SE465979B - Saett och anordning foer detektering av ett spraengaemnes detonation - Google Patents

Description

A 65 10 15 20 25 30 35 979 2 topptändning av borrhålsladdningar, en metod som särskilt be- höver övervakas i fråga om fullständig detonation. Liknande problem erhålles vid montering av ljusledargivare. Radioaktiv märkning av sprängämnet är säkerhetsmässigt känsligt och ana- » lysmässigt svårt, bl.a. med hänsyn till val av isotop med lämplig halveringstid. Samtliga metoder kräver dyr utrusting, ¿ handhavande av specialutbildad personal och ingriper påtagligt i de normala arbetsoperationerna. Metoderna lämpar sig därför dåligt för mer omfattande användning i fält.

Uppfinningen allmänt Föreliggande uppfinning har till huvudändamål att erbjuda en metod för detektering av detonation vilken undviker eller minskar ovannämnda nackdelar. Särskilt har uppfinningen till ändamål att erbjuda ett sådant förfarande som är enkelt att använda, kan handhas av ordinarie sprängpersonal och är anpas- sat till ordinarie arbetsmetoder. Ett annat ändamål är att ås- tadkomma en metod som inte utgör något säkerhetsproblem. Ett ytterligare ändamål är att åstadkomma ett förfarande till låg kostnad, lämpat för omfattande användning t.ex. vid produk- tionsbrytning. Ett ytterligare ändamål är att erbjuda en metod lämpad för enkel registrering och vanligt förekommande analys- metoder. Ännu ett ändamål är att erbjuda en metod ägnad att uppfylla normalt förekommande analyskrav i alla normalt före- kommande bergbrytingsmetoder. Uppfinningen har även till än- damål att erbjuda en kapsel eller ett system av kapslar för att uppnå ovannämnda ändamål.

Dessa ändamål uppnås med de kännetecken som framgår av patentkraven.

Genom att enligt uppfinningen placera en kapsel, innehål- lande ett spårämne, i anslutning till sprängämnet på sådent sätt att spårämnet vid detonationen blandas irreversibelt med spränggaserna, för senare analys av dessa i avseende på närva- ro av spårämnet, uppnås en enkel och säker detekteringsmetod.

Kapseln kan införas i borrhålet med samma metoder som används för införing av sprängämnespatroner, sprängkapslar, primer- laddningar etc. eller med hjälp av laddslang för införing av sprängämne i bulk. Ingen extra arbetsoperation eller preci- sionsoperation erfordras således för att placera kapseln på 10 15 20 25 30 35 465 979 3 önskat sätt. En eller flera kapslar kan införas i godtyckligt läge längs borrhålet med samma metoder som tändmedel placeras vid deckladdningar. Kapseln är dimensionerad att förstöras först i samband med detonation och tål därför även ovarsam hantering dessförinnan. Spränggaserna blandas effektivt vid detonationen och uppfyller sedan ett stort område kring sprängplatsen varför provtagningen kan ske genom enkel utpla- cering av en behållare eller uppsugningsmedel på tämligen god- tycklig punkt inom sprängningsområdet för vidare befordran till separat analysavdelning. Inga ytterligare åtgärder ford- ras på sprängplatsen. Gasanalys kan genomföras med enkla och vanligt förkommande analysinstrument, såsom gaskromatografi, och analysen är normalt av ja/nej-karaktär med avseende på fö- rekomst av spårsubstans och kräver således ej kvantitativ ana- lys. Gasanalys kan tydligt separera många olika ämnen och stor valfrihet finns således både i fråga om typ och antal olika spårämnen. Det har visat sig att spårämnena återfinns oskadade i spränggaserna tämligen oberoende av spårämnets natur och även helt brännbara ämnen överlever detonationen. Inga exotis- ka ämnen erfordras därför utan billiga, ofarliga och ur sprängsynpunkt säkra ämnen kan väljas. Då även höljet kan tillverkas med enkla medel kan kapslarna tillverkas i stor mängd till låg kostnad. Metoden ger inga säkerhetsproblem på sprängplatsen. Tillförlitligheten är hög därigenom att de kraftiga kapslarna ej frigör innehållet ens vid skjuvning el- ler bergras efter ofullständig detonation och om högkokande spårämnen används blir halten spårämne i gaserna låg även vid brusten kapsel som ej exponerats för detonation. Metoden är tillämplig vid alla vanligt förekommande bergbrytningsmetoder och är oberoende av initieringspunkt och initieringsmetod för laddningen.

