ES2624300T3 - Cargas de cebo montadas sensibles a detonador para aplicaciones en técnica de explosivos y su utilización - Google Patents

Cargas de cebo montadas sensibles a detonador para aplicaciones en técnica de explosivos y su utilización Download PDF

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Abstract

Carga iniciadora montada sensible a detonador para uso en ingeniería de voladura que comprende una mezcla que incluye nitrometano y un agente de formación de cavidad, en el que el agente de formación de cavidad está configurado como micro-esferas de vidrio hueco y Aerosil así como un receptáculo para un dispositivo de ignición, en el que la carga iniciadora está configurada para ser impermeable y resistente a temperatura.

Description

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DESCRIPCION
Cargas de cebo montadas sensibles a detonador para aplicaciones en tecnica de explosivos y su utilizacion
La invencion se refiere a cargas de cebo montadas sensibles a detonadores para uso en ingeniena de voladura.
Los explosivos insensibles, no toxicos y economicos, sobre todo basados en nitrato de amonio, se utilizan preferentemente en aplicaciones civiles de voladura. En extraccion de sal o excavacion de tuneles, por ejemplo, se usan los llamados explosivos susceptibles de bombeo ademas del familiarmente conocido como ANFO. Los explosivos susceptibles de bombeo son diferentes de los explosivos de emulsion y explosivos de suspension (lodos, lodos explosivos).
El ANFO (del ingles Amonium Nitrate Fuel, nombre comercial, por ejemplo, ANDEX) es una mezcla de nitrato de amonio poroso y aceite mineral o diesel (aceite combustible), que se utiliza en la industria minera como un explosivo seguro.
Ademas, si no son suficientes para una ignicion segura, estos explosivos requieren los llamados explosivos primarios en combinacion con cargas de iniciacion hechas sensibles a detonador (cebos, cargas amplificadoras o cebadores). Los explosivos primarios se pueden encontrar en detonadores comerciales. Los explosivos primarios se caracterizan por una alta sensibilidad a friccion, choque, impacto y calor. El fulminato de mercurio, por ejemplo, ya puede ser detonado por calentamiento a 160° C (mecha detonante) o por un martillo de cafda de 2 kg que cae desde una altura de 4 cm.
La detonacion inicial con cebos fue inventada en 1862 por Alfred Nobel. Los principales explosivos primarios son el fulminato de mercurio, la azida de plomo, la azida de plata, el acetiluro de plata, fulminato de plata, diazodinitrofenol, picrato de plomo (plomo de trinitrofenol), el platimato de plomo (trinitroresorcinato de plomo), el tetraceno, el nitrato de hidrazina de nfquel (NHN), el triperoxido de hexametileno diamina (HMTD), peroxido de acetona (DADP, TATP o APEX), perclorato de 3-nitrobenzenodiazonio, azidas de mercurio, cloruro de tetra-amina de cobre (II) (TACC) y acetiluro de cobre.
Los dispositivos explosivos cilmdricos prensados fabricados con tetril, trinitrotolueno, hexogen desensibilizado (reduccion sensibilidad), tetranitrato de pentaeritritol (PETN), acido pfcrico y otros explosivos se usan generalmente como cargas de cebo montadas sensibles a detonador, tambien denominadas detonador de ganancia inicial o detonador IG. Comun a todas estas sustancias es una mayor sensibilidad al impulso inicial que el explosivo de la carga principal (por ejemplo, ANFO, TNT colado, explosivos en polvo).
Los cartuchos de cebador de explosivos gelatinizados se usan a menudo en la voladura de roca como una carga de amplificacion adicional para iniciar la carga principal de explosivos en polvo o explosivos de emulsion. El peso y la forma del detonador IG, se calculan de manera que, al detonar, se produzca un impulso que asegura el desencadenamiento de la detonacion de la carga principal y el comportamiento detonante deseado. La iniciacion del detonador IG se dispara mediante un cebo, un detonador electrico o un detonador NE (detonador no electrico).
