EP0206946B1 - Dispositif d'arrêt de la détonation pour transfert de matières explosives en vrac - Google Patents

Dispositif d'arrêt de la détonation pour transfert de matières explosives en vrac Download PDF

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EP0206946B1
EP0206946B1 EP86401384A EP86401384A EP0206946B1 EP 0206946 B1 EP0206946 B1 EP 0206946B1 EP 86401384 A EP86401384 A EP 86401384A EP 86401384 A EP86401384 A EP 86401384A EP 0206946 B1 EP0206946 B1 EP 0206946B1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42D—BLASTING
    • F42D1/00—Blasting methods or apparatus, e.g. loading or tamping
    • F42D1/08—Tamping methods; Methods for loading boreholes with explosives; Apparatus therefor
    • F42D1/10—Feeding explosives in granular or slurry form; Feeding explosives by pneumatic or hydraulic pressure

Definitions

  • the present invention relates to a device for detonating a detonation for a system for transferring explosive substances in bulk.
  • the solution currently adopted to limit the risks of transmission of the detonation through the loading cannula consists in limiting the diameter thereof to a value less than the critical detonation diameter of the pumped explosive (see for example the article by M. COOK: “EXPLOSIVES - A survey of Technical Advances in Industrial and Engineering Chemistry Vol. 60, N ° 7, July 1968, pp 44-55): indeed the critical detonation diameter of an explosive is a value of the diameter of a cylindrical charge of this explosive below which the detonation is unable to propagate in the charge.
  • Limiting the diameter of the cannulae to 25 mm has the effect of significantly reducing the pumping rate and correspondingly increasing the loading time of the mines.
  • the duration of exposure of personnel to the risks of untimely departure is thereby increased, and the economic benefit of transferring explosives in bulk by pumping can be called into question, in particular in the case of open pit fires by vertical mines deep with priming down the hole.
  • the choice of the critical detonation diameter as a criterion for limiting the diameter of the cannulas is questionable: the value of the critical detonation diameter, which is an intrinsic characteristic of 'a given explosive, is determined under specific experimental conditions (in light cartridge, standardized density, ...), and generally "once and for all" during the approval examination of the product. It is not certain that this characteristic is representative of the explosive under its normal conditions of use.
  • the invention aims to stop the detonation between an explosive transfer system and a reservoir of these materials explosives.
  • the present invention provides for this purpose a device installed on a bulk explosive material transfer system, of the type which comprises a transfer cannula in connection with at least one reservoir.
  • explosive substances in bulk and intended to fill a receptacle, at least in part, with explosive substances characterized in that in this cannula is disposed, over at least part of its length, a concentric central channel defining an annular section of flow of explosive, and, inside it, an elongated empty space suitable for allowing, in the event of an untimely explosion, by channel effect, propagation of the fumes, in the opposite direction to the flow of explosive , in front of the detonation front resulting from the said explosion.
  • the known art device represented in FIG. 1 comprises two reservoirs 10 containing a certain amount of explosive 11, a cannula 13 starting from these reservoirs, a reel 12 of cannula 13 and a pump 14 arranged on a truck 15.
  • the free end 16 of the cannula 13 descends into a vertical blast hole 17, at the bottom of which a detonator 18 has previously been placed.
  • a trigger device 19 located on the surface is connected to this detonator 18 by any known means.
  • the end of the cannula is at the bottom of the blast hole 17, it then rises gradually, for example by means of a progressive rewinding of the cannula 13 on the reel 12, to always remain in contact with the surface explosive spilled into the blast hole.
  • the explosion control is carried out remotely using the trigger device 19.
  • the solution of the known art consists in limiting the diameter of the cannula below a threshold corresponding to the critical detonation diameter of the pumped explosive.
  • FIG. 2 A variation curve of this critical detonation diameter with the density under normal pressure is shown in FIG. 2 for two pumpable explosives of the slurry type.
  • the device of the invention allows, in the event of an untimely explosion, to stop the detonation before it reaches the stock of explosive. This device tolerates fluctuations in the critical diameter of the pumped explosive and does not affect the pumping rate.
  • the device of the invention comprises a concentric central channel 22 disposed inside the cannula 13 over at least a part of its length. This channel is held in place by centering rings 23.
  • the device according to the invention takes advantage of a phenomenon called "channel effect": in fact, when a charge detonates under confinement and an empty space of small dimension is provided in the charge or between the charge and the confinement, the fumes produced by the decomposition of the explosive can reach a speed greater than the detonation speed of the explosive. The fumes then propagate in the empty space in front of the detonation front. Their pressure is such that they can desensitize the explosive by compression, causing the detonation to stop.
  • FIG. 4 shows the direction 24 of flow of the explosive and the direction 25 of propagation of the fumes in the event of an untimely explosion in the blast hole, the cannula being still disposed therein.
  • the difference in length between the outer tube 26 and the central core 27 aims to provide a length of 250 mm allowing the detonation to reach its steady state.

