NO321795B1 - Avlevering av emulsjonseksplosive sammensetninger gjennom en overdimensjonert membranpumpe - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et system og en fremgangsmåte for avlevering av emulsjonseksplosive sammensetninger (heretter benevnt "emulsjonssammensetning") inn i et borehull ved hjelp av en overdimensjonert membranpumpe, som gir en forholdsvis konstant strømningsrate for den pumpede emulsjonssammensetningen for derved å minimalisere strømningspulsasjoner ved avlevering. Nærmere bestemt omfatter systemet og fremgangsmåten en overdimensjonert membranpumpe med vesentlig høyere kapasitet enn emulsjonssammensetningens tiltenkte strømningsrate, kombinert med et vanninjeksjonssystem som gir en smørende ringformet strøm med trykksatt vann mellom den pumpede emulsjonssammensetningen og den indre flaten i en avleveringsslange for avlevering av sammensetningen inn i et borehull. Ved å minimalisere strøm-ningspulsasjoner, frembringes et sikkert, enkelt og letthåndterlig system og fremgangsmåte for avlevering av emulsjonssammensetninger inn i borehull. Videre fungerer membranpumpen ved et forholdsvis lavt trykk, hvilket også bedrer sikkerheten.

Emulsjonssammensetningene i den foreliggende oppfinnelse omfatter vann-i-olje emul-sjoner som benyttes som eksplosiver eller sprengmidler i gruvedrift eller byggevirk-somhet og som er vel kjent. Det vises til for eksempel U.S. patent nr. 4,931,110. U.S. patent nr. 5,686,685 redegjør for et enkelt system for pneumatisk avlevering av emul-sjonseksplosiver. Etter en beskrivelse av kjente fremgangsmåter for å pumpe emul-sjonseksplosiver, redegjør U.S. patent nr. 5,686,685 for et system som omfatter en trykksatt beholder som rommer et emulsjonseksplosiv under trykk, som så pneumatisk tømmes fra beholderen og gjennom et vanninjeksjonssystem som gir en ringformet strøm med trykksatt vann rundt det ekstruderte emulsjonseksplosivet. Selv om dette systemet tilfredsstiller sikkerhetsaspekter tilhørende andre pumpesystemer innenfor den kjente teknikk, der slike pumpesystemer vanligvis fordrer høyere pumpetrykk og dyna-miske operasjoner, er den trykksatte emulsjonsbeholderen et forholdsvis kostbart og vidløftig utstyr. Da en trykksatt emulsjonsbeholder har et vesentlig volum, økes videre de potensielle sikkerhetsrisikoene tilknyttet komprimerte gassystemer.

Systemet og fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse beholder imidlertid fortrinnene i U.S. patent nr. 5,686,685 hva angår lavt trykk, men benytter utstyr som er vesentlig mindre kostbart og spesielt ikke fordrer en kostbar trykkbeholder med forholdsvis stort volum. Videre er strømningsraten til emulsjonssammensetningen ifølge den foreliggende oppfinnelse overraskende mer konstant og pålitelig ved de gjentatte oppstartingene og nedstengningene som er involvert i borehullslasting, enn det som er-fares med systemet ifølge det forannevnte U.S. patent Den overdimensjonerte membranpumpen er nøkkelen for å gi denne konstante strømningsraten.

Oppfinnelsen omfatter et undergrunns- eller overflateleveringssystem for avlevering av emulsjonssammensetninger inn i et borehull som videre omfatter: (a) en beholder for oppbevaring av en emulsjonssammensetning og som har et

utløp,

(b) en overdimensjonert membranpumpe tilkoplet beholderens utløp og en kraftkilde for å pumpe emulsjonssammensetningen fra beholderen og gjennom et utløp fra pumpen ved en forholdsvis konstant strømningsrate for derved å minimalisere strømningspulsasjoner, (c) en vanninjektor tilkoplet pumpens utløp for å forme en ringformet vannstrøm

rundt emulsjonssammensetningen,

(d) en kilde for trykksatt vann for å gi vann til vanninjektoren,

(e) som en opsjon, anordning for å introdusere sporgassingsingredienser inn i emulsjonssammensetningen nedstrøms av membranpumpen, og fortrinnsvis oppstrøms av vanninjektoren, (f) en avleveringsslange som strekker seg fra vanninjektoren for å avlevere

emulsjonssammensetningen inn i et borehull, og

(g) som en opsjon, en blandeanordning ved eller nær avleveringsslangens ende for å blande de valgfrie sporgassingsingrediensene inn i emulsjonssammensetningen.