Ytterligare ändamål och fördelar med uppfinningen kommer att framgå av den närmare beskrivningen av uppfinningen nedan.

Detaljbeskrivning Kapseln enligt uppfinningen innefattar ett hölje som är tillräckligt svagt för att förstöras eller sönderbrytas av de- tonationen hos det sprängämne kapseln är avsedd att placeras i anslutning till. För att skydda innehållet är kapseln före- trädesvis tillräckligt stark för att motstå all normal hante- '4s5l979 10 15 20 25 30 35 4 ring före sprängningen, liksom helst även bergras efter, och är företrädesvsis så stark att den väsentligen endast sönder- delas av en detonation. Fackmannen kan enkelt utprova en lämp- llig kapsel för ändamålet genom att utgå från en kapsel som helt överlever detonationen och därefter minska hållfastheten till dess en kapsel erhålles vilken med tillfredställande re- gelbundenhet sönderdelas och frigör sitt innehåll vid detona- tion. Det har överraskande visat sig att en så utformad kapsel också skyddar innehållet mot förstörelse vid detonationen.

Utan att binda uppfinningen vid någon teori antas att detta resultat åtminstone delvis beror av att höljet fördröjer ver- kan av detonationsfronten så att spårämnet ej direkt påverkas av tryck och värme från fronten, att de genom expansion snabbt avkylda spränggaserna ej hinner nedbryta spårämnet samt att varken spårämnet eller de på syre i regel underbalanserade spränggaserna innehåller reaktanter mot spårämnet.

Höljesmaterialet kan vara av varjehanda slag såsom plast, keramik etc. Goda resultat har uppnåtts med metallhöljen av t.ex. stål. Den geometriska utformningen kan anpassas efter praktiska behov med exempelvis en spetsig främre del för enkel införing och med en bakre bakåtriktad och fjädrande fläns för fasthâllning mot borrhålsväggen. Dimensionerna kan av samma skäl och för att underlätta placeringen med vanliga laddin- strument något anpassas efter borrhålsstorleken och exempel- vis ligga mellan 10 och l0O Z av borrhålsdiametern. Större kapslar föredrages vid bottenplacering medan något mindre kapslar föredrages vid placering utmed sprängämnespelaren för att ej påverka detonationens fortplantning. Det föredrages att kapseln inte är helt fylld med spårämnet utan innefattar en buffrande gasvolym, exempelvis genom att spårämnet är placerat i en mindre inneslutning inlagd i det yttre höljet.

På grund av den iaktagna ringa växelverkan mellan spåräm- ne och detonation kan spårämnet väljas mycket fritt och främst bestämmas på grundval av praktiska, analysmässiga och prismäs- siga överväganden. Ur praktisk synpunkt bör ämnet inte vara vådligt eller svårhanterligt. Ur analys- och provtagningssyn- punkt är det önskvärt att ämnet har tillräckligt låg kokpunkt för att stabilt kvarstanna i och ej utsepareras ur sprängga- 10 15 20 25 30 35 465 979 5 serna. För detta ändamål bör kokpunkten understiga 300°C och helst även understiga 200°C. Å andra sidan bör kokpunkten vara tillräckligt hög för att ämnet ej i alltför hög grad skall av- gå till spränggaserna vid eventuella läckage orsakade av annat än detonationen. För detta ändamål bör kokpunkten överstiga -30°C och helst överstiga 20°C. Vid gaskromatografisk analys är dessa gränser även lämpliga för att enkelt särskilja spår- ämnena fràn de mer làgkokande normala komponenterna i spräng- gaserna. För att underlätta analys och möjliggöra ett stort spektrum av särskiljbara ämnen är det önskvärt att ämnet inne- kväve, häller funktionella grupper innehållande halogen, syre, svavel etc, t.ex. ketoner, estrar, halogener etc. förutom kol- väten. Lämpliga ämnen är vätske- eller gasformiga organiska ämnen med sådana grupper. Termostabila föreningar av detta slag är freoner, t.ex. freon 11, freon 113 och freon 114 B. kan emellertid använ- 1,2-di- l,1,1- metylisobutyl- kolsvavla, koltet- 1,4-dikloretan, tolu- även brännbara, 1,2-dikloretan, Vanliga lösningsmedel, das, t.ex. metylenklorid, kloroform, etylacetat, metyletylketon, l,l,2-trikloretan, klorpropan, trikloretylen, -trikloretan, n-butylacetat, keton, tetrakloretylen, etylglykolacetat, l,2,3-diklorpropan, l-klorpentan, dietylketon, raklorid, isopropylacetat, isooktan, n-propylacetat, isoamylacetat, o-xylen, heptan, en, isobutylacetat, m,p-xylen, tert-butylacetat, sek- och n-amyl- tert-propylacetat, tert-, acetat samt 1,1,1,2-tetrakloreten. Givetvis är detta ingen ut- tömmande lista över möjliga ämnen. Lämpligen används rena äm- nen snarare än blandningar i varje kapsel men hög renhet ford- ras inte utan teknisk kvalitet är tillräcklig. Mängden skall vara tillräcklig för att ge en mätbar koncentration med den valda analysmetoden. I regel kan ppm- eller ppb-halter utan svårighet mätas. En lämplig spårämnesmängd beror därför av den totala laddstorleken eller rumsvolymen men som riktvärden kan anges över 1 g per kapsel, företrädesvis även över 10 g. Mäng- der över 1000 g synes inte fylla någon funktion utom vid myc- ket 100 stora laddningar och mängden kan normalt hållas under g.

