NO321065B1 - Fremgangsmate og anordning for pa-stedet tilvirkning av eksplosiver fremstilt av et vannbasert oksiderende produkt - Google Patents

Description

Område for oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en installasjon for på-stedet tilvirkning av sprengstoff ved å innlemme brensel og gas i et vannbasert oksiderende produkt med dannelsen av emulsjon eller dispergering av brenselet og gassen i væskeblandingen.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Initieringsmekanismen for sprengstoff ved generering av varme punkter grunnet den adiabatiske kompresjon av gassbobler er grunnlaget for moderne industrielle sprengstoff formulert uten komponenter som i seg selv er eksplosive.

Innføringen av gassbobler kan gjøres enten ved innfanging under blandingen eller ved dens dannelse ved hjelp av en kjemisk reaksjon. US patent 3,400,026 beskriver en formulering som benytter protein i oppløsning (albumin, colla-gen, soyaprotein, etc.) for å favorisere dannelsen av bobler og deres stabilisering. US patent 3,582,411 beskriver en formulering av eksplosiv hydrogel som inneholder et skumfremmende middel av guargummi typen modifisert med hydroksylgrupper.

US patent 3,678,140 beskriver en fremgangsmåte for innlemmingen av luft ved hjelp av anvendelsen av protein-løsninger, ved å få sammensetningen til å passere gjennom en serie åpninger ved trykk på 40 til 160 psi og samtidig å introdusere luft ved hjelp av utstrømninger.

Innlemmingen av gassbobler ved hjelp av deres generering som et resultat av en kjemisk reaksjon er beskrevet i US patenter nr. 3,706,607, 3,711,345, 3,713,919, 3,770,522, 3,790,415, og 3,886,010.

Angående på-stedet tilvirkningen av sprengstoff, det vil sik i selve lastebilen som anvendes for å pumpe sprengstoffet inn i borehullene, er de første patentene fra IRECO, som beskrevet i US patenter 3,303,738 og 3,338,033. Disse patenter er karakterisert ved tilvirkning i lastebilen av et sprengstoff av hydrogel typen ved hjelp av dosering og blanding av en væskeløsning av oksiderende salter med et fast materiale som inneholder oksiderende salter og fortykkere. I US patent 3,610,088 (IRECO) anvender man den samme fremgangsmåte som i de tidligere patenter for på-stedet dannelse av hydrogelen og man innlemmer den samtidige tilsetningen av luft enten ved hjelp av mekanisk innfanging eller dens generering ved hjelp av en kjemisk reaksjon. EP patent 0 203 230 (IRECO) beskriver en blander bestående av bevegelige og faste blader som tillater en på-stedet tilvirkning av et sprengningsmiddel av vannemulsjon i olje typen. Sensibiliseringen av denne emulsjonen oppnås ved å tilsette partikler med lav tetthet (oksidanter eller hule mikrosfærer).

På-stedet tilvirkningen av sprengstoffet har som dens hovedfordel en reduksjon i risiko under dens transport. Derimot, er det nødvendig å ha en meget sofistikert mobil installasjon med komplekse prosesser for tilvirkning og kontroll, grunnet anvendelsen av oksiderende salter ved høye temperaturer, dosering av faststoff og blandinger av væsker og faststoff.

Et annet alternativ er transportering av det ferdige produkt uten tilstrekkelig sensibilisering, det vil si ved en tetthet slik at det ikke har kapasitet til å propagere en stabil detonasjon. I denne sammenheng har det i de siste årene blitt vanlig å transportere matriseproduktet og å produsere dets sensibilisering ved gruven, enten ved hjelp av å blande det med partikulære nitrater med lav tetthet eller blandinger av ammoniumnitrat med hydrokarbid (ANFO) eller ved hjelp av genereringen av bobler fra en kjemisk reaksjon.

US patent 4,555,278 beskriver et sprengstoff av denne typen tilvirket ved en blanding av emulsjon og ANFO. Europeisk patent EP 0 194 775 beskriver et sprengstoff av den forrige typen, laget fra en hydrogelmatrise.