Description

  • La présente invention concerne un dispositif d'arrêt d'une détonation pour système de transfert de matières explosives en vrac.
  • On sait déjà réduire les risques de détonation dans une masse d'explosif dans un conteneur comportant une zone critique dans laquelle la chaleur et la pression de combustion seraient susceptibles de permettre une augmentation de la vitesse de combustion jusqu'à atteindre la vitesse de détonation en masse. Ainsi, par exemple, le document US-A-3.713.360 préconise de prévoir en cette zone critique un vide adapté à diffuser, le cas échéant, la chaleur et la pression résultant d'une combustion et éviter sa transformation en détonation.
  • Mais dans un contexte différent, au cours du transfert d'explosifs en vrac, la présence d'un détonateur au fond du trou de mine augmente les risques d'explosion intempestive. Pour limiter les conséquences d'une telle explosion consécutive par exemple à des perturbations électriques (orage...) il importe qu'une détonation amorcée dans le trou de mine (qui peut contenir jusqu'à plusieurs centaines de kilos d'explosif dans les exploitations à ciel ouvert) ne puisse se transmettre à travers la canule de chargement jusqu'au stock d'explosif en vrac, généralement constitué par un ou plusieurs réservoirs, dont la masse totale sur un même site peut être de plusieurs tonnes et dont l'explosion pourrait avoir des conséquences catastrophiques.
  • Compte tenu de la vitesse élevée de propagation de la détonation dans une charge d'explosif cylindrique (plusieurs kilomètres par seconde), ainsi que des effets destructeurs de l'onde de choc entraînée par la détonation ; la réalisation d'un système d'arrêt de la détonation par des procédés mécaniques simples est difficilement envisageable.
  • La solution actuellement retenue pour limiter les risques de transmission de la détonation à travers la canule de chargement consiste à limiter le diamètre de celle-ci à une valeur inférieure au diamètre critique de détonation de l'explosif pompé (voir par exemple l'article de M. COOK : « EXPLOSIVES - A survey of Technical Advances dans Industrial and Engineering Chemistry Vol. 60, N° 7, Juillet 1968, pp 44-55) : en effet le diamètre critique de détonation d'un explosif est une valeur du diamètre d'une charge cylindrique de cet explosif en dessous de laquelle la détonation est incapable de se propager dans la charge.
  • Cette solution a été retenue dans la réglementation française du pompage des explosifs dans les mines et carrières : en présence d'un détonateur en fond de trou, le diamètre de la canule de chargement d'explosif par pompage doit être limité à 25 mm, qui est une valeur en principe inférieure aux diamètres critiques de détonation de tous les explosifs dont le chargement par pompage est autorisé en France.
  • La limitation à 25 mm du diamètre des canules a pour effet de diminuer de façon importante le débit de pompage et d'augmenter corrélativement la durée de chargement des mines. La durée d'exposition du personnel aux risques de départ intempestif s'en trouve accrue, et l'intérêt économique du transfert d'explosifs en vrac par pompage peut être remis en cause, notamment dans le cas de tirs en ciel ouvert par mines verticales profondes avec amorçage en fond de trou.
  • Mais en matière d'explosifs pompables, qui sont par exemple des explosifs bouillie ou émulsion, le choix du diamètre critique de détonation comme critère de limitation du diamètre des canules est discutable : la valeur du diamètre critique de détonation, qui est une caractéristique intrinsèque d'un explosif donné, est déterminée dans des conditions expérimentales particulières (en cartouchage léger, densité normalisée, ...), et généralement « une fois pour toutes » lors de l'examen d'agrément du produit. Il n'est pas sûr que cette caractéristique soit représentative de l'explosif dans ses conditions normales d'utilisation.
  • En particulier, le confinement apporté par le caoutchouc armé des canules de chargement peut avoir pour effet de diminuer légèrement la valeur du diamètre critique de détonation. Mais ce dernier peut aussi dépendre étroitement de la densité de l'explosif dans ses conditions d'utilisation. Cette densité des explosifs pompables peut subir d'importantes variations en fonction :
    • - de la pression à laquelle est soumis le produit dans la canule au cours du pompage. Cette influence va toutefois en général dans le sens de la sécurité. En effet, les pressions de l'ordre de quelques bars, couramment atteintes en sortie de pompe peuvent suffire à désensibiliser les explosifs.
    • - d'impératifs commerciaux qui imposent aux fabricants de régler les densités de leurs produits, ce qui s'effectue par des procédés mécaniques (brassage d'aération), ou chimique (variation de la quantité d'agent allégeant ou émulsifiant).
