NO782317L - Oppslemmet sprengstoffblanding. - Google Patents

Description

Oppslemmet sprengstoffblanding.

Oppfinnelsen vedrører gelerte eller fortykkede.vandige oppslemmede sprengstoffblandinger med forbedret stabilitet. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen fortykkede oppslemmingssprengstoffer som inneholder sensibiliserende luft-eller gassbobler som mot-står migrering eller koalescens.

Oppslemmede sprengstoffblandinger lages vesentlig med vann, minst ett oksygenleverende salt, brennstoff, et fortyknings-, middel og eventuelt et fortykkende tverrbindingsmiddel. Det oksygenleverende salt som oftest anvendes, er ammoniumnitrat, ofte ledsaget av natrium- og/eller kalsiumnitrat, og mer sjelden av andre nitratsalter eller perklorater eller klorater. Brennstoffet kan være flytende eller fast partikkelformig og kan være løselig eller uløselig i vann. Både naturlige gummier og syntetiske materialer kan anvendes som fortykningsmidler, mens borater, kromater og antimonater ofte anvendes som tverrbindingsmidler.

Oppslemmede sprengstoffblandinger kan også inneholde selveksploderende sensibiliseringsmidler, f.eks. partikkelformig TNT som er uløselig i vann. Malingfint aluminium anvendes også

for sensibiliseringsformål. Disse sensibilisatorer kan bidra helt eller delvis til det brennstoff som kreves i produktet. Oppslemmingssprengstoffer er også ofte med hensyn til sensibilitet avhengig av nærvær av små luft- eller gassbobler i grunnmassen slik at det skapes "hot spots" for sjokk-initiering. Disse bobler re-duserer tettheten til oppslemmingen fra det uluftede område på 1,4-2,0, til så lavt som 0,5.

Nærvær og effektivitet av luft- eller gassbobler er spesielt av betydning i oppslemminger med stor diameter som ikke inneholder noen selveksploderende sensibilisator og således er nesten fullstendig avhengig av boblene for utvikling av initierende reaksjonsseter som følger passasje av sjokket fra en tennladning. Det menes at det er en optimal størrelse på boblene og at de også

må stabiliseres for å motstå størrelseforandringer og tap fra oppslemmingen. Bbbletap og koalescens kan vanligvis reguleres ved oppnåelse av tilstrekkelig høy viskositet under oppslemmin-

gen av fortykkende og tverrbindende midler. Imidlertid innvirker viskositeten til et produkt generelt ikke på hastigheten for gass-transporten gjennom væskefasen til oppslemmingen, slik at boble-størrelser fremdeles kan forandre seg ved diffundering av oppløst luft eller gass i en mekanisme som er kjent som "Ostwald ripening". Den gjennomsnittlige størrelse av boblene øker med tiden på grunn

av dette fenomen, hvilket resulterer i lavere detonasjonshastig-heter og til sist fullstendig svikt med hensyn til produktets detonering.

En særlig alvorlig betingelse for boblestabilitet inn-treffer under pumping av et luftet sprengstoff i pakninger eller borehull. Den høye skjærkraft som utvikles inne i pumpen, vil ofte desensibilisere sprengstoffet ved at boblestrukturen gjøres grovere eller endog at boblene bringes til å migrere fullstendig ut av oppslemmingen.

Det er ofte ønskelig å fremstille en forhåndsfortykket vandig væske inneholdende noen oppløste salter, idet denne væske anvendes for fremstilling av en sprengstoffoppslemming av andre ingredienser. Denne fremgangsmåte anvendes for å spare tid under blandeprosessen fordi hydratisering av fortykningsmidlet kan være langsom i en fullstendig sammensatt oppslemming. Naturlig guargummi er det fortykningsmiddel som velges for oppslemmingsspreng-stoffvæsker og blandinger. De fortykkede væsker lagres normalt ved brukstemperaturen, som ofte er over 50°C, hvilket, særlig når det gjelder naturlig guargummi, fører til nedbrytning av fortykningsmidlet og senkning av viskositeten i tidens løp. Derfor kan mer naturlig guarfortykningsmiddel måtte tilsettes med mellomrom, og en slik tilsetning er vanskelig å foreta effektivt og er også ofte ubekvem logistisk sett.

