KR19990076922A - 에멀젼 폭발성 조성물의 제조를 위한 방법및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 에멀젼 폭발물 제조를 위한 장치 및 방법은 제어 방식으로 에멀젼 폭발물의 조성을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 상기 장치는 다음을 포함한다 :

ⅰ) 성분을 에멀젼에 혼합하기 적합한 적어도 하나의 혼합기관 ;

ⅱ) 상기 혼합기관에서 발파공 또는 패키지로 에멀젼 폭발물을 보내는 적어도 하나의 송출기관 ;

ⅲ) 에멀젼을 위한 적어도 하나의 용기 ;

ⅳ) 에멀젼에 공급하기 위해 화합하여 가스를 생성하는 성분을 위한 적어도 두 개의 용기 ;

ⅴ) 선택적으로 에멀젼 또는 에멀젼 폭발물에 첨가하는 선택 성분을 위한 용기들 ;

ⅵ) 상기 용기에서 혼합기관으로 각 성분을 공급하기 위한 공급기관 ; 및

ⅶ) 혼합기관으로 공급하는 성분의 양과 속도를 조절하여 제어 방식으로 에멀젼의 조성을 연속적으로 변화 시킬 수 있는 조절기관.

Description

에멀젼 폭발성 조성물의 제조를 위한 방법 및 장치

본 발명은 폭발물의 제조를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 민간 채광업, 채석업 및 굴착산업에서 채굴, 터널건설, 굴착 및 이와 유사한 작업을 위해 암석과 광석을 파괴시 주요 힘의 원천으로 무포대(bulk) 폭발물 또는 포장된 폭발물을 사용한다.

현재 이러한 산업에서 사용되고 있는 에멀젼 폭발물의 대부분은 탄화수소 연료와 같은 비 - 폭발성 물질과 물을 포함하는데 이 두 물질로 에멀젼을 형성한 다음 증감화시켜 폭발할 수 있는 에멀젼 폭발물을 만든다. 대부분의 국가에서 에멀젼 폭발물이 니트로글리세린 기저 폭발물을 실질적으로 대신하고 있다.

채광산업에서 일반적으로 발파공을 뚫어 그 안을 무포대 에멀젼 폭발물 또는 포장된 에멀젼 폭발물로 채운 다음, 이를 폭파시켜 암석을 깨뜨린다. 에멀젼 폭발물은 폭약통 또는 봉지에 넣어 포장되지 않은 형태 또는 포장된 형태로 사용자에게 공급된다.

포장된 에멀젼 폭발물은 공장에서 제조되어 포장되고 사용될 장소로 옮겨진 다음 수작업으로 발파공에 적하된다. 포장된 에멀젼 폭발물은 무포대 에멀젼 폭발물보다 훨씬 더 비싸지만 적은 양을 사용하는 경우 또는 젖어 있는 발파공에 사용할 때 바람직하다. 포장은 수분 침투를 막아 수분침투로 수반되는 에멀젼 폭발물의 분해를 막는다. 반대로 무포대 에멀젼 폭발물은 한 번의 폭발에 수백톤의 폭발물이 필요한 큰 탄광에서처럼 많은 양을 사용할 때 바람직하다. 무포대 폭발물은 공장에서 제조되고 증감화되며 특별히 고안된 트럭에 의해 사용장소로 이동하거나 작업 현장에서 트럭에 놓인 제조 유닛(unit)(이동 제조 유닛 또는 MMU's 로 불림)내에서 혼합되어진다.

MMU's 는 이동기구내에 있는 효과적인 에멀젼 공장인 것이다. 각 MMU 는, 일반 트럭의 차대(chassis)에 있는 제조 유닛으로 부터 특정 무포대 에멀젼 폭발물을 생산하고 운반하기 위해 고안되고 만들어진다. MMU's 는 탄광 벤치에서 에멀젼 폭발물의 제조를 위한 많은 양의 전구체를 광구(mine-site)로 이동할 수 있도록 한다. 전구체는 증감화되지 않은 에멀젼, 산화제 염 미립자 및 유리 미크로풍선(microballoon)과 같은 증감화제를 포함하나 이 물질들은 비폭발성이고 일반도로로 안전하게 운반될 수 있다. MMU's 는 에멀젼 폭발물을 운반하는 것이 아니기 때문에 에멀젼 폭발물의 운반에 적용하는 엄격한 법적 제한에 순응할 필요가 없다. 증감화되지 않은 에멀젼은 탄광벤치에서 증감화제를 혼합할 때에만 에멀젼 폭발물을 형성한다.

트럭과 MMU's 에 의한 운송은 빠른 유량 속도로 무포대 에멀젼 폭발물이 발파공에 적하되도록 하는 기계화된 방법을 제공한다 ; 일반적으로 오오거링(augering), 주입(pouring), 양수(pumping) 또는 공기로 불어넣기(blowing)의 방법으로 에멀젼 폭발물을 발파공에 적하한다. 사용되는 상기 방법은 제품의 형태 및 채워질 발파공의 크기에 따라 달라진다. 분당 70 내지 1000 ㎏ 사이의 적하 속도로 한번의 폭파에 수백톤의 에멀젼을 운반하기 위해서는 더 큰 운송트럭과 MMU's 를 고안한다.

일반적으로 사용되는 에멀젼 폭발물 대부분은 유중수적형 에멀젼에 기초한다. 이러한 제제형은 미국 특허 제 3,447,978 호 (Bluhm)에 최초로 기술되었고 다음 성분을 포함한다:

(a) 산소방출 무기염 수용액의 분리된 소적(droplet)을 포함하는 불연속 수성상:

(b) 상기 소적이 유기상 전체에 분포되어 있는 연속 수성 - 비혼합 유기상:

(c) 연속 유기상 전체에 산화제염 용액의 소적이 분산되어 있는 에멀젼을 형성시키는 에멀젼화제 ; 및 선택적으로

(d) 불연속 가스상 및/또는 밀폐 용기 보이드 물질

몇몇 에멀젼 폭발성 조성물에서 산화제 상의 수분 함유량을 매우 낮은 수준으로 예를들면 4 % 이하로 감소시킬 수 있다. 산화제 상에서 수분을 제거한 제제형을 유중용융형(melt-in-oil) 에멀젼 폭발물이라 하고 이 제제형은 미국 특허 제 4,248,644 호와 같은 많은 특허 명세서에 기술되어 있다. 본 명세서에 사용된 에멀젼이란 용어는 유중수적형(water-in-oil) 에멀젼 및 유중용융형 에멀젼을 말하는 것이다.

에멀젼 폭발물은, 중유로 코팅되거나 중유를 포함하는 질산 암모늄(AN) 알갱이 또는 입자와 같은 고체 산화제염 미립자와 혼합하여 탁월한 폭파력을 가진 저비용의 폭발물을 형성한다. 이와 같은 조성물은 호주 특허 출원 제 29408/70 호 (Butterworth) 와 미국 특허 제 3,161,551 호 (Egly et al.), 제 4,111,727 호 (clay), 제 4,181,546 호 (clay) 및 제 4,357,184 호 (Binet et al.) 에 기술되어 있다.

에멀젼 폭발물에서 에멀젼화제는 수성상과 유성상 사이의 계면장력을 감소시키기 위해 사용된다. 에멀젼화제의 분자는 수성 소적과 연속 탄화수소상 사이의 경계면에 위치한다. 에멀젼화제 분자는 수성 소적쪽으로 친수성 머리기 (head group)가, 연속 탄화수소상쪽으로는 친유성 꼬리(tail)가 향하여 놓인다. 에멀젼화제는 수성 소적의 유착 및 상 분리를 저해하여 에멀젼을 안정화시킨다. 또한 에멀젼화제는 수성 소적내의 산화제 염이 결정화되는 것을 저해한다. 이 결정화로 에멀젼이 분해되고 에멀젼 폭발성 조성물의 폭발 감도가 감소될 수 있다.

다양한 에멀젼 형태와 혼합물이 본 분야에 공지되어 있다. 예를들어 호주 특허 제 40006/85 호 (cooper 와 Baker)에서 에멀젼화제로 작용하는 전도성 개선제를 포함하는 유중수적형 에멀젼을 기술하고 있다.