Den spårämnesinnehållande kapseln kan införas i borrhälet med konventionella medel, såsom laddkäpp, patronmatare, ladd- 465 979 lO l5 20 25 30 35 5 slang etc, lämpligen tillsammans med tändmedel, säsom spräng- kapslar, primerladdningar, stubiner etc. Enstaka kapslar pla- ceras vanligen i botten av borrhàlet men kan placeras var som helst utmed sprängämnespelaren liksom vid användning av flera kapslar för samma laddning för att kunna detektera eventuella avbrott i detonationsutbredningen. Placering utmed pelaren kan ske enligt samma principer som vid däcksladdningar, dvs vid avbrott i laddningsoperationen eller genom att kapslarna mon- teras utmed en sträng, t.ex. stubin eller signalledare, med efterföljande fyllning av hela borrhálet med sprängämne. Ladd- ningarna initieras därefter på normalt sätt, t.ex. med hjälp av nämnda tändmedel. Det är tydligt att inga väsentliga ing- repp i de normala arbetoperationerna pà sprängplatsen behöver göras för att möjliggöra föreliggande metod.

Provtagning sker genom att en liten mängd av spränggasen uppsamlas för senare analys på godtycklig plats. Uppsamling kan ske genom att utplacera en behållare eller påse vid sprängplatsen utrustad med ventiler för automatisk genomblás- ning eller med en pump för tvångsmässig införing av gas i be- hållaren. Ett föredraget sätt är emellertid att utplacera ett adsorptionsmedel, exempelvis porös polymer eller företrädesvis aktivt kol, vid sprängplatsen så att det exponeras för spräng- gaserna. En pump kan även i detta fall användas för att tvinga gaserna genom adsorptionsmedlet men detta är ej nödvändigt. De adsorberade gaserna kan senare urlakas eller avdrivas för ana- lys. Dà pumpar utnyttjas kan dessa med fördel automatiskt startas och stoppas vid detektering av i spränggaserna normalt förekommande komponenter, särskilt kolmonoxid.

Analys kan ske direkt pà sprängplatsen men det föredrages att utnyttja den möjlighet till helt separat analys som möj- liggörs av metoden. Varje analysmetod som kan detektera spä- rämnet i den aktuella halten kan användas, t.ex. IR-spektro- Föredragna metoder är gaskromatogra- En grafi eller kromatografi. fi och/eller masspektrografi eller vätskekromatografi. kvantitativ analys kan göras för speciella fall såsom vid an- vändning av samma spärsubstans i flera kapslar eller för fastställande av partiella detonationer. I normalfallet er- fordras emellertid endast ett kvalitativt fastställande av spàrämnets närvaro över en viss haltnivà i spränggaserna. l0 15 20 25 30 35 465 979 7 Metoden enligt uppfinningen är flexibel och kan generellt användas för detektering av detonation. Metoden synes ha sär- skilt värde vid sprängningar med multipla laddningar såsom vid bergbrytning, speciellt under jord. Metoden har med framgång tillämpats vid ortdrivning och skivrasbrytning.

