DE19917946A1 - Ignition method for explosive material using fluid jet cutting is based on determination of which thermodynamic, kinematic and dynamic conditions lead to ignition - Google Patents

Ignition method for explosive material using fluid jet cutting is based on determination of which thermodynamic, kinematic and dynamic conditions lead to ignition

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Abstract

The method is for the ignition of explosive material using fluid jet cutting and is based on which thermo-dynamic, kinematic and dynamic conditions lead to ignition of explosive material and which are stored in fluid carrier media for directed transport or which can be emitted. The positioning and ignition of explosive material portions occur timewise and locally in such a manner that always at the time of pressure minimum after previous detonation new explosive material is brought to the location of its energy development and ignited.

Description

Nach Patent Nr. : 44 23 477 C2 ist bekannt, daß zum Abtragen von harten Materialien vorteilhaft Explosivstoffe mittels eines Fluidstrahles an den Ort des Abtrages transportiert und dort durch Zündung seine Energieentfaltung ausgelöst wird.According to Patent No.: 44 23 477 C2 it is known that for the removal of hard materials advantageous explosives transported by means of a fluid jet to the site of removal and there its ignition is triggered by ignition.

Bei normalatmosphärischem Umgebungsdruck läßt sich auf diese Art eine quasi­ kontinuierliche Dauersprengung durchführen.At normal atmospheric ambient pressure, a quasi Carry out continuous blasting.

Wenn der Umgebungsdruck jedoch steigt, beispielsweise bei Tiefbohrungen und /oder Unterwasserarbeiten, dann sinkt die Transportleistung des Trägerfluides und die Zündbarkeit beziehungsweise die Detonationswahrscheinlichkeit des Explosivstoffes. Schon bei Gegendrücken ab 100 bar ist das Verfahren so einfach nicht mehr anwendbar. Durch Kavitation zerstört sich die Mischdüse selbst und die Wurfweite beziehungsweise die Strahlgeschwindigkeit wird so gering, daß der Explosivstoff nicht mehr sicher gezündet werden kann.However, if the ambient pressure rises, for example in deep drilling and / or Underwater work, then the transport performance of the carrier fluid and the Ignitability or the detonation probability of the explosive. Even at back pressures above 100 bar, the process is no longer applicable. Due to cavitation, the mixing nozzle destroys itself and the throwing range respectively the jet speed becomes so slow that the explosive can no longer be ignited safely can be.

Die anfangs genannte Erfindungsbeschreibung geht nicht darauf ein, welche kinematischen und dynamischen Bedingungen zur Zündung von Explosivstoffen, die in fluide Trägermedien eingelagert sind, bei ihrem Auftreffen auf Materialien führen oder unter welchen dynamischen Bedingungen explosive Stoffe an den fluiden Transportstrahl übergeben werden sollten.The description of the invention mentioned at the beginning does not go into which kinematic and dynamic conditions for igniting explosives in fluid Carrier media are stored, lead when they hit materials or under what dynamic conditions explosive substances on the fluid transport jet should be handed over.

Bei quasikontinuierlichen Explosionen beziehungsweise bei zeitlich pulsierend ausgelösten Explosionsfolgen innerhalb fluider, druckausübender Medien gibt es jedoch das Phänomen, daß bei definierter Kombination von zeitlicher Steuerung des Transportes und des Zündzeitpunktes, die Umgebungsbedingungen mit höheren Druckwerten kurzfristig so verändert werden, daß sie kurzzeitig fast normalatmosphärisch sind.In the case of quasi-continuous explosions or in the case of pulsations triggered in time However, there are explosion consequences within fluid, pressure-exerting media Phenomenon that with a defined combination of time control of the transport and the ignition timing, the ambient conditions with higher pressure values in the short term be changed so that they are almost normal atmospheric for a short time.