이러한 전도성 개선제는 폴리[알킬(또는 알켄일)] 숙신산 무수물과, 에틸렌 디아민, 디에틸렌 트리아민 및 에탄올아민 같은 아민의 축합 생성물을 포함한다.

상기한 전도성 개선제/에멀젼화제는, 질산암모늄 (AN) 또는 질산암모늄과 중유 혼합물 (ANFO) 과 같은 고체 산화제염 미립자와 혼합하기에 적합한 매우 안정한 에멀젼을 제조할 수 있다. 전도성 개선제/에멀젼화제로 폴리[알킬(또는 알켄일)] 숙신산 무수물 유도체를 사용하여 제조한 에멀젼 폭발물의 안정성때문에 조절상태하에 공장에서 증감화되지 않은 에멀젼을 제조할 수 있고 에멀젼 폭발물을 형성시키는 증감화를 위해 증감화되지 않은 에멀젼을 운송할 수 있다.

일반적으로 에멀젼은 이를 증감화시켜 에멀젼 폭발물을 형성하기 전까지는 폭발할 수 없다. 과거에는 때때로 증감화를, 증감화되지 않은 에멀젼과 트리니트로톨루엔 또는 니트로글리세린과 같은 강한 폭약을 혼합하여 실행하였다. 강한 폭약을 이용한 증감화는 비폭발성 증감화제를 사용하는 증감화 방법으로 실질적으로 대치되어 가고 있다.

예를들면 지금은 폭발을 전파시키기 위한 격렬한 폭발지점으로 작용하는 작은 보이드(void)를 에멀젼에 결합하여 에멀젼을 증감화시키는 것이 일반적이다.

보이드를 결합시켜 에멀젼 또는 에멀젼/AN/ANFO 혼합물을 증감화시키는 가장 일반적인 방법은 화학약품, 공기의 주입, 미크로풍선과 같은 밀폐 용기 보이드 물질의 결합 또는 이들의 혼합 방법을 이용하여 상기 에멀젼에 가스를 생성하는 것을 포함한다.

에멀젼 폭발물에 사용하기에 적합한 가스 거품(gas bubble) 의 생성을 위해 바람직한 화학약품은 과산화수소와 같은 과산화물, 아질산 나트륨과 같은 아질산염, N,N' - 디니트로소펜타메틸렌테트라아민과 같은 니트로소아민, 수소화붕소 나트륨과 같은 알칼리 금속 수소화붕소염 및 탄산 나트륨을 포함하는 탄산염과 같은 염기를 포함한다.

에멀젼에 가스 거품의 생성을 위해 가장 일반적으로 사용되는 화학약품은 아질산 및 그의 염으로 이것은 산성 pH의 조건하에서 반응하여 질소가스 거품을 생성한다. 티오시안산염, 요오드화물, 술팜산 또는 그의 염, 또는 티오요소와 같은 촉진제는 아질산염 가스생성제의 반응을 촉진하기 위해 사용할 수도 있다. 또한 촉진제는 반응시에 소모된다.

과거에는 에멀젼 폭발물을 형성하기 위한 에멀젼의 증감화는, 적합한 화학물질을 용매에 용해시켜 가스생성용 조성물을 제조한 다음 이 조성물을 에멀젼에 혼합하여 실행된다. 에멀젼내에 분산된 가스생성용 조성물의 소적 안에 있는 화학물질이 반응하여 가스를 발생시키고 이 가스는 에멀젼내에 분산되고 핵모양을 이루어 가스 거품을 형성한다.

MMU's 와 고정된 제조장치는 에멀젼 폭발물의 형성을 위해 사용하는 비교적 많은 양의 비 - 폭발성 화학성분을 저장한다. 예를들어 MMU's 와 고정된 장치는 중유, 증감화되지 않은 에멀젼, 산소방출염 용액, 물, 가스생성 용액 및 다른 폭발성 성분의 저장을 위한 큰 저장 용기를 포함한다. MMU 또는 고정된 장치의 각 제조 작업에 많은 시간이 걸리고 에멀젼 폭발물의 단일 조성물이 생산된다. 각 작업을 시작할 때, 각 저장용기에서 성분의 유출량을 측정하고 성분 유출 속도를 조절하여 각 성분을 다양하게 혼합할 때 원하는 에멀젼 폭발성 조성물을 생산할 수 있도록 한다. MMU 또는 고정된 장치에서의 제조작업을 마칠 때에는 다음 제조작업의 준비를 위해 장치를 말끔히 씻어낸다.

상기의 에멀젼 폭발물 제조 방법과 관련된 문제점 중 하나는 일반적으로 한 번의 제조작업에 하나 이상의 조성물을 생산하기에는 매우 한정되어 있다는 것이다. 이러한 현존하는 에멀젼 폭발물 제조 장치의 불변성은 MMU 생산 작업과 관련된 특정 장애이다.

MMU's 는, 탄광 벤치를 따라 다양한 물리적 및 지리적 특성을 가진 광구로 급송되어진다. 이것은 탄광 벤치의 길이 및 폭이 수백미터인 큰 광구에 적당하다. 발파공은 깊이, 습기, 벽의 조성 및 기타 요인에 의해 매우 다양해진다. 어떤 발파공은 지열 지반(geothermal ground) 에 놓일 수 있는데 이 지반은 지구의 지각에서 일어나는 화산활동 또는 다른 활동으로 인해 매우 고온이다. 또한 발파공의 일부는, 에멀젼 폭발물의 화학 성분과 반응하는 무기물을 포함하는 지반에 위치할 수도 있다. 지열 지반 또는 반응성 지반의 경우에는 열의 영향 또는 발파공 벽의 반응으로 인해 갑자기 폭발하지 않도록 에멀젼 폭발물을 발파공에 적하하는 것이 매우 중요하다. 이러한 발파공에는 그 발파공의 특정 성질과 맞는 에멀젼 폭발물을 적하하여야 한다. 이것은 에멀젼 폭발물의 조성이 발파공에서 다른 발파공까지 뿐만 아니라 하나의 발파공 내에서도 다양해야함을 의미한다.

발파공의 특정 성질과 맞지 않는 에멀젼 폭발물을 그 발파공에 적하하게 되면 폭발에 실패하거나 부분적으로만 폭발할 수 있으며 또는 상기한 바와 같이 발파공 벽이 에멀젼 폭발물과 반응하여 갑자기 폭발할 수 있다. 본 발명의 MMU 제조방법을 사용하면, MMU 에 의해 만들어진 에멀젼 폭발물의 조성 또는 물리적 특성을 각각의 발파공 또는 한 발파공내에 맞추어 제조하는 것에 거의 제한이 없다. 종종 대여섯개의 MMU's 에서 각각 만들어진 다른 제품을 한 개의 단일 광구에 사용하기도 한다.

개선된 장치와 에멀젼에 가스 공급하는 방법을 통해 지금까지 이용되어져 왔던 것보다 더 큰 공정의 가변성으로 수반되는 광범위한 제제형을 고정되어 이동가능한 제조 유닛에서 제조할 수 있다. 개선된 에멀젼 폭발물의 장치 및 그 제조방법은, 어떤 제제형/제품의 생산을 다른 제제형/제품 생산으로 바꾸는 속도가 지금까지 가능했던 것 보다 더 빠른 시스템을 제공한다.

따라서 본 발명은 에멀젼 폭발물의 제조를 위한 장치를 제공하며, 에멀젼 폭발물의 조성을 조절하는 방식으로 계속 다양하게 할 수 있다.

