DE19546341A1

DE19546341A1 - Optischer Sprengzünder

Info

Publication number: DE19546341A1
Application number: DE1995146341
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-12-12
Filing date: 1995-12-12
Publication date: 1997-01-02
Anticipated expiration: 2015-12-13
Also published as: DE19546341C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Technologie der Detonationsarbeiten auf dem Gebiet des Erzberg- bzw. Maschinenbaus.

Bekannt ist ein selbstauslösender Initiator (US-PS 4 892 037), der einen Sprengstoff vorsieht, dem über ein Faserkabel von einer Strahlungsquelle ein Laserimpuls zugeführt wird. Man verwendet für diesen Initiator leichtentflammbare pyrotechnische Gemische A, B und C. Das Gemisch von Typ A, bestehend aus einem metallischen Brennstoff und einem Oxydationsmittel, wird aus vier Mischungskomponenten gewählt:

1. 60% Magnesiumoxid und 40% Polytetrafluoräthylen,
2. 21-25% Bor und 68-72% Kaliumnitrat sowie 5,6% Bindemittel,
3. 45% Zirkonat mit einer Korngröße von 10 µm, 55% Kaliumperchlorat mit einer Korngröße von 6 bis 17 µm,
4. 45% Aluminium mit einer Korngröße von 17 bis 44 µm, 55% Kaliumperchorat mit einer Korngröße von 6 bis 17 µm.

Das Gemisch vom Typ B stellt einen Zündstoff dar.

Das Gemisch vom Typ C, das als Treibsprengstoff dient, wird aus vier Mischungskomponenten wie

1. zweibasische Treibsprengstoffe,
2. einbasische Treibsprengstoffe,
3. zusammengesetzte Treibsprengstoffe,
4. Schwarzpulver

gewählt.

Der obenerwähnte optische Sprengzünder mit dem Initialsprengstoff sieht einen oder mehrere Abschnitte von Faserkabel vor.

Der Hauptnachteil des optischen Sprengzünders besteht in einer niedrigen Empfindlichkeit der pyrotechnischen Mischungen gegenüber der Einwirkung der Laserstrahlung (E_s∼0,2-1 J/cm²).

Dem technischen Wesen nach steht der vorgeschlagenen Erfindung eine Sprengkapsel, die zwei Schichten der Ladungen aus sekundären Sprengstoffen aufweist. Die Oberfläche der oberen Schicht des Sprengstoffes ist mit einem Überzug beschichtet, der die Strahlung absorbiert und mit der optischen Faser in Kontakt steht. Die Füllungsdichte der unteren Sprengstoffschicht ist höher als die obere Schicht. Der im flüchtigen Vorgang der Erzeugung betriebene Laserimpuls initiiert die Sprengkapsel (EP, Nr. 0 289 184, veröffentl. 88.11.02).

Der Nachteil des obengenannten optischen Sprengzünders besteht darin, das ein optischer Maser im flüchtigen Erzeugungsvorgang eingesetzt wird (Impulsdauer beträgt ∼10^-3 s), deswegen macht die Ansprechungsgenauigkeit des Zündstofes einen Wert von 10^-3 s aus, der bedeutend niedriger liegt, als der bei der Ausnutzung des Modulationsbetriebes der Resonatorgüte mit einem Wert von 10^-5 s.

Darüber hinaus ist es notwendig, zur Verdampfung der inerten Absorptionsschicht eine Energiedichte der Laserstrahlung von 1 J/cm² einzusetzen, was eine beträchtliche Energieintensität der Laseranlage erfordert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Vervollkommnung des optischen Sprengzünders, bei dem die Einführung eines neuen die Strahlung absorbierenden Initialsprengstoffes es möglich macht, die Genauigkeit der Ansprechungszeit bis auf 10^-5 s zu steigern, Energieaufwände des optischen Masers für die Erregung der Detonation herabzusetzen und dadurch die Prozeßsteuerung zum Bruch verschiedener Medien zu verbessern, ein Produkt vorgegebener Qualität zu erhalten sowie serienmäßige Explosionen (viele Hunderte und Tausende Zündkörper) vermittels eines transportablen Lasers, beispielsweise beim Abbau im Tagebau der Lagerstätte nutzbarer Gesteine und Minerale durchzuführen.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem erfindungsgemäßen optischen Sprengzünder, der ein zylindrisches Gehäuse, eine Lichtschleuse, eine die Strahlung absorbierende Schicht sowie einen an dieser anliegenden sekundären Sprengstoff vorsieht, der die Strahlung absorbierende Initialsprengstoff aus einem zu 80-95% aus Hydrazintetrazolquecksilber(11)perchlorat und zu 5-20% aus einem für Laserstrahlung durchsichtigen Thermoplast mit einer Stärke von 0,5 bis 3 mm zusammensetzenden Gemisch besteht, das Initiieren mit Hilfe eines Lasermonoimpulses (t_q = 20-50 ns) durchgeführt wird, dessen Energiedichte oberhalb der kritischen Initiierungsenergiedichte der Absorptionsschicht liegt.