Bei der Explosion selbst steigen Druck und Temperatur sehr rasch auf hohe Werte an. Danach, noch während die von der Explosion komprimierten und beschleunigten Umgebungsmassen auf Grund ihres erhaltenen Impulses vom Ort der Explosion wegstreben, kollabiert durch Abkühlung (Wärmeleitung, Strahlung, Gasarbeit etc.) die Gasblase bereits wieder und erreicht für Sekundenbruchteile sogar Vakuumdruckwerte. During the explosion itself, pressure and temperature rise very quickly to high values. After that, even while those compressed and accelerated by the explosion Ambient masses due to the impulse received from the location of the explosion strive away, collapses due to cooling (heat conduction, radiation, gas work etc.) Gas bubble again and even reaches vacuum pressure values for fractions of a second.  

Wenn in diesem Zeitfenster neuer Explosivstoff, zum Beispiel aus Fluiden gemischt und/oder mittels Fluid an den Ort seiner Energieentfaltung gebracht wird, kann unter näherungsweise normalatmosphärischen Bedingungen quasi-kontinuierlich gezündet und gearbeitet werden.If new explosives are mixed in this time window, for example from fluids and / or brought to the place of its energy development by means of fluid, can under ignited approximately normal atmospheric conditions quasi-continuously and be worked.

Die Startbedingungen für die erste Zündung (Explosion) unterscheiden sich gravierend von den nachfolgenden.The starting conditions for the first ignition (explosion) differ significantly from the following.

Die Startexplosion wird so vorbereitet oder eingeleitet, daß, zum Beispiel durch die Verwendung gekapselter Explosivstoffe, die Umgebungsbedingungen beim Start nur wenig Bedeutung haben.The start explosion is prepared or initiated so that, for example, by the Use of encapsulated explosives, the environmental conditions at the start only have little meaning.

Ähnlich wie bei Pumpen und Kompressoren großer Leistung die nicht gegen Druck gestartet werden können, kann durch statische Positionierung und Zündung entsprechender Mengen an Explosivstoff die Umgebungsbedingung thermodynamisch für Folgezündungen optimiert werden. Dies ist zum Beispiel realisierbar durch Verwendung von Explosivstoffkapseln mit oder in entsprechend großen Hohlräumen, Knallgasfüllung in dafür vorgesehenen Explosionsräumen oder Detonationsstäben (prinzipiell können das segmentierte Sprengschnüre in einer dünnen, rohrartigen Umhüllung sein), die aus einer oder mehreren Sprengportionen bestehen, die in beliebiger Reihenfolge oder auch gleichzeitig gezündet werden können.Similar to high-performance pumps and compressors that do not work against pressure can be started by static positioning and ignition accordingly Amounts of explosive thermodynamically for the environmental condition Subsequent ignitions can be optimized. This can be achieved, for example, through use of explosive capsules with or in appropriately large cavities, oxyhydrogen filling in provided explosion rooms or detonation rods (in principle, that segmented detonating cords in a thin, tubular casing), which consists of a or several explosive portions, which are in any order or also can be ignited simultaneously.

Seperate Explosivstoffe, die in oder an einem fluiden Trägerstrahl angelagert sind, beispielsweise einem Hochdruckwasserstrahl mit koaxialem hohlen Querschnitt oder anderes und zum Ort der Energieentfaltung transportiert werden, müssen, wenn sie mechanisch durch Kollision zünden sollen bestimmten kinematisch-dynamischen Bedingungen entsprechen. Bei Verwendung von festen (kristallinen, heterogenen, amorphen, gepressten oder gegossenen mit oder ohne Umhüllung pelletiert) oder flüssigen Explosivstoffen ist eine hinreichend sichere Zündung möglich, wenn die kinetische Energie einer Explosivstoffportion gegenüber, beziehungsweise in Relation zum Ort des Auftreffpunktes im Moment der Kollision mit diesem Ort größer ist als die Schlagempfindlichkeit des verwendeten Explosivstoffs. Unter Explosivstoffportion sei hier eine Explosivstoffmenge verstanden, die in Abhängigkeit vom jeweiligen Sprengstoff gerade noch in der Lage ist sich bei Zündung explosiv oder detonativ umzusetzen. Die geometrische Form einer solchen Explosivstoffportion kann dabei von der kugelförmigen Form abweichen. Jedoch ist es sprengtechnisch illusorisch und unsinnig davon zu sprechen, daß unendlich lange und unendlich dünne bzw. einmolekular dicke oder ähnlich geartete geometrisch gestaltete Explosivstoffportionen Verwendung finden könnten. Die Schlagempfindlichkeit wird üblicherweise in der Maßeinheit Newton-Meter (Nm), also in einer Energiemaßeinheit angegeben.Separate explosives that are deposited in or on a fluid carrier jet, for example a high pressure water jet with a coaxial hollow cross section or other and to be transported to the place of energy release, if they mechanically ignite by collision are certain kinematic-dynamic Conditions. When using solid (crystalline, heterogeneous, amorphous, pressed or cast with or without pellet coating) or liquid A sufficiently safe ignition is possible for explosives if the kinetic Energy versus an explosive portion, or in relation to the location of the Point of impact at the moment of collision with this location is greater than that Impact sensitivity of the explosive used. With explosive portion here understood an amount of explosive that depends on the respective explosive is just still able to react explosively or detonatively when ignited. The  The geometric shape of such an explosive portion can be spherical Shape. However, it is explosively illusory and nonsensical of it speak that infinitely long and infinitely thin or one-molecular thick or similar All kinds of geometrically designed explosive portions could be used. The Impact sensitivity is usually measured in Newton meters (Nm) specified an energy unit.