상기 장치는 다음을 포함한다 ;

ⅰ) 성분을 에멀젼에 혼합하기 적합한 적어도 하나의 혼합 장치 ;

ⅱ) 에멀젼 폭발물을 상기 혼합 장치에서 발파공 또는 패키지로 보내는 적어도 하나의 송출(delivery)장치 ;

ⅲ) 에멀젼을 위한 적어도 하나의 용기 ;

ⅳ) 상기 에멀젼에 가스를 공급하기 위해 화합하여 가스를 형성하는 성분을 위한 적어도 두 개의 용기 ;

ⅴ) 선택적으로 에멀젼에 첨가하는 선택 성분을 위한 용기 ;

ⅵ) 상기 성분을 각 용기에서 상기 혼합 장치로 공급하는 공급 기관 ; 및

ⅶ) 성분들을 상기 혼합장치로 공급하는 양 또는 속도를 조절하여 에멀젼 폭발물의 조성을 연속적으로 변화시킬 수 있는 조절기관

본 발명은, 발파공내 및 발파공 사이에서의 상이한 구성적 조건을 맞추기 위해 조절방식으로 에멀젼 폭발물의 조성을 변화시킬 수 있는 에멀젼 폭발물 제조방법을 제공한다. 이 제조방법은, 화합하여 에멀젼에 공급하는 가스를 생성하는 적어도 두 개의 성분 및 선택 성분과 에멀젼을 한 장치내에서 혼합하는 것을 포함한다. 이 장치는 다음을 포함하고 있다 :

ⅰ) 에멀젼에 성분을 혼합하기 적합한 적어도 하나의 혼합 기관 ;

ⅱ) 상기 혼합기관에서 발파공 또는 패키지로 에멀젼 폭발물을 보내는 적어도 하나의 송출기관 ;

ⅲ) 에멀젼을 위한 적어도 하나의 용기 ;

ⅳ) 화합하여 상기 에멀젼에 공급하는 가스를 생성하는 성분을 위한 적어도 두 개의 용기 ;

ⅴ) 선택적으로 에멀젼에 첨가하는 선택성분을 위한 용기 ;

ⅵ) 상기 성분들을 각 용기에서 혼합 기관으로 공급하기 위한 공급기관 ; 및

ⅶ) 상기 혼합기관으로 공급하는 성분의 양과 속도를 조절하여 에멀젼 폭발물의 조성을 연속적으로 변화시킬 수 있는 조절기관

본 명세서에 사용하는 "에멀젼"이란 용어는 에멀젼 폭발성 조성물의 전구체로 사용하기에 적합한 증감화되지 않거나 부분적으로 증감화된 에멀젼을 의미하며, 유중수적형 에멀젼, 유중용융형 에멀젼 및 유사류를 포함한다. "에멀젼 폭발물" 이란 용어는 폭발 가능한 증감화된 에멀젼을 의미한다.

본 발명의 장치 및 제조방법은, 에멀젼 폭발물의 조성을 발파공안에서 변화시켜 각 발파공에 상이한 에멀젼 폭발성 조성물이 적하될 수 있도록 그의 특성을 상당히 빠르게 바꿀 수 있어 에멀젼 폭발물을 제조하기 위해 사용한다. 이것은 상이한 특성을 나타내는 발파공을 가지는 큰 광구에 상당한 이점을 제공한다. 예를들어 발파공의 일부는 반응성 광석, 반응성 없는 광석, 습한 장소 및 건조한 장소에 위치할 수 있다. 본 발명의 장치는, 탄광 벤치에 운송된 단일 MMU 가 방수 폭발물을 습한 발파공에, 건조한 발파공에 적합한 에멀젼 폭발물을 건조한 발파공에, 갑작스런 반응을 저해하는 성분을 포함한 에멀젼 폭발물을 반응성 지반에 있는 발파공에 적하하도록 현재의 MMU 를 개조하여 만들 수 있다.

상기한 발파공 사이의 조성물 변화와 구별하여 본 발명의 장치 및 제조방법은 발파공 내의 조성물 변화를 제공하기 위해 사용된다.

예를들면 발파공의 끝(toe)에서는 낮은 밀도의 에멀젼 폭발물을 발파공에 적하하나, 발파공의 입구(collar) 쪽으로 갈수록 다양한 수두 (hydrostatic head) 의 효과를 보상하기 위해 에멀젼 폭발물의 밀도가 증가한다.

유사하게 발파공의 길이에 따라 다른 양의 에너지를 방출하도록 발파공 내에서 에멀젼 폭발성 조성물을 변화시키는 것이 바람직하다.

이것은 현무암 같은 단단한 암석에 부분적으로 뚫은 발파공과 암재 또는 사암같은 부드러운 암석 또는 구멍이 많은 암석에 부분적으로 뚫은 발파공을 위한 이점이 될 수 있다. 단단한 암석은 많은 파편과 낮은 팽창에너지를 보이는 에멀젼 폭발물과 접하게 하고 부드러운 암석은 적은 파편과 높은 팽창에너지를 보이는 에멀젼 폭발물과 접하게 하는 것이 유리하다. 본 발명의 장치와 제조방법은, 가스 생성용 조성물의 양과 조성을 변화시키는 것 뿐만 아니라 염(허가된 폭발물을 제조하는 경우), 방연(anti-fume)물(연기를 적게 나타내는 폭발물을 제조하는 경우), 발파공 및 pH 완충용액에서 폭발성 조성물의 반응 또는 분해를 억제하는 물질과 같은 성분들을 첨가할 때도 사용한다.

또한 본 발명의 장치 및 제조방법은 30 또는 40 미터 정도의 깊이 또는 그 이상의 깊이를 가진 매우 깊은 발파공에 적하할 때 이점을 제공한다. 깊은 발파공은 입구(collar)에서는 상당히 저온이지만 대지로 올라올수록 온도가 상승한다. 이와 같은 발파공에 적하된 에멀젼 폭발물은 발파공의 끝(toe)으로 향할수록 증가하는 온도에 내성을 가지도록 변화시킨 조성을 가져야 바람직하다. 게다가, 에멀젼 폭발물의 가스 공급(gassing)속도가 온도에 의해 영향을 받으므로, 매우 깊은 발파공의 입구에서는 빠른 가스 공급을 보이는 에멀젼 폭발성 조성물을 적하하고 끝으로 갈수록 가스 공급 속도를 감소시키기 위해 발파공의 길이에 따라 에멀젼 조성을 변화시키는 것이 유리하다.

또한 본 발명의 제조 방법과 장치는 마주하고 있는 에멀젼의 온도차이를 보충하는데 유리하다. 예를들면, 65℃ 에서 제조된 에멀젼을 MMU 에 적하할 때 시간을 초과하면 에멀젼 온도가 보통 25℃ 인 주위온도로 떨어진다. 가스 공급 속도는 에멀젼 온도에 따라 달라지기 때문에 촉매 및/또는 촉진제와 같은 성분을 첨가하는 양 또는 속도를 변화시킬 수 없게 되면, 가스 공급 속도는 조절될 수 없다. 본 발명의 방법은 에멀젼의 온도 변화를 보충하기 위해 반응시 가스를 만드는 성분들의 첨가 속도를 변화시킬 수 있다. 바람직하게는, 가스생성용 조성물에 첨가하는 촉매 또는 촉진제의 양을, 고온의 에멀젼일 경우에 가스생성용 조성물의 0.05 중량 % 에서 저온의 에멀젼일 경우 가스생성용 조성물의 20 중량 % 까지 변화시킬 수 있다. 또한 다른 성분의 첨가도 에멀젼 온도에 따라 변화한다. 제조되는 에멀젼 폭발물에 따라 에멀젼을 고의로 약 65℃ 내지 10℃ 사이의 온도에서 보관하고 본 발명의 장치와 제조방법은 에멀젼 온도를 조절하기 위해 사용한다.

본 발명의 장치와 제조방법은 지역 온도의 변화를 보충하기 위해 사용한다. 예를들면 오스트레일리아 서부에서 에멀젼 폭발물을 제조할 때 주위 온도는 50℃ 정도인 반면에 태즈메이니아 (Tasmania) 에서는 주위 온도가 0℃ 에 가깝다. 본 발명에서는 각각의 에멀젼 폭발물 성분, 주위 또는 작업시의 온도 변화에 적응할 수 있는 폭발성 조성물을 만드는 것이 가능하다.

각 성분들을 에멀젼에 공급하고 혼합하여 에멀젼 폭발물을 제조하는 속도 및 방법은 최종제품의 특성에 깊은 영향을 끼친다.

반응하여 가스를 생성하는 성분의 상대적 양을 변화시키는 것이, 전체 에멀젼 폭발물의 성분/특성을 변화시키고 각각의 발파공 조건에 맞는 에멀젼 폭발성 조성물을 만드는 것에 특히 효과적인 방법이다.

