DE1945491A1

DE1945491A1 - Sprengmittel von geregelter Dichte und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1945491A1
Application number: DE19691945491
Authority: DE
Inventors: Udy Lex Lynn; Mortensen Kay Sherman
Original assignee: INTERMOUNTAIN RESEARCH AND ENGINEERING Co Inc; Intermountain Research and Engineering Co Inc
Current assignee: Ireco Inc
Priority date: 1968-10-01
Filing date: 1969-09-09
Publication date: 1970-04-09
Also published as: FR2022210A1; AT296117B; DE1945491B2; GB1273577A; DE1945491C3; NO121827B; BR6912826D0; CA919434A; US3617401A; CH547762A; GB1273576A

Description

Patentanwalt "Οι 3· W

2000 Hamkera *0 -η- ο /

Grow. B«g*. HI Dr. He/eg

Intermountain Research and Engineering Co., Ino. Salt Lake City, Utah, U.S.A.

Sprengmittel von geregelter Dicht· und Verfahren zu seiner Herstellung

Tür diese Anmeldung wird die Priorität aus der U.S.-Anmeldung Serial Ho. 764,195 vom 1. Oktober 1966 in Anspruch genommen.

Schlaamförmige Sprengstoffe werden gewöhnlich unter Verwendung : einer wäßrigen Lösung stark oxydierender Sale· wie Ammoniumnitrat hergestellt; sie können auch Natriumnitrat und andere oxydierende Stoffe enthalten· Diesen Lösungen werden brennbare Stoffe und Sensibilisatoren wie kohlenstoffhaltiges Material, feinverteiltes Aluminium, Teilchen von Sprengstoffen wie (Trinitrotoluol u. dgl·, sugemisoht. Im Gegensatz zu solchen Mischungen, bei denen Explosivstoffe angewendet werden, detonie- -; ren für gewöhnlich mit brennbaren Stoffen sensibilisierte Stoffe sehr schwer, wenn ihre Dichte zunimmt. Gewöhnlich wird eine be- ' ; stimmte Menge Luft oder Gas in solchen Schlammstoffen einge- _r.]

schlossen. ...... -...---- Ti

Venn ein solcher Sprengstoff in ein flaches Bohrloch eingesetzt j wird, kann der Gaseinsc»hluS die Dichte niedrig halten, aodafi die Mittel bei Anwendung entsprechend kräftiger Initiatoren oder Zusatzpatronen detonationserapfindlich sind. Die Empfindlichkeit ist auch von de? Temperatur abhängig, bei de^ der Schlamm detonieren soll. Bin typischer, mit Aluminium sensibilisierte r Schlamm einer D?chte von 1,42 g / cm* kenn bei Normal-

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temperatur en ziemlich schwierig zur Detonation zu bringen sein, während es weniger schwierig ist, wenn seine Dichte 1,3 g/ cm* beträgt und eine recht laichte Detonation bei einer Dichte von 1,2 g / cur bei dar gleichen Temperatur erzielbar 1st. In dem Maße, wie die Dichte abnimmt, verringert sich auch das Gewicht des Explosivstoffe la einem Bohrloch von gegebenes Volumen. Damit kann die Ladedicht* oder die Sprengkraft der Ladung erheblich vermindert wenden, obwohl dies nicht stets notwendigerweise der fall xu aeln brauch*. Darum ist es erwünscht, die Dichte des Schlamm bo hoch vie praktisch möglich zu halten, wenn »an die Schwierigkeiten der Detonation berücksichtigt. In manchen Fällen kanu die Wirtschaftlichkeit einer Bohrlochfüllung die Yervendung eines belüfteten Schlammes diktieren, selbst unter Opferung einer gewisses laäedichte. Wenn jedoch der Schlamm nicht in wirtschaftlicher Weise zur Detonation zu bringen 1st, let er praktisch wertlos.

Zn tiefen Bohrlöchern, die mit einer Sohlamasäule gefüllt sind, kann der Kopf druck des Schlammes selbst, gegebenenfalls in Verbindung mit zusätzlichem Djeuek beim Einpressen, ausreichen, um einen belüfteten Schlemm derart zusammenzupressen und zu verdichten, daß er besonders im unteren Teil der Säule, wo gerade die aaxiaale Sprengenergie am meisten benötigt wird, gegen eine Detonation zu unempfindlich wird. Im großtechnischen Bergbau und anderen Geateinssprangopsrationen werden in den Vereinigten Staaten Bohrlöcher von 10 - 30 ca Durchmesser und von einer Tiefe von 6 - 15t 2°> 25* Ja sogar bis 30 a für gewShnlich gebohrt. An manchen Stellen sind die Bohrlöcher sogar tiefer als 30 ». In einem 6 κ tiefen Bohrloch ist das Gewicht der daraufliegen&en Schlammasse nicht so groB, daß die Dichte eines gashaltigem Schlammes am Boden erheblich vonsaehrt wird« In tieferen i indessen von 15, 20, oder bis zu 30 ι fisfe und noch sehr der normale Luft- oder Gasgehalt des Sshlesi&ee xmw&steMwm vm die Dichte für eine gute Bcpfindllchkeit niedrig geuufe, mm halten, weil das Gas durch das Gawiebt des¹ Säule

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Abgesehen hiervon kann eine stärkere Sprengwirkung am Boden des. Bohrloche als is höheren !Teil oder an oberen Ende benötigt werden. Man hat bereits vorgeschlagen, die Schlammzusammensetsung während der Füllung des Bohrlochs zu ändern, üb die wirksamste Zusammensetzung an den Boden zu bringen, während eine billigere und dafür weniger wirksame Misohung in der Nähe des oberen Eh- '\ des eingebracht wird, um die Sprengkosten möglichst niedrig su ' halten. Xn nuaachen Fallen ist es jedoch unerwünscht, die Zusammensetzung cu ändern infolge der Unbequemlichkeit, das Material zu wechseln_T infolge Veränderung dar Saueratoffbilanz u. dgl. Obwohl die vorliegende Erfindung wesentliche Änderungen in der 3u3as3>ensetj5tt3g nicht grundsätzlich aueschließt, beispielsweise ; durch Änderung der faston und/oder flüssigen Ingrediensien, er- ; möglicht eic eine Regelung der Dichte der Sprengmiechung in verschiedenen Höhen in flachen oder tiefen Säulen. Auf diese Weise regelt sid su einem wesentlichen Ausmaß die Empfindlichkeit und Sprengkraft des Mittels in verschiedenen Höhenlagen, ohne eine grundsätzliche Änderung der Mischung vorzunehmen, was die Oxydationsmittel und die brennbaren Bestandteile anlangt. Alles, was in vie lea FaI lea. erforderlich ist, besteht darin, die Dichte unterhalb eines zulässigen Maximums innerhalb der gesamten Sprengsäule zu halten.