Sensibiliseringen av matriseemulsjonen ved hjelp av gass-boble-generering fra en kjemisk reaksjon er nåværende den mest utbredte metoden. Derimot, for å unngå sammenvoksing av gassboblene, som beskrevet i US patent 4,008,108, må pumpingen og manipuleringen av emulsjonen utføres før gassutviklingsreaksjonen oppstår. Denne fremgangsmåten gir derved ulempene av å måtte vente et vist tidsrom etter fylling av borehullene inntil sluttettheten nås, uten å ha kapasiteten til å manøvrere dersom den oppnådde tettheten ikke sammenfaller med hva som er forventet, som muligvis forårsaker sensibiliseringsfeil eller en uriktig dispergering av sprengstoffet i borehullkolonnen.

Patentsøknad WO 99/00342, i navnet av UNi6n ESPANOLA DE EXPLOSIVOS, S.A., krever en fremgangsmåte for sensibiliseringen av vannbaserte sprengstoff før lasting i borehullene, fra en ikke-eksplosiv matrise bestående av oksidanter og brensler, ved hjelp av dannelsen av en emulsjon eller dispersjon av gass i nevnte matrise. Tetthetskon-trollen utføres før lasting i borehullet, ved å regulere strømmen av gass som injiseres.

Selv om transporten av et matriseprodukt og dets på-stedet sensibilisering forutsetter et stort fremskritt fra et sikkerhetssynspunkt sammenlignet med transporten av det allerede sensibiliserte produktet, er det forskjellige erfaringer med ulykker i hvilke en detonering av et ikke-sensibilisert matriseprodukt har oppstått som en konsekvens av en utilstrekkelig manipulering eller ved effekten av en forlenget brann. Av denne grunn, i noen land slik som Australia, har en ny benevnelse blitt laget for matriser av blandinger av oksidanter og reduktanter kjent som sprengstoff -forløpere . Selv om disse typer av produkter er klassifisert for transport som oksidanter 5.1, må de tilvirkes i fasiliteter som har sikkerhetsforholdsregeler, distanser, etc, som et tilvirkningsanlegg for sprengstoff.

Oppsummering av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse eliminerer transporten av sprengstoff eller blandinger av oksidanter og reduktanter vanligvis kjent som matriser eller sprengstoff-forløpere, ved hjelp av på-stedet tilvirkningen av sprengstoffet, det vil si på stedet for anvendelse, uten ulempene som denne fremgangsmåten presenterte inntil nå (komplekse installasjoner, vanskelig håndtering av mellomprodukter, komplekse prosesser, etc). Oppfinnelsen består av tilvirkning innen det industrielle område av en suspensjon av oksiderende salter i en vannløsning mettet med oksiderende salter, stabilisert ved hjelp av en fortykker fortrinnsvis av uorganisk opprinnelse som vil tillate å beholde de oksiderende partikler dispergert på en homogenisert måte. I tilfellet ved anvendelse av organiske fortykkere, er prosentdelen av disse tilstrekkelig liten slik at suspensjonen kan betraktes som en oksiderende suspensjon.

Ifølge foreliggende oppfinnelse, er tilvirkningen og sensi-biliser ingen av sprengstoffet utført på-stedet, ved hjelp av en intim blanding av den stabile oksiderende dispersjon ved rom temperatur, med et brensel og en gass i en blanding, som forårsaker dannelsen av en suspensjon eller emulsjon av gass i væske. Tettheten av det eksplosive sluttprodukt kan varieres som en funksjon av volumet av gass og dette kontrolleres før det introduseres i borehullet .