Dette leveringssystemet er sikkert, enkelt og lett å håndtere og minimaliserer strøm-ningspulsasjoner.

Figur 1 er et flytskjema som viser avleveringssystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Med henvisning til figur 1, er det der vist et flytskjema av emulsjonsavleveringssys-temet ifølge den foreliggende oppfinnelsen. En emulsjonsbeholder eller samlekasse 1 som rommer en emulsjonssammensetning har et utløp 2 tilkoplet en overdimensjonert membranpumpe 4 via på/av-ventilen 3. Den overdimensjonerte membranpumpen 4 er fortrinnsvis av en dobbel membrantype, som er vel kjent. Typiske produsenter av en slik pumpetype omfatter Wildon, Yamada og Versa-Matic. Med "overdimensjonert" menes en membranpumpe med en kapasitet som er minst om lag 3 ganger større enn den avleverte emulsjonssammensetningens tiltenkte strømningsrate. Fortrinnsvis sving-er emulsjonssammensetningens strømningsrate fra membranpumpen 4 mindre enn pluss eller minus 5% fra den gjennomsnittlige strømningsraten for på den måten å minimalisere strømningspulsasjoner.

Utstrømningsledningen 5 fra membranpumpen 4 går tilslutt inn i en vanninjektor 6.

Som det vil være kjent fra teknikkens stand, er vanninjektoren 6 tilpasset for å danne en tynn ringformet hylse av trykksatt vann rundt emulsjonssammensetningen idet den for-later vanninjektoren 6. Denne vannhylsen smører emulsjonssammensetningens strøm-ning gjennom en avleveringsslange 7 og inn i et borehull (ikke vist).

Kilden for det trykksatte vannet for vanninjektoren 6 frembringes fortrinnsvis av en vanntank 8. Vannet er fortrinnsvis ved et trykk på minst om lag 69 kPa (10 psi) større enn trykket i membranpumpen 4. Det er også vist en på/av-ventil 9, sikkerhetsventil 10 og strømningsmåler 11.

Som en opsjon introduseres sporingsmengder av kjemiske gassingredienser i sporings-tanker 12 og 13 inn i emulsjonsstrømmen via et sporingsinjeksjonsstykke 14 nedstrøms av membranpumpen 4 og fortrinnsvis oppstrøms av vanninjektoren 6, som vist. Det er også vist påVav-ventiler 15 og 16, sikkerhetsventiler 17 og 18, og strømningsmålere 19 og 20. Sporingsingrediensene blandes inn i emulsjonen ved hjelp av en valgfri blandedyse 21 som befinner seg ved eller nær avleveringsslangens 7 ende. Som det vil være kjent fra teknikkens stand, omfatter de kjemiske gassingsingrediensene fortrinnsvis en sur løsning og en vannholdig løsning med natriumnitrat som reagerer kjemisk i emulsjonssammensetningen for å produsere gassbobler. Fortrinnsvis er det en gassings-akselerator så som tiocyan i emulsjonssammensetningen for å akselerere gassings-reaksjonen. I tillegg til eller i stedet for kjemiske gassingsingredienser, kan hule kuler laget av glass, plast eller perlitt, tilføres for å gi tetthetsreduksjon og sensibilisering.

Den foreliggende oppfinnelse er videre illustrert ved hjelp av de følgende eksempler.

Eksempel 1

En test ble utført der det undergrunns avleveringssystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse ble operert for å laste undergrunnsborehull med en emulsjonseksplosiv sammensetning. En emulsjonbeholder på 682 liter (180 US-gallon) ble ladet med om lag