Die Erfindung ermöglicht S3, die Dichte einer Schlammsäule, gleichgültig, ob es Schlämme von variabler oder Standard-Zusammensetzung sind, was die flüssigen und festen Bestandteile betrifft, durch einfach· Regelung ihres Oasgehalte· oder der Belüftung, d.h. ihres Gehalts· en feinverteilten Qaablaaen, innerhalb der gewünschten Grenzen einzustellen. Dies kann dadurch geschehen* daß man ein gas lieferndes Mittel in geregelter und häufig verschiedener Menge in Abhängigkeit von der Säulentiefe zusetzt. A-if diese Weise kann eine gleichmäßige oder im wesentlichen gleichmäßige Dichte vom Boden bis zum oberen Ende in einer Tiefezisäule durch größere Belüftung oder Einleitung von Gas oder Einführung eines jjas entwickelnden Materials am Boden

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der Säule aufrechterhalten werden, wobei die Menge dee Gases oder des gaeentwickelnden Mittels mit der Füllung der Säule zulinmt.

iemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Bohrloch großer Tiefe beispielsweise durch Pumpen oder Eingießen eines schlammfdrmigen Sprengmittels mit einer explosiven Mischung gefüllt werden, die 9ine Standard-Zusammensetzung oder ein hiervon abweichendes Verhältnis und außerdem einen Gasgehalt aufweist, wobei die tatsächliche Dichte innerhalb der gesaaten Tief· des Lochs konstant gehalten oder in anderer Weise geregelt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß man schrittweise und regelbar den Grad der Belüftung oder des Einschlusses von Gas oder die Meng· des gaserzeugenden Mittels, das in verhältnismäßig geringen Mengen zugegeben wird, ändert· Die fortschreitende Inderung kenn in einer schrittweisen oder kontinuierlichen oder gleichmäßigen Abnahme der Menge des Gases oder des gaeentwickelnden Materials bestehen, das während der füllung de« Bohrlochs zugesetzt wird· Diese erforderlichen Materlallen werden schrittweise oder vorzugsweise , kontinuierlich einverleibt, und mindestens In einem bevorzugten : Pail wird eines dieser Mittel mit einer Geschwindigkeit zugesetzt, die in unmittelbarem Verhältnis zu dsm Ort oder der Tiefe des Bohrlochs steht, das in diesem Augenblick gefüllt werden soll. '

?lg. 1 zeigt graphisch das Verhältnis von Dichte sur Sensibilität einiger typischer Schlammepreagstoffe·

Flg. 2 zeigt graphisch dl« Wirkung des Zusatzes ein·« gasbilden·? . den Mittels in verschiedenen Mengen zu dem explosiven Schlamm verschiedener Zusammensetzung auf deren Sichte.

'ig. 3 seigt graphisch das Verhältnis zwischen Druck und Dichte bei typischen Schlämmen.

BADCpßlNAL

Fig. 4 ist eine schematised Ansicht einer Vorrichtung sub Veraschen und Verpumpen eines Explosivschlammes mit variabler Belüftung und verschiedenem Gasgehalt.

Fig. 5 zeigt die typischen Besiehungen zwischen Zeit und Zufuhrgeschwindigkeit, i

Fig. 6 zeigt schematisch ein einfaches System zur Begelung einer ^;, anfanglichen Zuführungegeschwindigkeit und einer geregelten Verminderung für die flüssige Komponente der Schlammisbhung,

Die Erfindung soll unter Bezugnahm© auf di,e typischen und mehr \ oder weniger üblichen, mit Aluminium aeneibilisierten wäßrigen I explosiven Schläue beschrieben werden, die Ammoniumnitrat und verschiedene andere Stoffe enthalten, die gewöhnlich in solchen Sohlemaen angewendet werden. Es sei Jedoch darauf hingewiesen_? daß die Grundsätze dar Erfindung nicht auf irgendeine besondere Schlaamzusammensetzung beschränkt sind} sie sind vielmehr auf verschiedene Arten von Schlämmen, die Oxydationsmittel und Sen- , eibilisatoren enthalten, anwendbar, sofern sie die Erscheinung «eigen, daß mit Zunahme ihrer Dichte ihre Befindlichkeit abnimmt, d.h., soweit sie einem steigenden Druck oder einer Kompression unterworfen sind·

Bei sahireichen Explosivstoffen einschl. der mit brennbaren Stoffen sensibilisierten Schlämme nimmt die Befindlichkeit der Detonation mehr oder weniger umgekehrt »ur Dichte des Schlammes ·> su. In manchen Fällen ist das Verhältnis fast linear* Bai Sohlimmen gemäß der Erfindung hat eg eich o*t ml· wünschenswert erwiesen, lur Regelung der Empfindlichkeit die Dicht· der an Ort und Stelle befindlichen ÄxplosivstoA durch Belüftung o&uc Gaaeinschluß su vermindern. Als allgemeine Baml aoll jedoch di· Dicht· ein·* Schlamm·· nicht bia 1 g / cm* vermindert «orden, wenn ·· sieh um die füllung einea Bohrloche handelt, in d·* Wasser anwesend ist. Andernfalls, SfSgtdas Orundwasser da«

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Bestreben, den Schlau bub Schwimmen zu !»ringen und ihn aus seiner beabsichtigten Lage emporzuheben. Ba kann jedoch einige Fälle geben, In denen kein Grundwasser vorhanden let, bei welchen selbst ein leichterer Schlaust von einer Diehte unter 1,0 erwünscht ist. lodere Arten der Desensibilisierung als die durch üitlüftung oder Gaskompresslon können bei einigen Bit Aluminium versetzten Schlämmen auftreten, d.h., wenn ihre Dichte unter 0,5 bis 0,6 g /,ca* sinkt· Eine Übermäßige Verminderung der Dichte ist für gewöhnlich nicht erwünscht, da die Ladedichte des Sprengmittels zu niedrig wird.