Als Maßeinheiten seien hier diejenigen des internationalen Maßsystems (SI) verwendet. Berechnungen und Darstellungen in anderen Maßsystemen sind bei entsprechender Umrechnung eindeutig möglich; beispielsweise im cgs-System.The units of measurement of the international measurement system (SI) are used here. Calculations and representations in other measurement systems are appropriate Conversion clearly possible; for example in the cgs system.

Die Einhaltung einer Relation, die aus der Reibeempfindlichkeit (manchmal auch Reibempfindlichkeit geschrieben) des verwendeten Explosivstoffs und seiner Kollisionswegstrecke im Moment des Auftreffens am Auftreffort ableitbar ist, sichert gleichfalls eine sichere Zündung. Die Reibeempfindlichkeit von Explosivstoffen wird üblicherweise in Newton (N), also in einer Kraftmaßeinheit angegeben. Unter Kollisionswegstrecke ist mechanisch derjenige Weg zu verstehen, den die kleinstmögliche, explosiv oder detonativ zündfähige Explosivstoffportion ab Moment des Berührens der Targetoberfläche bis zur vollzogenen Abbremsung oder Ablenkung der Portion am Ort seiner Kollision mit dem Targetmaterial zürückgelegt hat. Anders ausgedrückt kann auch formuliert werden, daß die Kollisionswegstrecke aus dem Produkt der Geschwindigkeit der Explosivstoffportion unmittelbar vor Auftreffen auf das Zielmaterial mit der Wechselwirkungszeit der mechanischen Kollision erhältlich ist. Diese Wechselwirkungszeit wird physikalisch üblicherweise als Kollisionszeit bezeichnet. Im Normalfall ist die Kollisionswegstrecke anzunähern durch die geometrische Ausdehnung der Explosivstoffportion in Kollisionsrichtung und die Kollisionszeit ergibt sich dementsprechend aus dem Quotient dieser geometrischen Länge und der Auftreffgeschwindigkeit. Achtung, während des Stoßes zwischen Explosivstoff und Targetmaterial kann sich entsprechend der geometrischen Kollisions- und Streubedingungen die Flugrichtung des Explosivstoffes ändern. Auch dann gelten die Relationen entsprechend der Richtungsgrößen von Ort, Geschwindigkeit, Impuls und Kraft. Adherence to a relation resulting from the sensitivity to rubbing (sometimes Friction sensitivity written) of the explosive used and its Collision distance can be derived at the moment of impact at the point of impact also a safe ignition. The rubbing sensitivity of explosives Usually specified in Newton (N), i.e. in a unit of force. Under Mechanically, the collision path is the path that the smallest possible, explosive or detonatively explosive portion of explosive from the moment of touching the Target surface until the portion is decelerated or distracted on site has collided with the target material. In other words, it can be formulated that the collision distance is the product of the speed of the Explosive portion immediately before hitting the target material with the Interaction time of the mechanical collision is available. This Interaction time is usually referred to physically as collision time. in the The collision path is normally approximated by the geometric extension the explosive portion in the collision direction and the collision time accordingly from the quotient of this geometric length and the Impact speed. Warning, during the collision between explosive and Target material can vary according to the geometric collision and Scattering conditions change the direction of flight of the explosive. Even then they apply Relations according to the directional variables of location, speed, momentum and Force.  