Kalsiumnitratholdige produkter oppviser spesielle for-tykningsproblemer på grunn av effekten av kalsiumionet på natur-

lig guargummi. I nærvær av store mengder av Ca retarderes hydratiseringshastigheten for guargummien, og når den er fullstendig fortykket, er løsningens viskositet svært høy. Dette kan for-årsake problemer med hensyn til blanding og pumping av oppslemmingen.

Hvis fortykningsariddelnivået senkes for å tilfredsstilled forar-beidelseskravene, er den endelige gelstyrke og vannresistens etter tverrbinding ofte uakseptable. Det er derfor særlig av betydning når det gjelder CN-holdige produkter å velge et fortykningsmiddel som kan være i overensstemmelse med disse konfliktskapende krav.

Man støter av og til på problemer når det gjelder effek-tiv tverrbinding av fortykkede oppslemminger. Hvis tverrbindingen er for langsom for en bulk-oppslemming når den pumpes inn i et vannfylt borehull, kan det inntreffe tap av sprengstoffet inn i sprekker i fjellet eller lekkasje av de løselige ingredienser, hvilket fører til svikt hos sprengstoffet. Hvis tverrbindingen er for hurtig, er det vanligvis umulig å blande inn tverrbindings-midlet homogent. Noen områder i oppslemmingen blir ikke tverr bundet, hvilket fører til et vannlekkasjeproblem, mens andre deler inneholder konsentrerte lommer av tverrbindingsmiddel, hvilket kan føre til synerese og kjemisk nedbrytning av oppslemmingen. Fortyk-ningsmiddelnivået er ofte begrenset i sitt område, idet dette er et kompromiss mellom lettvind blanding og pumping, og å ha tilstrekkelig viskositet til å suspendere ingrediensene og forhindre unnslipp-else av luftbobler. Videre begrenses tverrbindingsmiddelnivået

ofte på grunn av tilstrekkelige behov for tilsetning til å gi en tilfredsstillende vannresistent gel, men ikke nok til å føre til synerese. Derfor kan muligheten for å være i stand til å utvelge et fortykningsmiddel, eller en blanding av fortykningsmidler, for å gi en bekvem tverrbindingshastighet, være høyst fordelaktig.

Det er oppdaget at anvendelse av en blanding av naturlig eller umodifisert guar og hydroksypropylmodifisert guar som fortykningsmiddel i sprengstoffblandinger gir mange fordeler overfor bruken av umodifisert guar alene. Selv om oppdagelsen har spesiell nytte for anvendelse i oppslemmingssprengstoffer som ikke har noen selveksploderende sensibilisator og som anvendes i bulk-ladede borehull med stor diameter, har anvendelse av de blandede fortykningsmidler også anvendelse i oppslemminger som inneholder uløselige . sprengstoffsensibilisatorer og/eller små mengder, opp til 10 vekt%, av en løselig sensibilisator og anvendt i mindre ladninger.

Guargummi klassifiseres i kjemiske termer som et galakto-mannan, eller en høymolekylær karbohydratpolymer eller et slikt polysakkarid sammensatt av mannose- og galaktoseenheter bundet sammen på den måte som ér vist i nedenstående strukturformel:

Når det gjelder hydroksypropylmodifisert guar, er R -CH2CH(CH^)OH eller polymerer derav og antall mol pr. héksose-enhet i den substituerte R kan variere fra ca. 0,1 til ca. 3.

Den spesielle hydroksypropylguar som anvendes i nedenstående eksempler, har et molekylsubstitusjonsforhold på ca. 0,4. Molekyl-vekten til guargummi kan variere fra ca. 50 000 til 250 000, avhengig av metoden og betingelsene for raffinering modifikasjon.

