Explosive Mischung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine explosive Mischung und auf ein Verfahren zur Her stellung dersellyen.
Bisher sind bei der Ladung und Sprengung von Bohrlöchern, wie .bei C51qu,ellen oder Bergwerksope- rationen, bekannte Sprengstoffe verwendet worden, wie Nitroglyzerin, Trinitrotoluol, die Mischung C und andere hochexplosive Gemische.
In letzter Zeit sind oxydierende Salze, wie Ammoniumnitrat, manchmal in körniger Form für sich allein, ,manchmal aber auch in körniger Form in Mischung mit Ölen oder in Form eines wässrigen Breis verwendet worden, wie es im USA Patent 2 867 172 beschrieben wird.
Es ist,auch bekannt, dass verhältnismässig unempfindliche kör nige Oxydationssalze, wie Ammoniumnitrat, emp findlich gemacht werden können, indem, man ihnen feinverteilte Metalle von sehr geringer Teilchen- grösse zumischt, aber die entstehenden Gemische sind im allgemeinen zu empfindlich, um mit Vorteil unter sicheren Bedingungen verwendet werden zu können.
Das explosiv;, Gemisch gemäss der Erfindung, das ein anorganisches oxydierendes ,Salz, ein Leicht metall und ein Lösungsmittel für das oxydierende Salz enthält, .ist dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtmetall in Form von Teilchen vorliegt, die von einem Sieb mit einer Maschenweite von 0;8 mm zurückgehalten werden.
Bisher wurde die Hinzufügung,des Metalls zu den körnigen Explosivstoffen, also die Metallisierung der .Sprengstoffe, auf Grund der theoretischen Vorstel lung ausgeführt, dass Teilchen von ausserordentlich geringer Grösse, beispielsweise von einem halben bis zu .etwa der Teilchengrösse, die durch ein Sieb von 100 Maschen auf 2,5 cm hindurchgeht, an sich leicht detonieren, und zwar wegen ihrer sehr grossen Oberfläche, wobei sie auch sein verhältnismässig un- empfindliches Oxydationssalz empfindlich machen.
In derPraxis haben sich dies te metallischen Beladun- gen als ungeeignet und sogar in mancher Hinsicht als sehr gefährlich erwiesen. Häufig detoniert das fein verteilte Metall und veranlasst dadurch die ganze empfindliche Ladung zu frühzeitiger Explosion.
In folgedessen wird einwichtiger Fortschritt in der Aus bildung der Explosivstoffe erzielt, wenn explosible Mischungen geschaffen werden, welche unempfindli- che oxydierende Salze in Verbindung mit Metallen, .unter Umständen enthalten, wobei die Ausgangsla dungDn einen verhältnismässig breiten Sicherheitsbe- reich aufweisen.
Die Gemische gemäss der Erfindung haben die Eigenschaft, :dass sie zwar zunächst unempfindlich sind, aber dann eine Autoreaktion erfahren, welche sie m einen empfindlichen Sprengstoff innerhalb der Behrlöcher verwandelt.
Zweckmässig :wird als oxydierendes Salz Ammo- niumnitrat benutzt, das anfänglich in Lösung vothan- .den ist, :
beispielsweise in wässriger ammoniakalischer Lösung. Die zunächst verhältnismässig unempfindli- che Mischung ,geht die Autoreaktion in Gegenwart ,der leichten Metalle ein, wenn dieselben nicht fein verteilt sind, und liefert .doch ein explosives Gemisch von grosser Sprengkraft.
Bei den Gemischen, welche hier in Frage kom men, entstehen bei der Detonation weder toxische Gase, wie Köhlenmonoxyd oder .Kohlendioxyd oder schädliche Oxyde -des Stickstoffs, die empfindliche Störungen in ider Gesundheit hervorrufen können.
Es ist .gefunden worden, .dass wässrige .Lösungen von oxydierenden Salzen, wie Ammoniummtrat, leicht in hochexplosive Sprengstoffe umgewandelt werden können, wenn man sie unter geeigneten Be- din.gungen mit Metallen zusammenbringt. Entgegen der bisherigen Meinung lassen sich durch Zumi- schung von ,
gewissen Leichtmetallen zu Lösungen von Ammoniumnitrat unempfindliche Gemische her stellen, die jedoch eine Autoreaktion eingehen und auf diese Weise hochexplosive Sprengstoffe bilden. Die ursprünglich unempfindlichen Gemische beste hen im allgemeinen aus einer flüssigen Lösung von Am:
moniumnitrat, in welcher das Lösungsmittel flüs siges Ammoniak oder ein Gemisch von Wasser und Ammoniumhydroxyd sein kann, während der Wär meträger aus einem Leichtmetall, vorzugsweise aus Magnesium, Magnesiuml2,gierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen und Magnesium-Aluminium- legierungen besteht.
Der Wärmreträger besteht aus Teilchen von @er- heblicher Grösse und zweckmässig von solcher Aus bildung, dass dieselben als formgebende Träger bei der Einführung in die Bohrlöcher wirken.
Nach einem gewissen Zeitablauf bei Raumtempe ratur verwandeln sich die unempfindlichen Gemische auf<I>dem Wege</I> der Autoreaktion chemisch in empfindliche hochexplosive Sprengstoffe, oder in R2aktionsprodukt2, bei denen sich zeigen lässt, dass sie unerwartet<I>hohe</I> Sprengstoffeigenschaften besit zen, die bisher mit Ammoniumnitrat nicht erreicht werden konnten.
Diese neuznempfindlichen explosi ven Gemische erzeugen, wenn sie detoniert werden, eine viel stärkere Bewegung vom Fels oder dem be handelten Material, eine höhere Durchschlagskraft oder Brisanz und stärkere Schockwellen als andere hokannte -Mischungen mit Ammoniumnitrat.
Es sind auch neue Verfahren für die Herstellung dieser empfindlichen Sprengstoffe im Bohrloch selbst gefunden worden, welche im allgemeinen darin beste hen, eine Lösung von Ammoniumnitrat in flüssigem Ammoniak, Wasser und Ammoniumhydroxyd in das Bohrloch in Mischung mit einem Wärmeträger aus Lichtmetall einzuführen, vorzugsweise aus Magne sium, Magnesiu@mlegierungen, Aluminium, Alumini umlegierungen und Magnesium,
Alu.miniumle-ierun- gen. Man überlässt dann das Gemisch sich allein bei Raumtemperatur im Bohrloch der Umwandlung sre- aktion, bis die -exotherme Aktivität eingetreten ist. Durch solche Verfahren können ausserordentlich empfindliche .Sprengstoffe oder Reaktionsprodukte erzielt w.-r,den, welche vorzugsweise an -der grössten Entwicklung der exothermischen Aktivität detoniert werden, so dass Explosionswirkungen mit hohem Kraftfaktor -entstehen.
Gemische, wie sie vorstehend beschrieben sind, können mit grossem Nutzen auf eeinem breiten Gebiet angewendet wenden, beispielsweise bei Ölquellen oder bei B2rgwerksoperationen, wie bei Ölgewin- nungsverfahren, Sprengungen in harten Felsen, in Steinbrüchen, beim Sprengen von Konstruktionen und auch beim Sprengen von porösem Fels. Das neue -xplosive Gemisch kann am Verwendungsort direkt in den Bohrlöchern hergestellt werden. Bei zier Her stellung :der Mischungen werden z.
B. flüssige Lösun- gen von Ammoniumnitrat verwendet, vorzugsweise solche, -die,--in hohes spezifisches Gewicht aufweisen. Zu ,der Herstellung solcher Lösungen kann man Was ser, flüssiges Ammoniak, Lösungen von Ammonium- 'hydroxyd oder andere ammoniakalische Lösungen verwenden. Ammoniumnitrat ist in wasserfreiem flüs- sig2m Ammoniak sehr leicht löslich, und man kann fast gesättigte Lösungen ;
erzielen mit bis zu 75-80 0/0 Ammoniumnitrat in flüssigem Ammoniak. Anunoni- umnitrat .ist auch @in wässrigen Ammoniumhydroxyd- lösungen leicht löslich. Vorzugsweise werden Lösun gen verwendet, welche ammoniakalisches Ammoni- umnitratenthalten und in denen sowohl flüssiges Ammoniak als auch Wasser als Lösungsmittel vor handen sind.
