SE526545C2 - Anordning och förfarande för leverans av emulsionssprängämnen - Google Patents

Description

25 30 Att använda vatten för att ladda spränghål med emulsionssprängämneskompositio- ner är inte önskvärt eftersom vattnet kan absorberas i emulsionen, varvid även små absorberande mängder minskar emulsionens sprängenergi, ökar den kritiska diame- tern och minskar sensitiviteten hos emulsionen. Vidare måste stora volymer potenti- ellt förorenat vatten senare tas om hand.

Den pneumatíska laddningen av emulsionssprängänmeskompositioner är också be- skriven i GB 2 204 343 A. Enligt förslaget överföres en icke-explosiv basemul-i _ sion och en gasgivande lösning till en påfyllningsslang ifrån resp. trattar med hjälp av komprimerad luft. De blandas i en homogeniseringsenhet vid en utloppsände av ett tillförselrör anslutet till slangen. Innan de blandas samman omger den gasgivan- de lösningen basemulsionen i slangen och smörj er passagen av basemulsionen där- igenom och gör att lägre tryck kan användas i trattarna. Tillförseln av komprimerad luft till trattarna och därmed leveransen av emulsionssprängämne från tillförselröret styrs med hjälp av en avstängningsventil på tillförselröret som är förbelastat i tillslu- tet tillstånd. En operatör som befinner sig intill spränghålskragen måste därför ma- nuellt lyfta på avstängningsventilen och öppna den.

Det föreslås i GB 2 204 343 A att det föredras att använda resp. pumpar för matning av basemulsionen och den gasgivande lösningen till påfyllningsslangen i stället för komprimerad luft i trattarna.

Intemationalla patentansökan WO 97/48966 föreslår också pneumatisk leverans av emulsionssprängänmeskompositioner till borrhål. Arrangemanget som beskrives liknar det i GB 2 204 343 A med skillnaden att Smörjning av materialet som levere- ras sker med hjälp av ett ringformat flöde av vatten omkring materialet i leverans- slangen. Andra sätt att upprätthålla relativt låga utmatningstryck beskrives inklude- rande att hålla den inre diametem på leveransslangen och tillhörande komponenter så stora som möjligt. Komprimerade lufttryck av ca 250 och 550 kPa beskrives. 10 15 20 25 30 526 545 En av svårigheterna med samtliga ovannämnda förslag för att leverera emulsions- sprängämneskompositioner pneumatiskt består i kontrollen av mängden material som levereras vid bestämd kompressibilitet hos gasen.

Den doserade leveransen av sprängämnen med användning av pneumatisk utmat- ning beskrives i US-A-5 811 7l l, som föreslår användning av en komplex dose- ringsanordning, kontrollanordning och en programmerbar styrenhet. Doseringen ut- föres sedan genom att tidsstyra flödet eller leveransen av sprängämnena.

Såsom beskrivet i ovannämnda patentpublikationer med konventionell pneumatisk leverans av emulsionssprängämneskompositioner sätts hela lagret av kompositionen tillgänglig för leverans under tryck vilket leder till komplex apparatur, vars under- jordsanvändning begränsas till handhavande av kvalificerad personal. De under tryck satta kärlen varur kompositionen levereras är också föremål för sträng kontroll vilket leder till ytterligare kostnader såväl för framställning därav som underhåll.

Ett mål med föreliggande uppfinning är att mildra dessa nackdelar med tidigare för- slag.

Enligt uppfinningen tillhandahålles anordning för att leverera emulsionssprängäm- neskompositioner, vilken anordning innefattar en tryckkammare, ett tryckfritt kärl för lagring eller leverans av kompositionen till en tryckkammare, ett förslutbart in- lopp till kammaren för påfyllning av kammaren med emulsionssprängämneskompo- sition från kärlet, ett utlopp från kammaren och en fluidumtrycköppning till kamma- ren för att anlägga ett utmatningstryck till kammaren för leverans av emulsions- sprängämneskomposition i kammaren genom nämnda utlopp, varvid det maximala arbetstrycket och volymen i tryckkammaren är sådana att den har ett tryckvolymvär- de (pV) lägre än 10 MPal. 10 15 20 25 30 545 526 4 Uppfinningen avser även ett förfarande för leverans av emulsionssprängänmeskom- positioner innefattande stegen att: a) lagra ett förråd av kompositionen i ett tryckfritt kärl, b) fylla en tryckkammare med emulsionssprängärnneskomposition fiån kärlet via ett förslutbart inlopp till kammaren och c) anlägga ett utrnatningslryck till kammaren för utmatning av emulsionsspräng- ämneskomposition till kammaren via ett utlopp fiån kammaren, varvid utmatningstrycket och volymen i tryckkammaren är sådana att tryckkamma- ren har ett tiyckvolymvärde (pV) lägre än 10 MPal.

