DE952234C - Gasdruck erzeugende Ladung - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 15. NOVEMBER 1956

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasdruck erzeugende Ladung, welche zur Verwendung in schlagwetterhaltigen oder gashaltigen Bergwerken geeignet ist und bei der die Ladung unter Entwicklung von Gasen eine thermische Zersetzung erfährt, ohne daß dabei eine. Flammenentwicklung auftritt. Die Ladung unterhält ihre gaserzeugende Zersetzung, wqnn sie gezündet wird, indem eine nur örtlich beschränkte Erwärmung der Ladung stattfindet. Zu diesem Zweck ist ein örtliches Heizmittel in einen druckwiderstandsfähigen Behälter eingeschlossen, der eine Wandung besitzt, die unter einem bestimmten Druck nachgibt und die Gase in das Bohrloch durch einen mit Lochungen versehenen Ausblaskopf austreten läßt.

Mit Sprengvorrichtungen der erwähnten Art wurden beträchtliche Erfolge erzielt, wenn die thermisch zensetzbare gaserzeugende Masse aus einer Mischung von äquimolekularen Mengen Ammoniumchlorid und Natriumnitrit besteht, die durch Einfügung einer geringen Menge von wasserfreiem Natriumcarbonat oder Magnesiumoxyd stabilisiert worden ist. Ladungen, welche auf Mischungen von Ammoniumcfalorid und Natriumnitrit aufgebaut

sind, sind, wenn ihre Zersetzung durch örtliche Erwärmung auf eine etwas erhöhte Temperatur eingeleitet wird, geeignet, ihre gaserzeugende Zersetzung mit einer merklichen Geschwindigkeit durch die ganze Masse zu unterhalten, selbst bei atmospärischem Druck und auch unter den erhöhten Druckbedirtgungen in dem druckbeständigen Behälter wird diese Zersetzung ausreichend beschleunigt, um zu ermöglichen, daß eine Ladung dieser Masse ίο in Verbindung mit einer elektrisch zu betätigenden örtlichen Heizvorrichtung für Sprengzwecke in Schlagwetter- oder gashaltigen Bergwerken benutzt werden kann.

Derartige thermisch zersetzbare, gaserzeugende Massen haben jedoch folgende Nachteile: Infolge des nicht umgesetzten Ammoniumchlorids wird eine große Menge Rauch entwickelt, und dieser Rauch braucht eine lange Zeit, um sich abzusetzen. Etwa 50% dieser Masse wird, wie sich aus theoretischen Überlegungen ergibt, in gewöhnliches Kochsalz umgewandelt. Dies macht etwa 5o°/o der Ladung aus, die somit als gaserzeugendes Material ausfallen. Da weiterhin diese Massen bei atmosphärischem Druck sich weiter zersetzen, wenn sie örtlich auf eine etwas erhöhte Temperatur erwärmt werden, haben sie die Tendenz, daß eine Zersetzung bei atmosphärischem Druck auftritt, wenn eine zufällige Zündung erfolgt, und eine solche Zersetzung bei atmosphärischem Druck führt zur Bildung von Stickoxyd. Weil die sich selbst unterhaltende Zersetzung schon bei gewöhnlichen atmosphärischen Drucken stattfinden kann, ist es nicht zulässig, in einem Bergwerk Sprengsätze zusammen mit beispielsweise einem Schwarzpulverzünder zusammenzustellen. Die erwähnten Massen sind auch unstabil, wenn sie feucht werden.

Durch die Erfindung wird nunmehr eine thermisch zersetzbare Gasdruck erzeugende Ladung vorgeschlagen, welche in Sprengeinrichtungen der erwähnten Art verwendet werden kann und welche die aufgeführten Nachteile nicht besitzt.

