DE4107349A1 - Energiearme sprengzuendschnur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine energiearme Detonationszündschnur bzw. Sprengzündschnur der Art, die einen Schlauch bzw. ein Rohr (nachstehend als Schlauch bezeichnet) aufweist, an dessen In­ nenwand sich eine Schicht aus einer reaktionsfähigen Mischung (im allgemeinen aus einer durch Stoß verdrängbaren, unverfestig­ ten bzw. lockeren Teilchenmischung) zum Übertragen einer Stoß­ welle entlang dem Schlauch befindet.

Energiearme Sprengzündschnüre oder "Stoßwellenleiter", die mit Momentzündern oder mit Zeitzündern verbunden sind, sind auf dem Fachgebiet der Sprengung bekannt und stellen weit verbreitete Alternativen zu elektrischen Zündsystemen bzw. Zündmitteln dar. Bei der Anwendung wird das freie Ende des Schlauches der Spreng­ zündschnur an einem Zünder (Zündeinrichtung) angebracht, der eine Einrichtung zur elektrischen Entladung oder ein anderer Initialzünder bzw. eine Sprengkapsel sein könnte. Wenn der Zün­ der gezündet bzw. initiiert wird, wird entlang dem Schlauch ei­ ne Stoßwelle übertragen, die durch die schnelle chemische Reak­ tion und Detonation der an der inneren Oberfläche des Schlauchs befindlichen Schicht aus reaktionsfähigem Material vorgetrieben wird.

Typische Beispiele für energiearme Sprengzündschnüre der vor­ stehend erwähnten Art sind u. a. in den folgenden Patentschrif­ ten beschrieben: US-PS 35 90 739, 42 90 366, 46 07 573 und 46 60 474 und GB-PS 20 27 176 und 21 52 643. Eine energiearme Sprengzündschnur der erwähnten Art ist auch unter dem Warenzei­ chen "Nonel" im Handel erhältlich. In dem Schlauch der energie­ armen Sprengzündschnur kann eine Anzahl von reaktionsfähigen Mischungen verwendet werden; beispielsweise wird in der US-PS 35 90 739 PETN, RDX, HMX, TNT, Dinitroethylharnstoff oder Te­ tryl vorgeschlagen, und in der US-PS 46 60 474 sind Aluminium und Kaliumdichromat offenbart.

Diese bekannten energiearmen Sprengzündschnüre eignen sich zwar für Sprengungen in einer freien Umgebung, jedoch sind sie für die Anwendung in entflammbaren Atmosphären, wie sie z. B. in Koh­ lengruben angetroffen werden, nicht geeignet. Ganz im Gegenteil können nur Sprengstoffe und Zubehörteile, die eine Reihe stren­ ger Sicherheitsprüfungen (deren Normen bzw. Richtlinien sich von Staat zu Staat unterscheiden) bestanden haben, in ein Ver­ zeichnis von Gegenständen, die für die Anwendung in Gruben bzw. Bergwerken und in anderen entflammbaren Atmosphären zugelassen sind, eingetragen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine energiearme Sprengzündschnur bereitzustellen, die für die Anwendung in ei­ ner entflammbaren oder brandgefährdeten Atmosphäre zuverlässi­ ger bzw. sicherer ist.

Ferner soll durch die Erfindung eine energiearme Sprengzünd­ schnur bereitgestellt werden, die sich zur Zufriedenheit der für das Erlassen von Verordnungen bzw. Vorschriften zuständigen Bergbehörden für die Anwendung in brandgefährdeten oder ent­ flammbaren Atmosphären eignet.

Eine erste Ausgestaltung der Erfindung besteht in einer ener­ giearmen Sprengzündschnur, die einen Schlauch aufweist, an des­ sen Innenwand sich eine Schicht aus einer reaktionsfähigen Mi­ schung zum Übertragen einer Stoßwelle entlang dem Schlauch be­ findet, wobei die reaktionsfähige Schicht von einem Brennstoff in Form eines Metalls oder eines Quasi- bzw. Halbmetalls im we­ sentlichen frei ist und einen teilchenförmigen brisanten Sekun­ därsprengstoff und einen innig damit vermischten gaserzeugenden, nichtexplodierenden teilchenförmigen Feststoff enthält, wobei der gaserzeugende Feststoff ein Material ist, das sich bei ei­ ner Temperatur unter 1000°C und einem Druck von 1 Atmosphäre thermisch zersetzt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Verwen­ dung eines gaserzeugenden, nicht explodierenden teilchenförmi­ gen Feststoffs der hierin offenbarten Art in Form einer innigen Mischung mit einem teilchenförmigen brisanten Sekundärspreng­ stoff als Schicht an der Innenwand eines energiearmen Stoßwel­ lenschlauches bzw. -rohres, um die Sprengzündschnur für die An­ wendung in einer entflammbaren oder brandgefährdeten Atmosphäre zuverlässiger bzw. sicherer zu machen.