El problema con los detonadores IG utilizados hasta la fecha es que consisten en explosivos militares a largo plazo ya no disponibles (TNT prensado, composicion fundida B, etc.), o que los cartuchos de cebador clasicos hechos de explosivos gelatinosos (sucesores de dinamita a base de explosivos petroleo), lo que se convierte en un problema a largo plazo. Ademas del aumento del riesgo para la salud causado por el ester de acido nftrico, la fabricacion complicada y peligrosa y el alto costo asociado son cuestiones importantes.
El documento US 3.902.933 A describe una carga explosiva inicial para la detonacion de nitrometano. La carga explosiva inicial esta formada por una espuma de poliuretano que contiene micro-esferas dispersas. Las micro- esferas pueden ser micro-esferas de vidrio huecas, perlas de resina, perlas de ceramica, etc.
Ademas, en el documento US 4.334.476 A, se describe una carga explosiva inicial para explosivos granulares o lfquidos, con un canal interior para sujetar el dispositivo de ignicion, en el que el canal interior presenta un espesor de pared pequeno para mejorar la detonacion. Esto asegura la separacion del explosivo lfquido y del dispositivo de ignicion.
El documento US 5.970.841 A, describe un dispositivo para la detonacion de explosivos mediante un producto explosivo bi-componente que incluye un almacenamiento para este explosivo, que es flexible y con compartimentos. El nitrometano y las aminas asf como las micro-esferas de vidrio huecas se describen como posibles explosivos. Ademas, puede conocerse que la mezcla explosiva se mezcla in situ y que los componentes se introducen en la bolsa mediante un manguito.
El documento US 3.338.165 A, describe un cordon de detonacion relleno con una mezcla explosiva sensibilizada estabilizada de nitrometano y los medios de formacion de cavidad. Los medios de formacion de cavidad son preferiblemente globos de resina, con un diametro de partfcula de aproximadamente 2 a aproximadamente 360 micrometros y que se anaden al nitrometano en una cantidad del 0,1% hasta aproximadamente el 20%. La mezcla explosiva esta destinada a ser utilizada en dispositivos de ignicion.
El documento US 6.405.627 B1 describe un kit para la fabricacion de una mezcla explosiva para detonacion de minas terrestre. El kit comprende un primer recipiente con una nitroparafina, por ejemplo nitrometano, y un segundo recipiente con medios de sensibilizacion, que por ejemplo comprende una mezcla de sflice ahumada y micro-esferas de vidrio hueco.
Finalmente, el documento US 3.797.392 A describe micro-esferas, usadas para la sensibilizacion de explosivos lfquidos. Estas micro-esferas, tales como esferas de vidrio huecas, micro-esferas de ceramica o carburo de silicio, se dispersan inmediatamente en el explosivo liquido y posteriormente se encienden. Tambien se describe la utilizacion de espumas de poliuretano de poro abierto.
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Por lo tanto, la tarea de la invencion es especificar un detonador de IG que se pueda utilizar de forma segura, que sea economico y seguro de fabricar y que pueda manipularse sin riesgo para la salud.
La tarea se resuelve con una carga de cebo sensible al detonador de acuerdo con la reivindicacion 1. En las reivindicaciones dependientes se especifican realizaciones ventajosas.
De acuerdo con la invencion, una carga de cebo montada sensible a detonador que comprende una mezcla que incluye nitrometano y medios de formacion de cavidad, en el que los medios de formacion de cavidad estan configurados como micro-esferas de vidrio huecas, asi como tambien se propone una ranura para un dispositivo de ignicion.
Sorprendentemente, se encontro que los nitroalcanos son especialmente adecuados para utilizacion en cargas de cebo sensibles a detonador.