Auf das Bohrloch kann ein zusätzlicher hydrostatischer Druck ausgeübt werden durch einströmendes Wasser, das durch Belbung zwischen des Schlamm und der Bohrlochwandung zurückgehalten wird. Für gewöhnlich kann angenommen werden, daß der Druck auf den Schlamm am Boden de· Bohrlochs durch die Summe der Gewichte der Schlammsäule und zusätzlichem Wasser oder anderen Stoffen im oberen Teil dar Schlammasse verursacht ist, einschließlich einer Verdammung, die oben auf die Spränget»ffläule aufgeeetst wird.

Experimentell wurde gefunden, daß der kritische Durchmesser der sieisten mit brennbaren Stoffen senaibilisierten Schlamme, besonders der mit Aluminium sensibllislertea ammoniumnitrathaltlgen Schlimme und dgl·, die etwas Gaa enthalten oder belüftet «orden sind, in dem HaSe sunimmt, wie der Druck auf den Schlamm wachet, und zwar in einem Verhältnis von etwa 1,8 bis 2,5 am dem kritischen Schlaamdurcbmesaera auf eine Drueksmabme von 70 g /em · So besitzt beispielsweise ein typieoher TTiill — alt eine» kritischen Dorch&easer von 10 cm bei Atmoaphirentruck einen kil'¹^ sehen Durchmesser fen etwa 15 cm bei eine» Druck von etwa "*>&· kg / cm². Die Haltiplikation der Bohrx^W^fe mit des· mittleren Schlammdiclrfc« pltie der Höhe der ¥;$£β@?·1«1$ as oberem Amt· der ScblammpecJcurs, nachdem die Haes© ao Q^% m& Stelle jebrecht ist, liefert bei Äe#-lfeit£|3lik»tim sait §mw Sltfer ®₉%$$ dem

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Druck in Pfund pro Quadratsoll (70 β / ca ) ^BM Boden des Bohr- lochs. Der Brück nimmt ab in dem Maße, wie Ben in des Bohrloch höher geht. Der kritische Durchmesser eines gashaltigen oder belüfteten Schlamns kann sehr rasch »it der Bohrlochtiefe «achsen· Dies KIiB durch Dichteregelung kompensiert werden, wenn sich die Empfindlichkeit einem Gebiet nähert, in welchem ein Ausbleiben der Detonation in Rechnung gesogen werden muß.

Die Empfindlichkeit der Detonation von mit Aluminium seneibilisi er ten Schlämmen, die unterhalb ihrer theoretischen oder/beiüf- . te ten Dichte liegen, nimmt bekanntlich in siemllch regelmäßiger ; und vorausbestimnbarar Weise ab, wenn der Schlamm einem vermehrten statischen Druck oder einer Kompression unterworfen wird. ' Gemäß einer Ausführungsfora der- vorliegenden Erfindung wird den Schiassi ein Mittel zugesetzt, das sich, ziemlich rasch sersetst ,' und dabei ein Gas-bildendes oder Luft-erseugendes Kittel lie- s fert. Das belüftende Gas soll in einem Verhältnis sur notwendig- i keit der Diohteregelung an jeder bestismten Bohrlochtiefe er- ; seugt werden, wo eins Begelung der Sensibilität notwendig ist.

Ein bevorzugter Qasbildner ist Wasserstoffperoxid, obwohl auch andere Stoffe verwendet, werden können. Wenn dieses dem Schlamm unter geeigneten .Bedingungen gemeines« Bit einem geeigneten Kata* * lysator zugesetst wird, seraetst es sieh bald, naohdem der ' Sprengstoff in dem Bohrloch an Ort und Stelle gebracht ist, in Wasser und Sauerstoff und vermindert so die Dichte des ßohlsa- : mes, wobei es sich dem Druck der Säule durch das darüber lasten- ■ de Gewicht entgegensteamt. Am Boden eines tiefen Bohrloches kann : eine erhebliche Belüftung erforderlich sein, um «ine durch Korn- J pression hervorgerufene Vermehrung der Dichte su verhindern. X In der Mitte des Bohrlochs kann die Diehteabnabme infolge des darüber lastenden Schlammes* des wassers, der Verdammung usw. erheblich geringer sein. Aa oberen Ende der Sprengstoffsäule oder in deren Räho kann es völlig unnötig sein, irgendein gasentwickelndes Mittel überhaupt anzuwenden, da die Dichte durch

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BAD ORKjStN*!.

die Bohrloehftillung nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Vorzugsweise soll die Hange des gasliefernden Materials so eingestellt werden, daß sie den Erfordernissen entspricht.

Unter gewissen Umständen kann es wünschenswert und einfacher sein, die gaserzeugende Substanz in einer festen, unveränderlichen Menge zuzusetzen, wenn der Schlamm gemischt und in das Bohrloch abgefüllt wird. In diesem Fall wird eine ausreichende Menge Wasserstoffsuperoxyd oder ein entsprechendes Material von vornherein zugesetzt, um sicherzustellen, daß der zusammengepreßte Schlamm am Boden des Bohrlochs noch genügend empfindlich tür eine Detonation 1st. In diesem Fall wird der weiter oben in der Säule befindliche Schlamm weniger dicht und infolgedessen weniger empfindlich sein, als dies für eine Detonation notwendig ist. Sr kann dann auch, weniger als die maxiaale Spreng:- kraft besitzen infolge der Verminderung der Ladedichte. In manchen und wahrscheinlich in den meisten Fällen wird der wirksamste Teil der Ladung am Boden des Loches benötigt. Ein weniger dichter Explosivstoff ist noch hinreichend stark, wenn er sich weiter oben befindet, und es kann wesentlich wirtschaftlicher sein, da ein geringeres Gewicht des Explosivstoffes Je Volumen notig ist.