Med termen "emulsionssprängämneskomposition" skall här förstås sensibiliserade emulsionssprängänmen, basemulsioner för emulsionssprängämnen, d v s osensibili- serade emulsionsfaser liksom slamsprängärrmen och "melt-in-füel"-sprängärrmen.

Anordningen och förfarandet enligt uppfmningen kan användas för basemulsioner för vatten-i-olj eemulsionssprängämnen, som eventuellt innehåller partikelforrnigt material såsom arnrnoniurnnitrat-prills. Anordningen och förfarandet tillämpas van- ligen för att leverera en försensibiliserad komposition, d v s en basemulsion för- blandad med ett sensíbiliseringsmedel, såsom glasmikroballonger för att frarnställa ett emulsionssprängänme. Dessa typer av emulsionssprängärnnen är väl kända för fackmannen. Basemulsionen tenderar att ha allt för låg viskositet för att hålla kvar gasbubblor som vanligen användes vid kemisk gasavgivningsteknik.

Med föreliggande uppfinning kan ett mycket enkelt system tillämpas för leverans av emulsionssprängämneskompositioner utan användning av förträngningstiyckpumpar såsom kolvpumpar och progressiva hålrumspumpar och utan risk för trycksättning av väsentliga volymer av kompositionen. Genom att välja ett pV-värde lägre än 10 MPal undviker tryckkammaren klassificering som trryckkärl och strikta kontroll- bestämmelser som tillämpas på tryckkärl. I en del länder kan ett armat pV-värde gäl- 10 15 20 25 5 la för kärlsklassificeringen, i vilket fall det maximala pV-värdet enligt uppfinningen kan justeras därefier. pV-värdet beräknas genom att multiplicera det maximala eller norninella värde arbetstrycket i tryckkammaren (MPa) med volymen på uyckkarn- maren i liter.

Bedömningen som icke tryckkärl av tryckkarnrnaren innebär att anordningen och förfarandet enligt uppfinningen kan användas under jord av outbildade gmvoperatö- PCI”.

Anordningen och förfarandet enligt uppfinningen kan med fördel användas fór att fylla ett spränghål med emulsionssprängämneskompositionen. Uppfinningen kan dock alternativt användas fór att leverera emulsionssprängämneskompositionen från kammaren till någon annan plats såsom ett förrâdskärl eller leveranskärl. Uppfm- ningen har i sin föredragna utföringsfonn speciell fördel där relativt små volymer sprängämnen, speciellt under våta betingelser, såsom vid utvecklandet av gruvakti- viteter och liknande i underjordiska gruvor, där packade sprängämnen armars kan användas. Som exempel kan vid ett utmatningstryck av 700 kPa den maximala vo- lymen på tryckkammaren vara ca 14,25 l för att upphålla ett pV-värde under 10 MPal.

När emulsionssprängänmeskompositionen i karmnaren är osensibiliserad kan den sensibiliseras på känt sätt nedströms om kammaren, t ex såsom beskrivet i GB 2 204 343 A eller WO 97/24298.

Kammaren måste kunna riskfritt inrymma emulsionssprängåmneskompositionen vid utmatningstrycket. Konstruktionsmaterialet i kärlet innehållande kammaren väljes så att det står emot utmatningstrycket och även är inert gentemot emulsionssprängäm- neskompositionen. Materialet skall också uppvisa tillräcklig robust konstruktion för att stå emot de rigorösa förhållandena i en underjordisk gruvrniljö. Lämpliga materi- 10 15 20 25 30 526 545 6 al är väl kända och inkluderar aluminium och rostfritt stål liksom en del syntetiska material såsom glasfiber och plastmaterial.