Exempel l Detonatonsindikatorer framställdes bestående av en inre plastflaska och en yttre stålkapsel. Plastflaskan fylldes med 200 ml spårämne och placerades i en cylinderformad stålkapsel väggtjockleken 5 mm För att underlätta med längden 200 mm, ytterdiametern 60 mm, med en väggtjocklek hos basytan av 6 mm. införingen av kapseln i borrhålet sattes en plastkon i främre änden och för att hålla kapseln kvar i uppåtriktade borrhål försågs den med en plastspärrfjäder i bakre änden. Kapselns totala längd var 360 mm.

För skjutning av en skivraskrans under jord borrades från en ort 10 uppåtriktade hål inom en vinkel av 60° med borrhåls- diametern 76 mm och längder varierande mellan 9,6 och l3,l m.

Salvans teoretiska malminnehåll var 1400 ton. I de två yttre borrhålen på varje sida av kransen placerades detonationsindi- katorer enligt ovan innehållande olika spårämnen, nämligen etylacetat, metylketon, 1,l,l-trikloretan resp. etylglykolace- tat. Med hjälp av en laddslang lyftes spårämneskapslarna upp i borrhålen ända mot hålbotten där de blev sittande tack vare plastspärrfjädrarna. Därefter laddades borrhålen i vanlig ord- ning med ANFO-sprängämne genom samma laddslang. Tändmedel pla- cerades i hålmynningen. Dessutom upphängdes en plastflaska en- ligt ovan innehållande n-butylacetat, utan omgivande stálkap- sel, fritt i luften i fältorten där sprängsalvan sköts. Denna plastflaska krossades med en liten sprängladdning samtidigt med den stora salvan och innehållet spreds i fältorten till- sammans med vad som kom ut från spårämneskapslarna. För att samla in spårämnen användes dosimeterkapslar med aktivt kol (Anasorb AK), vilka hängdes upp i tvärorten sä långt från sal- van som möjligt. 465 5 10 15 20 25 30 35 979 B Efter det salvan skjutits analyserades det aktiva kolet i dosimeterkapslarna på sitt innehåll av spårämnen med hjälp av gaskromatografi. Analysen indikerade svar från tre kapslar och den fritt upphängda spårämnesbehållaren. Den fjärde kapseln som suttit i ett av de yttre hålen indikerades inte då detta hål hade brutit genom väggen till intilliggande ort. Kapseln hade blåst ut den vägen varför dess spårämne ej kunde återfin- nas i mätorten.

Exempel 2 I ändamål studera separerbarheten vid analys av olika spårämnen framställdes små detonationsindikatorer bestående av en inre glasampull och en omgivande stålkapsel. Glasampullen hade en inre volym av 20 ml och tillfördedes fyra olika spå- rämnen om 5 ml vardera och förslöts med ett plastlock. Den om- givande stålkapseln hade en yttre diameter av 28 mm, längd 100 mm, väggtjocklek 1,5 mm med en väggtjocklek hos basytan av 3,0 mm.

Fyra stycken kapslar, vardera innehållande fyra spår- ämnen enligt ovan, placerades i ett enda 3 meter djupt borr- hål som laddades med 3 kg dynamit (Dynamex) och initierades med pentylstubin, 10 g/m, anbringad utefter hela längden för att ej riskera detonationsavbrott vid kapslarna.

Efter detonationen togs prover genom adsorption av ämnena på aktivt kol, för senare desorption och analys på laboratori- um. Den satsade provmängden av 5 ml för varje ämne motsvarade 15 - 20 mg/m3 i aktuell tunnelvolym. Under 15 resp. 30 min togs prover genom pumpning av tunnelgasen med ett flöde av 1,0 och 1,5 l/min genom kolrör av 2 storlekar, 50 + 100 mg kol och 200 + 400 mg kol.

Kolampullerna desorberades med 2 ml kolsvavla och 1 pl av desorberingslösningen injicerades i gaskromatograf. Standard har beretts genom att 1 pl av de använda ämnena har satts till 10 ml kolsvavla.

Gaskromatografisk analys utfördes på en Varian 3300 ka- pillär GC. Kolonnen var en DB-1 (opolär) 30 m x 0,32 mm 0D, som temperaturprogrammerats från 40 - 90 °C. Ämnena kromato- N) 465 979 9 graferade vid 40°C i 3 minuter, därefter 5°/min till 95°C.

Injektortemperaturen var 175°C och detektortemperaturen 200°C.

Som bärgas användes helium med trycket 5 psi och splittförhàl- landet 130:1.

Vid analysen detekterades 15 av de 16 ämnena. Ämnet med den högsta kokpunkten, etylglykolacetat, adsorberades inte.