Los nitroalcanos se pueden activar quimicamente, por ejemplo, mediante adicion de amina, y/o mecanicamente a traves de la creacion de pequenos espacios huecos o cavidades llenas de gas (espumacion), es decir, se vuelven sensibles a detonador y se comportan como explosivos volatiles. Con el fin de mantener una distribucion uniforme de los formadores de cavidad, se indica la adicion de un agente tixotropico. Dichas mezclas se describen en el documento US 3.713.915.
De acuerdo con la invencion, el nitroalcano es nitrometano.
Tambien se conocen mezclas de nitrometano, que se producen con micro-esferas huecas de vidrio disponibles comercialmente (micro globos de vidrio, GMB) y que detonan a mas de 6000 m/s y son sensibles a detonadores (Presles et al, Shock Waves, abril 1995, Numero 6, paginas 325 a 329).
En una realizacion de la invencion, la carga de cebo sensible a detonador esta hecha de un material impermeable a los liquidos. Esto evita fugas de nitroalcano.
En una realizacion adicional de la invencion, la carga de cebo sensible a detonador presenta una curvatura concava dispuesta en el lado opuesto de la ranura para el dispositivo de ignicion. En el sentido de la presente invencion, una curvatura concava es una curvatura conica o hemisferica en la direccion del centro de la carga de cebo. Con la curvatura concava, se consigue el efecto de una carga hueca, lo que da lugar a una velocidad de detonacion aumentada. La curvatura hace que la energia liberada por la detonacion sea dirigida en esta direccion. Por esta razon, la carga de cebo se inserta con la curvatura concava en la direccion de la carga principal. El diseno ventajoso con curvatura concava aumenta significativamente la eficacia de la carga de cebo de la invencion.
En una realizacion adicional de la invencion, la curvatura concava presenta un revestimiento metalico. El recubrimiento metalico puede ser de aluminio y aplicado sobre la superficie de la curvatura concava mediante pulverizacion, vaporizacion o como pelicula metalica. El recubrimiento metalico de la curvatura concava afecta a un impulso inicial intensificador en una direccion especificada.
La curvatura concava con un recubrimiento metalico es de particular importancia para conseguir una elevada tasa de implementacion quimica, en la que el proceso de implementacion se aproxima mucho al valor teorico. Esto reduce significativamente el nivel de sustancias nocivas en la carga de la columna de perforacion para los explosivos comerciales a activar.
En otra realizacion de la invencion, el dispositivo de ignicion es un cebo, un cordon detonante o un detonador no electrico.
En una realizacion adicional de la invencion, la carga de cebo sensible a detonador presenta un espesor de pared adecuado. Esto asegura una transferencia segura del encendido desde el cebo o el cordon a la mezcla de
nitroalcano. El grosor de la pared depende del material de la pared asi como de la mezcla utilizada.
De acuerdo con la invencion, los medios de formacion de cavidad estan configurados como micro-esferas de vidrio hueco.
En una realizacion adicional de la invencion, los medios de formacion de cavidad estan configurados como micro- esferas de vidrio hueco con un tamano de grano de 20 a 200 pm, preferiblemente de 40 a 150 pm, particularmente preferido de 80 a 120 pm.
En una realizacion adicional de la invencion, los medios de formacion de cavidad estas configurados como micro- esferas de vidrio hueco con un tamano de grano de sustancialmente 100 pm.
De acuerdo con la invencion, la mezcla incluye Aerosil. En este contexto, Aerosil es una silice ahumada.
En una realizacion adicional de la invencion, la mezcla presenta del 1,5 al 10% en peso, preferiblemente del 3 al 8%
en peso, particularmente preferido del 5 al 7% en peso de Aerosil, del 0,2 al 10% en peso, preferiblemente del 0,5 al 5% en peso, particularmente preferido del 0,8 al 2% en peso de micro-esferas huecas de vidrio y del 85 al 98,3% en peso, preferiblemente del 89 al 95% en peso, particularmente preferido del 91 al 93% en peso de nitrometano.