Wasserstoffperoxyd i3t ein unstabiles Molekül, das sich sehr leicht zersetzt und dabei ein überschüssiges Sauerstoffatom abgibt. Bei Verwendung eines Katalysators oder Einstellung anderer Zersetzungsbedingungen wie z. B. eine Alterung der Peroxydlosung oder der Verwendung von Stoffen, die dme Peroxyd schrittweise entbinden, kann man erreichen, daß «Ich das Peroxyd mit einer in vernünftigen Grenzen regelbaren Geschwindigkeit zersetzt. Tür die Zwecke der vorliegenden Erfindung hat sich als sehr erwünschter Katalysator Kaliumiodid (KI) erwiesen. Auch Mangandioxid in Mengen von 0,05 - 1 %, vorzugsweise um etwa 2 Gew.-^, auf die Gesaatmenge des Schlammes berechnet, hat ebenfalls Anwendung gefunden, ebenso wie Ferrosulfat und

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BAD ORIQINAt

Mischlingen von Ferrosulfat, Manganosulfat oder organischen Verbindungen wie Hexamethylentetramin (BKT). Auch Ferrinitrat ist in Mengen bis zu 0,2 % wirksam, obwohl sich in einigen Folien eine Tendenz zur Unwirksamkeit gezeigt hat, beispielsweise nach ausgedehnter Lagerung in der Vormischung, die gepulvertes Aluminium und andere Zusatzstoffe enthält, wie dies nachstehend ▼ollständig erläutert wird. Die Verwendung von Kaliumiodid oder Hangandioxyd oder einer Kombination von Mangandioxyd in der Vormischung mit Ferrinitrat, die der Oxydationalöeung zugegeben wird, ist infolgedessen vorzuziehen. Ss kann Jedoch jeder Katalysator verwendet worden, der eine einigermaßen rasche Zersetzung eines gasbildenden Mittels bewirkt. Es wurde gefunden, daß eine Kombination von Ferrinitrat mit Mangandioxyd ein besserer Katalysator tüx das Peroxyd ist als jeder der beiden Stoffe für sich. Das ferrinitrat kann in form einer 50 Gew.-/kLgen wäßrigen Lösung der Oxydationalösung zugesetzt werden. Offenbar soll die Zersetzungsgeschwindigkeit des wasserstoffperoxyds eine derartige sein, daß dl· entstehenden Sauerstoffblaschen sehr klein sind. Wenn si· in dem viskosen explosiven Schlamm entwickelt und feinverteilt sind, neigen di· kleinen Gasbläschen, nachdem sie einmal in Freiheit gesetzt sind, nicht zu einem Zusammenlaufen oder dazu, in merklichem Ausmaß bis zum oberen Ende der Säule aufzusteigen· Dies bedeutet, daB ein· feinverteilte Belüftung oder -Gasbildung in dem Schlamm zurückbleibt, selbst bei großen Schlammsäulsntiefen und unter beträchtlichem darauf lastenden Druck. Die Zersetzung des gaabildenden Mittels soll vorzugsweise genügend rasch geschehen, daß der Schlamm fast gleichzeitig oder nahezu so schnell belüftet wird, wie er in das Bohrlooh eingefüllt wirdι eise gewiss· Verzögerung ist Jedoch gestattet.

Bei einer gegebenen explosiven Schlamm!achung, beispielsweise einer solchen, die hauptsächlich eine wäßrige Lösung von Ammeniumnitrmt, latriumnitrat und dgl« enthält, werden nun die un-

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BAD OBIOINAi.

löslichen Sensibilisierungsmittel und/oder die brennbaren Teilchen, die in der Lösung unter Bildung eines Sohl aura ob suspendiert sind, in irgendeiner geeigneten Veiee zugesetzt und verrührt, um so eine stabile, homogene Suspension herzustellen. Teilchen vie feinverteilter Gllsonit, Schwefel, Aluminiumpulver u. dgl. werden gewöhnlich als brennbares Materid benutzt. Oxydierende Teilchen wie Ammonium- oder Natriumnitrat können auch in der Lösung suspendiert sein, ohne daß sie sich darin lösen_t da die Lösung bereite gesättigt ist.

Beispielsweise wird Kaliumiodid zunächst in kleinen Mengen z. B. 0,05 - 0,5 Gew.-#, auf den gesamten Schlamm berechnet, vorzugsweise in Mengen von 0,2 % - x&sdtrtolbar der Lösung zugesetzt. Sann wird wasserstoffperoxid in die Hisohzone oder den Trichter eingeleitet, in dem die anderen Ingredienzien, insbesondere die erwähnten Feststoffe, vermischt werden. Eine geringe Menge Wasserst of fperoxyd, d. h. eine Fraktion von 1 % auf die gesamt· Gewichtsmenge des Schlamme· gerechnet, genügt, um die Schlammdichte von 1,4 auf 1,0 oder weniger Bn reduzieren. Die zunächst verwendeten Wasserstoffperoxydmengen genügen, um eine betrachtliche Belüftung des Teiles des Schlammes zu bewirken, der den Boden des Bohrloche erreicht. Durch entsprechende Regelung wird die Menge de3 zugemessenen Wasserstoffperoxyds im Verlaufe der Mischung während der Füllung des Bohrlochs _t schrittweise bis auf 0 in dem Augenblick, in dem das Bohrloch gefüllt 1st, vermindert. In einigen Fällen können das Kaliumiodid oder ein anderer Katalysator und das zugesetzte WaeserstoffperoxTd gemeinsam in den Mis oh trichter zusammen mit dem brennbaren Material und anderen festen Stoffen hineingegeben werden, die in die Lösung eingerührt und/suspendiert werden.