Nedan anges de provade spårämnena tillsammans med data för gaskromatograíisk retensionstid, densitet, molvikt och kok- punkt: Ret. Den- Mv Kok- tid sitet punkt min g/cc °C Diklormetan, metylenklorid 3.23 1.33 85 Metyletylketon, MEK 3.66 0,80 72 80 Etylacetat, EtAc 3.88 0,90 88 77 1,1,1-trikloretan, kloroten 4.28 1,34 133 74 Isopropylacetat 4.50 0,87 102 Dietylketon 4.95 Trikloretylen 5.12 1,46 131 87 Isooktan 5.18 0,69 114 Propylacetat 5.39 0,89 102 Isobutylmetylketon eller 5.86 0,80 100 117 metyletylketon Toluen - 6.67 0,87 92 Isobutylacetat 6.85 0,87 116 n-butylacetat 8.03 0,88 116 127 m,p-xylen 9.84 0,86 106 Isoamylacetat 10.03 Etylglykolacetat 10.83 0.97 132 156

Claims (21)

.465 10 15 20 25 30 979 10 Patentkrav

1. Sätt att detektera ett sprängämnes detonation i sam- band med bergbrytning och liknande, k ä n n e t e c k n a t av, innefattande ett av sprängämnets detonation 4 destruerbart eller sönderbrytbart hölje innehållande ett i att en kapsel, spränggaser irreversibelt blandbart och detekterbart spårämne, placeras i anslutning till sprängämnet, att åtgärder vidtages för att initiera sprängämnet, att spränggas uppsamlas från sprängplatsen och att gasen analyseras med avseende på före- komst av spåråmnet.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av, att kapseln placeras i sprängämnet.

3. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av, att mer än en kapsel med olika spårämnen placeras i sprängämnet.

4. Sätt enligt krav l,'k ä n n e t e c k n a t att sprängämnet består av flera laddningar varvid minst två av EN, laddningarna är placerade i anslutning till kapslar med olika spårämnen.

5. Sätt enligt gas uppsamlas genom t e c k n a t att behållare eller påse. krav 1, k ä n n e av, att upptagas i en

6. Sätt enligt krav 1, k å n n e t e c k n a t av, att gas uppsamlas genom att exponeras för ett adsorptionsmedel.

7. Sätt enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av, att adsorptionsmedlet är kol. _

8. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av, att uppsamlingen av gas initieras vid detektering av en i spräng- gaser normalt förekommande komponent, såsom kolmonoxid.

9. Sätt enligt krav 1, gasen analyseras med hjälp av gaskromatografi.

10. k ä n n e t e c k n a t av, att Kapsel för detektering av ett sprängämnes detonation, k ä n n e t e c k n a d av, att den innefattar ett av detona- tion destruerbart eller sönderbrytbart hölje innehållande ett 1 i spränggaser detekterbart spårâmne med en kokpunkt understi- gande 300°C.

11. Kapsel enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av, att höljet är av metall eller plast.

-12. Kapsel enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av en dimension motsvarande mellan 10 och 100 % av diametern hos ett omgivande borrhål. 10 15 20 25 465 979 11 k ä n n e t e c k n a d av, 130 att den innefattar fjädrande flänsar avpassade för fasthall-

Kapsel enligt krav 10, ning mot borrhälsväggar.

14. Kapsel enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av ett yttre och ett inre hölje varvid det inre höljet innehåller spàrämne.

15. Kapsel enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av, att spárämnet är vätskeformigt.

16. Kapsel enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a d av, att spàrämnet har en kokpunkt mellan -30 och 300°C.

17. Kapsel enligt krav 16, k ä n n e t e c k n a d av, att spàrämnet har en kokpunkt mellan 20 och 200°C.

18. Kapsel enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av, att spàrämnet är en freon. i

19. Kapsel enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d av, att spàrämnet är en organisk förening innehållande en funktio- nell grupp, sàsom grupper innehållande halogen, syre, kväve eller svavel. k ä n -

20. Kapsel enligt nagot av de föregående kraven, n e t e c k n a d av att mängden spárämne ligger mellan 1 och 1000 gram.

21. System av kapslar enligt nagot av kraven 10 till 20, k ä n n e t e c k n a t av, att kapslarna innehåller olika spårämnen särskiljbara vid analys, särskilt gaskromatografisk analys, vilka spårämnen har kokpunkter undestigande 300°C.