817 kg (1800 pund) med emulsjonssammensetning med en viskositet på 23,000 cp. En tretoms Versa-Matic overdimensjonert membranpumpe ble tilkoplet en trykkluftskilde satt ved 621 kPa (90 psig). Pumpens innløp og utløp hadde diameter på 7,6 cm (3 tom-

mer). En 38 liters (10 gallon) vanntank og to 7,5 liters (2 gallon) tanker for sporgassingsingredienser ble trykksatt med luft til 689,5 kPa (100 psig). Trykksatt vann ble tilført en vanninjektor ved en rate på 2% av emulsjonsvekt Gasssingsingrediensene ble tilført ved en rate på 0,5% av emulsjonens vekt. Systemet ble benyttet for å laste en drivsalve ("drift round") omfattende 55 borehull hvert med diameter på 4,45 cm (1,75 tommer) og 2,4 meter (8 fot) dype. Emulsjonen ble pumpet gjennom en avleveringsslange som var 18 meter (60 fot) lang og hadde en diameter på 1,9 cm (0,75 tommer), med en rate på 29,5 kg (65 pund) pr. minutt. Emulsjonstettheten var i utgangspunktet 1,21 g/cc, og emulsjonen ble kjemisk gasset til en endelig "cup density" på 1,05 g/cc. Det tok om lag 4 - 5 sekunder å fylle hvert hull. Systemet fikk stå i ro fra 10 sekunder til om lag 20 minutter mellom lasting av hullene uten å kompromittere vannringvolumet. Man opplevde en kortvarig puls eller trykksvingning hver gang membranpumpen utførte et slag. I gjennomsnitt registrerte man en puls eller trykksvingning for hvert 1,9 hull.

Eksempel 2

En andre test ble utført ved bruk av systemet beskrevet i eksempel 1. Emulsjonsbeholderen ble ladet og ladet igjen fem ganger, hver gang med om lag 680 kg (1500 pund) med emulsjon ved en viskositet på 29,000 cp. Den overdimensjonerte membranpumpens tilførselstrykk var 586 kPa (85 psig) og vanninjeksjonstrykket var satt til 689 kPa (100 psig). Systemet ble benyttet for å laste en "bench round" bestående av 117 borehull, hvert 6,4 cm (2,5 tommer) i diameter og 7,3 meter (24 fot) dype. Emulsjonen ble pumpet gjennom en avleveringsslange, 18,2 meter (60 fot) lang og med diameter på 2,54 cm (1 tomme), ved en rate på 54 kg (120 pund) pr. minutt. Det tok om lag 24 - 29 sekunder å fylle hvert hull. Systemet fikk være i ro fra om lag 10 sekunder til om lag 20 minutter uten å kompromittere vannringrommet. Det ble registrert en kortvarig puls eller trykksvingning hver gang membranpumpen slo. I snitt opptrådte det en puls eller trykksvingning 3,7 ganger pr. hull.

Eksempel 3

En tredje test ble utført ved hjelp av det systemet som er beskrevet i eksempel 1. Emulsjonsbeholderen ble ladet med om lag 816 kg (1800 pund) med emulsjon ved en viskositet på om lag 33,000 cp. Den overdimensjonerte membranpumpens tilførselstrykk var satt ved 621 kPa (90 psig) og vanntanken ble trykksatt til 689 kPa (100 psig). Systemet ble benyttet for å laste en drivsalve ("drift round") bestående av 55 borehull hvert med diameter på 4,45 cm (1,75 tommer) og dybde på 3,7 meter (12 fot). Emulsjonen ble pumpet gjennom en avleveringsslange med lengde 18,2 meter (60 fot) og diameter 1,9 cm (0,75 tomme), ved en rate på 36 kg (80 pund) pr. minutt. Det tok om lag 5 -7 sekunder å fylle hvert hull. Systemet fikk være i ro fra 10 sekunder til om lag 20 minutter uten å kompromittere vannringvolumet Det ble opplevet en kortvarig puls eller trykksvingning hver gang membranpumpen slo. I snitt opptrådte det en puls eller trykksvingning for hvert 1,2 hull.

I alle disse eksemplene, ble salvene ("rounds") lastet på en vellykket måte og ved en konstant og pålitelig strømningsrate, med et minimalt antall og grad av pulsasjoner og med lavt operasjonstrykk.

Selv om den foreliggende oppfinnelse er beskrevet med henvisning til visse illustrative eksempler og foretrukne utførelsesformer, vil fagmannen forstå at ulike modifikasjoner er nærliggende og enhver slik modifikasjon er innenfor oppfinnelsens omfang som defi-nert i de vedheftede patentkrav.