In der britischen Patentschrift 431 936 ist unter anderem eine Sprengvorrichtung beschrieben, welche aus einer Ladung besteht, die beim Zünden ein Gas entwickelt und die sich in einem unter Druck nachgebenden Metallbehälter befindet, der diese Ladung zusammen mit geeigneten Zündvorrichtungen enthält, wobei dieser Behälter die erzeugten Gase bei Erreichung eines bestimmten Druckes freigibt und somit in dem Bohrloch eine Sprengwirkung hervorgerufen wird. Die Ladung besteht dabei beispielsweise aus einer wäßrigen Lösung von Ammoniumnitrat mit oder ohne anderen Ammoniumsalzen und bzw. oder Harnstoff. Bei Anwendung derartiger wäßriger Lösungen, die Ammoniumnitrat enthalten, tritt jedoch eine Anzahl von Nachteilen auf. Es ist daher sehr wünschenswert, feste Massen vorzuschlagen, die sich auf Ammoniumnitrat aufbauen und die in Mischung mit Metallsaizen vorliegen, die Kristallwasser gebunden enthalten. Derartige wasserhaltige Metallnitrate, welche einen geringen Rückstand hinterlassen und einen hohen Wassergehalt aufweisen, sind Magnesiumnitrat Mg (N O₃) ₂" 6H₂O, Calciumnitrat Ca(NO₃)₂ · 4H₂O, Aluminiumnitrat Al(NO₃)₃-oH₂O und Ferrinitrat Fe(N O₃)₃ · 9 H₂O. Calciumnitrat bildet jedoch zusammen mit Ammoniumnitrat eine stark hygroskopische eutektischeFlüssigkeit, und Ammoniumnitrat-Ferrinitratmischungen besitzen schlechte Lagereigenschaften.

In der britischen Patentschrift 570 075 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von abbrennenden Sprengladungen vorgeschlagen worden, welche zur Erzeugung eines Gasdruckes geeignet sind und die bei atmosphärischem Druck eine sich selbst unterhaltende Umsetzung erfahren. Diese Ladungen werden dadurch hergestellt, daß eine Mischung von Ammoniumnitrat, einem oxydierbaren Stoff einer Chromatverbindung, die geeignet is.t, die Mischung empfindlich zu machen, einem das Schmelzen des Ammoniumnitrats bei Raumtemperatur unterstützenden festen Stoff, beispielsweise Magnesiumnitrathexahydrat, miteinander teilweise verschmolzen und dann vergossen werden, wobei die Bestandteile in. Mengen angewandt werden, so daß die geschmolzene Ladung bei einer Temperatur von nicht über 115⁰ und vorzugsweise nicht über iio° gießbar ist. Die Menge an Magnesiumnitrathexahydrat, die in diesen Ladungen ,verwendet wird, beitragt etwa 10 °/o. go

Die vorliegende Erfindung betrifft nunmehr eine Gasdruck erzeugende Ladung auf der Basis Ammoniumnitrat ohne Sensibilisator für wiederholt verwendbare Sprengeinrichtungen, und diese Ladung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aus pulverförmigem Ammoniumnitrat, vermischt mit einem kristallwasserhaltigen Nitrat des Typs Mg(N O₃)₂ · 6H₂O und Al(NOg)₃ · 9H₂O und einem im wesentlichen aus einem getrockneten pflanzlichen Kohlehydrat bestehenden nicht explosiven Brennstoff, besteht und daß das Molverhältnis von Hydratwasser zu Ammonnitrat zwischen 1 und 3, bevorzugt zwischen 1,4 und 2,5 liegt und daß der organische Brennstoff in solcher Menge vorliegt, daß die aus Ladung und Heizelement entwickelten Gase im wesentlichen aus Wasserdampf, Kohlendioxyd und Stickstoff' bestehen.

Beim Errechnen der erforderlichen Menge an organischem Brennstoff in der Mischung ist zu berücksichtigen, daß unter den Arbeitsbedingungen freier Sauerstoff für die Verbrennung einer etwaigen Umhüllung vorhanden sein muß, welche gegebenenfalls bei einer derartigen Mischung angewandt wird und für etwaige abbrennbare Teile des chemischen Heizelementes und von Produkten, welche unter normalen Umständen in einem geschlossenen Raum eine Verschiebung herbeiführen.

Der in der Mischung vorliegende organische Brennstoff kann beispielsweise aus Holzmehl, gemahlenem Getreide, Mehlen und' Stärkearten bestehen und aus anderen feinverteilten Formen von getrocknetem Gewebematerial von Kohlehydratcharakter.

