NO156150B - Fremgangsmaate og anordning til revisjon i et system til melding av fare, saerlig brannfare. - Google Patents

Abstract

Foreliggende oppfinnelse vedrører et emulsjonssprengstoff av vann-i-olje typen og har høy resistens mot oppløsning i vann. Sprengstoffet er ikke-fenghettefølsomt og kan patroneres, alene eller i blanding med ANFO. Det kan også anvendes i bulksystemer. Sprengstoffet inneholder i vektprosent 60-90 ammonium- og kalsiumnitrat, 4-15 krystallisasjonstemperatur-senkende middel, fortrinnsvis urea, samt 2-6 voks og/eller en voks-/oljeblanding. Innholdet av vann består i det vesentlige av krystallvann bundet til kalsiumnitratet. Videre inneholder sprengstoffet emulgator og tetthetsreduserende midler som natriumnitrit/thiourea eller hule mikrokuler.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et emulsjonssprengstoff av vann-i-olje typen som har høy resistens mot oppløsning i vann. Sprengstoffet omfatter oksydasjonsmidlene ammoniumnitrat og kalsiumnitrat og et middel som senker krystallisasjonstemperaturen til blandingen av oksydasjonsmidlene, samt vann, emulgator, tetthetsreduserende middel og et hydrokarbon brensel.

Det er et økende behov for forbedrede, energirike og effeKtive sprengstoff, spesielt i gruve- og anleggssektoren. I de senere år har man fått flere typer sprengstoff å velge mellom. Et sprengstoff som anvendes, er ANFO (Ammonium Nitrat Fuel Oil), som hovedsakelig består av frittflytende ammoniumnitratpartikler impregnert med noen få prosent olje. En egenskap ved dette sprengstoff som har begrenset dets anvendelse, er dets dårlige vannbestandighet.

Vann som trenger inn i borehullene, har forøvrig alltid vært et

problem også ved bruk av andre typer sprengstoff. Det har derfor i lang tid vært arbeidet med å fremstille vannbestandige sprengstoffer som samtidig har god sprengvirkning og lave produksjons-kostnader .

I 1960- og 1970-årene fikk man gjennomslag på det amerikanske marked for de såkalte vanngelsprengstoffer og emulsjonsspreng-stof fer. Disse sprengstoffer er vannbasert (10-20% H20) og har ikke lenger ANFO's hovedkarakteristika, nemlig pneumatisk lad-ning. Disse nye sprengstoffer må følgelig lades i hullene ved pumping eller i pakket form. Vanngel- og emulsjonssprengstoffene er bedre enn ANFO med hensyn til bestandighet mot oppløsning og utvasking med vann.

De siste årene har de såkalte inverterte emulsjoner (vann-i-olje) preget utviklingen innenfor vannbaserte sprengstoff. Disse består generelt av en kontinuerlig hydrokarbonfase og en diskontinuerlig, dispergert vandig fase av oksygenavgivende komponenter. Enkelte emulsjonssprengstoffer inneholder tilsatsstoffer som bidrar til å gi dem øket sensitivitet og øket energiinnhold.

Innenfor området emulsjonssprengstoff er det fra patentsøknad SE 78.11001 videre kjent et ikke-fenghettefølsomt sprengstoff som er angitt å ha relativt gode lagringsegenskaper og vannbestandighet. Ifølge søknadens eksempel anvendes ammoniumnitrat, kalsiumnitrat og natriumnitrat som oksygenavgivende komponenter, og sprengstoffet inneholder videre 3-6% fritt vann, 3-5% urea, 4-6% olje, emulgeringsmiddel og mikrokuler av glass. Ifølge patentsøknaden er sprengstoffet beregnet brukt som rørladning, og det har følgelig relativt lavt energiinnhold.

Patentsøknaden SE 78.11002 omhandler primært fremstillings-teknikk for et ikke-fenghettefølsomt emulsjonssprengstoff med de samme komponenter som i ovennevnte rørladning.

Formålet med foreliggende oppfinnelse var å komme frem til et vannbestandig emulsjonssprengstoff med relativt høyt energiinnhold og som var økonomisk å produsere og enkelt å lade i borehullene.

Et ytterligere formål var å fremstille et emulsjonssprengstoff som hadde ammoniumnitrat (AN) og kalsiumnitrat (CN) som de primære oksygenavgivende komponenter.

Noen av de kjente emulsjonssprengstoffer har relativt nøy vannbestandighet, men deres energiinnhold og sensitivitet er vesentlig redusert pga. det inkorporerte vann, som dertil krever energi for å fordampes under sprengningen.

