DE1117466B - Gestreckte Ladung, insbesondere fuer seismische Zwecke - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

P24552VIb/78e

ANMELDETAG: 4. MÄRZ 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER

AUSLEGESCHRiFTi 16. NOVEMBER 1961

Die Erfindung bezieht sich auf gestreckte Ladungen zur seismischen Lagerstättenforschung und insbesondere auf kombinierte Verzögerungselemente und Verbindungsvorrichtungen.

Bei einem Verfahren zur seismischen Lagerstättenforschung werden mehrere Sprengladungen mit Abstand in ein Bohrloch eingebracht und nacheinander mit Abstand gezündet, um eine Gesamtgeschwindigkeit zu erzielen, welche geringer als die Detonationsgeschwindigkeit des Sprengstoffes ist. Dieses Verfahren beruht unter anderem auf der Theorie, daß bei einer solchen zeitlichen Detonationsfolge der Ladungen, bei welcher die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von einer Ladung zur nächsten etwa der seismischen Geschwindigkeit des umgebenden Mediums gleicht, die durch die Detonation erzeugten und in Richtung auf die reflektierende oder brechende Schicht fortschreitenden Wellen in Phase sind und sich miteinander verstärken, während die zufälligen Wellen sich nicht in Phase befinden und somit geschwächt werden.

Um eine beachtliche Wellenverstärkung zu erreichen, müssen mehrere Explosionsladungen innerhalb eines bestimmten Minimalabstandes verteilt und in sehr genauen Zeitabständen gezündet werden. Zur Erzielung der geforderten Zeitabstände für die Anpassung der Detonationsgeschwindigkeit an die seismische Wellengeschwindigkeit sind die verschiedensten Verfahren vorgeschlagen worden. Ursprünglich wurde die Einstellung der Zeitabstände mittels einer »PrimacordÄ-Detonations- oder Knallzündschnur vorgeschlagen, jedoch wird dieses Verfahren allgemein als unzureichend angesehen, da es schwierig ist, lange Abschnitte oder Längen an »Primacord« in einem Bohrloch anzuordnen, um entweder ein Abreißen oder eine Umleitung zu verhindern. Wenn ein Teil der »Primacord«-Länge einen anderen Teil berührt, so pflanzt sich die Detonation an dieser Berührungsstelle fort und umgeht damit den dazwischenliegenden Abschnitt. Wenn sich zwei Teile zwar nicht berühren, aber verhältnismäßig nahe, beispielsweise innerhalb von 6,3 bis 12,7 mm, nebeneinander vorbeiführen, so zerreißt die Detonation des einen Teiles den anderen Teil, ohne ihn zu zünden, wodurch eine Trennung erfolgt. Die Schwierigkeiten bei der Anbringung von »Primacord« werden noch durch die Anwesenheit von solchen Stoffen wie Schlamm, Treibsand und Kies im Bohrloch vergrößert.

Zur Behebung des nachteiligen Abreißens oder Umleitens sind Verzögerungsvorrichtungen entwickelt worden, welche zwischen die »Primacord«-Abschnitte eingesetzt werden; mit diesen Anordnungen werden Gestreckte Ladung, insbesondere für
seismische Zwecke

Zusatz zur Patentanmeldung P 23 024 IVa/78 e
(Auslegeschrift 1109 579)

Anmelder:

ίο E. I. du Pont de Nemours and Company,
Wilmington, Del. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. rer. nat. J.-D. Frhr. v. Uexküll, Patentanwalt,
Hamburg-Hochkamp, Königgrätzstr. 8

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 6. März 1959

Alday Bishop Andrews, Woodbury, N. J.,
und Donald William Carey, Billings, Mont.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

jedoch nicht die Schwierigkeiten bei der Anordnung von Ladungen in Bohrlöchern überwunden, welche störendes oder verstopfendes Material enthalten.