Demnach wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herab­ setzen der Brandgefahr, die von einer einen Schlauch aufweisen­ den energiearmen Sprengzündschnur ausgeht, an der Innenwand des Schlauches eine reaktionsfähige Schicht gebildet, die von einem Brennstoff in Form eines Metalls oder eines Quasi- bzw. Halbme­ talls im wesentlichen frei ist und einen teilchenförmigen bri­ santen Sekundärsprengstoff und einen innig damit vermischten gaserzeugenden Feststoff in Form eines Materials enthält, das sich bei einer Temperatur unter 1000°C und einem Druck von 1 Atmosphäre thermisch zersetzt.

Die Übertragungsreaktion einer energiearmen Sprengzündschnur kann durch die Verwendung des gaserzeugenden Feststoffs gesteu­ ert werden. Sein Vorhandensein kann die Detonationsgeschwindig­ keit der Reaktion (im Vergleich zu der Detonationsgeschwindig­ keit bei alleiniger Verwendung des brisanten Sekundärspreng­ stoffs) herabsetzen und kann die fühlbare Wärmeenergie, die durch die Reaktion freigesetzt wird, in bedeutendem Maße vermin­ dern. Als Folge ist die energiearme Sprengzündschnur für die Anwendung in entflammbaren Atmosphären zuverlässiger bzw. si­ cherer und kann bei geeigneter Formulierung den Richtlinien bzw. Normen der gegenwärtig zugelassenen Prüfungen von elektrischen Zündern, die durch die GB-Behörden festgelegt worden sind, ent­ sprechen, wenn derart gezündet wird, daß das Ende der Spreng­ zündschnur für die brandgefährdete Prüfatmosphäre zugänglich ist.

Es ist nicht bekannt, auf welche Weise durch den gaserzeugenden Feststoff die gewünschte Wirkung erzielt wird, jedoch ist sein Vorhandensein notwendig. Frühere Untersuchungen zeigen, daß durch sauerstofferzeugende Feststoffe, vorzugsweise ein Metall­ oxid, -nitrat, -peroxid, -permanganat oder -perchlorat - insbe­ sondere von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen - sehr er­ mutigende Ergebnisse erzielt werden. Eine Bestätigung dieser Behauptung findet man in den Ergebnissen, die die Erfinder mit Bariumperoxid, Bariumnitrat, Kaliumpermanganat und Kaliumper­ chlorat, die sich als sehr zufriedenstellend erwiesen haben, er­ halten haben. Es ist jedoch ferner gezeigt worden, daß auch Feststoffe, die keinen Sauerstoff erzeugen, wie z. B. Natrium­ azid (das Stickstoff entwickelt) geeignet sind.

Die Teilchengröße des gaserzeugenden Feststoffs kann in ziem­ lich weiten Grenzen variieren, jedoch wird ihre Obergrenze im allgemeinen durch das Verfahren eingeschränkt, mit dem der Fest­ stoff in dem Schlauch aufgebracht wird, und sie liegt deshalb im allgemeinen unter 60 µm. Für den brisanten Sekundärspreng­ stoff sind Teilchengrößen von etwa 10 bis 40 µm, wie sie typi­ scherweise bei herkömmlichen energiearmen Sprengzündschnüren ge­ funden werden, geeignet.

Unter brisanten Sekundärsprengstoffen sind im Rahmen der Erfin­ dung molekulare Sprengstoffe zu verstehen, die im allgemeinen eine Primär- bzw. Initialladung benötigen, um zur Detonation gebracht zu werden, und typische Beispiele dafür sind pentaery­ thrittetranitrat (PETN), Cyclotrimethylentritetryl (RDX), Cyclo­ tetramethylentetranitramin (HMX), Tetryl, Trinitrotoluol (TNT), Dinitroethylharnstoff oder Mischungen dieser Verbindungen. Man beachte, daß diese Sprengstoffe entweder eine ausgeglichene Sau­ erstoffbilanz haben oder wenigstens keinen kritischen Sauer­ stoffmangel zeigen.

Typischerweise ist in dem Stoßschlauch bzw. Stoßwellenschlauch eine Detonationsgeschwindigkeit von weniger als 1800 m×s^-1 und vorzugsweise weniger als 1600 m×s^-1 vorteilhaft. Das Vorhanden­ sein einer bedeutenden Menge eines Metalls oder eines Quasi- bzw. Halbmetalls in dem System zusammen mit Luft oder mit frei­ gesetztem Sauerstoff in dem Schlauch ist für die Anwendung in einer entflammbaren Atmosphäre unerwünscht, und zwar nicht zu­ letzt wegen der hohen Wärmeenergie, die erzeugt werden würde, und wegen der Bildung von gesinterten Agglomeraten mit hoher Temperatur und hoher Wärmekapazität. Es ist in hohem Maße er­ wünscht, daß reaktionsfähige Metalle oder reaktionsfähige Qua­ si- bzw. Halbmetalle (z. B. Al oder Si oder Sb) völlig abwesend sind.