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 viser et skjema av en spesiell utførelse av en installasjon for på-stedet tilvirkning av et vannbasert sprengstoff tilveiebrakt av denne oppfinnelsen. Figur 2 viser et skjema av en annen spesiell utførelse av en installasjon for på-stedet tilvirkning av et vannbasert sprengstoff tilveiebrakt av denne oppfinnelsen som inkluderer en beholder for stabilisatoren, en doseringspumpe og en strømningsmåler.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte for på-stedet tilvirkning av vannbaserte sprengstoff, som omfatter å: (i) transportere et vannbasert oksiderende produkt, produktet består av en mettet vandig løsning av oksiderende salter, oksiderende partikler i suspensjon og fortykningsmidler og har en oksygenbalanse større enn 14%, til et lastested for sprengstoffmottagende borehull, (ii) blande vannbasert oksiderende produkt met et brensel og en gass valgt fra gruppen bestående av luft, nitrogen, oksygen og karbondioksid, for å danne et sensibilisert vannbasert eksplosiv, hvori tettheten av sprengstoffet justeres ved å kontrollere gassvolumet; og deretter (iii) laste det sensibiliserte vannbaserte sprengstoffet i et borehull.

Valgfritt, kan fremgangsmåten inkludere tilsetningen av en stabiliserende løsning for gassbobler.

Tilvirkningen og sensibiliseringen av sprengstoffet ved hjelp av fremgangsmåten av oppfinnelsen kan utføres enten sekvensielt, det vil si å blande det vannbaserte oksiderende produktet med brenselet og senere å tilsette gassen, eller fortrinnsvis å blande det vannbaserte oksiderende produktet samtidig med brenselet og gassen.

I meningen anvendt i denne beskrivelsen, referer "på-stedet tilvirkning" til tilvirkningen og sensibiliseringen av sprengstoffet før lasting av borehullene.

Det oksiderende produkt består av en vannbasert blanding som omfatter oksiderende salter i en løsning og i en suspensjon og fortykkere for å beholde de oksiderende partikler i suspensjon.

Oksiderende salter som kan benyttes kan være nitrater, klorater og perklorater av ammoniakk, alkaliske og jordalkaliske metaller og deres blandinger. Spesifikt kan disse salter være, blant annet, ammoniakk, natrium, kalium, litium, magnesium, kalsiumnitrater, klorater og perklorater, eller deres blandinger. Den totale konsentrasjonen av oksiderende salter til stede i matriseproduktet kan variere mellom 60 og 95 vekt% av formuleringen av det oksiderende produkt, fortrinnsvis mellom 80 og 90%.

Fortykningsmidler som kan benyttes kan være produkter av uorganisk opprinnelse av sepiolitt typen, eller organisk slik som derivater fra frø slik som guargummi, galakto-mannaner, biosyntetiske produkter slik som xantangummi, stivelse, cellulose og dets derivater slik som karboksy-metylcellulose eller syntetiske polymerer slik som poly-akrylamid. Konsentrasjonen av fortykkere i det oksiderende produkt kan variere mellom 0,1 og 5 vekt% av formuleringen, fortrinnsvis mellom 0,5 og 2%. I tilfellet av å anvende organiske fortykkere må konsentrasjonen være liten nok slik at oksygenbalansen av det oksiderende produkt er større enn 14%.

Brensler som kan benyttes kan være organiske forbindelser som tilhører gruppen sammensatt av aromatiske hydrokarbider, mettede og umettede alifatiske hydrokarbider, oljer, derivater av petroleum, derivater av vegetabilsk opprinnelse, slik som stivelser, mel, sagflis, melasse og sukre, eller fint fordelte metalliske brensler slik som aluminium eller ferrosilikater. De foretrukne anvendte brensler er flytende ved romtemperatur. Vanligvis, kan den totale konsentrasjonen av brensler i sluttsprengstoffet variere mellom 3 og 20 vekt% av formuleringen av sluttblandingen, fortrinnsvis mellom 4 og 7%.