Følgende eksempler og tabeller illustrerer ytterligere den forbedrede boblestabilitet hos de oppslemmede sprengstoffblandinger i henhold til oppfinnelsen. I alle eksempler er ande-lene av ingredienser uttrykt som vekt%, med mindre annet er angitt.

EKSEMPEL 1

En typisk vandig oppslemmet sprengstoffblanding for anvendelse i ladninger med stor diameter ble fremstilt, omfattende 13 % vann, 76 % salter, 10 % brennstoff som omfattet: 6 % svovel, 3,5 % brenselolje, 0,5 % karbonholdig materiale, samt 0,6 % f ortyk-ningsmiddel.. Fire separate mikser ble fremstilt under anvendelse av forskjellige fortykningsmiddelkombinasjoner som vist i tabell I nedenunder, og hver miks ble ført gjennom en typisk mekanisk pumpe som anvendt i oppslemmingsoperasjoner. Tetthetene til miksene ble målt på forskjellige tidsintervaller, og resultatene er vist i tabell I.

Av de ovenstående data ser man at så lite som 1 del

i 6 av hydroksypropylguar vil stabilisere tetthet og boblestruktur under pumping.. Det tredje forsøk var.særlig alvorlig, siden tempe-raturen falt godt under væskens smeltepunkt på 4 0°C.

EKSEMPEL 2

8 satser med sprengstoffoppslemming lik den som er beskrevet i eksempel 1 ble fremstilt under anvendelse av en 1:1 blanding av vanlig guargummi og hydroksypropylmodifisert guargummi, mens 8 identiske satser ble fremstilt under anvendelse av.vanlig guargummi alene. De 16 oppslemminger ble lagret natten over ved 50°C i ikke-tverrbundet stand. Resultatene er vist i tabell II.

EKSEMPEL 3

Sprengstoffoppslemmingene fra eksempel 2 ble tverrbundet og lagret i 1 uke. Patroner med diameter 152,4 mm av hver opp-slemmingstype ble så detonert ved ca. 5°C uinnspent under anvendelse av en pentolitt-primer på 454 gram. Av de blandede guarpatroner detonerte 5 med hastigheter på 3 km/sek. eller mer, mens bare 2 patroner laget med vanlig guar alene ga slike anvendelige detonasjons-hastigheter. Den større pålitelighet hos sprengstoffoppslemminger laget med en blanding av vanlig guargummi og hydroksypropylmodifi-serte guargummier ble således vist.

EKSEMPEL 4

En typisk væske anvendt ved sammensetning av et oppslemmingsprengstoff ble fremstilt som omfattet 43 vekt% ammoniaknitrat, 52 vekt% kalsiumnitrat og 5 vekt% vann. For å fortykke mengder av denne væske ble det tilsatt guargummikombina-sjoner som vist i tabell III, og blandingens viskositeter ble målt ved forskjellige tidsintervaller som er vist i tabellen. Guarfor-tykningsmidlene ble hydratisert ved 50°C i 1 time og lagret ved 70°C. Etter 1 uke ble prøvene tverrbundet ved tilsetning av 0,5 vekt% natriumdikromat ved 45°C, og gelstyrkene ble målt med et viskosi-meter ved 5 opm med Helipath-stand og 0,195" T-stav.

Undersøkelse av resultatene i tabell III viser at naturlig gummi alene hydratiserer meget langsomt og har tendens til å gi senket viskositet etter bare 7 dager. Gelstyrken er lav. Anvendelse av modifisert guar alene gir hurtigere hydratisering, men lav sluttviskositet. De blandede guargummier gir. utmerket retensjon av viskositeter og høy gelstyrke.