Oppfinnerne fant at man ville utvikle et emulsjonssprengstoff, men da med høyere energiinnhold enn de kjente på området. Man ønsket å komme frem til et sprengstoff som kunne patroneres eller anvendes som en pumpbar emulsjon, alene eller i blanding med ANFO.

Det var i utgangspunktet fem parametre man fant nødvendig å kartlegge:

1. Vannbestandighet

2. Lagringsstabilitet

3. Emulgeringstemperatur

4. Overslagsevne/koblingseffekt

5. Trykkfølsomhet

For å ha et sammenligningsgrunnlag ved de videre forsøk, tok man og testet ett kjent sprengstoff med hensyn på vannbestandighet. Det kjente sprengstoffet, her kalt A, tilsvarer det som er om-talt i SE 78.11001 og SE 78.11002. De innledende undersøkelser viste at sprengstoff A løstes overraskende lett i vann, og etter 48 timer var vekttapet 8,1 vektprosent.

Oppfinnerne var kjent med at det for vannbeskyttelse av sprengstoff har vært anvendt voks. Det ble forsøkt å anvende voks helt eller delvis som brennstoffkomponent. Det viste seg imidlertid at det var svært vanskelig å emulgere oksydasjonsmidler inn i voks.

Man ønsket å anvende en oksydasjonsmiddelblanding med lavt krystall isas jonspunkt . Ved fremstilling av vannbaserte sprengstoffer oppnås dette i de fleste tilfeller ved tilsats av vann. Emulger-ing av en slik løsning med voks ville imidlertid gi et sprengstoff med lavere energiinnhold enn man ønsket. For å senke krystall isasjonstemperaturen til oksydasjonsmiddelblandingen, for-søkte man å tilsette disse midlene noe urea, bl.a. slik som om-talt i ovennevnte svenske patentskrift. Det ble nå laget en serie blandinger av ammoniumnitrat, kalsiumnitrat og urea samt varierende mengder vann. Med kalsiumnitrat (CN) menes i denne søknad kalsiumnitrat av teknisk kvalitet, og det kan defineres som 5 Ca (N03)2 . NH4N03 . 10 H20. Dette produkt inneholder ca. 6% AN, ca. 79 vektprosent kalsiumnitrat og ca. 15 vektprosent vann bundet som krystallvann. Det viste seg da at man kunne få oksydasjonsmiddelblandinger med en krystallisasjonstemperatur som var meget lav, eksempelvis 60°C, selv når mengdene av fritt vann var lik null. Forannevnte blandinger ble så forsøkt emulgert inn i olje og/eller voks. Ved bruk av bare voks som brennstoff, i tillegg til nærværende urea, viste det seg dertil nødvendig at spesielle typer voks ble anvendt. Det lot seg imidlertid gjøre å emulgere en blanding bestående av ammoniumnitrat, kalsiumnitrat, urea og voks samt emulgator. Ved de innledende undersøkelser av disse blandingers vannbestandighet, fant man at det var mulig å fremstille et emulsjonssprengstoff av typen vann-i-olje, men uten nærvær av fritt vann. Sprengstoffet vil imidlertid inneholde noe vann pga. at den an-vendte kalsiumnitrat inneholder krystallvann. Teoretisk sett skulle et slikt sprengstoff ha et høyt energiinnhold i og med dets lave totale innhold av vann. Spørsmålet ble så om et slikt sprengstoff ville gi positive utslag på de andre parametrene som er nevnt foran.

Før undersøkelse av sprengstoffets ytterligere egenskaper

ble prøveblandingene tilsatt forskjellige typer av tetthetsreduserende midler. Det ble anvendt gassdannende midler som natriumnitrit sammen med thiourea. Noen av prøvende ble tilsatt mikrokuler av glass for å senke sprengstoffets tetthet og for å øke dets sensitivitet, idet gassboblene eller de hule glass-kulene virker som såkalte "hot spots".

Ettersom de innledende forsøk hadde vist at anvendelse av olje som brennstoff i sprengstoffet medførte lavere vannbestandighet enn når voks ble brukt som brennstoff, måtte man undersøke nærmere hvilke typer voks som kunne anvendes. Kravene som måtte stilles til voksen var av tildels motstridende karakter. Under-søkelsene av anvendelige vokstyper viste at man fortrinnsvis burde bruke petroleumvoks og med et smeltepunkt mellom 30 og 60°C.