Solche Lösungen sind im Handel erhält- lich, und unter diesen sind diejenigen besonders nütz lich, welche ein höheres spezifisches Gewicht als 1 aufweisen, beispielsweise in den nachstehenden Ver hältnissen:
EMI0002.0085
Lösungsnummer <SEP> Flüssiges <SEP> NH3 <SEP> <B>NH4N03</B> <SEP> H20
<tb> A <SEP> 23,8 <SEP> 69,8 <SEP> 6,4
<tb> B <SEP> 25,0 <SEP> 69,0 <SEP> 6,0
<tb> C <SEP> 30,0 <SEP> 64,0 <SEP> 6,0
<tb> D <SEP> 34,0 <SEP> 60,0 <SEP> 6,0 Einige von diesen Gemischen werden im Handel als flüssiges Düngemittel angeboten.
Andere im Han del erhältliche Lösungen von Ammoniumnitrat in flüssigem Ammoniak können bis zu 15 % Wasser enthalten. Für die Zwecke des vorliegenden Verfah rens sind auch Lösungen von Ammoniumnitrat in Wasser verwendbar, welche man als ammoniakali- sche Lösungen, bezeichnet.
Während viele ammoniakalische Lösungen von Ammoniumnitrat im Handel käuflich sind, kann man auch solche Lösungen aus dem als Düngemittel ge handelten Ammoniumnitrat gewinnen, ebenso gut als aus Ammoniumn.itrat, das für Sprengzwecke be stimmt ist.
Wenn man Ammoniumnitrat in der Form .d,es Düngemittels verwendet, können die ammoniaka- lisch; n Lösungen sowohl aus körnigem als auch aus zerriebenem Ammoniumnitrat gewonnen werden.
Diese Rohstoffe enthalten stets bis zu 3 % andere Komponenten, wie Füllmittel, Ausstattungsmittel, Wachse u. dgl., die jedoch keinen nachteiligen Ein- fluss auf die Herstellung dar ammoniakalischen Lösung ausüben.
Während übersättigte Lösungen von Ammonium nitrat in Wasser hergestellt werden können, welche bis zu 60 % oder mehr Wasserenthalten, je nach der Form des Ammoniumnitrats, ist beobachtet worden,
dass Beträge unter etwa 15 % Gewichtsprozent an Wasser, berechnet auf .Ammoniumnitrat, gute Resul tate ergeben, obwohl es für manche Zwecke wünschenswert ist,
Wassermengen von mehr als 15 0/0 zu verwenden. Etwa 5-7 % Wasser in Mischung mit flüssigem Ammoniak ergibt ein optimales Lösungs mittel.
In gleicher Weise können Lösungen von Ammo- niumnitrat in wässrigem Ammoniumhydroxyd (Am moniakwasser) oder anderen ammoniakalischen wäss- rigen Medien hergestellt werden und haben sich be währt.
Im allgemeinen haben sich bessere Ergebnisse aus dem Gebrauch von Ammoniumnitrat in einem Ge misch aus flüssigem Ammoniak und Wasser beste henden Lösungsmittel :
erzielen lassen, wie in den Mischungen <I>A D</I> angegeben. iAmmoniakalische Ammoniumnitratlösungen, in welchen flüssiges Ammoniak in einem Betrag von ungefähr 20-.35 Ge wichtsprozent von Ammoniumnitrat vorhanden ist, und in denen Wasser in Mengen von weniger als 15 Gewichtsprozent vom Ammoniumnitrat vorhanden ist, werden bevorzugt.
Eine Zunahme des Kraftfak tors, welcher mit solchem gemischten Lösungsmittel erhalten wird, im Verglieich zu einer wässrigen Lösung von Ammoniumnitrat, ist beobachtet worden.
In den Gemischen, welche der vorliegenden Er findung zu Grunde liegen,. werden als Wärmeträger oder Brennstoffe Leichtmetalle verwendet, insbeson dere Magnesium, Magnesiumlegierungen, Alumi nium, Aluminiumlegierungen und Magnesium-A'lumi- niumlegierungen. Zu -den wirksamen Metallen gehö ren insbesondere reines Magnesium und Magnesium- legierungen mit etwa 1 % Mangan. Andere Magrtesi- um-Aluminiu:
mlegierungen, welche 33 % Aluminium enthalten, sowie Aluminium-,Magnesiumlegierungen, die 30 % Magnesium führen, sind wirksam. Insbeson- d2re das reine Aluminium ist verständlicherweise nützlich, scheint aber nicht ganz so wirksam zu .sein wie das reine Magnesium.
Im allgemeinen sind die leichten Metalle, welche in den Gemischen und bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wirksam sind, Metalle von iverhältnismässig,geringean Atomge wicht, wie sie zum Beispiel unter den Elementen mit kleinem Atomgewicht der Gruppen I, 1I und 11:I des periodischen Systems zu finden sind.
Im allgemeinen wird der Wärmeträger in einem Betrag zwischen etwa 4 und 65 Gewichtsprozent der ammoniakalischen Lösung von Ammoniumnitrat be nutzt, vorzugsweise zwischen 45 und 55 Gewichtspro zent.
Der gewählte Betrag des Wärmeträgers hängt von dem stöchiometrischen Verhältnis zwischen dem Leichtmetall und der theoretischen Menge von Sauer stoff und Stickstoff ab, welche in dem vorliegenden System bei der Detonation zur Verfügung stehen, wie dies weiter unten noch näher erörtert werden wird. Es ist beobachtet worden, dass ein allgemeines Ver- hältnis zwischen dem Betrag des Wärmeträgers und dem Kraftfaktor besteht, der .sich bei der Explosion geltend macht.
Höhere Prozentsätze .an Metall neigen .dazu, bessere Kraftfaktoren zu ergeben. Das Opti mum wird aber im Bereich von 25-a55 Gewichtspro- zent berechnet .auf die Ammoniumnitratlö.sung er- zielt. Dies bedeutet etwa die Hälfte oder ,etwas mehr der theoretischen oberen Grenze entsprechend dem in Betracht kommenden Reaktionsmechanismus. In den höheren Bereichen, beispielsweise von 55-65 "/o,
lassen sich unvollständige Reaktionen des :Metalls feststellen, wobei der überschuss nach der Hauptre aktion der Explosion ,einfach abbrennt.
In den Fäl len, wo ein Maximum an Sprengkraft nicht verlangt wird, können Beträge .an Wärmeträger von ungefähr 4-101/o schon grössiere Kraftfaktoren erzeugen als diejenigen"die man bisher mit den üblichen Ammoni- umnitratsprengstoffienerhielt, beispielsweise mit kör nigem Ammoniumnitrat gemischt mit Heizöl.
Es ist festgestellt worden, dass die wirksamsten Wärmeträger diejenigen Leichtmetalle sind, m wel- chen,ein.e Mischung von Aluminium und Magnesium oder Legierungen der beiden Elemente benutzt wer den. Gemischte Träger, welche ungefähr 50 Gewichts prozent sowohl von Aluminium als auch von Magne sium enthalten, ergeben ausgezeichnete Resultate.
Dies steht im Einklang sowohl mit dien theoretischen Betrachtungen auf Grund -der eintretenden Reaktio nen, als auch mit den Beobachtungsergebnissen, wor über noch im Beispiel 11 weiter unten berichtet wird.
Sowohl die Teilchengrösste als auch ,die Form der gewählten Wärmeträger oder Brennstoffe sind von Bedeutung. Im allgemeinen sollen Stäube von Leicht metall und feinverteilte Pulver, Flocken und zerri,e- bene Kügelchen vermieden werden , da sie nicht den Kraftfaktor ergeben, -der bei den Sprengverfahren erhalten wird, in denen gemäss vorliegender Erfin dung vorgegangen wird, aber auch deshalb,
weil diese Materialien an sich :schon empfindlich und daher ge fährlich sind. Magnesiumstaub zum Beispiel ist aus- serordentlich explosiv und seine Verwendung in den Gemischen und Verfahren nach vorliegender Erfin dung ist sehr gefährlich.