Dannelsen av emulsjonen eller dispersjonen av gass i matriseproduktet utføres i en i-line blander fortrinnsvis av den dynamiske typen slik som en slagmaskin eller i en ikke-kontinuerlig blander fortrinnsvis av sementblander typen. Det oksiderende produkt, brenselet, gassen og valgfritt det boblestabiliserende middel sendes til blanderen ved hjelp av deres respektive doseringsan-ordnigner. I en foretrukket installasjon, gjennomføres matingen av komponentene gjennom bunnen av en dynamisk blander av slagtypen, ved at produktet kommer ut ved å flyte over toppen.

Gasser som kan benyttes kan være de vanligvis anvendt for å sensibilisere sprengstoff slik som nitrogen, oksygen, luft eller karbondioksid. Det volumetriske forhold mellom gassen og blandingen av oksiderende produkt og brensler kan variere mellom 0,05 og 5, fortrinnsvis mellom 0,1 og 1.

Ekstra og valgfrie stabiliserende midler av gassboblene kan tilsettes, blant hvilke er løsninger eller dispersjoner av overflateaktive midler, proteiner og naturlige polymerer og deres derivater. Det stabiliserende middel kan tilsettes i en konsentrasjon omfattet mellom 0,01 og 5 vekt% av slutt-formuleringen, fortrinnsvis mellom 0,1 og 2%.

Ved hjelp av denne fremgangsmåten kan et sprengstoff med den tilstrekkelige tetthet tilvirkes før det lastes i borehullene, som derved tillater å kontrollere kvaliteten av sprengstoffet som lastes.

Når sprengstoffet har blitt sensibilisert kan det enten sendes direkte til borehullene eller et retikulerende middel kan tilsettes for å forbedre dets motstand mot vann. Blant de retikulerende midler som kan anvendes er sammen-setningene av antimon slik som kaliumholdig pyroantimon, antimon og kaliumtartrat, kromforbindelser slik som kromsyre, natriumholdig eller kaliumholdig dikromat, zirkonium forbindelser slik som zirkonium sulfat eller zirkonium diisopropylamin laktat, titanforbindelser slik som trieta-nolamin titan eller aluminium chelat slik som aluminium-sulfat. Konsentrasjonen av retikulerende middel kan variere mellom 0,01 og 5 vekt% av formuleringen, fortrinnsvis mellom 0,01 og 2%

I en spesiell og foretrukken utførelse, utføres fremgangsmåten for på-stedet tilvirkning av et vannbasert sprengstoff tilveiebrakt av denne oppfinnelse i en lastebil for å laste borehull som har en tank som inneholder det vannbaserte oksiderende produktet, en brenseltank, en doseringspumpe for det oksiderende produkt, en doseringspumpe for brenselet og en anordning for doseringen av gass til blanderen.

Fremgangsmåten for på-stedet tilvirkning av et vannbasert sprengstoff tilveiebrakt av denne oppfinnelsen har for-delene av å transportere et ikke-eksplosivt forløper-produkt ved enhver temperatur, fortrinnsvis ved romtemperatur, og av å tillate å øyeblikkelig variere tettheten av det på-stedet tilvirkede sprengstoff, samt størrelsen av luftboblene ved hjelp av å justere kraften tilført ved blanderen. På denne måten, kan en slutt-tetthetsverdi av sprengstoffet oppnås ved å virke på dens følsomhet og detonasjonshastighet. I tillegg, kan den spesifikke mengde av sprengstoff nødvendig for å laste borehullet tilvirkes, ved fremgangsmåten av oppfinnelsen. Den økte presisjonen av fremgangsmåten tillater å variere tettheten av sprengstoffet både mellom borehull samt ved ett spesielt borehull.

Valgfritt forutsatt er tilsetningen av partikulære oksidanter eller ANFO type sprengstoff, det vil si en blanding av partikulær oksidant og et hydrokarbid.