Utmatningstrycket kan vara vilket som helst tryck som krävs för att utmata emul- sionssprängämneskompositionen ur kammaren, företrädesvis högst ca 700 kPa.

Helst ligger utmatningstrycket inom området ca 200-600 kPa.

För att minska flödesmotståndet hos emulsionssprängämneskompositionen i en leve- ransslang eller annan ledning nedströms om utloppet och därmed underlätta an- vändningen av lägre utmatningstryck kan vilket som helst bland olika arrangemang tillämpas. T ex kan passagen för emulsionssprängämneskompositionen genom leve- ransslangen eller -ledningen smörjas såsom beskrivet i GB 2 204 343 A eller WO 97/48966 eller kan flödesdiametrarna ökas på såsom beskrivet i WO 97/48966.

Alternativt kan det i vissa fall vara lämpligt att sänka viskositeten på emulsions- sprängämneskompositionen. Emulsionssprängärnneskompositioner kan ha en stan- dardviskositet av ca 14 000 till ca 30 000 cP men mera lättrinnande emulsioner kan användas hos vilka viskositeten är under 14 000 cP. Företrädesvis är viskositeten ca hälften därav eller ännu lägre, t ex inom området ca 1 000-5 000 cP.

Utmatningstrycket kan anläggas på emulsionssprängämneskompositionen i kamma- ren med ett icke komprimerbart fluidum såsom vatten eller någon annan hydraul- vätska. Företrädesvis anlägges dock utmatningstrycket med en gas såsom kompri- merad luft eller arman under tryck satt gas. Dock måste tryckmediet alltid vara åt- minstone i huvudsak inert mot emulsionssprängärnneskornpositionen. Leveransen av under tryck satt gas regleras företrädesvis så att jämnt flöde av emulsionssprängäm- neskomposition säkerställes från kammaren. Källan till under tryck satt gas kan vara en cylinder men helst är den under tryck satta gasen lufi och källan är t ex en pump.

I fallet med en underj ordisk gruva kan pumpen utgöra källan för under tryck satt luft generellt till gruvan och kan därför vara fjärrstyrd. oc o 0 nu n o o en a n 0 Q Q I oc 10 15 20 25 7 Det tillslutbara inloppet för att fylla kammaren med emulsionssprängämneskompo- sition kan ha vilken som helst passande konfiguration. Enligt en föredragen utfö- ringsform är inloppet placerat i toppen av kammaren så att emulsionssprängämnes- kompositionen i det tryckfria förrådskärlet lätt kan matas in i kammaren med hjälp av tyngdkrafien. Även om inloppet kan vara placerat var som helst i kammaren kan sådan placering, eventuellt kombinerad med viskositeten på emulsionssprängämnes- kompositionen, kräva att emulsionssprängärrmeskomposítionen pumpas in i kamma- ren för att uppnå godtagbar fyllningshastighet. Som ovan nämnts föredras att undvi- ka att behöva pumpa emulsionssprängärnneskompositioner.

Inloppet samverkar företrädesvis med det tryckfria förråds- eller leveranskärlet, så- som en tank eller tratt eller en emulsionberedningsenhet direkt men samverkan kan ske via en lämplig ledning. Kärlet kan uppvisa önskad storlek så att det inrymmer hela emulsionssprängärnneskompositionen. Eftersom kärlet är tryckfritt påverkar detta ej pV-värdet hos tryckkammaren eller -anordningen.

Inloppet är förslutbart så att när utmatningstrycket anlägges på emulsionssprängärn- neskompositionen i kammaren pressas kompositionen ej tillbaka genom inloppet.

F örslutning av inloppet kan också säkerställa att en förutbestämd volym emulsions- sprängämne tillhandahålles i kammaren. En rad olika lämpliga manuella eller auto- matiserade ventiler för att tillsluta inloppet är kända för fackmannen men enligt en föredragen utföringsforrn användes en flottörventil. När sålunda emulsionsspräng- ämnet når en förutbestämd nivå i kammaren aktiveras flottören och stänger inloppet.

Under utmatning av emulsionssprängämnet från kammaren kan utmatningstrycket i kammaren påverka flottörventilen så att den hålls stängd. Enligt en föredragen utfö- ringsfonn är flottören en kula som är anpassad att tillsluta själva inloppet.