EKSEMPEL 5

Tverrbindingshastigheten av oppslemminger slik som beskrevet i eksemplene 1-3 kan varieres ved å velge fortykkede blandinger som har varierende egenskaper med vanlige og hydroksypropyl-modifiserte guargummier. De eksempler som er gitt i nedenstående tabell, ble tverrbundet under anvendelse av 0,5 % av en løsning av natriumdikromat (65 %) i vann (35 vekt%), og det tidsintervall som ble målt inntil en selvbærende gel ble oppnådd:

Det blandede guarfortykningsmiddel som ble anvendt i

de oppslemmede sprengstoffblandinger i henhold til oppfinnelsen,

er til stede i en mengde av fra 0,2 til 2,0 %, fortrinnsvis fra 0,4 til 1,4 %, i vekt av hele oppslemmingsproduktet. Blandingen omfatter fra 15 til 85 vektdeler umodifisert guar til 85 til 15 vektdeler hydroksypropylmodifisert guar. En liten mengde, opp til 1,0 vekt% av hele blandingen, av tørrbindingsmiddél kan også være til stede. O<p>pslemmede sprengstoffblandinger hvor det anvendes blandet guarfortykningsmiddel, kan inneholde opp til 76 vekt% a<y>uorganiske salter, opp til 25 vekt% vann, opp til 30 vekt% sensibilisator og opp til 40 vekt% brennstoff. Opp til 27 % av det uorganiske salt kan utgjøres av kalsiumnitrat.

EKSEMPEL 6

En vandig oppslemmingssprengstoffblanding som er typisk for den type som anvendes i sprengladninger med stor diameter ble fremstilt, omfattende 62,3 % ammoniumnitrat, 13,4 % natriumnitrat, 0,3 % sinknitrat, 13,2 % vann, 3,5 % brenselolje, 6,0 % svovel,

0,5 % natriumlignosulfonat, 0,6 % fortykningsmiddel, 0,06 % ferro-sulfat og 0,14 % natriumnitritt (gassingsmiddel), idet alle mengder angir vektprosent. Denne blanding som inneholdt forskjellige fortykningsmiddelkombinasjoner, som vist i tabell V nedenunder, ble ført gjennom en dyse med 1,5 cm i diameter og 25 cm lengde, ved. slutten av et trykk-kar i laboratorieskala som hadde 10 cm boring. Før hver passering ble trykk-karet fylt med oppslemmingen. Trykk-karekstruderinger simulerer skjæreffekten på oppslemmingen når den pumpes gjennom slanger for fylling av borehull eller under patroneringsoperasjoner. Resultatene er gjengitt i tabell V nedenunder.

Resultatene i tabell V viser at oppslemmingsprengstoffer som er fortykket ved hjelp av en blanding av umodifisert guar og hydroksypropylmodifisert guar opprettholdt tetthet og boblestruktur og viste også redusert boblevekst i sammenligning med andre fortyk-ningssystemer. Det kan noteres at anvendelse av umodifisert guar alene eller med stivelse ga liten tetthet- eller boblestabilitet.

I alle tilfeller ble viskositetene målt med Brookfield RVT-viskosi-meter med spindel nr. 6 ved 20 opm.

EKSEMPEL 7

En oppslemmingsprengstoffblanding lik den som er beskrevet i eksempel 6, men uten svovel, ble fremstilt under anvendelse av standard oppslemmingsblandeprosesser. Forskjellige satser som inneholdt varierende fortykningsmiddelkombinasjoner ble undersøkt og avfyrt etter lagringstider. Resultatene er gjengitt i tabell VI nedenunder.

De resultater som er vist i tabell VI viser at anvendelse av blandede guargummier gir god tetthet og boblestabilitet ved lagring ikke-tverrbundet ved 50°C. Det kan bemerkes at den prøve som bare inneholder umodifisert guar, sviktet med hensyn til skyting etter 8 dagers lagring, hovedsakelig på grunn av dårlig boblestabilitet og resulterende tap i sensibilitet.

For å vise den forbedrede effekt ved anvendelse av et blandet guar-fortykningsmiddelsystem.i oppslemmede sprengstoffblandinger som også inneholder sensibiliserende materialer inklusive selveksploderende sensibilisatorer, ble det fremstilt en rekke sen-sibilisatorholdige produkter, og disse ble testet. Egnede ytterligere sensibilisatorer som er forlikelige med det blandede fortykningsmiddelsystem i henhold til oppfinnelsen omfatter f.eks. partikkelformige organiske sprengstoffer, f.eks. PETN, TNT og lig-nende, partikkelformige lettmetaller, f.eks. luftatomisert aluminium, organiske nitrater, f.eks. alkanolamin-nitrater og lavere alkylamin-nitrater. Generelt kan fra 10 til 30 % sensibilisator anvendes.