Claims (1)

1. Avleveringssystem i undergrunnen eller på overflaten for avlevering av emulsjonseksplosive sammensetninger inn i et borehull som omfatter: (a) en beholder (1) for oppbevaring av en emulsjonssammensetning og som har et utløp (2), (b) en pumpe (4) tilkoplet beholderens utløp (2) og en kraftkilde for å pumpe emulsjonssammensetningen fra beholderen og gjennom et utløp (5) fra pumpen, (c) en vanninjektor (6) tilkoplet pumpens utløp (5) for å forme en ringformet strøm av vann rundt emulsjonssammensetningen, (d) en kilde (8) trykksatt vann for å gi vann til vanninjektoren (6), (e) som en opsjon, en anordning (14) for å introdusere sporgassingsingredienser inn i emulsjonssammensetningen nedstrøms av membranpumpen (4), og fortrinnsvis oppstrøms av vanninjektoren (6), (f) en avleveringsslange (7) som strekker seg fra vanninjektoren (6) for avlevering av emulsjonssammensetningen inn i et borehull (g) som en opsjon, en blandeanordning (21) ved eller nær avleveringsslangens (7) ende for å blande de valgfrie sporgassingsingrediensene inn i emulsjonssammensetningen, karakterisert ved at pumpen er en overdimensjonert membranpumpe (4) som pumper emulsjonen ved en forholdsvis konstant strømningsra-te med minimale strømningspulsasjoner, og at den overdimensjonerte membranpumpen har en kapasitet på minst om lag 3 ganger større enn den tiltenkte strømningsraten til den avleverte emulsjonssammensetningen.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at membranpumpen (4) er pneumatisk og at kraftkilden er pneumatisk trykk.

3. System ifølge krav 2, karakterisert ved at den overdimensjonerte membranpumpen (4) er en dobbel membrantype.

4. System ifølge krav 1, karakterisert ved at emulsjonssammensetningens strømningsrate fluktuerer mindre enn pluss eller minus 5% fra sin gjennomsnittlige strømningsrate fira membranpumpen (4).

5. System ifølge krav 1, karakterisert ved at kilden (8) for trykksatt vann er ved et trykk på minst om lag 69 kPa (10 psi) større enn membranpumpens trykk.

6. System ifølge krav 4, karakterisert ved at trykksatt vann fremskaffes av en trykksatt vanntank (8).

7. System ifølge krav 1, karakterisert ved atspor-gassingsingrediensene føres inn i emulsjonssammensetningen etter at sammensetningen har passert gjennom membranpumpen (4), men før vanninjektoren (6).

8. System ifølge krav 7, karakterisert ved atenblande-dyse (21) er plassert i avleveringsslangen for å blande sporingrediensene og vann inn i emulsjonssammensetningen forut for dennes avlevering inn i et borehull.

9. Fremgangsmåte for avlevering av en emulsjonseksplosiv sammensetning inn i et borehull omfattende: (a) pneumatisk pumpe en emulsjonssammensetning gjennom en pumpe (4), (b) injisere trykksatt vann som en ringformet strøm rundt emulsjonssammensetningen etter at den kommer ut av pumpen (4), (c) som en opsjon, introdusere sporgassingsingredienser inn i emulsjonssammensetningen forut for injiseringen av trykksatt vann som en ringformet strøm rundt emulsjonssammensetningen, og (d) avlevere emulsjonssammensetningen gjennom en avleveringsslange (7) og inn i et borehull, karakterisert ved at pumpen (4) er en overdimensjonert membranpumpe som legger til rette for en forholdsvis konstant strømningsrate av emulsjonssammensetningen og minimaliserte strømningspulsasjoner, og at den pneumatiske membranpumpen har en kapasitet på minst om lag 3 ganger større enn emulsjonssammensetningens tiltenkte strømningsrate.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at den pneumatiske membranpumpen (4) er en dobbel membran type.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at vann injiseres ved et trykk på minst 69 kPa (10 psi) større enn den pumpede emulsjonssammensetningens trykk.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at avleveringsslangen (7) har en blandedyse (21) for å blande sporingrediensene og vann inn i emulsjonssammensullingen.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at emulsjonssammensetningens strømningsrate fluktuerer mindre enn pluss eller minus 5% fra sin gjennomsnittlige strømningsrate fra membranpumpen (4).