Die bevorzugte untere Grenze des Molverhältnisses von gebundenem Wasser in dem angewandten Hydrat zu Ammoniumnitrat in. dieser Mischung

hängt von den Eigenschaften des Metallbehälters ab, dem gewünschten Auslaßdruck, und bei einem üblichen druckbeständigen Behälter, der mit einer Scheibe ausgestattet ist, welche bei einem Druck von 1890 kg/cm² birst, wird es vorgezogen, daß diese Grenze nicht geringer als etwa 1,4 Mol gebundenes Wasser je Mol Ammoniumnitrat sein sollte. Es ist dafür Sorge zu tragen, daß eine Beschädigung des Rohres infolge einer möglichen plötzlichen Zersetzung des Ammoniumnitrats verhindert wird.

Die obere Grenze ist durch die geringer werdende

Empfindlichkeit der Mischung gegenüber Zünden

gegeben, wodurch eine Zündung unzuverlässig wird.

Innerhalb der angegebenen Grenze kann, je größer die Wärme und der Gasdruck sind, die durch ein chemisches Heizelement entwickelt werden, um so größer auch das Molverhältnis des gebundenen Wassers zum Ammonnitrat sein. Wenn, wie es gewöhnlich wünschenswert ist, das chemische Heizelement für Untertagebenutzung brauchbar sein soll, muß es ungeeignet sein, selbst eine Gaszündung zu erfahren, und in solchen Fällen ist es wünschenswert, daß die obere Grenze des Molverhältnisses von gebundenem Wasser zu Ammoniumnitrat nicht über 2,5 liegen sollte.

Das elektrisch zu betätigende chemische Heizelement, das mit der Ladung in der Sprengeinrichtung eingeschlossen ist, muß geeignet sein, mindestens genügend Gase zu erzeugen, um den Druck innerhalb des druckbeständigen Behälters auf 1,40 kg/cm² zu erhöhen und vorzugsweise auf über 8 kg/cm².

Als elektrisch zu betätigendes chemisches Heizelement, das nur für Ladungen über Tage geeignet ist, kann beispielsweise ein elektrischer Schwarzpulverzünder verwendet werden. Wenn der Behälter ein Fassungsvermögen von 680 ecm aufweist, kann die Schwarzpulverladung in diesem Zünder vorzugsweise etwa 4 g betragen. Als ein elektrisch zu betätigendes Element, das auch unter Tage benutzt werden kann, kann ein Behälter dieser Größe verwendet werden, der mit einer Zündladung von 20 g einer Mischung von 83 bis 85 °/o Guanidinnitrat, 10 bis 12% 2, 4-Dinitroresorcinol versehen ist, wobei der Rest der Masse aus einem Mineralöl, Vanadiumpentoxyd, Kaliumnitrat, Triäthanolamin, Methyläthylcellulose und Asbestfasern besteht, deren Menge je Bestandteil nicht mehr als 1% beträgt und die. mit einem elektrischen Zün'dkopf in ein dünnes, 2 g schweres Papprohr eingehüllt ist. Eine andere Ladung besteht aus 20 g einer Mischung von 60 % Guanidinnitrat, 31,5% Kaliumpersulfat, 8%Cuprochlorid und V2 % Vaseline, die mit einem elektrischen Zündkopf in ein dünnes Papprohr eingehüllt ist, das 2 g wiegt.