Das Hauptziel der vorliegen den Erfindung besteht darin, ein explosives Gemisch ,herzustellen, das zunächst unempfindlich ist, das aber ,die Fähigkeit hat, eine chemische Autoreaktion wäh rend eines Zeitraumes von einigen Stunden zu erzeu gen und auf diese Weise -ein sehr empfindliches ex plosives Reaktionsprodukt zu ergeben.
Die Gemische gemäss vorliegender Erfindung -können mit den nor malen Detonationsmitteln nicht detoniert werden, wenn sie frisch hergestellt und in das Bohrloch ein P a# füllt sind. Dies, <B>-</B> Feststellung st eht im Geg.,ensatz zu .den bekannten explosives Gemischen, welche man bisher verwendete, insbesondere denjenigen,
welche mit Hilfe von Metall;e.n von ausserordentlich geringer Korngrösse fi'ergestellt worden sind, um die Aus gangsmischung empfindlich zu gestalten.
Die bevorzugte Teilchengrösse der Wärmeträger bei dem vorliegenden Verfahren entspricht einem Sieb mit 20 Maschen pro 2,5 cm oder seiner höheren Teilchengrösse. Insbesondere wirksam sind solche Leichtmetalle, welche eine wohl definierbare Form aufweisen, z.
B. als Späne, Schnitzel, zerhackte Stückchen, Maschinenabfälle, Bandsägespäne, Ab fälle von Fräsmaschinen, Folien, Fäden, Nadeln, Drahtstückchen, Metallspäne, Röhrchen, Metallwolle u. dgl. Beispielsweise können diese Formen 0,6 cm oder mehr im Durchmesser aufweisen und 10-15 cm lang sein. Gegossenes .Aluminium und Magnesium, welches porös ist, scheinen bessere Ergebnisse zu liefern als ausgepresstes Material.
Sowohl feste Metallfolien als auch perforierte .Folien ergeben gute Resultate. Späne und Abfälle von Fräsmaschinen aus der Fabrikation von Aluminium- und Magnesii,um- Gegenstäniden sind nützlich.
Es ist festgestellt worden, dass Wärmeträger in der Form von Röhren, Rollein, Zylindern, gekräusel ten -Spänen und andere im wesentlichen runde oder zylindrische Formen besonders gute Erfolge bei der Explosion zeigten. Praktisch hat :
man gefunden, dass es vorteilhaft ist, die im allgemeinen runden Metall formen in ungeordneter Anordnung in ,metallische zylindrische Behälter einzuführen, die vorzugsweisse durchlöchert sein können. Solche Behälter, die Wär meträger enthalten, welche selbsttragend sind, stellen einten vorzüglichen Wärmeträger dar, wenn sie dann mit der flüssigen ammoniakalischen Ammoniumni- tratlösung angefüllt werden.
Der Behälter wird zweck- mässig aus Leichtmetall, wie Aluminium, Magnesium oder Legierungen daraus hergestellt.
Es ist wünschenswert, dass die Teilchengrösse hoch .genug ist, damit das Trägermaterial sich selbst stützt, wenn die frisch hergestellte explosive Mi schung in das Bohrloch eingeführt wird. Regellose Anordnung des ,gro'ben Mietalls im Bohrloch vermin dert die notwendigen Verpackungsmassnahmen des Metalls, wie sie bei feinverteilten M etallen unerläss lich sind.
Der Durchmesser der als Träger bevorzub ten Metalle kann sehr gross sein, so dass praktisch alles Metall auf dem 20-Maschen Sieb zurückgehal ten wird.
Es soll hervorgehoben werden, dass manche Leichtmetallteile, wie Stäbchen u. dgl., welche eine lange Dimension oder eine Länge von mehreren Zen timetean aufweisen, auch dann günstig wirken, wenn der Durchmesser varhältnismässig so klein ist, dass diese Teile durch ein 20-Maschen,Sieb ,gedrückt wer den können.
Es ist aber klar, dass solche Wärmeträ ger infolge ihrer Form deshalb wirksam sind, weil sie eine selbsttragende Füllung .darstellen, sobald sie in ,ungeordneter Anordnung in das Bohrloch leingeführt werden, selbst dann, wenn einzelne Teilchen durch Siebe hindurchgehen, welche feinere Öffnungen als das 20-Maschen-Sieb aufweisen.
Die ungeordnete schwammähnliche Metallmasse erlaubt der flüssigen Ammoniumnitratlösung den freien Durchtritt durch die Metallcharge und gibt dadurch eine gute Vertei lung des Metalls und der Lösung in :der @explosiven Ausgangsmischung. Dadurch :
erraicht man exothermi- sche Reaktionen, die langsam und leicht .unter ,gere- gelten Bedingungen ablaufen, .um schliesslich die gewünschte empfindliche Sprengmischung zu erzie- len.
Bei der Herstellung der unempfindlichen Aus- gangsmischung ist es selbstverständlich zweckmäs sig, die ammoniakaüschen Ammoniumnitratlösungen ,dem Leichtmetallwärmeträger oder Brennstoff am Ort der Verwendung zuzumischen. Die nm Handel erhältlichen Ammoniumnitratlösungen lassen sich leicht transportieren,
-wobei reichlich Sicherheit ge genüber vielen hochempfin.dlichen Sprengstoffen an- derer Art besteht. Das Metall lässt sich gleichfalls leicht an den Verwendungsort .bringen, wo die Vermi schung der beiden Komponenten in einfacher Weise durchgeführt werden kann. Die Vermischung kann am Boden vorgenommen werden, .da das ientstehende Gemisch anfänglich uniempfindlich ist. Es kann aber auch die Mischung am Boden des Bohrloches stattfin- de.n, das zu behandeln ist.
In manchen Fällten kann tder metallische Träger auf den .Boden des .Bohrloches zuerst :eingebracht werden, und dann kann man die Ammoniumnitratlösung darüber giessen. Das Verfah- ren kann aber auch ausgeführt werden. Die genaue Art wie vorzugehen ist, hängt von der Natur der Sprengoperation ab, die man durchführen wild,
wie noch später an Hand der Zeichnungen erläu tert werden wird.
Die beiliegenden Zeichnungen stellen eine Anzahl von Ausführungsformen dar, wie sie bei Bohrlöchern im iBerbawerksbetrielb angetroffen werden, booi Ölquel len, Steinfräsen usw., und zeigen an, wie .man das .ex plosive Gemisch gemäss der vorliegenden Erfindung zum Sprengen verwenden kann.
Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt durch ein Bohrloch 11, .bei welchem die Felswände des Bohrlo ches verhältnismässig dicht sind, und wo ein Wasser- abschluss 12 gewünscht wird oder wo Wasser durch die Schichten dies Bohrloches von oben oder unten an der beabsichtigten Sprengstelle eintreten kann.
Ein röhrenförmiger Sack aus Polyäthylen 13, welcher das Metall 14 in selbsttragender Form -enthält, b,eispiels- weis; in .Form einfies perforiert-n Behälters, wird in das Bohrloch 11 eingesenkt und auf den Boden ab gestützt. Das untere Ende dies Sacks 13 ist mit einem Knoten 15 verschlossen.
Die Ausgangsmischung 16 wird dann in den Sack 13 am obren Endre des Bohr- loches 11 @eingegeingegossen .und fliesst abwärts, um sich mit dem Metall 14 auf dem Boden des Sacks 13 zu mischen.
Ein Detonator 17 wird in Kontakt mit der Mischung 16 einsgeführt. :Der statischie Druck des Wassers 12 bildet einen Abschluss über der Ladung, und nach !einem geeigneten Altern wird der Detona- tor 17 durch die Drähte 18 zur Explosion gebracht.
Fig. 2 stellt einen anderen Querschnitt dar, der .ein Bohrloch 21 wiedergibt, in welchem durchlässige Felsschichten 22 nahe der Ladestelle vorhanden sind. Wie in Fi,g. 1 dargestellt, wird lein Polyäthylensack 23, welcher das Metall 24 ,enthält und am unteren (Entde durch den Knoten 25 abgeschlossen ist,
in das Bohrloch 21 eingesenkt. Dann wird die Mischung 26 in den Sack 23 Sie fliesst abwärts und verteilt sich in dem Metall 24. Wenn das Metall 24 lose in den perforierten Behälter leingebracht ist, :durchdringt es die Mischung im Kanister ohne Schwierigkeit. Der Sprengkörper 27 ist eingelegt wie aus der Zeichnung ersichtlich.