반응하여 가스를 생성하는 성분은 에멀젼에 첨가하기 전에 예비배합(premixing)하는 것이 바람직하다. 결합하여 가스를 생성하는 각각의 성분의 유출량을 조절하는 것은 많은 수의 상이한 가스 생성 화합물 또는 조성물을 제조할 수 있다 ; 매우 적은 양의 성분을 사용하기 때문에 반응성분의 유출 속도 변화로 새로운 가스 생성 화합물 또는 조성물이 매우 빨리 만들어진다. 반응 성분들의 유출속도에서 약간의 변화로 인해 가스 생성 속도와 생성된 가스 거품의 수 및 부피에 큰 변화를 야기시킬 수 있다. 성분들을 혼합한 에멀젼 폭발물의 화학적 조성 및/또는 물리적 특성이 빨리 변화할 수 있다. 이것은 이동 및 고정된 제조 장치로 미리 제조한 가스 생성용 조성물을 단 한 개의 저장 용기에 담았던 선행기술에 상당한 이점을 제공한다.

선행기술에서 가장 일반적으로 사용된 가스 생성용 조성물의 하나는 아질산 무기염, 암모늄염 및 촉진제의 수용액을 포함한다. 에멀젼 폭발물의 산성 pH는 아질산염의 반응으로 질소 가스를 생성하게 한다.

산성기의 농도 또는 촉진제의 존재는 아질산염의 반응과 가스 생성의 속도를 결정한다. 본 발명의 방법을 사용하면, 에멀젼 폭발물에 존재하는 아질산염, 촉진제 및 산성기 같은 성분의 유출 속도 및 상대적 양을 변화시켜 다른 속도로 가스를 생성시킬 수 있다. 일부 성분의 화합으로 인해 각 성분들을 저장 용기에서 직접, 충분한 가스 생성 속도와 가스공급된 에멀젼을 제공하기 위해 만들어진 에멀젼 폭발물에 첨가할 수 있다. 그러나, 사용되는 성분에 따라 어떤 성분들은 예비배합하는 것이 바람직하다. 본 발명의 장치는, 성분의 일부 또는 모두를 에멀젼에 가스를 공급하기 위해 미리 혼합하여 화합시키는 기관을 포함한다. 성분들을 화합하기 위한 기관은, 혼합 용기(chamber) 또는 각각의 성분 또는 가스생성용 조성물의 흐름이 둘 이상 결합되면서 형성된 교류장소이다. 각 흐름은 액체 또는 용액 형태의 하나 이상의 성분을 포함한다.

예비배합(premix)의 형성은 아질산 무기염, 암모늄염 및 촉진제를 포함하는 성분일 경우에 특히 바람직하다. 왜냐하면 에멀젼 폭발물에 각 성분을 개별적으로 첨가하는 것이 상당히 빠른 가스 공급 반응을 제공하지 않고 에멀젼화제와 에멀젼의 품질저하(deterioration)를 초래하는 불필요한 반응을 야기시키기 때문이다. 게다가 각 성분들이 느리게 반응하고 자체내에 가스공급을 하기 때문에 상기 세 성분을 장기간 동안 한 저장 용기에서 함께 보관할 수 없다. 본 발명은 아질산 무기염, 암모늄염 및 촉진제를 각각 독립된 저장 용기에 보관하고 에멀젼에 첨가하기 직전에 예비배합을 함으로써 상기 문제점을 극복할 수 있다.

선택적으로 촉진제는 예비배합의 형성 이전에 질산 무기염 및/또는 암모늄염과 함께 보관하다.

게다가 본 발명의 에멀젼을 유리 또는 플라스틱 미크로풍선, 가스의 주입 또는 이들의 혼합물을 포함하는 다른 전형적 방법에 의해 증감화시킨다. 예를들면 반응하여 가스를 생성하는 성분들을, 유리 미크로 풍선의 첨가로 이미 부분적으로 증감화된 에멀젼에 혼합한다.

본 발명의 제조방법에서 반응하여 가스를 발생하는 성분은 암모늄염을 포함하며, 이 암모늄염은 본 분야의 전문가들에게 공지된 예를들면 암모니아, 일차 또는 이차 아민 및 이들의 염과 같은 암모늄염이 적합하다. 적합한 암모늄염은 염화 암모늄, 질산 암모늄, 염소산 암모늄, 황산 암모늄, 과염소산 암모늄, 티오시안산 암모늄 및 이들의 혼합물을 포함한다. 암모늄염은 예를들면 암모니아, 일차 또는 이차 아민과 금속산 또는 유기산의 반응으로 가스생성 용액의 소적내에서 형성되어질 수 있다. 전형적으로 암모늄염은 가스생성용 조성물의 25 중량 % 까지 포함한다.

본 발명의 제조방법에서 반응하여 가스를 발생하는 성분은 아질산 무기염을 포함하며, 이 아질산 무기염은 본 분야의 전문가들에게 공지된, 예를들면 알칼리 토금속 아질산염, 알칼리 금속 아질산염 또는 이들의 혼합물과 같은 아질산염이면 적합하다. 바람직한 실시예에서 아질산 무기염은 아질산 나트륨이다. 바람직하게 아질산 무기염은 가스생성용 조성물의 25 중량 % 까지 포함한다.

본 발명의 제조방법에서 반응하여 가스를 발생하는 성분은 촉진제 또는 촉매를 포함하며, 이 촉진제 또는 촉매는, 사용되는 특정 가스생성용 조성물에 적합한 촉진제이면 된다. 아질산 무기염과 암모늄염을 포함하는 성분일 경우, 촉진제는 티오요소, 요소, 티오시안산염, 요오드화물, 시안산염, 아세트산염 또는 기타 유사류 및 이들의 혼합물이다. 가스생성을 위한 성분의 전체 화합물에서 촉진제 또는 촉매의 비율은 촉진제의 용해도에 의해 영향을 받지만 일반적으로 가스생성용 조성물의 25 중량 % 까지 포함한다. 바람직한 실시예에서, 가스생성을 위한 성분의 화합물은 아질산 무기염, 선택적 암모늄염 및 촉진제로 3 % 의 티오요소 또는 티오시안산염을 포함한다.

가스생성을 위한 성분을 혼합한 화합물의 pH 는 바람직하게는 PH 5 내지 9 사이이고 더 바람직하게는 pH 6 내지 8 사이이다. 또한 에멀젼의 pH는 pH 5 내지 pH 9 사이로 완충시킨다.

가스생성을 위한 성분의 화합물은 알콜을 포함한 어떠한 용매라도 적합하나 물을 용매로 사용하는 것이 바람직하다. 또한 다른 선택적 부가물이 존재한다.

본 발명의 유중수적형 에멀젼에 사용하기 위한 적합한 산소방출염은 알칼리 금속 질산염, 알칼리 토금속 질산염, 염소산염, 과염소산염, 질산 암모늄, 염소산 암모늄, 과염소산 암모늄 및 이들의 혼합물을 포함한다.

바람직한 산소방출염은 질산 암모늄, 질산 나트륨 및 질산 칼슘을 포함한다. 더 바람직한 산소방출염은 질산 암모늄 또는, 질산 암모늄과 질산 나트륨 또는 질산 칼슘의 혼합물을 포함한다.

전형적으로 본 발명의 조성물 중 산소방출염은 전체 에멀젼 조성물의 45 내지 95 중량 % 이고 바람직하게는 60 내지 90 중량 % 를 포함한다.

산소방출염으로 질산 암모늄과 질산 나트륨의 혼합물을 포함하는 조성물에서 상기 혼합물의 바람직한 조성 범위는 질산 암모늄 100 부분당 질산 나트륨이 5 내지 80 부분이다. 따라서, 바람직한 조성물에서 산소방출염 성분은 전체 에멀젼 조성물의 45 내지 90 중량 % 로 질산 암모늄을 포함하거나, 0 내지 40 중량 % 의 질산 나트륨 또는 질산 칼슘과 50 내지 90 중량 % 의 질산 암모늄의 혼합물을 포함한다.