De videre undersøkelser viste at ved anvendelse av spesielle forhold mellom AN, CN og urea samt anvendelse av bare voks som primærbrensel istedenfor som vanlig olje, fikk man sprengstoff med uventet høy vannbestandighet. Det bemerkes her at urea virker både som krystallisasjonstemperatur-senkende middel og som brensel. Ved regulert tilsats av i og for seg kjente tetthetsreduserende midler, oppnådde man også god overslagsevne og trykkfølsomhet. Det nye sprengstoffet hadde også et vesentlig høyere energiinnhold enn kjente emulsjonssprengstoffer som ikke er tilsatt spesielle additiver som Al for å øke energiinnholdet og var i så henseende fullt på høyde med ANFO-sprengstoffer.

Det spesielle ved oppfinnelsen er som definert i de etter-følgende patentkrav.

oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart i tilknytning til eksemplene, som viser fremstilling og testing av flere typer vann-i-olje emulsjonssprengstoff. Oksydasjonsmidlene ble først blandet med vann og/eller urea og holdt på en temperatur like over nitratløsningens krystallisasjonstemperatur. De forskjellige emulsjonssprengstoffer ble patronert i polyetylenfolie og hver patron veide ca. 600 g og hadde en diameter på ca. 50 mm.

Eksempel 1

Dette eksempel viser vannbestandighet til sprengstoffer som ut-settes for sirkulerende vann. Oppsnittede patroner ble plassert i et rør på 60 mm, hvorigjennom det strømmet 2 1 vann pr. time. Det ble brukt to typer voks, nemlig I som har et smeltepunkt på 38°C og et oljeinnhold på 15-20%, og II som har et smeltepunkt på 58°C og et oljeinnhold på 10%. Mengden av komponentene er angitt i vektdeler. Forkortelsen SN står for natriumnitrat.

Til alle sprengstoffene ble det tilsatt 0,5% av en sorbitan fettsyreester som emulgator.

Følgende seks sprengstoffer ble testet:

Siste kolonne i tabellen angir vekttap i %, dvs. den del av sprengstoffet som løstes i sirkulerende vann i løpet av 48 timer. Høy verdi for "vekttap" viser dårlig vannbestandighet. Således vil vannbestandigheten til sprengstoff F ifølge oppfinnelsen være 100 ganger høyere enn for sprengstoff A. Også sprengstoffet H ifølge oppfinnelsen har langt høyere vannbestandighet enn de kjente sprengstoffene A og B samt sprengstoffene C-E, som ligger utenfor oppfinnelsen. Det understrekes at vekttapet for sprengstoff F stabiliserer seg etter 5 timer, mens det for sprengstoff H øker svakt i ca. 18 timer, hvorpå det blir tilnærmet konstant.

I figur 1 er vekttapet i % for de forskjellige sprengstoffene vist som funksjon av tiden. Som figuren viser, vil vekttapet for de andre sprengstoffer flate ut på et langt høyere nivå og øker tildels sterkt med tiden.

Vannbestandigheten i stillestående vann ble også testet. Det relative forhold mellom vannbestandighetene til sprengstoffene A-H var tilnærmet det samme som ved undersøkelsene i sirkulerende vann. Denne test bekreftet følgelig at sprengstoff ifølge oppfinnelsen har en meget høy vannbestandighet som er langt bedre enn for de kjente sprengstoffer.

Ettersom undersøkelsene angående vannbestandigheten ga så gode resultater for sprengstoffet F, satte man i gang å undersøke de andre parametrene bare for dette sprengstoffet. Først ble lagringsstabiliteten undersøkt. Forsøkene ble utført ved at patronene ble syklet mellom +20°C og -18°C. Oppholdstiden var ca. 8 timer ved -18°C og ca. 16 timer ved 20°C. Det ble utført i alt 20 syklinger. Det var ikke mulig rent visuelt å registrere noen forskjell mellom de patronene som ble lagret ved +20 C og de som var blitt utsatt for temperatursykling. Alle virket homogene og uten tegn til faseseparasjon.

Det viste seg også at krystallstrukturen til en blanding av ammoniumnitrat og kalsiumnitrat ble vesentlig endret ved introduksjon av urea. Når man blandet sammen 44 vektdeler AN,

44 vektdeler CN og 12 vektdeler fritt vann, fikk man en blanding som krystalliserer ved 38°C og som etter henstand ved romtemperatur blir relativt hård. Hvis man derimot bytter ut de 12 vektdeler vann med like mange vektdeler urea, øker krystallisasjonstemperaturen til 59°C, og denne nye blanding får ved henstand ved romtemperatur en grøtaktig konsistens. Ved å anvende urea istedenfor fritt vann, kan man få en oksydasjonsmiddelblanding eller nitratløsning som ikke blir hård ved romtemperatur og som følgelig kan transporteres ved pumping og blandes med andre komponenter, for eksempel et hydrokarbonbrensel til et emulsjonssprengstoff.