En una realizacion adicional de la invencion, la mezcla presenta el 6,5% en peso de Aerosil, el 1% en peso de micro- esferas de vidrio huecas con un tamano de grano de sustancialmente de 100 pm y el 92,5% en peso de nitrometano. En una realizacion adicional, la mezcla tambien comprende al menos un compuesto que contiene oxigeno seleccionado del grupo de nitratos para aumentar el equilibrio de oxigeno. En un diseno de la realizacion, el compuesto que contiene oxigeno es nitrato de amonio.
La utilizacion de la carga de cebo sensible a detonador de la invencion es tambien el objeto de la invencion.
Las cargas de cebo sensibles a detonador de la invencion se usan para iniciar explosivos comerciales no sensibles a detonador, preferentemente en perforaciones en la superficie y bajo suelo, para iniciar cargas de amplificador mayores y para utilizacion directa para voladuras especiales (avalanchas, hielo, etc.). En particular, las cargas de cebo sensibles a detonador de la invencion se utilizan para el inicio de explosivos en aplicaciones de mineria y construccion de tuneles.
De este modo, las cargas de cebo sensibles al detonador de la invencion presentan las siguientes ventajas:
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Velocidades de detonacion de aproximadamente 6000 m/s se consiguen con las cargas de cebo sensibles a detonador de la invencion, permitiendo la detonacion de explosivos no sensibles a detonador. Ademas, no se forman nitro-aromaticos sospechosos de ser cancerigenos ni se producen nitro-esteres, que son fisiologicamente problematicos debido a una posible vasodilatacion, cuando se utilizan las cargas de cebo sensibles a detonador. Los problemas de salud entre los usuarios pueden ser evitados. Ademas, el nitroalcano-nitrometano preferido por la invencion es un producto economico que, debido a la nitracion en fase gaseosa del propano, esta disponible prolongadamente, incluso cuando los explosivos militares reciclados escasean.
El nitrometano tampoco es un explosivo clasico, lo que hace que el transporte y el almacenamiento sean baratos, y es de clase de almacenamiento 3 (liquidos inflamables). Ademas, el nitro-metano tiene una toxicidad baja: LD50 oral rata: 940 mg/kg, WHC 2.
Tambien es ventajoso que, en caso de danos, las cargas de cebo sensibles al detonador de la invencion se "desactiven" por volatilizacion completa del nitrometano en el aire.
Las cargas de cebo sensibles a detonador de la invencion estan disenadas para ser absolutamente impermeables y resistentes a la temperatura. No hay exudacion de liquidos. Por lo tanto, debido a que no hay reacciones quimicas entre los componentes de la mezcla, las cargas de cebo sensibles a detonador de la invencion en una mezcla con Aerosil y GMB tienen una vida util practicamente ilimitada.
Ademas, la fabricacion de la carga de cebo sensible a detonador de la invencion no requiere procesos de fusion peligrosos. Ademas, no es necesario un largo periodo de espera despues de la mezcla de los componentes, por lo que la fabricacion puede ser facil y segura (a distancia de personas) automatizada.
Tambien es importante que los componentes de la mezcla no sean materiales explosivos, requiriendo solamente menores costos de almacenamiento y transporte.
Las realizaciones preferidas de la invencion resultan de combinaciones de las reivindicaciones o de sus caracteristicas individuales.
A continuacion, la invencion se describira en detalle con referencia a varios ejemplos de diseno. Los ejemplos de diseno pretenden describir la invencion sin limitarla.
En un ejemplo de diseno de la invencion, se llevo a una reaccion detonante nitrato de amonio puro y ANFO (en cada caso con 13 g de la composicion de la invencion en una carga de cebo cilindrica) con la siguiente composicion: 6,5% de Aerosil, 1% de GMBs de aproximadamente 100 pm y 92,5% de nitrometano.