전형적으로 본 발명의 조성물에 사용된 물의 양은 전체 에멀젼 조성물의 0 내지 30 중량 % 범위내에 있다. 바람직한 물의 양은 4 내지 25 중량 % 이고 더 바람직하게는 6 내지 20 중량 % 이다.

본 발명의 에멀젼 조성물에서 수성 비혼합 유기상은 에멀젼 조성물의 연속 유성상을 포함하고 이것이 연료(fuel) 이다. 적합한 유기 연료는 제조 온도에서 액체 상태로 존재하는 지방족, 지환식 및 방향족 화합물과 이들의 혼합물을 포함한다. 적합한 유기 연료는 중유, 디젤오일, 증류액, 연료오일, 크로센, 나프타 및 미세결정 왁스, 파라핀 왁스, 슬랙 왁스 같은 왁스류, 파라핀 오일, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 아스팔트재료, 올레핀, 동물성 오일, 어류 오일, 기타 금속, 탄화수소 또는 지방 오일과 같은 저분자량 중합체 오일 및 이들의 혼합물 중에서 선택한다. 바람직한 유기 연료는 가솔린, 크로센, 중유 및 파라핀 오일과 같은 석유 증류액을 일반적으로 지시하는 탄화수소 액체이다.

전형적으로 에멀젼의 유기 연료 또는 연속상은 전체 조성물의 2 내지 15 중량 % 이고 바람직하게는 3 내지 10 중량 % 를 포함한다.

본 발명의 에멀젼 조성물 내에는 에멀젼 폭발성 조성물의 제조를 위해 본 분야에서 공지된 광범위한 에멀젼화제 중에서 선택한 에멀젼화제를 포함한다. 본 발명의 에멀젼 조성물에 사용되는 에멀젼화제는 알칸올아민의 폴리이소부틸렌 숙신산 무수물 (PiBSA) 유도체를 포함하는, 폴리[알킬(또는알켄일)] 숙신산 무수물과 알킬아민의 반응 생성물에 기초한 공지된 에멀젼화제 중 하나이다. 본 발명의 에멀젼에 사용되는 다른 적합한 에멀젼화제는 알콜 알콕시레이트, 페놀 알콕시레이트, 폴리(옥시알킬렌)글리콜, 폴리(옥시알킬렌) 지방산 에스테르, 아민 알콕시레이트, 소르비톨과 글리세롤의 지방산 에스테르, 지방산염, 소르비탄 에스테르, 폴리(옥시알킬렌) 소르비탄 에스테르, 지방 아민 알콕시레이트, 폴리(옥시알킬렌) 글리콜 에스테르, 지방산 아민, 지방산 아미드 알콕시레이트, 지방 아민, 4 차 아민, 알킬옥사졸린, 알켄일옥사졸린, 이미다졸린, 알킬술포네이트, 알킬아릴술포네이트, 알킬술포숙시네이트, 알킬포스페이트, 알켄일포스페이트, 포스페이트 에스테르, 레시틴, 폴리(옥시알킬렌)글리콜과 폴리(12 - 히드록시스테아르)산의 공중합체 및 이들의 혼합물을 포함한다.

상기 에멀젼화제 중 가장 바람직한 것은 2 - 알킬 -4,4' - 비스(히드록시메틸)옥사졸린, 2 - 알켄일 - 4,4' - 비스(히드록시메틸)옥사졸린, 소르비톨의 지방산 에스테르, 레시틴, 폴리(옥시알킬렌)글리콜과 폴리(12 - 히드록시스테아르)산의 공중합체 및 이들의 혼합물이고 특히 소르비탄 모노 - 올레이트, 소르비탄 세스퀴올레이트, 2 - 올레일 - 4,4' - 비스(히드록시메틸)옥사졸린, 소르비탄 세스퀴올레이트의 혼합물, 레시틴, 폴리(옥시알킬렌)글리콜과 폴리(1 - 히드록시스테아르산)의 공중합체 및 이들의 혼합물이다. 본 발명에서 사용한 특히 바람직한 부가적 에멀젼화제는 소르비탄 모노 - 올레이트와 같은 소르비탄 에스테르를 포함한다.

전형적으로 상기 에멀젼의 에멀젼화제는 에멀젼의 5 중량 % 까지 포함한다. 많은 양의 에멀젼화제를 사용하면 조성물을 위한 보충 연료로 작용하지만 일반적으로 바람직한 효과를 얻기 위해 5 중량 % 이상의 에멀젼화제를 첨가하는 것은 불필요하다. 안정한 에멀젼은 비교적 적은 양의 에멀젼화제를 사용할 때 형성되며 경제적 이유로도 에멀젼 형성에 필요한 최소량의 에멀젼화제를 사용하는 것이 바람직하다. 바람직한 에멀젼화제의 사용량은 유중수적형 에멀젼의 0.1 내지 2.0 중량 % 의 범위이다.

수성 비혼합 유기 연료상이외에 다른 선택적 연료 물질(하기에는 2 차 연료로 표기됨)을 에멀젼 조성물에 혼합시킬 수 있다. 2차 연료의 예로는 미세하게 쪼갠 고체와, 산소 방출염을 위한 용매인 물을 부분적으로 대체하거나 산소방출염을 위한 수성용매를 확장시키는데 사용할 수 있는 수성 비혼합 유기 액체를 포함한다. 고체 이차 연료의 예로는 황, 알루미늄 같은 미세하게 쪼갠 물질 및 길소나이트, 세분한 코크스 또는 숯 같은 탄소질 물질, 카아본 블랙, 아비에트산같은 수지산, 글루코오스 또는 덱스트로오스 같은 당 및 전분, 견과 가루, 곡물가루 및 나무펄프 같은 식물성 제품을 포함한다. 수성 - 비혼합 유기 액체의 예로는 메탄올 같은 알콜올, 에틸렌 글리콜같은 글리콜, 포름아미드와 요소같은 아미드 및 메틸 아민 같은 아민을 포함한다.

전형적으로 본 발명의 조성물 중 선택적인 2 차 연료 성분은 전체 조성물의 0 내지 30 중량 % 를 포함한다.

유중수적형 에멀젼 조성물은 많은 방법에 의해 제조할 수 있다. 바람직한 제조 방법은 다음과 같은 과정을 포함한다 : 염 용액의 퍼지점(fudge point) 이상의 온도, 바람직하게는 20 내지 110 ℃ 범위의 온도에서 산소 방출염을 물에 녹여 염 수용액을 만드는 단계 ; 염수용액, 수성 비혼합 유기상 및 에멀젼화제를 빠른 속도로 혼합하여 유중수적형 에멀젼을 형성하는 단계 : 및 에멀젼이 균일하게될 때까지 혼합시키는 단계.

본 발명의 에멀젼 조성물 내에는 산소 방출염 또는 그 자체가 폭발성 물질로 적합한 다른 물질 또는 그 혼합물이 더해질 수 있다.

예를들어 조성물에 가스를 공급하기 전 또는 후에 질산 암모늄의 알갱이 또는 미립자, 또는 질산 암모늄/중유 혼합물을 혼합시킬 수 있다.

또한 상기 기술된 폭발성 조성물에 첨가할 수 있는 선택적인 기타 부가물은 크롬산 아연 또는 중크롬산 아연 같은 농조화제 및 농축기 교차결합제, 분리물 또는 예를들어 중크롬산 칼륨과 안티몬 주석산 칼륨의 혼합물같은 종래 산화 - 환원계의 성분을 포함한다.

본 발명의 장치는 현존하는 MMU를 개조하여 만들 수 있다.

이러한 MMU's 의 형태는 오스트레일리아 특허 제 42838/85 호에 기술되어 있다. 예를들어, 가스생성용 조성물내 각각의 성분을 위한 저장 장치와 별도로 MMU's 는 산소방출염 알갱이 또는 미립자, 산소방출염 용액, 에멀젼, 중유, 화학적 부가물 및 기타 물질을 위한 저장 장치를 충분히 포함하도록 개조된다. 성분을 오오거(auger) 및 펌프와 같은 다양한 기계적 방법으로 저장 장치에서 이동해 핀밀(pinmill), 정적혼합 부분 및 기타 유사방법 같은 알맞은 방법에 의해 함께 혼합한다.