Dann wird -ein Versatz 2,8 aus Felsstücken über dtle Sprengmasse eingefüllt, welche das Mietall 24 rund die Mischung 26 .enthält.
Man lässt :dann ,de .Masse in tgaeigneter Welse altern, nachdem der Versatz<B>28</B> eingefüllt ist, und die Masse wird dann mit Hilfe dies Sprengkörpers 27 entzündet. Der Detonator wird ,durch die elektrischen Leitungen 29 zur Explosion gebracht. In Fig.2 wird gezeigt, dass der Sack :23 den Verlust an der Mischung 26 durch Austritt in den porösen Fels 22 verhindert.
Fig. 3 ist ein anderer schematischer Querschnitt durch ein Bohrloch 3,1, bei welchem die Felsschicht verhältnismässig dicht ist. Die Ladung ist dann wesentlich :einfacher, selbst wenn man die Gegenwart von Wasser 33 annimmt, da man mit Vorteil das höhere spezifische Gewicht der Mischung 34 im Bezug auf ,das spezifische Gewicht -des Wassers aus nutzen kann.
Man muss darauf achten, zu verhin- dern, dass ein-. kräftige Mischung zwischen dem Was ser 33 und der Mischung 34 .eintritt. .Die Ladung ist aber recht einfach, wenn man zunächst das Metall 35 in das Bohrloch 3,1 einsenkt. Das Metall 35 lagert sich auf -dem Boden des Bohrloches 31 in selbststüt zender Art.
Mit Hilfe des Rohrs 36, das bis zum Boden des Bohrloches 31 reicht, kann die unemp findliche explosive Mischung 34, wenn man sie an :der Oberfläche in das Rohr 36 eingiesst, infolge des verschiedenen spezifischen Gewichtes des Gemisches 34 und des Wassers 33 bis zum Boden belangen und sich dort mit dem Metall vermischen, wobei die Mischung 34 im Bohrloch 3,1 ansteigt. Der Detonator 37 wird in Berührung mit der Mischung 34 gebracht und von oben her mit Hilfe der Drähte 38 zur Explo sion gebracht, wobei ,er Jie explosive Mischung nach geeigneter Alterung zur Sprengung bringt.
F!-. 4 ist ein schematischer Querschnitt durch ein Bohrloch 41, um eine Sprenganordnung zu zeigen, welche nicht ein-. undurchdringliche Felswand oder ein Rohr verlangt. Ein feuchter Sandversatz 42 wird oberhalb der Sprengmasse angebracht.
Wie in Fig. 3 sind die Wände verhältnismässig dicht, so dass die Sprengmischung 44 nicht durch .Schichten im Felsen abfliessen kann. Das Metall 45, beispielsweise wieder ,in einem durchlöcherten Behälter, wird in das Bohr loch 41 abgesenkt. Wenn,das Bohrloch 4,1 ursprüng lich Wasser 4,6 enthält, kann die Einfüllung der Mischung 44 in das Bohrloch 41 genau so durch geführt werden, wie in Fig. 3.
Wenn das Wasser 46 als ein Teil des Versatzes 42 hinzugefügt wird, ist die. Einführung -der Mischung in das Bohrloch durch ein Rohr, wie in Fig. 3 .gezeigt nicht erforderlich, und die Ausgangsmischung 44 wird einfach in -das Bohrloch 41 eingegossen, um sich mit dem Metall 45 zu mischen.
Dann wird der Detonator 47 in Berührung mit der Sprengmasse 44 gebracht, und der feuchte Sand oder der aus Felsstücken bestehende Versatz 42 wird ein.gebrachl. Wie in Fig. 3 verursacht der Unter schied im spezifischen Gewicht die Trennung !d:er ex plosiven Mischung 44 vom Wasser 46.
Die Auslö- sung des Detonators 47 findet mit Hilfe ,der Leitun gen 48 an der Oberfläche statt, wobei die explosive Masse nach entsprechender Alterung zur Explosion gebracht wird.
Nicht dargestellt, aber leicht verständlich aus .den Zeichnung,-n, ergibt .sich ;die Ladung eines trockenen und dichten Bohrloches, die wesentlich vereinfacht wird, da man nur,das Metall in das Bohrloch einfÜh- ren und dann -die Ausgangsmischung in das Bohrloch einfüllen .muss.
Das Metall ,und die ammoniakahsche Ammoniumnitratlösung werden ,altern gelassen und ein Detonator wird in das Bohrloch in Berührung mit der explosiven Masse eingesenkt. Der Detonator wird gezün;d,et und verursacht ,dadurch die Sprengung der explosiven Masse.
Der Detonator wird durch -el@ektri- sche Leitungen ausgelöst und .ein Versatz kann zweckmässig oberhalb .der Charbe angebracht wer den.
Die nachfolgenden Beispiele erklären näher die Art der Mischungen und die Durchfährung des Ver fahrens.
<I>Vergleichsbeispiel A</I> Eine 71/, kg schwere Ladung, welche 94 Ge wichtsprozent Am.moniumnitrat in Form von Kör nern, wie es zu Düngezwecken verwendet wird, und ferner 6 ,Gewichtsprozent Heizöl enthält, wurde !nein Bohrloch von 1,8 m Tiefe in ,dem Versuchsgeländer eingeführt und mit 1,3 m Sand versetzt. Die Eindrnn- gungstiefe des Frosts in den Grund betrug etwa 30 cm und der Schnee, welcher den Grund bedeckte, hatte eine Höhe von 40 cm.
Die Charge wurde im Bohrloch eine Stunde lang stehen gelassen und dann elektrisch ausgelöst unter Verwendung einer Spreng kapsel vom Typ Munroe Jet. Die Charge wurde er folgreich abgefeuert.
<I>Ergebnis:</I> Keine Kraterbildung konnte festgestellt werden. Einige Risse waren eingetreten, aber .es war kein Durchbruch ,durch die .gefrorene Kappe erfolgt. Das Versatzmabe.rial war nicht ausgeblasen worden.
<I>Vergleichsbeispiel B</I> Den B,edingu:nge.n im Beispiel A folgend, wurde .eine Charge von 7,5 kg eingeführt, welche 80 Ge wichtsprozent körniges Ammoniumnitrat für Dünge zwecke und 20 Gewichtsprozent einer flüssigen Am:moniakiösun:g enthielt. Diese Lösung bestand aus 69,8 Teilen Ammoniumnitrat, 23,8 Teilen flüssigem Ammoniak und 6,4 Teilen Wasser. Die Masse wurde erfolgreich abgefeuert.
<I>Ergebnis:</I> Keinz Kraterbildung war entstanden, aber .es waren :mehr Risse als beim Vergleichgbeispiel A festzustellen. Die Risse zeigten Spalten, welche über 4,5 m im Durchmesser aufwiesen. Die Frost kappe war nicht aufgebrochen. Der Versatz war nicht ausgeblasen.
<I>Beispiel 1</I> Genau d;.-,n Bedi bgungen des Vergleichsbeispiels A folgend, wurde eine 7,5 kg schwere Ladung em@ geführt, die aus (a) 85 Gewichtsprozent einer flüssi gen ammoniakalischen Ammoniumnitratlösun.g he- stand, welche 69,8 % Ammoniumnitrat, 23,
8 1/o flüs- siges Ammoniak und 6,4 1/o Wasser enthielt; (b) aus 7,5 Gewichtsprozent Magnesiumschuppen und (c) 7,5 Gewichtsprozent Aluminiumschuppen bestand. Die Masse überliess man während fünf Stunden sich selbst und dann wurde sie abgefeuert. <I>Ergebnis:</I> Ausgezeichnete Sprengung, ergab :einen Krater von 4,2 m im Durchmesser.
Rund um den Krater herum waren Risse entstanden.