Undersøkelser av overslagsevne/koblingseffekt samt trykkfølsom-het for sprengstoffene ifølge oppfinnelsen, viste at det var mulig å oppnå gode resultater for disse parametrene ved riktig valg av tetthetsreduserende midler. Når sprengstoffet skal patroneres, vil det i de fleste tilfeller være en fordel å bruke hule glasskuler som tetthetsreduserende middel. Følgende eksempel viser detonasjonstesting av et sprengstoff ifølge oppfinnelsen.

Eksempel 2

Et sprengstoff med følgende sammensetning, i vektprosent, og egenskaper ble detonert i stålrør på 36 mm og 54 mm.

Detonasjonsforsøket ga følgende resultat:

- Diameter = 36 mm, Detonasjonshastighet = 4500 m/s

- Diameter = 54 mm, Detonasjonshastighet = 5000 m/s

Det ble også bekreftet at sprengstoffet var ikke-fenghetteføl-somt.

Ved fremstilling av sprengstoff til bruk i bulk, er det mulig

å anvende regulert gassing ved fylling av hullet, og dette vil redusere problemet med for høy trykkfølsomhet. Man kan f.eks. tilsette mye gassdanner i bunnen og redusere tilsatsen etter hvert som hullet fylles. Også ved sprengstoff for bruk i bulk kan man anvende hule glasskuler.

Sprengstoff ifølge oppfinnelsen kan, som foran angitt, frem-stilles under anvendelse av sorbitan fettsyreestere som emulgator, men andre emulgatorer kjent ved fremstilling av vann-i-olje sprengstoffer kan også anvendes.

Som oksygengivende komponenter i sprengstoff ifølge oppfinnelsen, har det vist seg mest fordelaktig å anvende ammoniumnitrat og kalsiumnitrat. Det vil imidlertid være innenfor opp-finnelsens ramme at den oksygenavgivende nitratløsningen eller smelte som emulgeres med voks også inneholder andre oksygenavgivende alkali- eller jordalkalisalter. Det vesentlige er at man har en emulgerbar smelte eller løsning hvis innhold av fritt vann er meget lavt, helst lik null.

Urea er funnet å være det best egnede middel for å senke nitrat-løsningens krystall isasjonstemperatur og samtidig gi en emulgerbar løsning eller smelte. Sprengstoffet ifølge oppfinnelsen kan inneholde 4-15 vektprosent urea, fortrinnsvis 10-12 vektprosent.

Som det fremgår av foranstående eksempler, har man med foreliggende fremgangsmåte kommet fram til et nytt emulsjonssprengstoff med en langt høyere vannbestandighet enn kjente emulsjonssprengstoffer. Det nye sprengstoff fyller dertil de vanlige krav til initierbarhet, detonasjonshastighet, lagringsegenskaper etc.

Sprengstoffet kan pakkes i ulike patrondiametre alene eller i blanding med for eksempel ANFO. Det kan også brukes i rørlad-ninger. Videre kan man anvende sprengstoffet i bulksystemer.

Claims (3)

1. Emulsjonssprengstoff av vann-i-olje typen og med høy resistens mot vann, omfattende ammoniumnitrat, kalsiumnitrat, vann, et krystallisasjonstemperatur-senkende middel, samt emulgator, tetthetsreduserende middel og et hydrokarbonbrensel, karakterisert ved at sprengstoffet inneholder 35-45 vektprosent ammoniumnitrat, 35-45 vektprosent kalsiumnitrat inklusive krystallvann, 4-15 vektprosent urea som krystallisa-sjonstermperatur-senkende middel, uraffinert voks med et oljeinnhold på 10-25 % og et smeltepunkt på 30-60 °C/ som hydrokarbonbrensel i en mengde på 2-6 vektprosent og sorbitan fettsyre-ester som emulgator og at innholdet av vann i det vesentlige består av krystallvann bundet til kalsiumnitratet.

2. Emulsjonssprengstoff ifølge krav 1, karakterisert ved at det inneholder 10-12 vektprosent urea.

3. Sprengstoff ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at det som tetthetsreduserende middel anvendes på i og for seg kjent måte natriumnitrit og thiourea som gassdannende middel, eller hule mikrokuler.