  • En définitive, non seulement la règle actuelle de limitation du diamètre des canules de pompage présente des inconvénients majeurs du point de vue des conditions pratiques de pompage, mais elle ne garantit pas dans certains cas la non-transmission de la détonation depuis le fond du trou de mine jusqu'aux réservoirs d'explosif.
  • Pour pallier ces inconvénients, tout en tolérant des fluctuations du diamètre critique des matières explosives transférées et sans affecter le débit de transfert, l'invention a pour objet d'arrêter la détonation entre un système de transfert d'explosif et un réservoir de ces matières explosives.
  • La présente invention propose à cet effet un Dispositif installé sur un système de transfert de matières explosives en vrac, du type qui comporte une canule de transfert en relation avec au moins un réservoir de matières explosives en vrac et destiné à remplir un réceptacle, au moins en partie, de matières explosives, caractérisé en ce que dans cette canule est disposé, sur au moins une partie de sa longueur, un canal central concentrique définissant une section annulaire d'écoulement d'explosif, et, à l'intérieur de celle-ci, un espace vide allongé propre à permettre, en cas d'explosion intempestive, par effet canal, une propagation des fumées, en sens inverse de l'écoulement d'explosif, en avant du front de détonation résultant de ladite explosion.
  • Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 représente un dispositif de l'art connu dans le cas d'une mine à ciel ouvert ;
    • les figures 2 et 3 représentent deux courbes caractéristiques de deux explosifs donnés ;
    • la figure 4 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de l'invention ;
    • la figure 5 est une vue en coupe transversale, selon la flèche V, du dispositif représenté à la figure 4.
    • la figure 6 représente un dispositif utilisé pour expérimenter l'invention.
  • Suivant la forme de réalisation choisie et représentée le dispositif de l'art connu représenté à la figure 1 comprend deux réservoirs 10 contenant une certaine quantité d'explosif 11, une canule 13 partant de ces réservoirs, un enrouleur 12 de canule 13 et une pompe 14 disposés sur un camion 15.
  • Dans la suite de la description l'expression de « pompage » correspond en fait ici à un refoulement d'explosif par la pompe en travers de la canule 13.
  • L'extrémité 16 libre de la canule 13 descend dans un trou de mine 17 vertical, dans le fond duquel a préalablement été placé un détonateur 18.
  • Un dispositif de déclenchement 19 situé en surface est relié à ce détonateur 18 par tout moyen connu.
  • En début de chargement l'extrémité de la canule se trouve au fond du trou de mine 17, elle remonte ensuite progressivement, par exemple grâce à un rembobinage progressif de la canule 13 sur l'enrouleur 12, pour rester toujours en contact avec la surface de l'explosif déversé dans le trou de mine.
  • En fonctionnement normal, après avoir chargé par pompage une partie du trou de mine avec de l'explosif en vrac, la commande d'explosion est effectuée à distance grâce au dispositif de déclenchement 19.
  • Mais au cours de cette phase de chargement par pompage la présence du détonateur 18 au fond du trou de mine 17 augmente les risques d'explosion accidentelle dues par exemple à des chocs mécaniques ou à des perturbations électriques.
  • Pour limiter ces risques la solution de l'art connu consiste à limiter le diamètre de la canule au dessous d'un seuil correspondant au diamètre critique de détonation de l'explosif pompé.
  • Une courbe de variation de ce diamètre critique de détonation avec la densité sous pression normale est représentée à la figure 2 pour deux explosifs pompables de type bouillie.
  • Une courbe de variation de la densité en fonction de la pression de l'une de ces bouillies est représentée à la figure 3.
  • Le dispositif de l'invention permet, en cas d'explosion intempestive, d'arrêter la détonation avant qu'elle n'atteigne le stock d'explosif. Ce dispositif tolère des fluctuations du diamètre critique de l'explosif pompé et n'affecte pas le débit de pompage.
  • Suivant la forme de réalisation choisie et représentée aux figures 4 et 5, le dispositif de l'invention comprend un canal 22 central concentrique disposé à l'intérieur de la canule 13 sur au moins une partie de longueur de celle-ci. Ce canal est maintenu en place par des anneaux de centrage 23.