Aus den Relationen der Schlag- und Reibeempfindlichkeiten sowie den geometrischen und kinetischen Werten der Explosivstoffportionen lassen sich spezielle kollisionsbezogene Zündbarkeits-Relationen darstellen:
Beispielsweise ist die Zündung möglich, wenn das Produkt aus dem Quadrat der Geschwindigkeit der Explosivstoffportionen multipliziert mit der Dritten Potenz des mittleren Durchmesser der Explosivstoffportionen größer ist als das Produkt aus zwölf mal der Schlagempfindlichkeit geteilt durch das Produkt aus der Kreis-Zahl Pi mal der Dichte der Explosivstoffportionen.Special collision-related ignitability relations can be represented from the relations of the impact and friction sensitivities as well as the geometrical and kinetic values of the explosive portions:
For example, ignition is possible if the product of the square of the speed of the explosive portions multiplied by the third power of the mean diameter of the explosive portions is greater than the product of twelve times the impact sensitivity divided by the product of the circle number Pi times the density of the Explosive portions.

Oder eine Zündung erfolgt, wenn das Quadrat des Produktes aus Geschwindigkeit und mittlerem Durchmesser der Explosivstoffportionen größer ist als das Produkt aus der Zahl Zwölf mit der Reibeempfindlichkeit des Explosivstoffs geteilt durch das Produkt aus der Kreis-Zahl Pi mal der Dichte der Explosivstoffportionen.Or an ignition occurs when the square of the product of speed and average diameter of the explosive portions is larger than the product of the number Twelve with the explosive's sensitivity to friction divided by the product of the Circle number Pi times the density of the explosive portions.

Ebenfalls ist eine kollisionsbedingte Zündung durchführbar, wenn der Quotient aus Schlagempfindlichkeit und Reibempfindlichkeit des verwendeten Explosivstoffs größer ist als die Abbremswegstrecke oder Kollisionswegstrecke der Explosivstoffportionen.A collision-related ignition can also be carried out if the quotient is off Impact sensitivity and sensitivity to friction of the explosive used is greater than the braking distance or collision distance of the explosive portions.

Derartige, mit den explosivstoffspezifischen Größen wie Schlag- und Reibeempfindlichkeit verknüpfte kinematischen und dynamischen Relationen lassen sich gleichfalls über die Kollisions-Druckkräfte aufstellen.Such, with the explosive-specific sizes such as blow and Kinematic and dynamic relationships linked to friction sensitivity can be also set up over the collision pressure forces.

Werden Explosivstoffe zwecks ihrer Beschleunigung und ihres Transports auf das Zielmaterial an oder in den Fluidstrahl übergeben, so wirken im Moment der Übergabe und der Beschleunigung im Fluidstrahl Kräfte auf die Explosivstoffe. Es darf bei der Injektion oder Anlagerung an den Transportstrahl nicht zur Zündung kommen. Das heißt, der Strahlapparat ist geometrisch so gestaltet, daß eine sichere und gefahrlose Injektion oder Anlagerung sowie die Beschleunigung der Explosivstoffportionen im Fluidstrahl über eine Wegstrecke erfolgt, die größer ist als der Quotient aus Schlagempfindlichkeit und Reibeempfindlichkeit des verwendeten Explosivstoffs.Are explosives for their acceleration and transport to the Transfer target material to or into the fluid jet, so act at the moment of transfer and the acceleration in the fluid jet forces on the explosives. It is allowed at the injection or attachment to the transport jet does not come to ignition. That is, the Jet is geometrically designed so that a safe and safe injection or Accumulation and acceleration of the explosive portions in the fluid jet via a Distance that is greater than the quotient of impact sensitivity and Rubbing sensitivity of the explosive used.