공정 관리(mornitoring)는 rpm 컴퓨터, 유출속도센서, 유압센서 및 전자 감지기와 같은 본 분야에 공지된 방법에 의해 수행한다.

본 발명을 다음 실시예에 의해 증명한다.

실시예 1

PiBSA 기저 유중수적형 에멀젼의 제조

다음과 같은 조성의 유중수적형 에멀젼을 다음 실시예에서 사용하기 위해 제조한다.

산화제 용액 - 질산 암모늄(78.9 중량 %)

물(20.7 중량 %)

완충용액(0.4 중량 %)

을 포함하는 90 중량 %

연료 상 - 탄화수소 오일/에멀젼화제의

혼합물을 포함하는 9 중량 %

에멀젼화제는 알칸올아민과 폴리(이소부틸렌) 숙신산 무수물 (PiBSA)의 반응 생성물의 비축합 아미드형태이다. 에멀젼은, 고온의 온도 (98℃)에서 질산 암모늄을 물에 용해시킨 다음 산화제 용액의 pH 를 4.2 가 되도록 조절하여 제조한다. 연료 상은 미세결정화 왁스를 녹여 탄화수소 오일/에멀젼화제의 혼합물에 섞어서 제조한다. 산화제 상을 98℃ 에서 느린 흐름으로 연료 상에 첨가하면서 빠르게 교반하여 균일한 유중수적형 에멀젼을 만든다.

가스생성용 조성물 및 유중수적형 에멀젼으로 첨가.

수용액에 다음 성분을 녹여 다음의 가스생성용 조성물을 만든다 ;

티오요소 3.0 중량 %

아질산 나트륨 6.9 중량 %

질산 암모늄 8.0 중량 %

물 82.1 중량 %

가스생성용 조성물을 유중수적형 에멀젼에 첨가하는 양은 0.5 중량 % 이다. 본 발명의 장치는, 에멀젼에 성분을 혼합하기 위한 혼합기관, 에멀젼 폭발물을 발파공으로 송출하기 위한 호스, 에멀젼 용기, 화합하여 가스를 발생시키는 성분을 위한 두 개의 용기, 용기의 반응 성분을 혼합장치로 공급하기 위한 도관 및 용기의 성분을 혼합장치로 공급하는 양과 속도를 조절하기 위한 조절 장치를 포함하도록 MMU 를 개조하여 만들어진다.

본 발명 장치의 용기는 폴리프로필렌 또는 스테인레스 스틸 탱크를 포함한다.

아질산 나트륨 (SNI)의 수용액은 본 발명 장치의 폴리프로필렌 탱크 한 개에 저장되는 반면, 질산 암모늄 (AN)과 티오요소는 하나의 독립된 폴리프로필렌 탱크에 저장된다. 유중수적형 에멀젼은 큰 부피의 스테인레스 스틸 탱크에 저장되고 탱크에서 MMU 에 있는 스테인레스 스틸 도관을 따라 기계에 의해 퍼올려진다. SNI 용액과 AN/티오요소 용액은 각 용기에서 분리된 도관으로 퍼올려지며 이 도관은 결국 하나의 도관을 형성하게 된다. 두 용액의 흐름이 하나의 흐름을 형성하기 위해 만남으로써 야기되는 교류는 AN, SNI 및 티오요소를 혼합시킨다.

혼합된 성분의 단일 흐름은, 유중수적형 에멀젼이 에멀젼 전체에 성분을 고르게 분산시키는 정적 혼합 부분을 지나가기 직전에 유중수적형 에멀젼으로 들어간다. 가스를 생성하기 위해 혼합된 성분을 첨가한 유중수적형 에멀젼은 스테인레스 스틸 도관의 남은 길이를 지나 유연한 적하 호스로 들어간다. 이 호스의 다른 끝은 발파공 내에 위치하고 있다. 발파공은 유중수적형 에멀젼과 혼합된 성분의 화합물로 채워진다. 이 성분들은 약 30 초후 가스를 생성하는 반응을 시작했고, 가스생성 반응이 끝나기까지 약 30 분이 소요되었다. 가스공급되지 않은 유중수적형 에멀젼의 경우에는 1.38 g/㏄ 의 밀도를 가지는 반면 가스공급된 유중수적형 에멀젼의 밀도는 1.08 g/㏄ 이다. 발파공은 성공적으로 폭파되었다.

실시예 2

실시예 1 에서 기술된 가스공급된 에멀젼 폭발물을 형성하는 방법을 같은 가스 생성 성분과 이 가스 생성 성분을 위한 3 개의 용기를 가진 같은 장치에서 반복하였다. 실시예 1 과 다른 가스 공급 방법은 아질산 나트륨 (SNI), 티오요소수용액 및 질산 암모늄 (AN)의 수용액을 3 개의 독립된 용기에 저장한다는 것이다. SNI 용액, 티오요소 용액 및 AN 용액은 각 용기에서 3 개의 독립된 도관으로 퍼올려지고 이 도관은 결국 하나의 도관을 형성하게 된다. 각 용액의 세 흐름이 한 흐름을 이루어 만나면서 형성된 교류는 AN, SNI 및 티오요소를 혼합시킨다.

혼합된 성분의 단일 흐름은, 유중수적형 에멀젼이 에멀젼 전체에 성분을 고르게 분산시키는 정적 혼합 부분을 지나기 직전에 유중수적형 에멀젼에 들어간다. 성분들과 혼합된 유중수적형 에멀젼은 스테인레스 스틸 도관의 남은 길이를 지나 유연한 적하 호스로 들어가며, 이 호스의 끝은 발파공에 위치한다.

발파공은 유중수적형 에멀젼과 혼합된 성분의 화합물로 채워진다.

혼합된 성분은 약 30 초 후에 반응을 시작하였고 가스생성 반응이 끝나기 까지 약 30 분이 소요되었다. 가스공급되지 않은 유중수적형 에멀젼의 밀도가 1.38 g/㏄ 인 것에 비해 가스공급된 유중수적형 에멀젼의 밀도는 1.08 g/㏄ 이다. 발파공은 성공적으로 폭파되었다.

실시예 3

본 발명의 가스공급된 에멀젼 폭발물의 제조방법은 수용액에 다음 성분들을 사용하였고 성분들의 화합물은 다음 조성을 갖는다 ;

요소 5.0 중량 %

아질산 나트륨 6.9 중량 %

황산 암모늄 11.4 중량 %

물 76.7 중량 %

아질산 나트륨 (SNI)과 요소의 수용액은 본 발명 장치의 한 용기에 저장하고, 질산 암모늄 (AN)과 요소의 수용액은 하나의 독립된 용기에 저장한다. SNI 용액과 AN/요소 용액을 각 용기에서 독립된 도관을 통해 작은 탱크로 퍼올리고 빨리 돌아가는 프로펠러를 이용해 함께 혼합한다. 예비배합물을 형성하고 이를, 유중수적형 에멀젼이 에멀젼 전체에 가스생성 성분을 고르게 분산시키는 점적 혼합 부분을 지나기 직전에 유중수적형 에멀젼에 유입시킨다. 성분과 혼합된 유중수적형 에멀젼은 스테인레스 스틸 도관의 남은 길이를 지나 유연한 적하 호스로 들어가며 이 호스의 끝은 발파공에 위치한다.

발파공은 유중수적형 에멀젼과 혼합된 성분의 화합물로 채워진다.

약 30 초 후에 혼합된 성분의 반응이 시작되어 가스 생성 반응이 약 30 분 후 끝난다. 가스공급되지 않은 유중수적형 에멀젼의 밀도가 1.38 g/㏄ 인 것에 반해, 가스공급된 유중수적형 에멀젼의 밀도는 1.00 g/㏄ 이다. 발파공은 성공적으로 폭파되었다.