Genuß einer bevorzugten Auafühmngsform wird da· Wesserstoffperoxyd in einen Behälter eine· mit Pump einrichtung versehenen Lastwagens gefüllt, der gleichseitig den SohleaHischer und vor» zugsweise einen Hischtrlchter enthält.

ODSIS/O

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Das UaeeerstoffperozTd wird dem Schlamm im Mischtrichter mit geregelter und vorzugsweise abnehmender Geschwindigkeit für ' ■ Jede Bohrlochfüllung zugesetzt, wie das oben angegeben 1st· > Die Pumpe zur Verteilung des Peroxide kann vorzugsweise eine j 80g. peristaltische Puspo sein, die arbeitet, indem eine quetschende Pumpwirkung auf ein biegsames Bohr ausgeübt wird· Die Geschwindigkeit des Zupuapens des Vasserstoffperoxyds und · damit seine Strömungsgeschwindigkeit wird durch einen Gesohwln- _; diglieitsregler beeinflußt, der von Hull bis zu einem Maximalwert eingestellt werden kann· Diese letztere Einrichtung von bekannter Bauart kann auf Jede Puapgesehwindigkeit zwischen Null und der vorgegebenen Haxiaelgeechwindlgkeit durch einfache Bewegung eines Hegelhebels eingestellt werden.

Der die Geschwindigkeit regelnde Hebel wird zunächst auf die Maxinalge3chwindigkeit eingestellt, die für eine Bohrlochfüllung benötigt wird, und wird automatisch während der zur Füllung des Bohrlochs benötigten Zeit in die Nullstellung bewegt, u. zv. durch einen zweiten "Hull-Maximal-Begler". Diese zweite Einheit kann on dem Begelhebel der ersten Einheit befestigt und so angeordnet sein, daß er die Begelung der ersten Einheit vom Maximum bis auf Hull in einer bestimmten vorgegebenen Zeit bewirkt. Wenn man die Pumpgeschwindigkeit und die Dimensionen des zu füllenden Bohrlochs kennt, kann diese Zeit aehr genau im voraus festgelegt werden·

Bei der praktischen Verwendung soll die Dichte der üblichen Arten von Schifteten für gewöhnlich nicht den Wert von etwa 1,3 1,4 g /ca* überschreiten< Andernfalls wird der Schleam desensibllislert und versagt beim Schuß alt Hilfe einer Initialsündung. Inderseite soll die Sehlamadichte nach der Belüftung vorzugsweise nicht unter 1,0 g / ca* bei nassen Bohrlöchern betragen« sons« schwimmt der Sprengstoff auf dem Grundwasser und wird aus dem Bohrloch herausgedrängt. Eine einfache Berechnung kann die Maximalaenge des gaebildenden Mittels, beispielsweise Wasser-

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stoffperoxyd, bestimmen, die am Boden der Säule benötigt wird. Am oberen Ende kann keines benötigt werden. Die Haxiaalgeschwindigkeit wird dann vermindert in dem Maße, wie das Pumpen des Schlammes fortschreitet. Gemäß der vorliegenden Erfindung geschieht die Verminderung der Fumpgeechwindlgkeit des Peroxyde automatisch. Der Bedienungsoann braucht nur die gewünschte ursprüngliche Geschwindigkeit und die gesamte Zuflußzeit des Peroxyde einzustellen. Dann beginnt die Regelung, indem sie das Peroxyd automatisch zuführt, wenn die Füllung des Bohrlochs beginnt, und die Zuführgeschwindigkeit des Peroxyds kanu bis auf 0 abnehmen innerhalb der Zeit, bis das Loch völlig geladen ist.

$ig. 1 zeigt graphisch die Wirkung von Änderungen der Dichte dreier verschiedener Schlämme A, B und C auf deren Empfindlichkeit. Fig. 2 zeigt den Prozentgehalt an konzentrierten Pero^yd, der notwendig ist, ta verschiedene spezielle Dichten des Sclilamsestei verschiedenen Drücken zu erzielen. Ein Schlamm von der Dichte 1,1 6 / cm* bei einem Druck von 0 erfordert etwa 0_t8 % Wasserstoffperoxyd (35 #ige Lösung), um die gleiche Dichte unter cinea Druok von 2,7 Atmosphären aufrechtzuerhalten. Eine ähnliche Schlasmdichte von 1,2 bei einem Druck von nahezu 0 erfordert eine Menge von 0,6 % Wasserstoffperoxid, um die gleiche Dichte unter einen Druck von 3» 3 Atmosphären aufrechtzuerhalten usw. Eine einfache Berechnung unter Berücksichtigung der Tiefe der Schlammeäule und der gewünschten Schlammdiohte einschließlich der Wassersäule am oberen Ende des Schlammes bei Bohrlöchern, die mit Wasser gefüllt sind, zeigt den hydrostatischen Druck am Boden dee Bohrloche· Infolgedessen wird der Bodendruck bei der gewunechten Dicht· berechnet, rad dae Peroxyd wird dem Schlamm mit der angegebenen Geschwindigkeit zugemessen, sobald die Füllung beginnt· Die zweite Hegeleinheit wird so eingestellt, daß sie die PeroxydzuführuDgsgeechwindigkeit schrittweise bis auf 0 vermindert bis zu dem Augenblick, in dem das Bohrloch gefüllt ist. Die~2eit läßt eich berechnen, wenn man die Zuführungsgeschwindigkeit dea Schlammes und die

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Gesamtmenge des speziellen Schlamme von gewünschter Dichte, die in das Bohrloch von gegebener Tiefe eingefüllt werden soll, kennt. Tür gewöhnlich wird Peroxyd von 35 %iger Stärke verwendet, tuid die graphischen Darstellungen in Pig. 2 und 3 sind auf diese Konzentration bezogen. Das Peroxyd nuß vorsichtig benutzt werdan, da es für die menschliche Haut schädlich sein kann.