<I>Beispiele</I> 2-4 Dem Vorgang im Vergleichsbeispiel A folgend und unter Verwendung der flüssigen ammoniakali- schen Lösung nach Beispiel 1 wurden die nachste hend angegebenen Ladungen hergestellt und erfolg reich nach Ablauf einer Periode von fünf Stunden gesprengt:
Beispiel <I>2</I> <I>70</I> oio flüssiges ammoniakalisches Ammoniumnit- rat, 15 % Magnesiumschuppen und 15 % Aluminium- schuppen wurden gemischt.
<I>Ergebnis:</I> Ausgezeichnete Explosionswirkung mit einem Krater von 4,5 m im Durchmesser. Der Krater war etwas tiefer als derjenige nach Beispiel 1. <I>Beispiel 3</I> 55 % flüssige ammoniakalische Ammoniumnitrat- lösung wurden mit 22,5 % Magnesiumschuppen und 22,
5 % Aluminiumschuppen verwendet.
<I>Ergebnis:</I> Ausgezeichnete Sprengwirkung. Der Krater hatte 4,6 m im Durchmesser. Ausgezeichneter Aufbruch der Erde. Der Krater war sehr tief. Es wunde viel ,mehr Ende bewegt als bei dem Versuch gemäss Beispiel 1 oder 2.
<I>Beispiel 4</I> 40 % flüssige ammoniakaligche Ammoniumnitrat- lösung wurden mit 30 % Magnesiumschuppen und 30 % Aluminiumschuppe,n verwendet.
<I>Ergebnis:</I> Ausgezeichnete Sprengwirkung von hoher Durchschlagskraft. Eine erhebliche Feuersäule war im Augenblick .der Explosion sichtbar. Dieser Versuch brachte nicht so viel Erde in Bewegung wie der Versuch nach Beispiel 3, obwohl der 4,2 m im Durchmesser mesisende Krater genau so tief war.
<I>Vergleichsbeispiel C</I> Unter abermaliger Beachtung ,des Vorgangs ge- mäss Vergleichsbeispiel A wurde eine Ladung von 2,8 kg in ein 1,8 m tiefes Bohrloch eingeführt und mit 1,5 m Sandversatz verschlossen. Die Ladung enthielt 70 Gewichtsprozent A.mmanlumnitrat in Form des körnigen Düngemittels und 30 Gewichtsprozent der flüssigen ammoniakalischen Ammoniumnitratlösung nach Beispiel 1.
Die Ladung wunde elektrisch mit Hilfe des Munroe Jet abgefeuert, nachdem sie eine Stunde lang gealtert hatte.
<I>Ergebnis:</I> Die Sprengung war erfolgreich, aber keine Risse und kein Aufbruch der Oberfläche ent stand.
Vergleichsbeispiel <I>D</I> In derselben Weise wie beim Vergleichsbeispiel C wurde eine Mischung eingeführt, welche (a) 85 Ge wichtsprozent Ammoniumnitrat in Form des körni- gen Düngemittels, (b) 2,5 Gewichtsprozent Magnesi- umschuppen und 2,5 Gewichtsprozent ,Aluminium- schuppen in einem Aluminiumbehälter und (e)
10 0/0 Gewichtsprozent der flüssigen ammoniakalischen Ammoniumnitratlösung nach Beispiel 1 -enthielt. Die ,meisten Körner behielten die Körnerform bei.
<I>Ergebnis:</I> Die Sprengung war erfolgreich, aber es wurden keine Krater gebildet und nur leichte Rissbil dung liess .sich feststellen.
Entsprechend ,dem Vergleichsbeispiel C wurden die nachstehenden Mischungen hergestellt und mit ,einer Ladung von 2,8 kg und einem Sandversatz von 1,5.m nach Alterung von fünf Stunden abgefeuert: <I>Beispiel 5</I> ,Eine Mischung, welche 90 Gewichtsprozent der ammoniakalischen .Ammoniumnitratlösung nach Bei spiel 1 sowie 10 Gewichtsprozent von gemischten Magnesium- und Aluminiummetallstücken (von jeden 5 Teile) in einem zylindrischen Aluminiumbehälter wurde hergestellt.
<I>Ergebnis:</I> Die Sprengung war erfolgreich. Ein kleiner Krater von 1,6 m Durchmesser hatte sich ge bildet und am Rand des Kraters konnten Risse beob achtet werden.
<I>Beispiel 6</I> Eine Mischung, weiche 85 Gewichtsprozent der ammoniakalischen Ammoniumnitratlösung nach Bei- spiel 1 und 15 % gemischte Metallschuppen aus je 71/2 Teilen Magnesium und Aluminium enthielt, wurde in einen Aluminiumbehälter eingesienkt.
<I>Ergebnis:</I> Die ,Sprengung war erfolgreich. Ein kleiner Krater von 1,6 m Durchmesser mit Rissen am Umfang des Kraters hatte sich gebildet.
<I>Beispiel 7</I> Eine Mischung, welche 80 Gewichtsprozent der ammoniakallschen Am.moniumnitratlösung aus Bei- spiel 1 sowie 20 % gemischte Metalle, je 10 Teile Magnesium- und Aluminiumschuppen, wurde in einen Aluminiumbehälter eingesenkt.
<I>Ergebnis:</I> Der Schuss wurde erfolgreich abge feuert. Es bildete sich ein Krater von 2,4 m Durch messer und rund herum wurden Risse festgestellt.
<I>Beispiel 8</I> Man stellte eine Mischung her, welche 72 Ge wichtsprozent .der ammoniakalischen Ammoniumnit- ratlösung nach Beispiel 1 und 28 % gemischtes Metall, nämlich 14 Teile sowohl von Magnesium-,als auch Aluminiumschuppen -in einem Aluminiumbehäl ter :enthielt.
<I>Ergebnis:</I> Der Schuss wurde erfolgreich abge feuert. Ein Krater von 3,3 m Durchmesser mit zahl- reich-en Rissen am Umfang wurde erhalten.
<I>Beispiel 9</I> Die verwendete Mischung enthielt 72 Gewichts prozent der ammoniakalischen Ammoniumnitratlö- sung nach Beispiel 1 und 28 % Bandsägeschuppen von Magnesium waren in einem Aluminiumbehälter zinge.schlossen.
<I>Ergebnis:</I> Di-- Sprengung war ;erfolgreich. Ein Krater entstand, der mehr als 3,3 m Durchmesser aufwies und -ntlang seines Umfanges zahlreiche Risse zeigte.
<I>Beispiel 10</I> Die verwendete Mischung bestand aus 60 Ge wichtsprozent der ammoniakalischen Ammoniumnit- ratlö.sung .nach Beispiel 1, 25 % Aluminiumschuppen und 15 % Magnesiumsrhuppen,
die in einem Alumi- nnumbehälter untergebracht waren.
Ergebnis: Die Sprengung war erfolgreich. Ein Krater von ungefähr 3,4 m war ,entstanden und rund um.d.en Krater wurden Risse festgestellt.
<I>Beispiel 11</I> Feststellung der optimalen Verhältnisse von Magnesium und Aluminium in dem gemisch ten Wärmeträger Um experimentell das wirksamste Verhältnis von Magnesium zu Aluminium festzustellen, welches in .dem gemischten Metallträger verwendet werden -soll, wurden die nachstehenden Versuchsladungen berge- stellt und abgefeuert.
Die grundlegendeCharge enthielt (a) 72 Gewichts prozent der ammoniakalischen Ammoniumnitratlö- sung, welche aus 25 % flüssigem Ammoniak, 69 0/0 Ammoniumnitrat und 6 % Wasser 'bestand, und (b)
28 Gewichtsprozent Metall. Man verwendete Alumi nium- und Magnesium-Bandsägzschuppen. In jedem Exp; riment liess man die Ladung für eine Zeit von 24 Stunden stehen, um der Ladung .zu gestatten, die eigene autogenetische Reaktion durchzuführen. Die Versuchsladungen wurdien idann abgefeuert und der sich -ergebende Kraftfaktor durch den Ausschlag der Nadel ieines Barographen gemessen.
Die Ergebnisse .dieser 15 unabhängig voneinan- @der ausgeführten ,Experimente sind in Fig. 5 wieder- .geCebe:n.
