SE532324C2 - En komposition för klyvning av berg, stenblock och för sönderbrytning av naturliga och artificiella föremål på ett skonsamt sätt - Google Patents

Description

532 32-21 blandningama för producering av stenblock från större bergmassiv vara förståeligt i någon mån på grund av deras dynamiska parameter, t ex kort reaktionstid som kan variera mellan några mikrosekunder och några millisekunder.

Nuförtiden är kompositioner som är baserade på natriurnklorat (NaClO3) och kolväten (CxHy), som kan vara i fast eller flytande form, t ex polymerer som polyeten, polypropen, mineraloljor liksom dieselbränsle, av särskilt intresse p.g.a. deras låga pris och möjligheten för automatisering av både deras transport och laddning. Dessutom kan sådana kompositioner färdigställas i fält, på användningsplatsen, vilket höj er arbetssäkerheten. Enligt preliminära termodynamiska beräkningar är verkningskapaciteten (RT) av produktema av sprängningen för huvudkomponenten i en komposition baserat på stökiometrisk blandning av NaClO3 och CxHy (i sådana blandningar stämmer antalet syreatomer precis med antal kol- och väteatomer för reaktionema 2 O+C -š C02 och O+2H9 H20) är ca 720 kJ/kg. Även större verkningskapacitet kan nås när man använder kompositioner som också innehåller aluminium och som är baserade på perklorater i stället för klorater, i första hand ammoniumperklorat. Emellertid är ett utvidgat bruk av sådana kompositioner idag begränsat, huvudsakligen på grund av komponentemas höga pris, i synnerhet av sådana baserade på ammonium, se ovannämnd bok av Dubnov et al. Nuförtiden används de i någon skala i Japan (karliter) och delvis i Frankrike (sevroniter). Kompositioner som är baserade på klorater kostar mindre och är mer säkrai bruk.

En annan fördel med kompositioner baserade på perklorater och klorater är deras ursprungliga högre densitet i jämförelse med kompositioner baserade på arnmoniumriitrat. Således är ammoniumnitratens densitet 1730 kg/rn3, medan natriumkloratens densitet är 2490 kg/m3, se Shraiber S.S., ”Producing Berthol1et°s salt and other chlorates”, GONTI NKTP, 1938, s. 367.

Sprängkompositionen för bruk i spränghål som är angivet i Ryska Federationens patent No 215 376 och Sveriges patent 0201972-7 innehåller 7-1 l % flytande kolväten och l7,3-20,9 % av fasta polymera kolväten, och resten är natriumklorat. Denna komposition möjliggör att man åstadkommer sprängkompositioner som brinner såväl i detonationsreaktion som i deflagratíonsreaktion (ej detonerande reaktion).

Kompositionens brinnreaktion i deflagrationsmode kan åstadkommas genom att tillsätta ett fast ämne, eller ett fast polymer kolväte i en lämplig forrn som innehåller eller behåller de andra komponenterna av blandningen, en sådan form inkluderar t ex ett flertal rör, bikupeliknande strukturer, korrugerade band/hínnor. Största nackdelen med kompositionen som är angiven i de ovannämnda ryska och svenska patenten, vid skonsam sönderbrytning, som i deflagrationsbrinnreaktion, och i synnerhet när man använder den utan den flytande komponenten på material av hög hårdhet samt sten/berg med många sprickor är att den kan ha låg brinnhastighet, på grund av kompositionens låga energiinnehåll, som leder till otillräcklig tryckökriingshastighet i spränghålen. Detta kan i vissa fall kompenseras genom att använda kompositionen med större massor, som dock höjer kostnader per ett spränghål. Dessutom kan tryckutvecklingen vara så långsam att berget inte klyvs isär där spränghålet ar borrat. 532 324 *Us SAMMANFATTNING Det är ett ändamål med uppfinningen att få fram en komposition som har en erforderlig brinnhastighet samt ett erforderligt energiinnehåll för att kunna användas direkt i fältet utan att tillsätta några andra komponenter samtidigt som man bibehåller fördelar av kompositionen angiven i det ovannämnda svenska patentet 0201972-7.