  • Le dispositif selon l'invention met à profit un phénomène appelé « effet canal » : en effet, lorsqu'une charge détone sous confinement et qu'un espace vide de faible dimension est ménagé dans la charge ou entre la charge et le confinement, les fumées produites par la décomposition de l'explosif peuvent atteindre une vitesse supérieure à la vitesse de détonation de l'explosif. Les fumées se propagent alors dans l'espace vide en avant du front de détonation. Leur pression est telle qu'elles peuvent désensibiliser l'explosif par compression, entraînant l'arrêt de la détonation.
  • Sur la figure 4 ont été représentés le sens 24 d'écoulement de l'explosif et le sens 25 de propagation des fumées en cas d'explosion intempestive dans le trou de mine, la canule étant encore disposée dans celui-ci.
  • Des essais de propagation de la détonation utilisant deux dispositifs expérimentaux de même structure représentée à la figure 6 ont été réalisés avec les deux explosifs pompables précités.
  • Dans ces dispositifs, le canal de progression des fumées est central, dans l'axe de la charge. Ces dispositifs sont constitués par :
    • - un tube extérieur 26 en polychlorure de vinyle ou « PVC » ayant respectivement des diamètres intérieur et extérieur de 53 et 63 mm, et une longueur de 1 100 mm avec noyau 27 creux central en tube « PVC "ayant des diamètres intérieur et extérieur de 8 et 10 mm, et une longueur de 850 mm, centré à l'aide de plusieurs anneaux 30 en fil de fer ;
    • - un tube extérieur 26 en « PVC ayant des diamètres intérieur et extérieur de 75 et 80 mm, et une longueur de 1 100 mm avec noyau creux 27 central en tube « PVC ayant des diamètres intérieur et extérieur de 8 et 10 mm, et une longueur de 850 mm, centré à l'aide de plusieurs anneaux 30 en fil de fer.
  • La différence de longueur entre tube 26 extérieur et noyau central 27 a pour objectif de ménager une longueur de 250 mm permettant à la détonation d'atteindre son régime permanent.
  • L'explosif remplissant l'espace annulaire entre noyau 27 et tube 26 externe est amorcé au moyen d'un détonateur 28 et d'un relais 29 d'explosif plastique. La propagation éventuelle de la détonation est contrôlée par:
    • marquage de plaques de plomb ;
    • sonde résistante de longueur 850 mm à l'extrémité du dispositif ;
    • vérification du non-amorçage d'un brin de cordeau détonant à l'extrémité de la charge.
    • Les résultats sont présentés dans le tableau 1 situé en fin de description, où figure :
      • le nombre de détonations observées sur le nombre d'essais effectués ;
      • le rapport de la longueur L de propagation à la longueur totale Lo du noyau central 27, les longueurs étant mesurées à partir de l'origine du noyau creux central.
      • Dans tous les cas, la détonation s'arrête avant l'extrémité du dispositif d'essai, la longueur parcourue augmentant quand le diamètre intérieur du tube externe augmente ou quand, le diamètre critique de détonaion de l'explosif diminue.
      • Dans les essais, le diamètre du noyau creux était de 10 et 15% du diamètre de la charge. Des valeurs de cet ordre de grandeur semblent optimales pour le dispositif de l'invention.
      • Le matériau constitutif du tube externe importe peu, du moment qu'il résiste aux pressions de pompage, par contre le tube interne doit être suffisamment résistant vis-à-vis des pressions de quelques bars engendrées par le pompage, mais à l'inverse suffisamment déformable ou friable pour permettre l'action des fumées sur l'explosif.
      • La longueur minimale du canal provoquant avec une bonne certitude l'arrêt de la détonation est d'autant plus importante que le diamètre du tube externe est grand pour un noyau de diamètres donnés. Pour un diamètre de ce tube de 75 mm avec un noyau creux de 10 mm, qui ne devrait pas constituer d'entrave au débit de pompage, une longueur minimale d'environ 2 m, c'est-à-dire une longueur supérieure à 25 fois le diamètre interne de la canule, garantirait un niveau de sécurité très acceptable puisque les essais ont été concluants pour une longueur de 0,85 mm. Pratiquement, un tel noyau est avantageusement disposé sur toute la longueur de la canule en aval de la pompe, ce qui peut conduire à positionner dans la canule un noyau creux souple sur plusieurs dizaines de mètres de longueur.
      • L'invention n'est, bien entendu, pas limitée aux détails des formes de réalisation que l'on vient de considérer à titre d'exemple.
      • Le trou de mine peut être un réceptacle de forme quelconque.
      • Le dispositif de l'invention peut être installé sur tout système de transfert de matières explosives en vrac.
      • Un dispositif localisé peut être monté, par exemple
      • à l'extrémité terminale de la canule destinée à descendre dans un trou de mine 17 ;
      • ou entre l'enrouleur 12 et les réservoirs 10, auquel cas un écran doit être positionné entre enrouleur et réservoirs pour protéger ces derniers des éclats résultant de l'explosion dans l'enrouleur.
      Figure imgb0001