En el proceso, se midieron velocidades de detonacion de aproximadamente 4500 m/s, lo que indica una apropiada adecuada de la mezcla para el inicio de explosivos comerciales no sensibles a detonador para iniciar mayores cargas de amplificador y para utilizacion directa para voladuras especiales (avalanchas, hielo, etc.).

Claims (11)

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    REIVINDICACIONES
    1. Carga iniciadora montada sensible a detonador para uso en ingenieria de voladura que comprende una mezcla que incluye nitrometano y un agente de formacion de cavidad, en el que el agente de formacion de cavidad esta configurado como micro-esferas de vidrio hueco y Aerosil asi como un receptaculo para un dispositivo de ignicion, en el que la carga iniciadora esta configurada para ser impermeable y resistente a temperatura.
  2. 2. Carga iniciadora sensible a detonador de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque la carga iniciadora esta formada a partir de un material impermeable a los liquidos.
  3. 3. Carga iniciadora sensible al detonador de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque dicha carga iniciadora comprende una curvatura concava para el dispositivo de ignicion que esta dispuesta en el lado opuesto del receptaculo.
  4. 4. Carga iniciadora sensible a detonador segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la curvatura concava comprende un revestimiento metalico.
  5. 5. Carga iniciadora sensible a detonador segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el dispositivo de ignicion es una capsula detonante, un cordon detonante o un detonador no electrico.
  6. 6. Carga iniciadora sensible a detonador de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizada porque el agente de formacion de cavidad se implementa como micro-esferas de vidrio hueco con un tamano de grano de 20 a 200 pm, preferiblemente de 40 a 150 pm, de manera especialmente preferida de 80 a 120 pm.
  7. 7. Carga iniciadora sensible a detonador segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la mezcla comprende del 1,5 al 10% en peso, preferentemente del 3 al 8% en peso, especialmente preferido del 5 al 7% en peso de Aerosil, preferiblemente del 0,5 al 5% en peso, en especial preferiblemente del 0,8 al 2% en peso de micro-esferas de vidrio huecas, asi como del 85 al 98,3% en peso, preferiblemente del 89 al 95% en peso, en especial preferiblemente del 91 al 93% en peso de nitrometano.
  8. 8. Carga iniciadora sensible a detonador segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la mezcla comprende del 6,5% en peso de Aerosil, del 1% en peso de micro-esferas de vidrio hueco con un tamano de grano de esencialmente 100 pm, asi como del 92,5% en peso de nitrometano.
  9. 9. Carga iniciadora sensible a detonador segun una de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas un compuesto oxigenado seleccionado del grupo de los nitratos.
  10. 10. Utilizacion de una carga iniciadora sensible a detonador de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9 para inicio de explosivos comerciales no sensibles a capsulas, preferiblemente en perforaciones por encima y por debajo del suelo, para inicio de cargas de cebo mayores y para utilizacion directa en voladuras especializadas.
  11. 11. Utilizacion de acuerdo con la reivindicacion 10 para el inicio de explosivos en aplicaciones mineras y en construccion de tuneles.
    REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCION
    La lista de referencias citada por el solicitante lo es solamente para utilidad del lector, no formando parte de los documentos de patente europeos. Aun cuando las referencias han sido cuidadosamente recopiladas, no pueden 5 excluirse errores u omisiones y la OEP rechaza toda responsabilidad a este respecto.
    Documentos de patente citado en la descripcion
    • US 3902933 A [0007] • US 6405627 B1 [0011]
    • US 4334476 A [0008] • US 3797392 A [0012]
    • US 5970841 A [0009] • US 3713915 A [0017]
    • US 3338165 A [0010]
    10 Bibliograf (a no de patentes citada en la descripcion
    • PRESLES et al. Shock Waves, April 1995, vol.
    4 (6), 325-329 [0019]
ES13802260.3T 2012-11-14 2013-11-12 Cargas de cebo montadas sensibles a detonador para aplicaciones en técnica de explosivos y su utilización Active ES2624300T3 (es)

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