Q U O Q oo 0 o n 10 15 20 25 30 526 545 s n I o l ø I o OI o o o o Q o n oo o 0 o Läget för utloppet i kammaren defmierar åtminstone delvis satsvolymen hos kam- maren eftersom när utmatningstrycket anlägges på emulsionssprängänmeskomposi- tionen i kammaren volymen av emulsionssprängämneskomposition ovanför utloppet utrnatas. Utloppet kan vara icke justerbart i kammaren i vilket fall satsvolymen kan justeras efter önskemål genom att fylla kammaren med emulsionssprängämneskom- position till en variabel förutbestämd nivå. Sådan variation kan utföras genom att manuellt stänga igen inloppet eller t ex vid ett mera sammansatt arrangemang med hjälp av en justerbar givare för att avbryta transporten av emulsionssprängämnes- komposition till kammaren när väl den förutbestämda nivån uppnåtts. Om man öns- kar varieratsatsvolymen är utloppet helst justerbart i kammaren för att medge kon- troll av satsvolymen på ett enkelt mekaniskt sätt. Företrädesvis innefattar utloppet en ledning med en inloppsöppning och inloppsöppningen från utloppet kan vara för- skjutbart i kammaren för att tillhandahålla ovannämnda justering av utloppet, t ex genom att låta ledningen glida.

Ventilsekvensstyming och nivåkontroll kan åstadkommas med en dator, t ex med användning av datorstyrda solenoidventiler och -givare. Detta kan medge mera nog- grann kontroll av satsvolymen, undvikande av stänk av emulsion till följd av lufi som kommer in i matarslangen och förhindrande av sifonrörsspill som skulle kunna leda till förlust av innehåll. Kontrollen kan ske via ett fjärrstyrt radiosystem för att starta upp och stoppa processen. Detta kan innebära ett en enda operatör kan ladda hål och styra hela processen.

Kammaren ventileras företrädesvis till atmosfären under påfyllning av emulsions- sprängänmeskompositionen och företrädesvis medger en ventil att tryckmediet kan sätta kammaren under tryck i en första position och ventilera kammaren i en andra position.

Anordningen enligt uppfinningen kan vara integrerad med ett leveranssystem för le- verans av fasta partikelfonniga material såsom ANFO. Enligt en utföringsforrn kan oo oo o oo o o o oo o o I o o o oo 10 15 20 25 30 526 54-5 9 en leveransslang för emulsionssprängämneskompositionen vara ansluten med en slidventil till förrådet av fast partikelforrnigt material.

I denna beskrivning skall, om ej annat särskilt anges uttrycket "innefatta" och varia- tioner därav såsom "innefattar" och "innefattande" innebära införandet av ett uppgi- vet heltal eller steg eller grupp av heltal eller steg men ej utesluta något armat heltal eller steg eller grupp av heltal eller steg.

Två utföringsformer av anordning och forfarande för leverans av emulsionsspräng- ärnneskomposition enligt uppfinningen skall nu beskrivas med exempel med hän- visning till bifogade ritningsfigurer, av vilka: Fig. 1 schematiskt återger en fóredragen utföringsform av en anordning för att leve- rera emulsionssprängämneskomposition till ett spränghål och Fig. 2 schematiskt visar anordningen enligt Fig. 1 inkluderande en anordning för pneumatisk fyllning med fast partikelfonnigt material.

Med hänvisning till Fig. 1 innefattar sprängämnesleveransanordniiigen en kammare l med ett inlopp 2 tillslutbart med hjälp av en kulflottörventil 3. Inloppet 2 är anslu- tet till en källa med emulsionssprängämneskomposition innefattande en öppen tratt 10. Kammaren l har ett utlopp 4 i form av en ledning som har ett djup i kammaren 1 som efter önskemål kan justeras genom förflyttning genom en hylsa 5, t ex genom glidande rörelse. Kammaren 1 har också en kammartryckkontrollanordning 6 i form av ledaröppning in i kammaren och med en ventil 7 för att selektivt ansluta kamma- ren 1 till en ytterligare ledning 8 från en källa med komprimerad luft och till en ven- tilationsöppning 9. Källan för komprimerad lufi (ej visad) är företrädesvis reglerad.