In Fig. 5,ist d-er Kraftfaktor, welcher von,der Ex plosion des Detonators (Munroe Jet) herrührt, als gestrichelte Linie angegeben. Es ist ersichtlich, dass der D:tonator nur einen geringen Kraftfaktor ergibt.
Aus denerhaltenen Zahlen geht hervor, dass der bevorzugte Mischungshe.neich der Metalle zwischen 5 und etwa 24 Teil:n Aluminium sowie 23 bis 4 Teilen Magnesium liegt, soweit das untersuchte System in Frage kommt. Das beste Ergebnis ierhält man im Be- r2ich von 12 bis 14 Toilen ,Aluminiu,m und 16 bis 14 Teilen Magnesium.
Diese .experimentellen Feststel- lungen sind in übereinstimmung mit den allgemeinen Erwägungen, welche sich aus den stöch:iometrischen Verhältnissen ergeben, worüber noch später berichtet wird.
<I>Beispiel 12</I> Messung der exothermischen Aktivität der Autoreaktion des ursprünglich unempfind lichen Gemisches nach Ablauf einer bestimm- ten Zeit bei Raumtemperatur und Ausbildung des empfindlichen explosiven Reaktionspro duktes Um .den Betrag an exothermer Aktivität festzu stellen, der sich aus .der Autoreaktion -ergibt, die @in dem ursprünglich @un.em.pfindlichen :
explosiven Ge misch mit Ablauf der Zeit eintritt, wurde eine Reihe von thermischen Versuchen durchgeführt. Eine über sichtliche Zusamm-nstellun.g der Ergebnisse findet sich in Fig. 6.
Bei ;dliesen Versuch-sre@ihen wurde der Anstieg der Temperatur über die Umgebungstemperatur bei Ab lauf der Zeit durch Thermometer gemessen. Auch die Rolle des Wassers oder eines anderen ionisiemenden Mediums wurde fe.stge,stellt.
Die Ladung A wurde aus 72 .Gewichtsprozent einer ammoniakalischen Ammoniumnitratlösung her gestellt,. welche 69;8 Teile Ammonium#nitrat, 23,8 Teile flüssiges Ammoniak und 6,4 Teile Wasser ent hielt.
Diese Lösung wurde zu 28 Gewichtsprozent gemischtem Metall irrzugefügt. Als Metall wurden gleiche Teile, nämlich je 14 % von Bandsägeschup- pen aus Magnesium und Aluminium verwendet. Aus ,der Tafel lässt sich ersehen, ,
dass die Temperatur der Ladung :exothermisch von der Raumtemperatur von -7 C .bis zu "einem Maximum von ungefähr 57 C anstieg. An diesem höchstien Punkt der Temperatur wurde die Ladung fest, woraus gleichzeitig fervor- ,ging, dass die gewünschte Reaktion unter Bildung ,des empfindlichen .Sprengstoffes vor :sich gegangen war.
Von da ab sank<B>die</B> Temperatur allmählich ab.
Die Versuchsladung B enthielt 72 % der flüs sigen ammoniakalischen Ammoniumnitratlösung, wie bei der Ladung A, zusammen mit 14 Gewichts prozent von groben Fabriksabfällen von Magne sium und von Aluminiumstangen, die ungefähr 0,3 cmX0,6 cmX0,6 cm massen.
Der oberste Punkt der exot'hermischen Entwicklung wurde Reit 60 C festgestellt, nachdem eine Zeit von ungefähr 41/2 Stunden vergangen war. Die Rolle,der graben Metall- teilchen .bestand also darin, .die Autoreaktion zu ver langsamen. Die bei .der vorliegenden Ladung benutz ten Teilchen waren wesientlich gröber als @dIejenigen, die man'bei der Versuchsladung A benutzt hatte.
Die Ladung C entsprach vollkommen der Aus gangsladung beim Versuch B. Da jedoch,die exoth.er- mische Aktivität nach Ablauf von 61/2 Stunden merklich nachliess, wurde noch ein kleiner Betrag an Wasser hinzugefügt.
Nach 1 1/2 Stunden liess sich die exotherm-e Reaktion nochmals feststellen. Sie lieferte neue Wärme mit einem höchsten Punkt von 58'C. Von da ab Ness die Wärmeentwicklung nach und ver schwand vollständig. Aus diesen Zahlen ist ersicht lich, dass 41e Reaktion !eiirre Ionenreaktion ist und dass das vorhandene Wasser chemisch gebunden wird,
wahrscheinlich in ,dem Art, wie später auszufüh- > ren ist.
<I>Beispiel 13</I> Feststellung des optimalen Metallbedarfs für die ammoniakalische Ammoniumnitratlösung Um .den optimalen Metallbzdarf für eine gege bene ammoniakalische Ammoniumnitratlösung fest zustellen, wurden die Mengen an zugemischtem Metall variiert. In jeder der Versuchsladungen ent hielt die Basischarge eine wesentliche Menge Ammo- niumnitratlösung, welche aus 23;
8 Teilen flüssigen Ammoniaks,<B>69,8</B> Teilen Ammoniumnitrat und 6,4 Teilen Wasser bestand. Man benutzte ein Metallge misch, das aus Aluminium- und Magnesium-Bandsä- -eschuppen bestand. Das Verhältnis von Magnesium zu Aluminium war 1;35 zu 1,00 in übereinstimmun.g mit den allgemeinen Feststellungen aus Beispiel 11.
Den Testladungen wurde gestattet, die Autoreak tion durchzumachen und dann wurde der erhaltene Kraftfaktor durch den Ausschlag der Nadel ,des Baro- grap'h2n gemessen, wie .es in Beispiel 11 beschrieben ist.
Die erhaltenen Zahlen sind in Fig. 7 wiedergege ben. Sie zeigen, dass für die verwendete ammoniaka- lisch.e Ammoniumnitratlösung der maximale Kraft faktor erhalten wird, wenn man 50-55 Gewichtspro zent der Ausgangsladung aus Metall herstellt. Es wer den aber auch gute Kraftwirkungen in -einem Bereich von ungefähr 25-65 Gewichtsprozent an Metall er zielt.
In Fi;g. 7 ist bei 40 /o Ammonmmnitrat und -60 /o Metallzusatz eine gestrichelte Linie angebracht. Diese Linie entspricht einem stöchiometrisch@en Verhältnis von 2 Mol NH,1N03 6 Mol Mg 4 Mol A.1.
<I>Beispiel 14</I> Dem allgemeinen Vorgang in den Beispielen l-10 folgend, wurde eine Versuchsladung von 2,8 kg .hergestellt, indem .man 1,5 kg Ammoniumnitrat in Form von körnigem Düngemittel in einem halben Kilo flüsstigem wasserfreiem Ammoniak auflöste. Die erhaltene ammoniakalische Ammoniumnitratlösung wurde zu 0,8 kg von gemischtem Metall, enthaltend gleiche Mangen von Magnesiumdreh.spänen und Alu miniumfabriksabfällen, zugesetzt.
Man stellte ein Bohrloch von 1,8 m Tiefe in -dem Versuchsgrund her und verwendete :einen .Sandversatz von 1,5 m. 40 Minuten nach -der Einfüllung der Ausgangsmi schung in das Bohrloch wurde bereits die exotherme Aktivität festgestellt. 3 Stunden später ging die Reak- tion heftig vor sich, und die Ladung wurde .nach 41/2 Stunden in dem Bohrloch fest. 48 Stunden nach der Erstarrung wurde -die Versuchsladung elektrisch mit Hilfe eines Detonators abgefeuert.
Der Sprengschuss erzeugte einen Krater von 0,9-1,5 m im Durchmes ser.
<I>Beispiel 15</I> Wie in Beispiel 14 wurde die A:mmoniumnitratlö- sung herg-.stellt. 3 Gewichtsprozent der gesamten Charge wurden an Wasser zugefügt. Der gemischte Metallträger wurde ebenso zugefügt wie im Beispiel 14. Nach der Alterung erstarrte die Lösung in 31/2 Stunden. Man liess sie 48 Stunden vor .der Sprengung stehen. Dann wurde die Ladung abgefeuert und es ergab sich ;ein Krater von 1;8 m im Durchmesser.