Oppfinnelsen vedrører også en installasjon for på-stedet tilvirkning av vannbaserte sprengstoff ifølge den tidligere beskrevne fremgangsmåte, slik som vist i figur 1, som omfatter:

- en blander (5),

- en tank (1) for lagring av det vannbaserte oksiderende produktet, - en pumpestrøm (3) som kobler tanken (1) for lagring av det vannbaserte oksiderende produktet til blanderen;

- en tank (11) for lagringen av brensel,

- en pumpestrøm (12) som kobler tanken (11) for lagring av brenselet til blanderen, - en strømningsmåler (13) for å regulere tilsetningen av brensel til blanderen, - en gassreserve (10) av gass operativt koblet til blanderen, og,

- en reguleringsanordning (6) for gasstrømmen.

Blanderen (5) kan operere kontinuerlig og den kan være av den dynamiske typen slik som for eksempel en slagmaskin eller en statisk blander. Ved blanderens (5) utløp kan en pumpe være plassert inneholdende en renne (9) som anvendes for å laste det allerede sensibiliserte sprengstoffet i borehullene.

Figur 2 viser en alternativ utførelse av installasjonen tilveiebrakt ved denne oppfinnelsen som er tilstrekkelig for å utføre fremgangsmåten i hvilken en stabilisator tilsettes til blandingen av oksidanter, brensler og gassen i blanderen. Denne alternative installasjonen består av, ved siden av det tidligere nevnte utstyr, en tank (12) for lagringen av stabiliserende løsning av gassboblene, en doseringspumpe (4) og en strømningsmåler (7).

I en spesiell og foretrukken utførelse, er installasjonen plassert på en lastebil for å laste borehullene eller en pumpebil, som har en tank som inneholder det vannbaserte oksiderende produktet, en tank inneholdende brenselet, to pumper som doserer det oksiderende produkt og brenselet, en pumpe for å laste borehullene og en anordning for å dosere gassen.

Oppfinnelsen er illustrert ved hjelp av det følgende eksempel som i ikke i noe tilfelle er begrensende for omfanget av oppfinnelsen.

Eksempel

Dette eksempelet beskriver en type installasjon og sprengstoffet tilvirket i den.

Denne installasjonen er lokalisert oppå en lastebil som tillater transporten av det oksiderende produkt og tilvirkningen og sensibiliseringen ved gruven. Den består av de følgende elementer (Figur 2): - en 10 000 1 tank (1) hvor det vannbaserte oksiderende produktet er lagret; - en 1 000 1 tank (11) hvor brenselet lagres; - en 200 1 tank (2) for å lagre stabilisatoren; - tre pumper (3, 4 og 12) for å overføre henholdsvis det oksiderende produkt, stabilisatoren og brenselet til en blander (5) av slagtypen; - en ventil (6) koblet til en luftlinje, for å dosere luften til blanderen (5); - tre strømningsmålere (7, 8 og 13) innsatt mellom pumpen (4), ventilen (6), pumpen (12) og blanderen (5) for å kontrollere strømmen av henholdsvis stabilisator, luft og brensel; og - en pumpe inneholdende en renne (9) lokalisert ved ut-gangen av blanderen (5) anvendt for å laste det allerede sensibiliserte sprengstoff inn i borehullene.

Tanken (1) ble fylt med formuleringen av det vannbaserte oksiderende produktet beskrevet i tabell 1, i hvilken ammoniumnitrat og natriumnitrat partikler er i suspensjon i vannløsningen mettet med nevnte salter, suspensjonen er stabilisert med guargummien.

Oksygenbalansen av denne formuleringen av oksiderende produkt er på +19,6% og dens tetthet er 1,51 g/cm<3>.

I tanken (2) ble en løsning av stabilisator fremstilt bestående av 90 deler egg albumin.

Tanken (11) ble fylt med brenselolje.

Etter kalibreringen av doseringene begynte operasjonen med å koble slagmaskinen og de forskjellige pumper i betingelsene beskrevet i tabell 2.

Det allerede sensibiliserte sprengstoffet kom ut av blanderen (5) ved overflyt som falt på rennen (9) hvorfra det ble pumpet til borehullene, ved å injisere en reti-kulert løsning av kromsyre ved 6% i vann i slangen.