Obwohl das Molverhältnis des brisanten Sekundärsprengstoffs zu dem gaserzeugenden Feststoff in ziemlich weiten Grenzen liegen kann, sollte es im allgemeinen in dem Bereich von etwa 9 : 2 bis etwa 1 : 3 liegen. In den nachstehenden Beispielen wird ein Ver­ hältnis von 3 : 2 angewandt.

Die Füllung der Seele mit der reaktionsfähigen Schicht kann wieder variabel sein und ist an ihrem unteren Ende auf etwa 15 mg×m^-1 beschränkt, damit eine akzeptierbare und zuverlässige Stoß(wellen)übertragung erzielt wird, während sie an ihrem obe­ ren Ende auf etwa 40 mg×m^-1 beschränkt ist, um ein Platzen des Schlauches zu verhindern.

Die reaktionsfähige Schicht muß zur Ubertragung bzw. zur Aus­ breitung entlang der vollen Länge des Schlauchs der Sprengzünd­ schnur befähigt sein und muß in genügendem Maße an dessen inne­ rer Oberfläche anhaften, um zu vermeiden, daß sich während der normalen Handhabung lange Unterbrechungen bilden. Was beispiels­ weise verschiedene Verfahren zur Erzielung des Anhaftens der reaktionsfähigen Schicht, zur Herstellung des Schlauches und zum Anordnen der reaktionsfähigen Schicht in dem Schlauch an­ betrifft, so sollte auf die vorstehend erwähnten US- und GB-Pa­ tentschriften Bezug genommen werden.

Die nachstehend beschriebenen Beispiele für energiearme Spreng­ zündschnüre wurden hinsichtlich der von den GB-Behörden zuge­ lassenen Prüfungen von elektrischen Zündern, bei denen es sich um die am nächsten liegenden relevanten Bezugsnormen handelt, bewertet.

Es ist schwierig, die praktischen Bedingungen, unter denen Sprengstoffe eine entflammbare Atmosphäre wie z. B. Kohlenstaub oder eine Methan/Luft-Mischung entzünden, mit irgendeinem Be­ stimmtheitsgrad herzustellen, und die normale Weise, in der die Sicherheit bzw. Zuverlässigkeit eines Sprengstoffs oder eines Zünders, der für die Anwendung in einer Kohlengrube bestimmt ist, abgeschätzt bzw. ermittelt wird, besteht in der Durchfüh­ rung einer Reihe von Prüfungen auf einer Versuchsstrecke. Ein­ zelheiten der GB-Versuchsstreckenprüfungen sind in Testing Me­ moranda, veröffentlicht durch den Health and Safety Executive, Buxton, enthalten.

Die Sprengzündschnüre der folgenden Beispiele wurden in die rohrförmigen Aufnahmeeinrichtungen der Versuchsstrecke einge­ führt, als ob das Hauptschlauchstück ein Paar elektrische Lei­ tungen bzw. Zünderdrähte wäre und der Endabschnitt des einge­ führten Schlauchstücks ein elektrischer Zünder wäre. Das Ende des Schlauches war für die brandgefährdete Atmosphäre der Ver­ suchsstrecke zugänglich, und das offene Schlauchende wurde an der Stelle angeordnet, wo sich die Grundladung eines elektri­ schen Zünders befinden würde. Die Prüfung eines nicht mit ei­ nem Zünder verbundenen offenen Schlauches ist die Prüfung ei­ nes "schlimmsten Falles", als ob der Schlauch aus dem Zünder herausgezogen oder seiner Länge nach geplatzt wäre.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele erläutert.

Beispiel 1

Eine energiearme Sprengzündschnur wurde hergestellt, indem eine Mischung aus HMX (Teilchengröße: etwa 10 bis 40 µm) und BaO₂ (Teilchengröße: weniger als 60 µm) in einem Masseverhältnis von 3 : 2 in einer an sich bekannten Weise der inneren Oberfläche ei­ nes aus Surlyn (Warenzeichen von DuPont) hergestellten Schlau­ ches mit einem Innendurchmesser von 1,5 mm zugesetzt wurde. Die Füllung der Seele je laufenden Meter betrug etwa 30 mg (wobei dieser Wert jedoch für die vorliegenden Beispiele zwischen etwa 15 und 40 mg/m variieren könnte), und die Länge des Schlauches betrug typischerweise etwa 5 m.

