströme aufgeteilt wird, in mindestens einem dieser Ströme Gasblasen erzeugt werden, und daß die Verhältnisse an geschäumter und nicht geschäumter Flüssigkeit durch Änderung der Fließgeschwindigkeit mindestens eines dieser Ströme variiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einbringen des Schlammes in ein Bohrloch das Verhältnis der belüfteten zur nicht belüfteten Flüssigkeit derart geregelt wird, daß die Dichte des Schlammes in Abhängigkeit von der Höhe der Sprengstoffsäule im Bohrloch laufend verändert wird.