Als spezielles Beispiel eines Füllvorganges erfordert ein Bohrloch nit einer Tiefe von 22 m, das Bit einem Schlamm einer Dicht» von 1,25 6 / ca* gefüllt werden soll (vgl, Fig. 2), wenn lie normale Dichte des nicht belüfteten Schlammes bei etwa 1,4 liegt, 0,36 Gew.-% eines 35 9faLgen Peroxids, berechnet auf die Jesanrtaaißchung. Ein Sohlamm mit einer Dicht· von 1,25 g / cm* steht in einer Säule von 22 η HBh* unter einem Druck von 2,8 Atmosphären. Wenn man den Proaentgehalt des erforderlichen Peroxyds kennt, laßt sich die Menge dte erforderlichen Wasserstoffperoxids, die für eine Pumpgeschwindigkeit von beispielsweise 136 l/min benötigt wird, leicht berechnen. Pumpgeschwindigkeiten von 45-136 l/nin und mehr sind allgemein bei den mit einer üLschvorrichtung auegestatteten, oben erwähnten Pumplastwagen Iblich.

Wenn man die gewünschte Dichte des nicht belüfteten Schlammes and die Bohrlochtiefe kennt, gestattet eine Betrachtung der ?ig. 2 eine Bestimmung der notwendigen Peroxyd-Ströaungsgeschwin digkeit, um den Schlamm am Boden oder VuS des Bohrlochs zu belüften. Der nächste Schritt /steht offensichtlich darin, die Apparatur so su kalibrieren, daß sie das Peroxyd mit der gewünschten Strömungsgeschwindigkeit liefert.

Als spezielles Beispiel sei folgendes gegeben : Der erste Schritt bei einem mit einem Mischer ausgerüsteten iPumplastwagen unter Verwendung eines 35 ftgen konsentrlerten Peroxyds besteht darin, die Peroxydpunpe mit geeigneter Ge-

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schwindigkeit in Gang au setzen und dann die Regelung für die Verminderung der Zuflußgeschwindigkeit bis auf O einzustellen, sodaß die Peroacydpumpe mit konstanter Geschwindigkeit läuft* Die Kalibrierung geschieht dann hinsichtlich des Volumens, wobei die Kubiksentiaetermenge des Peroxyds je Hinute bestirnt wird,, die bei der eingestellten Geschwindigkeit gepumpt werden muß, wobei beispielsweise Wasser ale Versucheflüssigkeit benutzt wird. Auf diese Weise werden geeignet· Einstellungen der Peroxydpumpe bentimmt. Bas Volumen der gepumpten Flüssigkeit ist nahezu linear im Hinblick auf dl· Einstellung der Pumpgeschwindigkeit oder dl· Volumenregelung der angegebenen Apparatur.

Typische Zusammensetzungen, die la der oben erwlhnten Weise belüftet sind, enthalten folgend· Ingredienzien:

30-50 Gew.-* Ammoniumnitrat
10-40 Gew.-£ Natriumnitrat
12-20 Gew.-% Wasser
0-10 Gqw.-£ Schwefel

Ί,- 10 Gow--56 eines koBehaltigen, brennbaren Stoffe· (beispielsweise dilaonit oder bituminöse Kohle)

0-10 Gew«-$ Aluainium, vorzugsweise 0,1 - 8 %. τοη welchem »ich ein kleiner Teil vorzugsweise in Form feiner Flocken befindet, dl· als sog. mahlfeines Aluminium typisiert sind

0,2 - 2 % ein·« Verdicker» wi· Qttarmngummi, vorzugsweise alt «Ln«r kltinea Meng* an Borax oder einem anderen Qu#rv«raet*ungemittel

Eine kleine «enge «in·· InMbItor·, vm ein· ror»»itige S«aktion des Aluminiums mit da· Waaear su reraljidarn, 1st erwünscht, wenn feines, reaktionsfähig·· Alvaainlam verwandet wird. Dies 1st ausführlich la U.B.-Patent 3,113,059 beschrieben.

Bei Verwendung einer geeigneten Hange Schwefel kann auch die Menge an Ammoniumnitrat vermindert werden und das natriumnitrat über die Hang· dee Ammoniumnitrate vermehrt werden.

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Die Komponenten werden so eingestellt, daß eine Sauerstoffbilenz von i 10 % erzielt wird. Venn Aluminium nicht verwendet wird, werden spezielle Kombinationen von Schwefel und kohlenstoffhaltigen brennbaren Materialien u. dgl· angewendet, wie dies in der Technik bekannt ist. Die Verwendung von etwa 0,1 bis 0,2 % einer 50 ^Lgea Lösung von Kaliumiodid mit geeigneten Hengan von Wasserstoffperoxid bis zu 1 # ist zu empfehlen. _t Dies 1st in Fig. 2 dargestellt. Die anderen, bereits erwähnten *· Katalysatoren können als Ersatz oder Teil des Katalysators in ' geeigneten Mengen und in der oben erwähnten Weise angewendet werden.

Zur Bequemlichkeit des Bedienungamannes kann eine Tabelle aufgestallt μerden, die dl« Hinstellung der Regelungen bei einer > gegebenen Zusammensetzung in Abhängigkeit von der Bohrlochtiefe; liatanmöBig erkennen läßt. Venn man die Pumpgeschwindigkeit und die ursprünglich· oder gewünschte Dichte d«s Schlammes kennt, let es leicht, die Menge an Peroxyd oder einem anderen Belüftungsmittel zu berechnen, die zugegeben werden soll.