Werden Explosivstoffportionen verwendet, ist es nicht zwingend notwendig, daß die Flug- oder Strahlgeschwindigkeit höher ist als die Detonations- oder Explosionsgeschwindigkeit der verwendeten gestrahlten Explosivstoffe. Durch die Portionierung ist ein detonatives Selbst-Fernzünden von im Strahl folgenden Portionen ausgeschlossen.If portions of explosives are used, it is not absolutely necessary that the flight or jet velocity is higher than the detonation or explosion velocity of the blasted explosives used. The portioning is a detonative Self-remote ignition of portions following in the beam excluded.

Claims (5)

1. Verfahren zum Durchführen des Zündens von Explosivstoffen beim Fluid- Strahlschneiden dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung und Zündung von Explosivstoffportionen zeitlich und örtlich so erfolgt, daß immer zum Zeitpunkt des Druckminimums nach vorhergegangener Detonation neuer Explosiv- oder Sprengstoff an den Ort seiner Energieentfaltung gebracht und zur zündenden Kollision beziehungsweise zur Zündung gebracht wird.1. A method for performing the ignition of explosives during fluid jet cutting, characterized in that the positioning and ignition of explosive portions takes place in time and place so that new explosives or explosives are always brought to the place of their energy release at the time of the pressure minimum after previous detonation is brought to an igniting collision or ignition. 2. Verfahren zum Durchführen des Zündens von Explosivstoffen beim Fluid- Strahlschneiden dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus dem Quadrat der Geschwindigkeit der Explosivstoffportion oder -Portionen multipliziert mit der Dritten Potenz des mittleren Durchmessers der Explosivstot»ortion größer sein muß als das Produkt aus der Zahl Zwölf mal der Schlagempfindlichkeit des gestrahlten Explosivstoffs geteilt durch das Produkt aus der Kreis-Zahl Pi mal der Dichte der Explosivstoffportion.2. Method for performing the ignition of explosives in fluid Beam cutting characterized in that the product of the square of the Speed of the explosive portion or portions multiplied by the third Potency of the mean diameter of the explosive explosion must be greater than that Product of the number Twelve times the impact sensitivity of the blasted Explosive divided by the product of the circle number Pi times the density of the Explosive portion. 3. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß das Quadrat des Produktes aus Geschwindigkeit und mittlerem Durchmesser der Explosivstoffportionen größer sein muß als das Produkt aus der Zahl Zwölf und der Reibeempfindlichkeit des Explosivstoffs geteilt durch das Produkt aus der Kreis-Zahl Pi mal der Dichte der Explosivstoffportion.3. The method according to the preceding claims, characterized in that the Square of the product of the speed and the average diameter of the The explosive portions must be larger than the product of the number twelve and the The explosive's sensitivity to rubbing divided by the product of the circle number Pi times the density of the explosive portion. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient aus Schlagempfindlichkeit und Reibempfindlichkeit eines verwendeten Explosivstoffs größer sein muß als die Abbremswegstrecke oder Kollisionswegstrecke der Explosivstoffportion.4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the quotient from impact sensitivity and sensitivity to friction of an explosive used must be greater than the braking distance or collision distance Explosive portion. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 bei dem dem Fluidstrahl Explosiv- oder Sprengstoffe injiziert, angelagert oder übergeben werden ohne daß es dabei zur Zündung der Explosivstoffe im Moment der Übergabe und Beschleunigung im Trägerstrahl kommt, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigung über eine Wegstrecke erfolgt, die größer ist als der Quotient aus Schlagempfindlichkeit und Reibeempfindlichkeit des verwendeten Explosivstoffs.5. The method according to claims 1 to 4 in which the fluid jet explosive or Explosives are injected, deposited or handed over without it Ignition of the explosives at the moment of delivery and acceleration in the Carrier beam comes, characterized in that the acceleration over a Distance that is greater than the quotient of impact sensitivity and Rubbing sensitivity of the explosive used.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4423477C2 (en) * 1994-07-05 1997-12-11 Claus Dr Becker Method and device for the continuous removal of solid materials using fluid jets
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