Verdiene av detonasjonshastighet tilsvarer prøver testet i jernpipe med 50 mm indre diameter og initiert ned en multiplikator på 15 g pentritt (PETN).

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for på-stedet tilvirkning av vannbaserte sprengstoff, som omfatter å: - (i) transportere et vannbasert oksiderende produkt, produktet består av en mettet vandig løsning av oksiderende salter, oksiderende partikler i suspensjon og fortykningsmidler og har en oksygenbalanse større enn 14%, til et lastested for sprengstoffmottagende borehull, - (ii) blande vannbasert oksiderende produkt met et brensel og en gass valgt fra gruppen bestående av luft, nitrogen, oksygen og karbondioksid, for å danne et sensibilisert vannbasert eksplosiv, hvori tettheten av sprengstoffet justeres ved å kontrollere gassvolumet; og deretter - (iii) laste det sensibiliserte vannbaserte sprengstoffet i et borehull.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori det vannbaserte oksiderende produktet inneholder mellom 60 og 95 vekt% av et oksiderende salt.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori det vannbaserte oksiderende produktet inneholder et oksiderende salt valgt fra gruppen bestående av nitrater, klorater og perklorater av ammoniakk, alkaliske metaller og jordalkaliske metaller og blandinger derav.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori det vannbaserte oksiderende produktet inneholder mellom 0,1 og 5 vekt% av et fortykningsmiddel.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori det vannbaserte oksiderende produktet inneholder et fortykningsmiddel valgt fra gruppen bestående av produkter avledet fra frø, biosyntetiske produkter og derivater derav, syntetiske polymerer og fortykkere av uorganisk opprinnelse av sepiolitt-typen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori brenselet er valgt fra gruppen bestående av aromatiske hydrokarboner, alifatiske hydrokarboner, oljer, petroleumsderivater, derivater av vegetabilske oljer, fint fordelte metalliske brensler, og deres blandinger.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori sprengstoffet opp-nådd inneholder mellom 3 og 20 vekt% av et brensel.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori det volumetriske forhold mellom gassen og blandingen av vannbasert oksiderende produkt og brensel er omfattet mellom 0,05 og 5.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, som videre inkluderer tilsetningen av en løsning for å stabilisere gassbobler i trinn (ii).

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvori løsningen for å stabilisere gassbobler er valgt fra gruppen bestående av løsninger eller dispersjoner av surfaktanter, proteiner, polymerer og derivater derav.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvori sprengstoffet tilvirket inneholder mellom 0,01 og 5 vekt% med hensyn til sprengstoffet, av en løsning for å stabilisere gassbobler.

12. Installasjon for på-stedet tilvirkning av vannbaserte sprengstoff, ifølge fremgangsmåten av ethvert av kravene 1 til 11, som omfatter: - en blander; - en tank for lagring av det vannbaserte oksiderende produktet; - en pumpestrøm som kobler tanken for lagring av det vannbaserte oksiderende produktet til blanderen; - en tank for lagring av brenselet; - en pumpestrøm som kobler tanken for lagring av brenselet til blanderen; - en strømningsmåler for å regulere tilsetningen av brensel til blanderen; - en gassreserve av gass operativt koblet til blanderen; og - en reguleringsanordning for gasstrømmen.

13. Installasjon ifølge krav 12, som videre inneholder en tank for lagring av en løsning for å stabilisere gassbobler og en pumpestrøm som kobler tanken for lagring av løsningen for å stabilisere gassbobler til blanderen.

14. Installasjon ifølge ethvert av kravene 12 eller 13, hvori blanderen er en dynamisk type blander.

15. Installasjon ifølge ethvert av kravene 12 eller 13, hvori blanderen er en ikke-kontinuerlig blander.

16. Installasjon ifølge ethvert av kravene 12 til 15, hvori installasjonen er plassert på en borehull-lastende bil.