EKSEMPEL 8

To TNT-sensibiliserte produkter ble fremstilt som hadde følgende sammensetning av ingredienser, idet de mengder som er vist nedenunder,angir vekt%:

Begge produkter ble testet i trykk-kartester som angitt i detalj i eksempel 6. Resultatene er gjengitt i tabell VII nedenunder .

Av tabell VII kan man se at anvendelse av det blandede guarfortykningsmiddelsystem gir spesiell stabilitet og resistens overfor skjæring (under ekstrudering), hvilket bevises av resulta-tet med hensyn til tetthet og boblestruktur. Det kan bemerkes at produkt B, uten noe lignosulfonat, hadde en noe dårligere boblestabilitet etter trykk-karbehandling. Imidlertid beholdt anvendelse av blandede guargummier (test 4), selv i fravær av lignosulfonat, stabiliteten.

EKSEMPEL 9

Følgende oppslemmingsprengstoffblanding som er anvendelig

i sprengladninger med stor diameter, ble fremstilt ved standard blandemetoder, idet mengdene angis i vekt%:

Dette produkt som i tillegg inneholdt to forskjellige typer av lavviskositetsguar, som vist i tabell VIII nedenunder, ble utsatt for trykk-kartesting som beskrevet tidligere. Resultatene er gjengitt i nedenstående tabell VIII:

Av tabell VIII, test 1, ser man at boblestrukturen blir vesentlig grovere i fravær av modifisert guar. Videre forbedres sensibiliteten etter lagring hvis noe modifisert guar anvendes.

EKSEMPEL 10

En oppslemmingsbrennstoffblanding sensibilisert med etanol-amin-nitrat, et løselig organisk sprengstoffsalt, ble fremstilt under anvendelse av standard blandeprosesser og omfattende følgende ingredienser, idet mengdene angir vekt%.

Prøver av produktet som inneholdt forskjellige fortyk-ningsmiddelsystemer, ble trykk-kartestet som beskrevet tidligere. Resultatene er vist i tabell IX nedenunder:

Av resultatene i tabell IX ser man at i fravær av et fortykningsmiddelsystem med blandede guargummier var tettheten ustabil. Etter lagring inntraff tetthetøkning i fravær av noe hydroksypropylguar, hvilket viser ustabil boblestruktur.

EKSEMPEL 11

En oppslemmingsprengstoffblanding sensibilisert ved hjelp av findelt aluminium ble fremstilt under anvendelse av standard prosesser og omfattende følgende ingredienser, idet de

. viste mengder angir vekt%.

Prøver av produktet som inneholdt forskjellige fortyk-ningsmiddelsystemer ble utsatt for trykk-kartesting som beskrevet tidligere. Resultatene er gjengitt i tabell X nedenunder:

Resultatene i tabell X viser forbedret stabilitet av tettheten til produktene ved anvendelse av et fortykningsmiddelsystem med blandet guargummi.

Claims (2)

1. Oppslemmet sprengstoffblanding som inneholder vann, uorganisk oksyderende salt, brennstoff, fortykningsmiddel og en sensibiliserende mengde av fint dispergerte, innelukkede gassbobler, karakterisert ved at den inneholder 0,2-2,0 vekt%, regnet på hele blandingen,av et fortykningsmiddel som i alt vesentlig består av en kombinasjon av umodifisert guargummi og hydroksypropylmodifisert guargummi i forholdet 15-85 vektdeler umodifisert guar til 85-15 vektdeler hydroksypropyl-modif isert guar.

2. Sprengstoffblanding som angitt i krav 1, karakterisert ved at fortykningsmidlet utgjør fra 0,4 til 1,6 vekt% av hele blandingen.