실시예 4

본 발명의 가스 공급 방법, 즉 실시예 1 에 기술된 동일한 가스생성 성분을 같은 비율로 사용하여 수행하였다. 그러나, 본 실시예에서는 아질산 암모늄 (SNI)의 수용액과 질산 암모늄/티오요소 용액을 예비배합하지 않았다. 상기 두 용액을, 유중수적형 에멀젼이 에멀젼 전체에 두 용액의 흐름을 고르게 분산시키는 정적 혼합 부분을 지나기 직전에 직접 유중수적형 에멀젼에 유입시킨다. 두 용액과 혼합된 유중수적형 에멀젼은 스테인레스 스틸 도관의 남은 길이를 지나 유연한 적하 호스로 들어가며 이 호스의 끝은 발파공에 위치한다.

발파공은 유중수적형 에멀젼과 혼합된 성분들의 화합물로 채워진다.

약 30 분 후에 혼합된 성분의 반응이 시작되어 약 3 시간 후 가스생성 반응이 끝난다. 가스공급되지 않은 유중수적형 에멀젼의 밀도가 1.38 g/㏄ 인 것에 비해 가스공급된 유중수적형 에멀젼의 밀도는 1.14 g/㏄ 이다.

실시예 1 과 실시예 4 의 결과 비교로 SNI 용액과 AN/티오요소를 유중수적형 에멀젼에 첨가하기 전에 예비배합하지 않았을 때 보다 예비배합 했을 때 가스생성 반응이 더 빠르고 가스공급된 에멀젼의 최종 밀도가 더 낮다는 것을 알 수 있다.

실시예 5

다음의 수성 성분을 실시예 1 에 지시된 비율로 본 발명의 장치를 사용하여 혼합하였다 ;

탄산 나트륨 10.6 중량 %

아세트 산 0.1 M 용액내 12.0 중량 %

물 잔여분

유중수적형 에멀젼에 첨가하는 성분들의 비율은 0.5 중량 % 이다. 본 실시예 장치는 처음부터 만들어졌다. 장치의 용기는 폴리프로필렌 또는 스테인레스 스틸 탱크를 포함한다.

탄산 나트륨 수용액을 본 발명 장치의 한 용기에 저장하고 아세트산 수용액은 하나의 독립된 용기에 저장한다. 유중수적형 에멀젼을 한 개의 부피가 큰 스테인레스 스틸 용기에 저장하고 이 저장 용기에서 장치의 스테인레스 스틸 도관으로 기계에 의해서 퍼올린다.

탄산 나트륨 용액과 아세트산 용액이 각각의 도관을 통해 각 용기로 부터 퍼올려지고 이 도관들은 결국 하나의 도관을 이루어 접하게 된다. 두 용액의 흐름이 만나 하나의 흐름을 만들면서 형성된 교류는 탄산 나트륨과 아세트산을 전체적으로 혼합시킨다. 혼합된 두 성분의 한 흐름은, 유중수적형 에멀젼이 에멀젼 전체에 가스생성용 조성물을 고르게 분산시키는 정적 혼합 부분을 지나기 직전에 유중수적형 에멀젼에 유입된다. 혼합된 두 성분과 결합된 유중수적형 에멀젼은 몇 초만에 스테인레스 스틸 도관의 남은 부분을 지나 유연한 적하 호스에 들어가며, 이 호스의 끝은 발파공에 위치한다.

발파공은 유중수적형 에멀젼과 혼합된 성분의 화합물로 채워진다.

성분은 즉시 반응을 시작하고 약 20 분후 가스생성 반응이 끝난다.

가스 공급되지 않은 유중수적형 에멀젼의 밀도가 1.38 g/㏄ 인 것에 비해 가스공급된 유중수적형 에멀젼의 밀도는 1.10 g/㏄ 이다. 발파공은 성공적으로 폭파되었다.

반응성분으로 탄산 나트륨/아세트산을 사용하여 가스공급된 유중수적형 에멀젼이 성공적으로 폭발하지만 밀도의 감소는 실시예 1 의 아질산 나트륨/질산 암모늄 성분을 사용한 경우만큼 크지 않다. 가스 생성의 정도 또는 효율의 차이는 유중수적형 에멀젼에 대한 이산화탄소 가스의 용해도가 크기 때문에 나타난다고 추측된다.

실시예 6

실시예 1 의 가스 생성을 위한 에멀젼과 성분을 본 발명의 장치 및 제조방법을 사용하여 30 미터의 발파공에 적하한다. 발파공에 적하할 때, 에멀젼에 첨가하는 전체 가스생성 성분의 비율을 에멀젼의 0.9 중량 % 에서 0.2 중량 % 로 변화시킨다. 발파공 끝에서 에멀젼 폭발물의 밀도는 0.6 g/㏄ 이고 발파공의 길이에 따라 일정하게 밀도를 증가시켜 발파공 입구 (collar)에서의 밀도가 1.12 g/㏄ 가 된다. 발파공은 성공적으로 폭파되었다.

실시예 7

실시예 1 의 가스생성을 위한 에멀젼과 성분외에 두 개의 선택 성분인 방연(anti-fume)액체와 요소 용액을 포함하는 에멀젼 폭발성 조성물을 제조한다. 이 방연 액체와 요소 용액은 에멀젼 조성물의 15 중량 % 를 포함한다. 방연액체 및 요소 용액을 각각의 용기에서 보관하고 가스생성 성분을 첨가하기 직전에 에멀젼으로 공급한다. 이 조성물을 직경 32 ㎜, 깊이 10 미터의 발파공 2 개에 적하한다. 두 발파공 모두 연기 형성없이 성공적으로 폭파되었다.

실시예 8

실시예 1 의 가스생성을 위한 에멀젼과 성분외에 선택 성분으로 염화 나트륨 용액을 포함하는 허가된 에멀젼 폭발성 조성물을 제조한다.

염화 나트륨 용액 (에멀젼 조성물의 2.5 중량 %)을 가스생성을 위한 성분과 같이 에멀젼에 공급한다. 이 허가된 폭발성 조성물을 직경 22 ㎜, 깊이 10 미터의 지하 발파공 두 개에 적하한다. 두 발파공 모두 연기 형성없이 성공적으로 폭파되었다.

바람직한 실시예와 관련하여 본 발명을 설명하였지만, 실시예의 여러 변형은 명세서를 읽은 본 분야의 전문가들에게는 명확하게 이해될 것이다.

따라서, 본 명세서에서 기술된 발명은 청구범위 내의 변형된 형태를 포함하고 있다.

Claims (43)

1. 에멀젼 폭발물의 제조를 위한 장치는 제어 방식으로 에멀젼 폭발물의 조성을 연속적으로 변화시킬 수 있되, 다음을 포함하고 있는 에멀젼 폭발물 제조장치 ;

   (ⅰ) 성분을 에멀젼에 혼합하기 적합한 적어도 한 개의 혼합기관 ;

   (ⅱ) 상기 혼합기관에서 발파공 또는 패키지로 에멀젼 폭발물을 보내는 적어도 하나의 송출(delivery) 기관 ;

   (ⅲ) 에멀젼을 위한 적어도 하나의 용기 ;

   (ⅳ) 에멀젼에 공급하기 위해 화합하여 가스를 생성하는 성분을 위한 적어도 2 개의 용기 ;

   (ⅴ) 선택적으로 에멀젼 또는 에멀젼 폭발물에 첨가하는 선택 성분을 위한 용기들 ;