Fig. 4- zeigt eine typische Vorrichtung sum Vermischen von Schlamm und zum Einpumpen desselben In ein Bohrloch 10. Die Apparatur besteht aus einem Behälter 11 für eine konzentrierte Lösung von Aamoniuianitrat, die auch etwas. Batriumnitrat enthalten kann, und eine klein· Henge eines in Vaeser gelösten Verdickungsmittels. Die Leitung 12, dl· ein Verschlußventil 13 besitzt, fordert die Lösung zu dem Mischgefäfl 14, deus mit «inem .geeigneten Rührer oder einor Mischvorrichtung H ausgerüstet ist. Behälter 16A, 16B und 160 liefern bestimmte Ingredienzien, wie Aluminium, brennbare Stoffe, zusätzliches Oxydationsmittel und dgl· Diese letzteren werden durch Bohrer 17 oder ähnliches mit verschiedenen Geschwindigkeit» gefördert, was von der Zusammensetzung des Schlammes abhängt. Ein kleiner Behälter FT enthält ein gaflentwickelndee Material, vorzugsweise Vasserstoffperoxyd. Ein anderer Behälter PI für die Lösung des Katalysators Kaliumiodid

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oder dgl. kann hiermit verbunden sein, um den Katalysator mit geregelter Geschwindigkeit zuzuführen. Es wird lediglich eine kleine Katalysatormenge benötigt.· Diese letztere fließt durch eine Leitung L, die mit einem Verschließventil 15 versehen ist„ zu einer HeAputrpe, die nachstehend näher beschrieben wird. , Eine Schlammpumpe SP,die von einer geeigneten Kraftquelle ange-4 trieben wird, pumpt den fertigen Schlamm durch einen Schlauch oder ähnliches in das Bohrloch 10. Ein Ventil Vs kann vorgesehen sein, uai den Schiene in dem Kischgefaß 14 solange zurückzuhalten, bis das Pumpen "beginnt.

Die üJuflußzelt des Peroxyds oder des anderen Belüftungsmittels' wird durch die Menge des in das Bohrloch zu pumpenden Schlammes bestimmt. Wenn man die Pumpgeschwindigkeit kennt, läßt sich dio Zeit leicht berechnen. Der in Fig. 6 dargestellte Apparat uafaßt eine Pumpe 18, die von einem Motor 20 angetrieben wird, und eine Regelvorrichtung 21 für den Pumpenmotor 20 aufweist. Ein Hebelarm 23 stellt eine Regelvorrichtung 21 ein und ändert ihre Einstellung unl;er der Regelung einer drehenden Welle 25, die von dem Motor 26 angetrieben wird. Die Welle 25 hat Schraubenwindungen 31« <üe gezählt werden kCnnen, um die Anzahl der Umdrehungen diese3 besonderen Elementes zu bestimmen, das erforderlich ist, um das gegebene Resultat zu erreichen. Die Hegelvorrichtung 41 für den Hoter 26 regelt die Geschwindigkeit, mit der die rait Gewinde versehene Welle 25 sich dreht, und damit die Einstellung dar Regelvorrichtung 21 bestimmt. Diese Verhältnisse bestimmen die verstrichene Zeit, die für die Pumpgeschwindigkeit des Pcroxydzusatzee erforderlich ist, um von dem Maximalwert auf null herunterzugehen.

Die Zeit, die erforderlich ist, um die Zuführungsgeschwindigkeit der Pumpe 18 von ihrer Mexiaalleietung bis auf 0 zu vermindern» wenn jedes Bohrloch gefüllt ist, kann experimentell gemessen odor nach der Zahl der Umdrehungen oder Windungen dar Welle berechnet werden. Q QQ J? ^C""/ /) fyjLf ρ

BAD ORtGJWAt

194549t - 17 -

Venn diese Kalibrierung einmal gemacht ist, gestaltet sich die Arbeitsweise der Vorrichtung ganz einfach· Sie Bohrloch tief 9 bestimmt die maxiaale oder anfängliche Geschwindigkeit der Peroxydströmung, und die Pimpzeit, die erforderlich ist, um da? Bohrloch zu füllen, gibt die Gesamtzeit für die Strömung des Peroxyds. Natürlich kann der Peroxydstrom gewünschtenfalls abgeschnitten werden, bevor die Gesaatchaxg· eingefüllt ist, da der obere Teil der Ladung durch hydrostatische Kompression nicht beeinträchtigt wird. Unter der Annahne, daß 226 kg Schlamm insgesamt mit Peroxyd zu behandin sind, die in einem 12 a tiefen Bohrloch sich befinden, kann folgende Berechnungstabelle benutzt werden :

Die Tiefe des Bohrloohs Yon 12 1 wird zur Berechnung des hydrostatischen Druckes benutzt, und daraus ihre Wirkung auf den Schlamm naoh Flg. 2 berechnet. 226 kg Schlamm, die mit einer Geschwindigkeit von 136 kg/min gepumpt werden, erfordern eine Puapaeit von 100 Sekunden. Fig. 5 läßt natürlich die Abnahme 3 oder die Geschwindigkeit der Verminderung von der maxima}.en Fordermenge bis auf 0 innerhalb 100 Sekunden erkennen.

Bei der Bestimmung der ursprünglichen Strömungsgeschwindigkeit gemäß flg. 2 werden die elektrischen Schalter für dl· Motoren 20 und 26 und das Peroxydventil 15 eingeschaltet. 01· Vorrichtung läuft nun automatisch, während dl· Pumpe das Peroxyd liefert. Venn eine Bein· von Löchern gleicher Tiefe zu füllen iat und der Sohlemm In seiner Zusammensetzung eioh nicht ändert, ist es eine einfach· Sache, 4L· Regelvorrichtung 21, 23 bei jedem Loch in dl· Auagangsstellung aurücksuatellen. Veen dl· Zelt des Sohlmipumpena aioh ändert oder die Lochtief· von Loch su : Loch, muß das Verfahren entsprechend modifiziert werden durch ■ eine Änderung der Regel Vorrichtung 41, um dl« Unterschied· su kompensieren. Ebenso iat es bei einer Änderung der Zusammensetzung notwendig, die Einstellung einer oder beider Regelvorrichtungen 21, *H su ändern.

00934S/

Wasserstoffperoxid ist ein starkes Oxidationsmittel, das Brände verursachen kann, wenn ee auf oder innerhalb brennbarer Stoffe verschüttet wird. Es ist gefährlich für den menschlichen Körper und -rann Blasen auf der Baut und schwere Reizungen hervorrufen. Das menschliche Auge int hiergegen besonders empfindlich; es sollte daher bai der Handhabung des Materials entsprechende Vorsorge getroffen v/erden. Gewöhnlich werden Peroxydlösungen mit 3iner unterschsidungskräftigen Farbe gefärbt, sodaß man sie erkennen kann.