Die flammenlos abbrennenden gaserzeugenden Ladungen gemäß der Erfindung unterscheiden sich von Ladungen, welche auf Mischungen von Ammoniumchlorid und Natriumnitrit aufgebaut sind, insofern, als sie nicht fähig sind, ihre eigene thermische Zersetzung durch die Masse hindurch bei nur örtlicher Erwärmung eines Teiles derselben bei Atmosphärendruck zu unterhalten, so daß, selbst wenn ein heißer Gegenstand zufällig mit einem Teil einer solchen Ladung in einem Bergwerk 6g bei Atmosphärendruck in Berührung kommen würde, doch in diesem Fall keine Zersetzung der Masse eintreten würde. Bei der Sprengung einer solchen Masse entsteht weniger Rauch, und dieser Rauch ist auch weniger beharrlich als ein solcher, 7«» der aus Massen entsteht, die auf Ammoniumchlorid und Natriumnitrit aufgebaut sind. Die entstandenen Gase sind auch insofern nicht zu beanstanden, als sie frei von giftigen oder reizenden Bestandteilen sind. Die Gesamtmenge an festen Produkten, die erzeugt werden, beträgt nur ein Zehntel der Menge, die aus Ammoniumchlorid-Natriumnitritmasseri entstehen. Die entwickelten gasförmigen und festen Bestandteile besitzen eine zu niedrige Temperatur, als daß sie schlagende Wetter oder Staub zünden könnten oder eine indirekte Zündung zur Folge haben könnten. Die Ladungen gemäß der Erfindung unterliegen einer sich selbst unterhaltenden Zersetzung nur bei Drucken von über 1,40 kg/cm² und vorzugsweise über 8 kg/cm².

Die Ladung gemäß der Erfindung kann als lose M.asse verwendet werden oder sie kann auch in einen geeigneten verbrennbaren Behälter eingebracht sein, in den auch das Heizelement eingeführt ist.

Die Erfindung ist in den folgenden Beispielen erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Beispiel 1

Ein druckbeständiger Stahlbehälter mit einem Fassungsvermögen von 680 ecm und einem inneren Durchmesser von 31,8 mm ist an seinem vorderen offenen Ende mit einer Scheibe verschlossen, die 2,78 mm stark ist und welche bei einem Druck von 1850 kg/cm² birst. An dem gegenüberliegenden Ende ist das Rohr mit einem Zündkopf versehen, und jenseits der Scheibe befindet sich ein Gasauslaßkopf. Der pulvrige Bestandteil der Ladung besteht aus 170 g einer Mischung von 49,2% Magnesiumni.tratsechshydrat, 38,8 %> Ammoniumnitrat und i2°/o Holzmehl, die in eine gewachste, 20 g schwere Papierumhüllung eingewickelt ist, die einen äußeren Durchmesser von 22,22 mm besitzt. Die Dichte der Ladung in dem ganzen Rohr beträgt 0,25 g/cm³. Das elektrisch zu betätigende Heizele ment, welches eine 20 g schwere Ladung von einer der beiden Guanidinnitrat enthaltenden Massen enthält, ist in der Mischung eingebettet.

Wenn der druckwiderstandsfähige Stahlbehälter mit der Ladung versehen ist und in. bekannter Weise in das Bohrloch eingeführt ist und dann die Zündung erfolgt, so wird nur wenig Rauch erzeugt, und der entwickelte Rauch ist im wesentlichen frei von giftigen und reizenden Bestandteilen. Es wurde gefunden, daß etwa die Hälfte der gewachsten Papierumhüllung oxydiert wird. In diesem Beispiel werden nur 14 Teile fester Stoffe erzeugt, wahrend, wenn man die gleiche Sprengwirkung mit einer Masse aus Ammoniumchlorid und Natriumnitrit erzielen will, eine Menge von 280 g erforderlich ist und aus dieser 140 g eines festen Rückstandes gebildet werden.

Beispiel 2

64,5 S Ammoniumnitrat, 84 g Magnesiumnitratsechshydrat und 20,4 g Holzmehl werden innig gemischt und in Form eines feinen Pulvers in ein gewachstes Papierrohr von 20 g Gewicht eingefüllt. Ein Zünder besteht aus einem elektrischen Zündkopf und aus 20 g einer auf Dinitroresorcinol und Guanidinnitrat aufgebauten gaserzeugenden· Masse.

Diese befindet sich in einer Papiarumhüllung von 2 g und ist in die Mitte des Papierrohres eingeführt. Die so zusammengesetzte Ladung hat eine befriedigende Wirkung in einem druckwiderstandsfähigen Stahlbehälter, wenn dieser mit einer Stahlscheibe von 2,78 mm Stärke abgeschlossen ist. Das Ausblasen der. Gase findet nach einer Verzögerung von 2 Sekunden statt, und die Menge an schädlichen Gasen ist gering.