Claims (9)

1. Dispositif installé sur un système de transfert de matières explosives en vrac, du type qui comporte une canule (13) de transfert en relation avec au moins un réservoir (10) de matières explosives en vrac et destiné à remplir un réceptacle, au moins en partie, de matières explosives (11), caractérisé en ce que dans cette canule (13) est disposé, sur au moins une partie de sa longueur, un canal central concentrique (22) définissant une section annulaire d'écoulement d'explosif et, à l'intérieur de celle-ci, un espace vide allongé propre à permettre, en cas d'explosion intempestive, par effet canal, une propagation des fumées, en sens inverse de l'écoulement d'explosif, en avant du front de détonation résultant de ladite explosion.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre interne de ce canal central (22) est supérieur à environ 10% du diamètre interne de la canule (13).
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre interne de ce canal central (22) est inférieur à environ 15% du diamètre intérieur de la canule (13).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le canal central (22) a une longueur supérieure à 25 fois le diamètre interne de la canule.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le canal central (22) est maintenu dans la canule par des anneaux de centrage (23).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le canal central (22) est disposé dans la canule entre un réservoir (10) dans lequel sont stockées les matières explosives (11) et le réceptacle (17).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la canule (13) étant formée de deux tronçons de part et d'autre d'un enrouleur (12), le canal central (22) est disposé dans cette canule entre l'enrouleur (12) sur lequel cette canule (13) est emmagasinée et le réceptacle (17).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la canule (13) étant formée de deux tronçons de part et d'autre d'un enrouleur (12), le canal central (22) est disposé dans cette canule entre l'enrouleur (12), sur lequel cette canule (13) est emmagasinée, et le réservoir (10) dans lequel sont stockées les matières explosives (11), un écran étant disposé entre ce réservoir (10) et cet enrouleur (12).
9. Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans les mines, carrières et travaux publics, le réceptacle (17) étant un trou de mine.
EP86401384A 1985-06-26 1986-06-24 Dispositif d'arrêt de la détonation pour transfert de matières explosives en vrac Expired EP0206946B1 (fr)

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