Därmed föreslås en komposition för klyvning av berg, blocksten och liknande föremål i skonsam mode, som innehåller en fast oxidant, t ex baserat på klorat eller perklorat, såsom en eller flera av de komponentema natriumklorat, kaliumklorat, natriumperklorat och kaliumperklorat, och ett fast väggmaterial huvudsakligen av fasta polymera kolväten med lämplig form, t ex ett flertal rör, bíkupelilmande struktur, korrugerade band/hinnor eller ett flertal av celler som innehåller eller omgärdar kompositionens andra komponenter. Det brinnhastighetshöj ande ämnet, t ex aluminium eller liknande metall är inkorporerat i det fasta väggmaterialet. Det brinnhastighetshöjande ämnet kan ha en koncentration av 1-15 % av den totala massan av kompositionen, det fasta kolvätematerialet tillsammans med det brinnhastighetshöjande ämnet kan ha koncentration av 5 - 21 wt % av den totala massan av kompositionen och resten kan vara natriumklorat. De fasta kolvätena kan vara t ex en eller fler av polyeten, polypropen, polystyren och liknande polymerer. 532 324 DETALJERAD BESKRIVNING En komposition för sprängarbeten innefattande en oxidant baserad på klorat eller perklorat, t ex natriumklorat och ett fast material huvudsakligen av polymera kolväten, det fasta materialet som har en lämplig fonn presenteras som väggmaterial behållande eller innehållande de andra komponenterna, sådan form inkluderar ett flertal av rör, en bikupeliknande struktur med polygoniska celler, korrugerade band/hinner eller någon liknande form. Det fasta väggämnet innehåller, förutom kolvätepolymer, en energetisk komponent såsom aluminium eller en metall som har liknande brinnegenskaper, t ex magnesium. Det fasta oxidanten kan levereras i mer eller mindre kornig form och kant ex vara ett pulver, d v s ha en partikelstorlek av 10-100 um på samma sätt som är presenterat i det ovannämnda svenska patentet 0201972-7 och är placerad i utrymmen som formas av det fasta ämnet. Dessa utrymmen har en anpassad storlek. Det fasta materialets väggtjocklek väljs med hänsyn till oxidantens densitet. Diametern hos utrymmena kan t ex väljas att motsvara 10-20 gånger av tj oekleken hos väggama. Den inre diametern hos utrymmena för ett fast ämne baserad på t ex polyeten kan vara i området mellan 2,5 och 7 mm när väggtjockleken är mellan 0,05 och 0,7 mm.

Det visar sig att tillsättning av aluminium i sprängkompositionen i fonn av pulver, t ex blandat med en granulär oxidant som natriumklorat naturligtvis på samma sätt kan höja blandningens energiinnehåll, som är angivet i det ovannämnda svenska patentet, men det kan också öka risken för övergång från deflagration i kompositionen till detonation associerad med nackdelama därifrån, se t ex diskussionen i det ovannämnda svenska patentet 0201972-2. Sådana nackdelar kan inkludera: minskad volym av användbart stenblock p. g.a. ett högt antal sprickor och springor i block som produceras, ett stort antal små sönderdelade stenpartiklar och ett ökat avstånd på spridningen av dessa vid en explosion. Detta leder till minskad arbetssäkerhet och en ökning av seismisk miljöbelastning, som är ett ofrånkomligt resultat av detonationen. Om i stället aluminium eller ett liknande ämne är inkorporerat i ett fast ämne, som i massan av det fasta väggämnet, t ex i en kolvätepolymer eller -polymerer, då kan detta göras under tillverkningen av det fasta väggmaterialet. Således kan aluminium inkorporeras i väggmaterialet av rören, bikakestrukturen, korrugerade band/hinnoma eller liknande strukturer såsom i massan av materialet som formar väggmaterialet eller genom att applicera ett eller flera skikt på insidan och/eller på utsidan av väggarna till dessa. Det tillsatta ämnet kommer fortfarande att höja brinnhastigheten och på motsvarande sätt höja tryckökningshastighet samt kompositionens energiinnehåll proportionellt mot andelen därav.