<I>Beispiel 16</I> Entsprechend dem Vorgang im Beispiel 14 wurde eine Versuchsladung von 2;8 kg durch Auflösen von 1,5 kg Düngemittel A.mmoniumnitrat in 0,5 kg flüssi gem Ammoniak unter Zusatz von 50 g Wasser herge stellt. 0,8 kg roher Aluminiumdrehspäne wurden mit .der ammoniakalischen Ammoniumnitratlösung in dem Bohrloch gemischt. 6 Stunden später .liess sich .die,exoth:ermische Aktivität feststellen und 7 Stunden nachher war die Mischung fest geworden.
Nach 48 Stunden wurde die Mischung wie in Beispiel 14 abge feuert. Der Krater mass 1-1,5 m im Durchmesser und zeigte gute Rissbildungen.
<I>Beispiel 17</I> 1,8 kg einer fast gesättigten Lösung von Ammoni- um.nitrat in Wasser wurden durch Aufläsen von Ammoniumn@itrat in Wasser hergestellt. Diese Lösung wurde zu 0,8 kg Bandsägeschuppen von Magnesium hinzugefügt und das ,ganze in einem Bohrloch unter gebracht. Die stärkste,exothermische Aktivität trat in kürzerer Zeit -ein als bei den Beispielen 14-16.
Die Ladung wurde erfolgreich 48 Stunden später abge- feuert und ergab .eine Kraterbildung von 1 ss n1 im Durchmesser.
Bisher hat man Ammoniumnitratexplosionen im allgemeinen als langsame Sprengreaktionen angesie- hen, .die in :erster Linie von dem Volumen 'der in Freiheit --setzten Gase abhängig sind. Im klaren Ge gensatz dazu zeigen die Testladungen der vorstehend angeführten Beispiele eine schnelle scharfe Reaktion, ,die von hoher Durchschlagskraft und Brisanz ist und von starken Schlagwellen begleitet wird.
Es ist schwierig, die Wirkung der Explosionsreaktion un mittelbar zu .messen. Es liess sich jedoch leicht fest- stellen, dass die Explosion bei dien vorliegenden Mischungen sich viel schneller vollzieht als die Sprengwirkung, welche bisher mit Ammoniumnitrat ,erhalten wurde.
Der gesteigerte Kraftfaktor, welcher aus der Sprengung,dier vorliegenden Mischungen hervorgeht, scheint in erster Linie .durch die starke Hitzeentwick lung hervorgerufen -zu sein und erst in zweiter Linie durch die Gasentwicklung. Die Wirkung der ausseror- dentlich hohen Hitzeentwicklung unterstützt natürlich .die Bildung des Gasvolumens infolge der hohen Tem peratur, welche,dem Gaserteilt wird.
Dies zeigt sich in der grösseren .Kraft, zeit der 'die Felsen zersprengt werden, wie man es beispielsweise bei der Zerkleine- rung von Taconterz mit Hilfe .der vorliegenden Mischungen feststellen kann.
Diese Erzgewinnung liegt in einer Grössenordnung von 35 Tonnen pro 0,5 kg der ursprünglich unempfindlichen Sprengstoff ladung im Vergleich mit 20 Tonnen pro, 0,5 kg der Ladung, bei welcher trockenes oder halbflüssiges Ammoniumnitrat als Sprengstoff verwendet wurde.
Während die vorerwähnten Versuche den un- ,erwarteten Kraftfaktor der explosiven Mischung zeki- gen, wurden noch andere Beobachtungen gemacht, die zur Aufklärung der Natur der komplexen Reak- tionendienen können, .die in dem vorliegenden System sich abspielen.
Die ursprünglich unempfindliche explosive Mi schung unterliegt einer chemischen Autoreaktion, w@e durch dwe starke exotherme Wärmeentwicklung beiden Versuchen gezeigt wird, welche unter Beispiel 12 durchgeführt wurden. Es -sind verschiedene Anzei chen vorhanden, dass bei Gegenwart von Magnesium und Wasser sich nachstehende Reaktionen abspielt: Mg + H20 = Mg0 -+- Hs + 145,76 kg-Kalorien.
Gleichzeitig wurde festgestellt, ,dass das Magnie- sium eine Reaktion mit dem A mmoniumnitrat einge hen kann und .dabei Magnesiumnitrat bildet, wobei das Wasser als Hexahydrat des erhaltenen Salzes oder als Dihydrat aufgenommen wird entsprechend der nachstehend angaäebenen Reaktion:
Mg + 2 NH4NOa + 2 H20 = Mg(NOs)2 + 2 NH40H +<B>385,1</B> kg-Kalorien oder Mg + 2 NH4N02 + 2 H20 = Mg(NOs)2. 2 Ii20 + 2 NH3 + H2 + 379,2 kg-Kalorien Diese Annahme wird durch die vorgenannten Daten gestützt, welch.-, <I>zeigen,</I> dass man, sobald kdie exotherme Reaktion absinkt,
diese wieder in Gang bringen kann, wenn man -ein:-, kleine Menge Wasser zu der Charge hinzufügt. Sabald die Autoreaktion vollendet ist, gewöhnlich im Zeitraum von 24 Stun- ,den, liegt das Reaktionsprodukt stets in fester Form vor. Gewöhnlich spielt sich die exotherme Reaktion im Verlauf von 5 Stunden ab, ,und dann kann das Reaktionsprodukt mit Erfolg abgefeuert werden.
Die näher-, Prüfung ergibt, dass, wiewohl noch elementa- res Mketall als. Wärmeträger oder Brennstoff vorhan den ist, der grösste Teil dess@elkben kin :ein Metallsalz oder in eine Gruppe solcher Salze umgewandelt wor den ist. Dieses Reaktionsprodukt ist aus dem Bohr loch entnommen, bei Raumtemperatur einige Tage stehe,n,g; lassen und dann wieder in das Bohrloch :ein gefüllt worden.
Es wurde dann abgefeuert mit Hilfe von Sprengkapseln und befand sich in vollkommen trockenem körnigem Zustand.
Wenn die Ausgangsmischung in das Bohrloch ,ingefüllt wird, kann, sie gewöhnlich weder mit einer üblichen Zündmasse oder mit der bevorzugten Sprengkapsel abgeschossien wenden. Es muss gewöhn lich eine gewisse Zeit vergehen, die bis zu einer Stunde oder mehr beträgt, bevor irgendeine exother- mische Aktivität beobachtet werden kann.
Die Ge schwindigkeit der Reaktion und die Menge der exo- thermen Wärmeentwicklung kann ungefähr geregelt werd,.-n, wenn man die Teilchengrösse und -die Form des metallischen Trägers ändert, sowie durch Rege lung des Wasserb;trages, der in der ursprünglichen unempfindlichen Mischung vorhanden ist. Wenn man die T:ilch:engrösse vermin@d,ert und :den Betrag an Wasser vermehrt, wird die Reaktion beschleunigt.
Es ist festgestellt worden, dass die Autoreaktion so hef tig gestaltet werden kann, .dass das Material aus dem Bohrloch herausgeschleudert wird. Die Versuche haben die Grenzen .die,ser Massnahmen .ergeben, wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, und gleichzeitig ,ezeigt, wie diese Faktoren gesegelt wer den können.' Im allgemeinen ist die Autoreaktion nach 24 Stunden vollkommen abgelaufen.
Im allgemeinen wird bevorzugt, das Reaktionsprodukt abzufeuern, wenn :die exotherme Aktivität :des .Systems nahe dem Scheitelpunkt ist. wie aus Beispiel 12 hervorgeht.
Nachdem die @exotherme Aktivität mit Hilfe kder Reaktion erreicht worden ist, kann die nunmehr empfindliche explosive Mischung beispielsweise mit ,einer Sprengkapsel kdes Typs Munroe Jet abgefeuert wenden. Die Versuche zeigen, dass eine Verdampfung des Magnesiums stattfindet und dabei kder ganze vor handen,
- und in Freiheit gesetzte Sauerstoff ver braucht wird. Diese Erschle-inung wird von einer enor- .men Hitzeentwicklung .begleitet, wob@ad kdas Magne sium zunächst in Magne,siumoxyd übergeht. Der leicht gefärbte Dampf von Magnesiumoxyd ist hei kleinen Versuchsladungen .deutlich beobachtet wor den.