Beispiel 3

82,3 g Ammoniumnitrat, 56 g Aluminiumnitratneunhydrat und 28,3 g Stärke werden in Form eines feinen Pulvers innig gemischt. Ein aus einem elektrischen Zündkopf und 20 g einer gaserzeugenden Masse (aufgebaut aus Dinitroresorcinol und Guanidinnitrat) bestehender Zünder befindet sich in einem ■2 g schweren Papprohr und wird in Verbindung mit der losen Pulverladung in dem druckwiderstandsfähigen Stahlrohr des Beispiels 1 verwendet, das mit einer 2,78 mm starken Bruchscheibe verschlossen ist. Das Ausblasen erfolgt nach einer Verzögerung von 4 Sekunden.

Beispiel 4

130 g einer Ladung, die aus 63,7 g Ammoniumnitrat, 44,2 g Magnesiumnitratsechshydrat und 22,1 g Stärke besteht, und die in inniger Mischung in Form eines feinen Pulvers vorliegt, wird in einem druckwiderstandsfähigen Stahlrohr gemäß

40- Beispiel 1 mit einem elektrischen Zünder gezündet, der aus 20 g einer gas erzeugenden Masse besteht, die auf Guanidinnitrat und Kaliumpersulfat aufgebaut ist. Diese Ladung reicht nicht aus, um einen Druck zu erzeugen, der genügend hoch ist, um eine 2,78 mm starke Verschluß scheibe zu durchbrechen, so daß das entwickelte Gas langsam durch den Sitz der Bruchscheibe austritt. Es ist keine Korrosion des Stahlrohres festzustellen, und der in dem Rohr zurückbleibende flüssige Rückstand ist etwas alkalisch.

Wenn eine Ladung von 170 g der erwähnten Masse unter den gleichen Bedingungen gezündet

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: wird, so birst die Scheibe, und der Gasaustritt erfolgt nach einer Verzögerung von 2 Sekunden. Beispiel 5 Eine Ladung, die aus einer innigen Mischung von 60 g Ammoniumnitrat, 76 g Magnesiumnitratsechshydrat und 30 g Holzmehl besteht und in Form eines losen Pulvers vorliegt, wird mit 4 g eines Schwarzpulverzünders in einem druckwiderstandsfähigen Rohr gemäß Beispiel 1 gezündet, wobei eine 2,78 mm starke Stahlverschlußscheibe birst und der Gasaustritt nach einer Verzögerung von ι Sekunde stattfindet. Beispiel 6 Eine Ladung, die aus einer innigen Mischung von 321,7 g Magnesiumnitratsechshydrat, 248,3 g Ammoniumnitrat und 78 g Holzmehl besteht und die in feingepulvertem Zustand vorliegt, befindet sich in einem gewachsten Papprohr, das in ein Stahlrohr mit einem Fassungsvermögen von 31 eingesetzt ist, zusammen mit 40 g einer gaserzeugenden Zündmasse, die auf Kaliumpersulfat und Guanidinnitrat aufgebaut ist. Diese Masse zerstört eine 4,76 mm starke Stahlscheibe nach einer Verzögerung von 7 Sekunden.

1. Gasdruck erzeugende Ladung auf der Basis Ammonnitrat ohneSensibilisator für wiederholt verwendbare Sprengeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus pulverförmigem Ammonnitrat, vermischt mit einem kristallwasserhaltigen Nitrat des Typs Mg (NO₃)., · 6H₂O und Al (NOg)₃ · 9H₂O und einem im wesentlichen aus einem getrockneten pflanzlichen Kohlehydrat bestehenden nicht explosiven Brennstoff, besteht und daß das Molverhältn-is von Hydratwasser zu Ammonnitrat zwischen ι und 3, bevorzugt zwischen 1,4 und 2,5 liegt, und daß der organische Brennstoff in solcher Menge vorliegt, daß die aus Ladung und Heizelement entwickelten Gase im wesentlichen aus Wasserdampf, Kohlendioxyd und Stickstoff bestehen.

2. Sprengladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Brennstoff in der Mischung aus Holzmehl, gemahlenem Getreide, Mehlen oder Stärke besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 570075, 431936.

© 609 526/72 5.56 (609 682 11.56)