   (ⅵ) 상기 용기에서 혼합 기관으로 각 성분을 공급하기 위한 공급기관 ; 및

   (ⅶ) 혼합 기관으로 공급하는 성분의 양과 속도를 조절하여 제어방식으로 에멀젼의 조성을 연속적으로 변화시킬 수 있는 조절기관.
2. 제 1 항에 있어서, 혼합기관을 핀밀(pinmill), 정적 혼합 부분, 액체주입 기관 및 이들의 혼합장치 중에서 선택함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 공급기관을 오오거, 펌프 및 이들의 혼합장치 중에서 선택함을 특징으로 에멀젼 폭발물 제조장치.
4. 상기 전 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합기관으로 성분공급의 양 또는 속도는 에멀젼 폭발물질의 물리적 특성 및/또는 화학적 조성을 변화시키기 위해 사용함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조장치.
5. 제 4 항에 있어서, 변화하는 물리적 특성은 에멀젼 폭발물의 밀도 및/또는 에너지임을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조장치.
6. 상기 전 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 선택 성분을 가스 생성 촉진제, 가스 생성 촉매, 염, 방연(anti-fume)제, 반응억제제, 폭발성 조성물의 분해 억제제, pH 완충 농조화제, 농축기 교차 결합제 및 이들의 혼합물 중에서 선택함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조장치.
7. 상기 전 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 반응하여 에멀젼 증감화를 위한 가스를 발생하는 성분중 하나는 아질산 무기염, 암모늄염, 질산 무기염과 촉진제의 혼합물 및 암모늄염과 촉진제의 혼합물 중에서 선택함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조장치.
8. 상기 전 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 반응하여 에멀젼 증감화를 위한 가스를 발생하는 성분은 아질산 무기염과 암모늄염을 포함함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조장치.
9. 상기 전 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 반응하여 가스를 발생하는 둘 이상의 성분을 에멀젼에 혼합하기 전에 예비배합하기 위한 기관을 포함함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조장치.
10. 제 9 항에 있어서, 예비배합을 위한 기관은 혼합 용기 또는, 둘 이상 성분의 유체 흐름이 결합하여 형성된 교류 장소를 포함함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조장치.
11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 암모늄염은 염화 암모늄, 질산 암모늄, 염소산 암모늄, 황산 암모늄, 과염소산 암모늄, 티오시안산 암모늄 및 이들의 혼합물 중에서 선택함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조장치.
12. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 아질산염은 알칼리 토금속 아질산염, 알칼리 금속 아질산염 또는 이들의 혼합물 중에서 선택함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조장치.
13. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 촉진제는 티오요소, 요소. 티오시안산염, 요오드화물, 시안산염, 아세트산염 및 이들의 혼합물 중에서 선택함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조장치.
14. 제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 반응하여 가스를 발생하는 성분들 각각은 전체 조성물의 25 중량 % 미만으로 포함함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조장치.
15. 상기 전 청구항 중 어느 한 항의 장치를 사용하여 제조된 모든 에멀젼 폭말물.
16. 상기 전 청구항 중 어느 한 항의 장치를 사용하여 제조된 에멀젼 폭발물이 적하되어 있는 발파공.
17. 제 16 항에 있어서, 적하된 에멀젼 폭발물의 화학조성 및/또는 물리적 특성은 발파공의 부분 또는 길이에 따라 변화함을 특징으로 하는 발파공.
18. 제 17 항에 있어서, 변하는 물리적 특성은 에멀젼 폭발물의 밀도 및/또는 에너지임을 특징으로 하는 발파공.
19. 제 1 항 내지 14 항 중 어느 한 항에 따라 제조된 에멀젼 폭발물과 폭약통을 포함하는 포장된 폭발물.
20. 에멀젼 폭발물의 제조방법은 증감화된 또는 부분적으로 증감화된 에멀젼 폭발물을 발파공 사이와 발파공 내의 상이한 조성 조건을 맞추기 위하여 제어방식으로 상기 폭발물의 조성을 연속적으로 변화시킬 수 있되, 다음을 포함하는 장치에서 화합하여 에멀젼에 공급하기 위한 가스를 생성하기에 적합한 적어도 두 개의 성분과 에멀젼을 혼합하는 과정을 포함하는 제조방법:

    ⅰ) 성분을 에멀젼에 혼합하기에 적합한 적어도 하나의 혼합기관 ;

    ⅱ) 에멀젼 폭발물을 상기 혼합기관에서 발파공 또는 패키지로 보내기 위한 적어도 하나의 송출기관 ;

    ⅲ) 에멀젼을 위한 적어도 하나의 용기 ;

    ⅳ) 화합하여 상기 에멀젼에 공급하기 위한 가스를 발생시키는 성분을 위한 적어도 두 개의 용기 ;

    ⅴ) 선택적으로 에멀젼에 첨가하기 위한 선택 성분의 용기 ;

    ⅵ) 상기 성분을 각 용기에서 혼합기관으로 공급하기 위한 공급기관 ; 및

    ⅶ) 혼합기관으로 공급하는 성분의 양 또는 속도를 조절하여 제어 방식으로 에멀젼 폭발물의 조성을 연속적으로 변화시킬 수 있는 조절기관
21. 제 20 항에 있어서, 혼합기관은 핀밀(pinmill), 정적 혼합 부분, 액체 주입기관, 및 이들의 복합장치 중에서 선택함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조방법.
22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서, 공급기관은 오오거(auger), 펌프 및 이들의 복합장치 중에서 선택함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조 방법.
23. 제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 성분을 혼합기관으로 공급하는 양 또는 속도는 에멀젼 폭발물의 물리적 특성 및/또는 화학 조성을 변화시킴을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조방법.
24. 제 23 항에 있어서, 변하는 물리적 특성은 에멀젼 폭발물의 밀도 및/또는 에너지임을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조방법.
25. 제 20 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 선택성분은 가스생성 촉진제, 가스생성 촉매, 염, 방연제, 반응 억제제, 에멀젼 조성물 분해 억제제, pH 완충 농조화제, 농축기 교차 결합제, 이들의 혼합물 중에서 선택함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조방법.
26. 제 19 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 반응하여 에멀젼 증감화를 위한 가스를 생성하는 성분 중 하나는 아질산 무기염, 암모늄염, 질산 무기염과 촉진제의 혼합물 및 암모늄염과 촉진제의 혼합물 중에서 선택함을 특징으로 하느 에멀젼 폭발물 제조 방법.
27. 제 19 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 반응하여 에멀젼 증감화를 위한 가스를 생성하는 성분은 아질산 무기염과 암모늄염을 포함함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조방법.
28. 제 29 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 반응하여 가스를 생성하는 둘 이상의 성분을 에멀젼에 혼합하기 전에 예비배합하는 기관을 포함함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조방법.
29. 제 28 항에 있어서, 예비배합을 위한 기관은 혼합 용기 또는, 둘이상 성분의 유체 흐름이 결합하여 형성된 교류 장소를 포함함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조방법.
30. 제 26 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 암모늄염은 염화 암모늄, 질산 암모늄, 염소산 암모늄, 황산 암모늄, 과염소산 암모늄, 티오시안산 암모늄 및 이들의 혼합물 중에서 선택함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조방법.
31. 제 26 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 아질산염은 알칼리 토금속 아질산염, 알칼리 금속 아질산염 또는 이들의 혼합물 중에서 선택함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조방법.
32. 제 26 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 촉진제는 티오요소, 요소, 티오시안산염, 요오드화물, 시안산염, 아세트산염 및 이들의 혼합물 중에서 선택함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조방법.
33. 제 26 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 반응하여 가스를 발생하는 성분들 각각은 전체 조성물의 25 중량 % 미만으로 포함함을 특징으로 하는 에멀젼 폭발물 제조 방법.
34. 제 20 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항의 방법을 이용하여 제조된 에멀젼 폭발물.
35. 상기 전 청구항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 에멀젼 폭발물이 적하된 발파공.
36. 제 35 항에 있어서, 적하된 에멀젼 폭발물의 화학조성 및/또는 물리적 특성이 발파공 길이의 부분에 따라 변화함을 특징으로 하는 발파공.
37. 제 36 항에 있어서, 변하는 물리적 특성이 에멀젼 폭발물의 밀도 및/또는 에너지임을 특징으로 하는 발파공.
38. 제 20 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 에멀젼 폭발물이 적하되어 있되, 에멀젼 폭발물의 화학 조성 및/또는 물리적 특성이 적어도 두 개의 발파공 사이에서 변화됨을 특징으로 하는 발파공.
39. 제 20 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 에멀젼 폭발물이 적하된 폭약통을 포함하고 있는 포장된 폭발물.
40. 본 명세서의 실시예와 관련하여 기술된 에멀젼 폭발물 제조장치.
41. 본 명세서의 실시예와 관련하여 기술된 에멀젼 폭발물 제조방법.
42. 본 명세서의 실시예와 관련하여 기술된 방법 또는 장치를 사용하여 적하된 발파공.
43. 본 명세서의 실시예와 관련하여 기술된 방법 또는 장치에 의해 제조된 에멀젼 폭발물.