Es lässt sich kein Rückstand an Magnesium naehwekisen, .selbst wenn .der theoretische Höchstbe trag des Wä"meträ,gers zugegen trist. Das Magnesium kdient also, sow nt es nicht bei kder Autoreaktion ver braucht wird, als Brennstoff, wobei es eine sehr hohe Temperatur tentwickelt, khöher als Aluminium, ,das einen -höh#er,
en Zündpunkt als Magnesium besitzt und auch einen höheren Verdampfungspiunkt aufweist. Wahrscheinlich vollzieht sich,div nachstehende Reak- tion:
2 Al + Nz = 2 AIN + 262,8 kg-Kalorien pro Mol. Diese Reaktion liefert eine Tekmperatur von unge fähr 1780-1930 C, wobei ein .sähr hoher Hitzebe- trag in Freiheit gesetzt wird.
Der Wert an kg-Kalorien übersteigt dann jeden Verlustbetrag an gasförmigem Stickstoff. Die ausserordentliche Hitzeentwicklung zusammen mit ,ikhr'.er Wirkung auf .das Volumen des bei der Sprengung in [email protected] gesetzten Gases ist ver mutlich weitgehend verantwortlich für den sehr ,hohen Kraftfaktor, den man bei der Explosion derar tiger Gemischlee erzielt.
Versuche weisen kdarauf hin, dass -bei ,der Reaktion -mit :Aluminium vorzugsweise Aluniiniumnitnid und nicht Aluminiumoxyd gebildet wird. Dadurch wird die Bildung schädlicher Stickstoff oxyde verhindert, welche bisher eine wesentliche Gefahr im Rückstand oder im Geröll bildete, wel- chies nach der Sprengung mit den üblichen Amamoni- umnntratsprengstoffen feststellbar ist.
Die üblichen Sprengstoffe mit Ammoniumnitrat ,ergeben stets Rückstände von kAmmonkiak, das leicht durch den Geruch erkannt wurden kann. Mit den in den obigen Beispielen beschriebenen explosiven Mischungen entsteht -kein Ammoniakkgeruch nach der Sprengung.
DasRTI ID="0009.0212" WI="17" HE="4" LX="1321" LY="2584"> Ammoniak ist ,daher ,vollständig in Stickstoff und Wasserstoff umgewandelt worden ent- sprechend den hohen Temperaturen bei dem vorlie- gInden Reaktionssystem.
Es ist auch festgestellt worden, dass erhebliche Beträge von Wasserstoff während der Explosionsre aktion frei wenden und dass diese auch eine wichtige Rolle bei -der Überlegenheit dies Sprengstoffes spie len.
Beispielsweise wurde bei Versuchssprengungen an der Oberfläche nach der Detonation in den Risseen und Öffnungen dzs Felsens, welche durch die Spren- gun,g geöffnet worden sind, eine bläuliche Flamme beobachtet, in welcher offensichtlich Sauerstoff mit dem Rückstand an Wassierstoff in Form einer zweiten Explosion reagierte.
Der sehr starke Kraftfaktor, der mit den vorlie genden Mischungen :erzielt wird, hat -es möglich ge macht, viele Sprengoperationen mit einem siehr klei nen Betrag an Sprengstoff auszuführen, verglichen mit den üblichlen Ammonumnitratsprengstoffen.
Beim Sprengen von harten .Felsen -ist @es möglich gewesen, ein einziges Bohrloch zu laden und abzu- schiessen, wobei man eine Felsmasse erihielt, die früher 3-4 Bohrlöcher und ebenso viele Ladungen mit ,d[ein üblichen Ammoniumnitratsprengs:toffen .er- ford.erte.
In der Columbia-Mine .in Minnesota haben .sich die Ersparnisse an Ammoniumnitrat .mit ;der Sensibi- lisierung durch Metall ergeben, wenn das Resultat mit der Benutzung von körnigem Ammoniumnitrat ,unter Zusatz von Öl in der üblichen bekannten Form durchgeführt wurde.
Bei der bisher benutzten, Me thode konnten 2468 ms Taconit mit Hilfe von sieben Bohrlöchern und 650 kg Am,moniumnitrat und Öl erzielt werden. Die Kosten für die Rohprodukte 1be- trugen 0,1566 Fr pro 0,764m3 .gebrochenes Erz, woben die Ausgaben für die Herstellung ,der Bohrlö cher 0,6234 Fr auf 0,764 m3 gebrochenen Erz betru gen.
Wenn man dagegen die explosiven Mischungen .gemäss .der vorliegenden Erfindung verwendete, konnte man 2468 mg Taconit mit bloss drei Bohrlö chern und 168 kg Sprengstoff erzielen, wobei die Rohmaterialkosten einschliesslich des Metalls, der Sprengkapsel und der Leitungsdrähte 0,0675 Fr .pro 0,764 m3 bz-tragen. Die Bohrkosten betrugen bei dem üblichen Sprengstoff 10,88 Fr pro 0,3 m3, da gegen bei einem Sprengstoff gemäss der vorliegen den Erfindung nur 2,
593 Fr für 28 dm3. Wenn man diese Zahlen vergleicht, ergibt sich e@ine Ersparnis von 56,5<B>070</B> und eine Steigerung des Kraftfaktors bei Verwendung von 0,2. kg Sprengstoff für 0,764m3 anstelle von 0,055 kg Sprengstoff gemäss der vorlie genden Erfindung.
Als Ergebnis dieser Untersuchungen kann ver merkt werden, dass Ammoniumnitratschlamm, wie er früher als Sprengstoff benutzt wurde, beispielsweise gemäss USA Patent 2. 867 172, nicht so gute Ergeb nisse liefert wie ein Sprengstoff gemäss vorliegender Erfindung. Es ist gefunden worden, dass viele Sprengstoffmischungen, die ursprünglich unempfind lich sind, eine Autoreaktion eingehen können,
die nach Ablauf .einer gewissen Zeit bei Raumtemperatur oder bei der Temperatur des Bohrlochs Reaktions produkte liefern, die sehr empfindlich sind. Durch den erwähnten Umstand konnte .ein sehr sicheres Spr!en#sys#tem geschaffen werden.
Es hat sich erge ben, dass das vorliegende Verfahren bei einer gros sen Meinge stabiler oxydierender Salze anwendbar ist, wie bei Nitraten, Nitriten, Perchloraten, Sulfaten, Chloraten, Chromaren, Peroxyden und vielen ande ren ,Salzen, die imstande sind, bei der Sprengung oder Ionisierung .Sauerstoff in Freiheit zu setzen.
Diese Wirkung findet man insbesondere bei Ammonium nitrit, Ammonium-perchlorat, Ammoniumnitrat und anderen Salzen.
Die beschriieb.enen empfindlichen Sprengstoffm:i- schungen :sind mit Hilfe oxydierenider Salze hierge- stellt worden, welche in körniger oder Pulverform, als halbflüssige Mischung oder in Form von Lösun gen vorlagen.
Solange ,genügend Wasser oder irgend- ein anderes ionisneren:d@es Medium vorhanden ist, können,die Ausgangsmischungen sich so anfühlen als ob sie trocken wären und ,doch die Autoreaktion zur Bildung dies empfindlichen Sprengstoffes durchlau fen.
Die Zeit, während deren sich die exothermi- schen Reaktionen abspielen, ist natürlich um so kürzer, je mehr ionis,i@enend,e flüssige Lösungsmittel vorhanden sind, ab c@r -selbst Mischungen Zn körniger Form, die nur wenig mit flüssigem Lösungsmittel be- f:
uchtet ,s,ind, vollziehen beim Altern während einiger Stunden bls zu mehreren Tagen die :erwähnte Autore aktion.
Diese Feststellu@n"gen ermöglichten @es, zahlreiche Gemische herzustellen, die anfänglich vollkommen sicher zu behandeln sind, aber bei Raumtemperatur nach einer ,gewissen Zeit sich in empfin dliche Spreng stoffe umwandeln. In vielen Fällen wurden die Au,to- neaktionen,
welche sonst verhältnismässig langsam ,Verlaufen, beschleunigt, indem man von aussen Wärme zuführte, oder durch Zusatz von flüssigen Lösungsmitteln.