I en underjordsgruva är källan med komprimerad luft med fördel huvudkällan för luft till gruvan. Kammaren 1 har ett pV-värde lägre än 10 MPal. För ett utmamings- oo oo o Oo o o o oo o o o o o o o oo o o o o oo o I o 0 o o 10 15 20 25 30 en 00 c 0 I I o 0 5 2 6 5 4- 5 Éï* ~ ÅF 2:2 ~ äß 'sig 10 tryck av 200 kPa måste sålunda volymen hos kammaren vara mindre än 50 l. För ett utmatningstryck av 600 kPa måste volymen vara mindre än 16,67 l.

Leveransen av emulsionssprängämneskomposition från kammaren 1 styrs med ven- tilen 7. Ventilen 7 är initialt inställd så att luft vid atmosfarstryck i kammaren 1 kan ventilera ut till atmosfären via ventilationsöppningen 9 när tyngdkraften verkar på kulan i kulventilen 3 och på emulsionssprängänmeskompositionen i tratten 10 tvingar kulventilen 3 att öppna sig. Härigenom kommer kompositionen att fylla kammaren Fig. 1 illustrerar anordningen strax efter fyllning av emulsionsspräng- ämneskompositionen i kammaren l påbörjats med komposition omedelbart ovanför nivån för utmatningsledningens öppning 4 i kammaren, Allt eftersom kammaren 1 fylls flyter kulan upp på kompositionen och tillsluter inloppet 2 vid 'förutbestämd nivå på kompositionen. Emulsionssprängämneskomposition i kammaren l levereras genom selektiv justering av ventilen 7 för anslutning av kammaren 1 till ledningen 8 for komprirnerad lufi. Trycket av komprimerad lufi pressar kompositionen i kamma- ren 1 ut genom utloppet 4 och håller kulventilen 3 i inloppet i slutet läge när nivån på kompositionen sjunker. Om nivån på emulsionssprängärnneskompositionen i kammaren 1 tillåts falla till omedelbart under nivån för utloppet 4 kan luft strömma genom utmatningsledningen som kan rensa ledningen och eventuell därmed anslu- ten leveransslang ll (visat schematiskt i Fig. 1). Detta kan dock medföra oönskat stänk av kompositionen vid ledningens eller slangens utlopp. Ventilen 7 kan justeras till ventilationsläge när väl önskad volym av emulsionssprängärnneskomposition i kammaren har utmatats. När trycket faller i kammaren 1 sjunker kulan automatiskt under tyngdpåverkan och en ytterligare doserad kvantitet emulsionssprängärnnes- komposition fylls på i kammaren från tratten. Kulventilen är schematiskt illustrerad och styrs i praktiken in i inloppet när den flyter på den stigande nivån av emulsions- sprängämneskomposition.

Satsvolymen, d v s volymen av emulsionssprängämneskomposition i kammaren l ovanför utloppet 4 när inloppet 2 är tillslutet av kulventilen 3, kan justeras genom 10 15 20 25 30 545 11 att ledningen 4 skjuts upp och ned i hylsan 5. Detta kan utföras före eller efter det att kammaren är fylld med kompositionen.

Fig. 2 visar anordningen i Fig. 1 integrerad med en matarmekanism för fast partikel- fonnigt material som kan användas för att selektivt leverera emulsionssprängämnes- kompositionen från kammaren 1 och/eller fast partikelformigt material från en eller båda trattarna 16. Leveransen av emulsionssprängämneskomposition och/eller fast partikelformigt material till leveransslangen ll bestäms av en glidventil 12, som styrs med lufttrycket.

För att leverera fast partikelformigt material såsom ANFO och/eller sensibiliserande fast material frân kammare 16, öppnas luckor 15 selektivt för att mata in det fasta partikelformiga materialet i en matarledning 17 med hjälp av en roterande mataran- ordning 14. Det fasta partikelformiga materialet som inmatas i matarledningen 17 levereras sedan till glidventilen 12 genom anläggande av komprimerad luft vid 13. 1 huvudsak samma tryck i utmatarledningen 4 och matarledningen 14 gör att såväl emulsionssprängämneskompositionen som det fasta partikelformiga materialet leve- reras samtidigt och blandas med varandra i glidventilen 8 och/eller i leveransslangen 11.