Der erfindungsgemäße optische Sprengzünder sichert einerseits eine hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Initiierung bei einer gleichzeitigen Herabsetzung der Energieaufwände des optischen Masers zur Erzielung der Erregung der Detonation und vermindert andererseits seine Maße und sein Gewicht bedeutend ab. Dies wird durch Auftragen eines in bezug auf den Laserimpuls hochempfindlichen in einer dünnen Schicht beschichteten Überzugs aus dem Sprengstoff erreicht, wobei bei der Einwirkung auf diesen mit einem Lasermonoimpuls das Explosionsinitiieren vor sich geht.

Das Wesen der Erfindung wird anhand einer Zeichung (Fig. 1), auf der ein Schema des erfindungsgemäßen optischen Sprengzünders angeführt ist, näher erläutert, worin:
1 eine Hülse,
2 einen sekundären Sprengstoff,
3 eine Schicht aus einem Initialsprengstoff,
4 eine Glasplatte,
5 eine Lichtschleuse und
6 einen Kunststoffpfropfen
bedeutet.

Die konstruktive Ausführung und die Wirkung des optischen Sprengzünders wird wie folgt verwirklicht.

In eine zylindrische Hülse 1 wird zunächst ein sekundärer Sprengstoff eingepreßt, danach führt man einen die Laserstrahlung absorbierenden gegen die Impulswirkung vom optischen Maser empfindlichen Überzug aus dem Sprengstoff ein. Zwecks der Vorbeugung des Kontakts der Lichtschleuse mit der die Strahlung absorbierenden Schicht 3 aus dem Initialsprengstoff bringt man in die Hülse des optischen Sprengzünders eine Glasplatte 4 ein. Eine Übergabe des Lichtimpulses von dem optischen Maser auf die absorbierende Schicht 3 erfolgt durch eine Lichtschleuse 5, deren Festigung in dem optischen Sprengzünder mit Hilfe eines Kunststoffpfropfens 6 verwirklicht wird, der gleichzeitig damit zum Schutz des Innenraums des optischen Sprengzünders vor Auftreffen verschiedener Beimengungen und Wassers in diesen dient.

Somit fördert der durch Lichtschleuse übertragene optische Maserimpuls bei der Einwirkung auf den lichtempfindlichen Sprengstoff sein Sprengen, was die Initiierung einer Detonationsumwandlung der Hauptladung des Sprengstoffes mit sich bringt.

Die Energieaufwände für verschiedene Sprengstoffe wurden unter Laborverhältnissen ermittelt. So ist es beispielsweise zur Initiierung von Blei(11)-azid eine Energiedichte von 0,1 J/cm² erforderlich, während für eine stabile Detonation des beanspruchten Sprengstoffes, Hydrazintetrazolquecksilber(11)-perchlorat, eine Energiedichte von 5 · 10^-3 cm² erforderlich ist. Beispielsweise wurde die Einschätzung der Energieintensität des optischen Masers angeführt, der fähig ist, ein Sprengen von 500 Sondenladungen, angeordnet auf einem Abstand von 1000 m von diesem, sicherzustellen durch. Die obere Grenze der Initiierungsenergie des beanspruchten Sprengstoffes macht einen Wert von W = 10 µJ bei einem Durchmesser der Schicht der Lichtschleuse von 100 µm aus. Der Extinktionsmodul der über Lichtschleuse durchgehenden Lichtenergie macht einen Wert von etwa K′ = 0,1 aus. Dadurch wird die Gesamtenergie des optischen Masers, die zum Sprengen von n = 500 Sonderladungen erforderlich ist, durch folgende Formel:

ermittelt.

Somit ist es möglich, bei der Arbeitsführung bei den Erzbergbauwerken den erfindungsgemäßen optischen Sprengzünder unter Ausnutzung tragbarer optischer Maser kleiner Abmessungen zu verwenden.

Claims

Optischer Sprengzünder, der ein zylindrisches Gehäuse, eine Lichtschleuse, eine die Strahlung absorbierende Schicht aus einem Initialsprengstoff sowie einen an dieser anliegenden sekundären Sprengstoff vorsieht, dadurch gekennzeichnet, daß der die Strahlung absorbierende Initialsprengstoff aus einem zu 80-95% aus Hydrazintetrazolquecksilber(11)-perchlorat und zu 5-20% aus einem für Laserstrahlung durchsichtigen Thermoplast mit einer Stärke von 0,5 bis 3 mm zusammensetzenden Gemisch besteht.