Flg. 5 zeigt graphisch, wie die Vorrichtung nach Fig. 6 verwendet werden kann, um die Zufüfcrungsgeechwindigkeit des ausbildenden Kittels zu regeJ-n. Die ursprüngliche Zuführungsgeschwindigkeit kann in jeder gewünschten Weise eingestellt werden, wie dies durch die Punkte Q oder R angedeutet ist. Wenn keine Änderung durch die zweite Fegelvorrichtuag 41 eintritt, fließt die Strömung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit, d. h., längs der waagerechten Linie Q₁ oder It·. Durch Einschaltung des Miociiaal-Null-Reglers 41 wird die Rotationageschvlndigkeit der Schraubenwelle 25 (?ig. 6) so eingeregelt, daß sie gemäß den Linien Q^ °<ier R^ usw. die Abnahme der gewünschten RegelgeschKindigkeit steuert* Die Bestimmung der ursprünglichen Zufuhrgeschwindigkeit Q oder R einerseits und der erforderlichen Pumpteschwindigkeit anderseits, beispielsweise 100 oder 120 Sekunden oder irgendeine andere Zeit, /ua das Bohrloch zu füllen, wird somit zur Einstellung der Regelvorrichtung 21 und 41 benutzt. Hierdurch wird die Pump 16 geregelt, um die richtige Menge des gelbildend en rüttele in jeder Tiefe des Bohrloches zu«ufuhren. Der Katalysator «us de» Behälter FI kann ebenfalle, wenn ea gewünscht wird, durch die gleiche Pumpe oder durch eine andere zugemessen werden. Für gewöhnlich 1st es nicht notwendig» die Zuführungsgeschwindigkeit des Katalysators au ändern, aber es kann unter gewissen umständen wünschenswert sein.

BAD.ORÄIC

Als gasbildeadea Kittel fur die Zwecke der Torliegeadexk Erfindung wird Ifedseretoffperozyd bororsugt. Sa ist jedooh offeneichtlich für den Fachmann, daß andere Kittel, die «ädere Gase entwickeln, einschließlich Kohlendioxyd u. dgl., benutzt werden könr.en.

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Claims

Patentansprüche

1₍ Verfahren zur Xiegalung der Dichte einer Säule von Explosivschlemm in einem tiefen Bohrloch, dadurch gekennzeichnet, daß der Explcsivschlsiim in daa Bohrloch eingepumpt und während des Pumpen^ eine gasentwickelnde Substanz mit einer Geschwindigkeit »ugeaetzt wird, die genügend groß ist, tu ein vermindertes spezifisches Gewicht und die gewünschte Detonationseuipfindlichkeitinnerhalb des gesamten Schlammes zu erreichen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasentwickolnde Substanz Wasserstoffperoxid ist.
3« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hange der gas entwickelnden Substanz von einen Maximum am Boden des Bohrlochs lsi wesentlichen bis zu «inen Minimum am oberen Ende der Sprengstoffüllung vermindert wird.
4. Verfehren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasentwickelnde Substanz*mit einem Katalysator in Berührung gebracht wird, der eine Gasentwicklung innerhalb des Schlammes verursacht, die im wesentlichen stattfindet, während das Bohrloch gefüllt wird.
5« Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dcüB der Katalysator aus Kaliumiodid besteht.
6. Verfahren nach Anspruch M_r dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator aus hsngandioxyd besteht.

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BAD
7· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasentwickelnde Substanz in gleichmäßig abnehmender Menge während der Füllung dee Bohrloche vom Boden bis zum oberen Ende zugesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die gasentwickelnde Substanz Wasserstoffperoxid ist»
9« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasentwickelnde Substanz und der Katalysator den Schlamm zugesetzt werden, wobei einer von beiden in abnehmender Menge zugesetzt wird, eodaß eine Belüftung des Schlammes erzielt wird, die im wesentlichen der Tiefe des Bohrlochs proportional ist, wodurch eine ia wesentlichen gleichförmige Dichte und Befindlichkeit, wie sie für eine zuverl&esige Detonation geeignet ist, innerhalb der Schlammaäule sichergestellt wird.
10· Ladung eines schlamnföraigen Sprengstoffs, dl· geeignet ist, in tiefen Bohrlöchern verwandet und in diese eingebracht zu werden, wobei das Gewicht der 8RuIe einen unerwünschten Korn-» presslonagrad verursachen.kann, dadurch gekennzeichnet, daß die detonierbare Masse aus ein·« verdickten, wäßrigen Sprengstoff schlamm besteht, der ein oxydierendes Salz in Lösung und eine, nicht-explosive Masse aus einem Sensibilisator und brennbarem Material enthält, wobei ein Belüftungsgas innerhalb der Ladung feinverteilt ist, dessen Menge Innerhalb der gesamten Linge der Ladung genügend groß iet, am eine deutliche Kompression und einen Variesfc an Empfindlichkeit Infolge due hydrostatischen Druckes zu verhindern, wodurch die Detonation der gesamten Säule sichergestellt wird.
11. Ladung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dme Oat innerhalb der gesamten Ladung in abnehmender Menge vom Boden

nach der Spitze su verteilt ist,

009 2 te
12. Ladung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Gas aus Sauerstoff besteht·
13. Ladung nach Anspruch 10, daduroh gekennzeichnet, daß sie eine gasentwickelnde Substanz enthält, die ungleichmäßig verteilt ist, u.zw. mit hoher Konzentration in unteren Teil der Charge und mit geringerer Konzentration is oberen Teil.

Ladung nach Anspruoh 10, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine im wesentlichen gleichmäßig verteilte, geringe Konzenzentration eines gaserzeugenden Mittels enthält, die genügt, um die Detonation am Boden der tiefen Säule des Schlammes sicherzustellen, und für eine sichere Detonation auf eines höheren Niveau sehr als ausreichend 1st.

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BAD ORIGINAL