Bei 100 erfolgreichen Zündungen trat keine Entzündung der brand­ gefährdeten Atmosphäre ein.

Beispiele 2 bis 5 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3

Unter Verwendung verschiedener Materialien, wie sie in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden weitere Beispiele durchgeführt. Die Er­ gebnisse der Zündungen (einschließlich der Ergebnisse von Bei­ spiel 1) sind in dieser Tabelle zusammengefaßt. Die Schläuche wurden entweder durch Ansaugen des vorgeformten Schlauches oder durch Einführung des Pulvers während des aus der Schmelze er­ folgenden Extrudierens und Erstarrens des Schlauches mit ge­ mischten Pulvern gefüllt.

Tabelle 1

Beispiele 1 bis 5: Detonationsgeschwindigkeit <1800 ms^-1
Beispiel 3: Detonationsgeschwindigkeit = 1650 ms^-1

Die Ergebnisse zeigen, daß der Zusatz von gaserzeugenden Fest­ stoffen, typischerweise von Metalloxiden und -aziden mit nied­ rigen bis mittleren Zersetzungstemperaturen (< 1000°C bei 1 At­ mosphäre), zu dem brisanten Sekundärsprengstoff in Abwesenheit von Brennstoffen in Form eines Metalls oder eines Quasi- bzw. Halbmetalls die von der resultierenden Sprengzündschnur ausge­ hende Brandgefahr herabsetzt.

Es versteht sich, daß die Erfindung, obwohl sich die Beispiele auf von den GB-Behörden zugelassene Prüfungen beziehen, nicht auf Sprengzündschnüre eingeschränkt ist, die irgendwelchen be­ sonderen Kriterien hinsichtlich fehlender Brandgefahr genügen, sondern vielmehr allgemein eine energiearme Sprengzündschnur be­ reitstellt, deren Anwendung in einer entflammbaren oder brand­ gefährdeten Atmosphäre zuverlässiger bzw. sicherer ist als die Anwendung bekannter Sprengzündschnüre.

Es sollte auch erwähnt werden, daß die Erfindung auf die mei­ sten Situationen anwendbar ist, wo normale Stoß(wellen)schläu­ che oder energiearme Schläuche verwendet werden könnten, und be­ sondere Vorteile der Erfindung sind eine verbesserte Beständig­ keit gegen luftelektrische Störungen bzw. gegen elektrostati­ sche Aufladung und eine niedrigere Brandgefahr.

Claims (8)

1. Energiearme Sprengzündschnur, die einen Schlauch auf­ weist, an dessen Innenwand sich eine Schicht aus einer reak­ tionsfähigen Mischung zum Übertragen einer Stoßwelle entlang dem Schlauch befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die reak­ tionsfähige Schicht von einem Brennstoff in Form eines Metalls oder eines Quasi- bzw. Halbmetalls im wesentlichen frei ist und einen teilchenförmigen brisanten Sekundärsprengstoff und einen damit vermischten gaserzeugenden, nichtexplodierenden teilchen­ förmigen Feststoff enthält, wobei der gaserzeugende Feststoff ein Material ist, das sich bei einer Temperatur unter 1000°C und einem Druck von 1 Atmosphäre thermisch zersetzt.

2. Energiearme Sprengzündschnur nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der gaserzeugende Feststoff Sauerstoff oder Stickstoff erzeugt.

3. Energiearme Sprengzündschnur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der sauerstofferzeugende Feststoff ein Me­ talloxid, Metallnitrat, Metallperoxid, Metallpermanganat oder Metallperchlorat ist und der stickstofferzeugende Feststoff ein Metallazid ist.

4. Energiearme Sprengzündschnur nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Metall des gaserzeugenden Feststoffs ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall ist.

5. Energiearme Sprengzündschnur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gaserzeugende Feststoff Bariumperoxid, Bariumnitrat, Kaliumpermanganat, Kaliumperchlorat oder Natrium­ azid ist.

6. Energiearme Sprengzündschnur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des bri­ santen Sekundärsprengstoffs zu dem gaserzeugenden Feststoff 9 : 2 bis 1 : 3 beträgt.

7. Energiearme Sprengzündschnur, wie sie im wesentlichen in ei­ nem der Beispiele 1 bis 5 beschrieben ist.

8. Verwendung eines gaserzeugenden, nicht explodierenden teil­ chenförmigen Feststoffs, der sich bei einer Temperatur unter 1000°C und einem Druck von 1 Atmosphäre thermisch zersetzt, in Form einer innigen Mischung mit einem teilchenförmigen brisan­ ten Sekundärsprengstoff als Schicht an der Innenwand eines ener­ giearmen Stoßwellenschlauches, um die Anwendung der Sprengzünd­ schnur in einer entflammbaren oder brandgefährdeten Atmosphäre zuverlässiger bzw. sicherer zu machen.