Det torde framgå av beskrivningen ovan att den föredragna utföringsformen av an- ordning enligt uppfinningen kan vara exremt enkel och robust ej kräva någon in- strumentering för noggrarm drift. Denna anordning kan sålunda användas riskfritt av operatörer med grundutbildning och kan medge snabb igångsättning och avstäng- ning jämfört med tillgängliga alternativ. Denna anordning kan också vara relativt tysdt, vilket är särskilt viktigt i underjordiska gruvor, eftersom man kan undvika an- vändning av pumpar. Med ett pV-värde under 10 MPal undviker man dessutom att kärlet som definierar kammaren klassificeras som ett tryckkärl, varigenom man minskar krav på underhåll och inspektion. Härigenom minskas också mängden lag- rad energi i kammaren och detta leder till lägre risk vid dess användning. 12 Fackmarmen inser att här beskriven uppfinning är möjlig att variera och modifiera på annat sätt än vad som här specifikt beskrivits. Uppfinningen skall anses inkludera alla sådana variationer och modifikationer som faller inom dess anda och ram. Upp- finningen inkluderar även alla steg, särdrag, kompositioner och föreningar som är refererade eller angivna i denna beskrivning, individuellt eller kollektivt och var och en eller alla kombinationer av vilka som helst två eller flera av sådana steg, särdrag, kompositioner och föreningar.

Claims (9)

10 15 20 25 30 526 545 13 Patentkrav

1. Anordning för att leverera en emulsionssprängämneskomposition, vilken anord- ning innefattar en tryckkanrmare (1), ett tryckfritt kärl (10) för lagring eller tillförsel av kompositionen till tryckkammaren, ett fórslutbart inlopp (2) till kammaren (1) för att fylla kammaren med emulsionssprängämneskomposition från kärlet (10), ett ut- lopp (4) från kammaren (1) och en fluidumtrycköppning (6) till kammaren (1) för att anlägga ett utmatningstryck på kammaren för leverans av emulsions- sprängämnes- komposition till kammaren genom utloppet, kännetecknad av att tryckkammaren (1) har ett maximalt arbetstryck och volym så att den har ett tryckvolymvärde (pV) mindre än 10 MPal.

2. Anordning enligt krav 1, varvid trycket som krävs för att utmata emulsions- sprängämneskompositionen från kammaren är högst ca 700 kPa.

3. Anordning enligt krav 2, varvid utmatningstrycket ligger inom området ca 200- -600 kPa.

4. Anordning enligt något av krav 1-3, varvid utmatningstrycket pålägges med kom- _ primerad lufi eller annan under tryck satt gas.

5. Anordning enligt krav 4, varvid den under tryck satta gasen är luft och källan är en pump.

6. Anordning enligt något av krav 1-5, varvid inloppet (2) är placerat i toppen av kammaren (1) så att ernulsionssprängärnneskompositionen i det tryckfria förva- ringskärlet (10) lätt kan matas in i kammaren (1) med hjälp av tyngdkraften.

7. Anordning enligt något av krav 1-6, varvid utloppet (4) innefattar en ledning med en inloppsöppning och inloppsöppningen till utloppet kan vara fórskjutbart i karn- 10 15 00 I c 0 Q i 0 I Q ø u u Q o o 14 maren fór att åstadkomma nämnda justering av utloppet genom glidförskjutning av ledningen.

8. Förfarande for leverans av en emulsionssprängänmeskomposition, innefattande stegen att: a) lagra ett förråd av kompositionen i ett tryckfritt kärl (10), b) fylla en tryckkamrnare (l) med emulsionssprängämneskomposition från kärlet genom ett fórslutbart inlopp (2) till kammaren och c) anlägga ett utmatningstryck till kammaren (1) for utmatning av emulsions- sprängämneskomposition i kammaren (1) via ett utlopp (4) från kammaren (1), kännetecknat av att utrnatningstrycket och volymen på tryckkammaren (1) är såda- na att tryckkammaren (1) har ett tryckvolymvärde (pV) lägre än 10 MPal.

9. Förfarande enligt krav 8, varvid emulsionssprängämneskompositionen levereras till ett spränghål.