I ett test som utfördes i en manometrisk bomb med konstant volym har man funnit att lineär brinnhastighet, i normala atmosfäriska miljöförhållanden, av en komposition innehållande 1,5 wt % av aluminium inkorporerat i väggmaterialet av fast kolväte i utrymmena som behåller de andra komponentema av kompositionen ökade 3,5~5 gånger i järnförelse med kompositionen enligt det ovannämnda ryska patentet utan den flytande komponenten. Ökningen av energiinnehållet var ca 10-15 %. Det resulterade i minskning 532 324 av den totala brinntiden från 0,3 s till 0,1 s. De andra experimenten demonstrerade att aluminiumet ska vara inkorporerad med en koncentration om minst 1,0 Wt % av kompositionens totala massa.

Vidare tester visar att högre energiinnehåll resulterar i faktumet att kompositionens massa för ett bestämt arbete kan reduceras. Valet av den exakta kompositionen, d v s procentuell andel av det tillsatta brinnhastighetshöj ande ämnet såsom aluminium kan antingen göras med hänsyn till uppgifter från mätning av brinnhastigheterna under normala atmosfäriska mi ljöförhållanden eller i en manometrisk bomb som imiterar ovannämnda förhållanden på samma sätt som är presenterad i Ryska Federationens patent 2152376.

Experimenten uppvisar att det brinnhastighetshöjande ämnet skall tillföras i koncentration om minst 1,0 wt % av den totala massan av kompositionen för att uppnå betydande effekt. Dessutom visades att om man höjde koncentrationen av det brinnhastighetshöjande ämnet till mer än 15 wt % av kompositionens massa inte är effektivt eftersom, trots att reaktionsproduktemas temperatur ökar, minskar trycket som utvecklas under kompositionens förbränning därför att andelen av den kondenserade fasen i reaktionsproduktema höjs och andelen av den gasformiga fasen på motsvarande sätt minskas.

Experimenten uppvisar också att det solida polymerkolväteämnets koncentration inklusive det brinnhastighetshöjande materialet lämpligen är mellan 4-21 wt % och ännu bättre mellan 7-14 wt % av den totala massan av kompositionen när natriumklorat används som solid oxidant och, huvudsakligen, utgör resten av den totala massan av kompositionen.

Eftersom alla komponenter i kompositionen är allmänt tillgängliga är den mycket lätt att producera. De beskrivna kompositionerna testades alla i normala atmosfäriska miljöförhållanden.

Claims (5)

532 324 PATENTKRAV

1. En komposition för klyvning av berg, stenblock och för sönderbrytning av naturliga eller artificiella ßremål i på ett skonsamt sätt, som inkluderar en solid oxidant vald från gruppen klorater och perklorater av alkalimetallerna i granulär form, t ex natriumklorat, och ett solitt väggmaterial bestående huvudsakligen av ett solitt polymerkolväte i en lämplig form vald från gruppen bestående av ett flertal av rör; en bikupeliknande struktur med polygoniska celler; korrugerade band/hinner eller ett flertal av behållare/celler, det solida väggmaterialet innehållande och omgärdande den solida oxidanten, kännctecknat av att ett brinnhastighetshöjande material, särskilt aluminium, rnagnesiurn eller liknande metall är inkorporerat i det solida väggmaterialet i en koncentration av 1,0-15 viktsprocent av kompositionens totala massa; koncentrationen av solitt polymerkolväte inklusive det brinnhastighetshöjande materialet är 4-21 viktsprocent av kompositionens totala massa, särskilt 7-14 viktsprocent; och att resten av kompositionens totala massa huvudsakligen är en solid oxidant, t ex natriuinklorat.

2. En komposition enligt krav l, kännetecknat av att det brinnhastighetshöjande materialet finns i koncentration om minst 1 viktsprocent av den totala kompositionens massa.

3. En komposition enligt krav 1, kännetecknat av att det solida kolvätepolymerrnaterialet inkluderar ett eller flera av ämnena polyeten, polypropen och polystyren eller liknande polymerer.

4. En komposition enligt krav 1, kännetecknat av att den solida oxidanten inkluderar ett eller flera av klorater och/eller perklorater av alkalimetallema, t.ex. natrimnklorat, kaliumklorat, natriumperklorat och kaliumperklorat.

5. En förfarande för tillverkning av en komposition enligt krav 1, kännetecknat av att det brinnhastighetshöjande materialet inkorporeras i det solida väggmaterialet under tillverkning av det solida väggmaterialet, nämligen genom att inarbeta detta i massan av väggmaterialet eller genom att applicera ett eller flera skikt på insidan och/eller på utsidan av det fasta väggrnaterialet.