Ein weiteres vorgeschlagenes Verfahren zur Angleichung der Geschwindigkeit der Detonationswellen an die seismische Wellengeschwindigkeit ist die Verwendung einer Säule aus Sprengstoffen mit verschiedenen Detonationsgeschwindigkeiten. Dieses Verfahren beruht auf dem Prinzip der Verwendung einer Säule, welche aus Segmenten von zwei oder mehr verschiedenen Explosivstoffen besteht, von denen mindestens einer eine der Detonationsgeschwindigkeit besitzt, welche kleiner als die seismische Geschwindigkeit des umgebenden Mediums ist, und wobei mindestens ein anderer eine Detonationsgeschwindigkeit besitzt, welche größer als die seismische Geschwindigkeit des umgebenden Mediums ist. Das Verhältnis des mit langsamer Geschwindigkeit detonierenden Sprengstoffes zu dem mit großer Geschwindigkeit detonierenden Sprengstoff ist so bemessen, daß die Gesamtdetonationsgeschwindigkeit der Säule der seismischen Wellengeschwindigkeit des umgebenden Mediums äquivalent ist. Verständlicherweise bringt

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dieses Verfahren einige Schwierigkeiten mit sich, aus durch Zündverzögerungselemente mit 0,25 bis welche sich aus der Änderung der Detonationsge- 5 Millisekunden Verzögerung verbundenen Teilladunschwindigkeit mit der Umgebung, aus dem Fehlen' gen besteht, welche gemäß deutscher Auslegeschrift geeigneter Sprengstoffzusammensetzungen und aus 1109 579 durch Abstandsverzögerungselemente geder Unmöglichkeit ergeben, das gewünschte Ladungs- 5 halten werden, die aus mehreren die Zündverzögegewicht je Längeneinheit des Bohrloches zu erhalten. rungselemente umschließenden Abstandshülsen be-

Zur Überwindung der obigen Nachteile wurde ge- steht, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsmäß Hauptpatent 1109 579 eine starre Präzisions- Verzögerungselemente aus mindestens zwei starren Zeitverzögerungsvorrichtung oder gestreckte Ladung Hülsen bestehen, von denen eine mindestens teilweise vorgeschlagen, die aus Teilladungen besteht, die so io in der anderen unter Bildung einer teleskopartigen in solchen Abständen voneinander angeordnet sind, Vorrichtung ruht, welche zum Anschluß der Teildaß eine sympathetische Detonationsübertragung von ladung an ihren Enden Verbindungsmittel besitzt, einer Teilladung auf die andere nicht erfolgen kann, zwischen welchen sich das Zündverzögerungselement und die durch Zündverzögerungselemente verbunden befindet, dessen Länge mindestens der Länge der sind, die eine Verzögerung jeweils im Bereich von 15 gänzlich ausgezogenen teleskopartigen Vorrichtung 0,25 bis 5 Millisekunden erzeugen. Diese gestreckte entspricht, während das Abstandsverzögerungsele-Ladung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Teil- ment so lang ist, daß mindestens bei vollständig ausladungen im Abstand voneinander durch Abstands- gezogener Stellung keine sympathetische Detonationshülsen gehalten sind, die so ausgeführt sind, daß übertragung erfolgt.

sie unter Bildung einer gestreckten Ladung starr 20 Die Verzögerungseinheit besteht vorzugsweise aus mit den Teilladungen verbunden werden können, daß einem Abschnitt einer Verbindungszündschnur, der Durchmesser der Abstandshülsen im wesentlichen welche einen Kern von 21,2 mg bis 2,12 g je Meter gleich dem Durchmesser der Teilladungen ist, daß die an detonierendem Sprengstoff besitzt, welcher von Zündverzögerungselemente in die Abstandshülsen einer Metallumhüllung und einem äußeren Schutzeingeschlossen sind und daß jede Abstandshülse 25 mantel umschlossen wird, wobei die Zündschnur so wenigstens zwei Perforationen, eine davon am oberen weit aufgespult ist, daß die Detonation in 0,5 bis Ende aufweist. Vorzugsweise besteht die Verzöge- 5 Millisekunden von einem Ende zu dem anderen rungseinheit aus einem Abschnitt einer energiearmen fortschreiten kann, und wobei jedes Ende mit einer Verbindungszündschnur (ein Kern von 21,2 bis Metallhülse abgeschlossen ist, welche eine Zünd-425 mg Sprengstoffkörnern je Meter Länge in einer 30 ladung enthält, wobei eine dieser Hülsen neben einer Metallummantelung), wobei die Enden der Schnur Beiladung eines mit großer Geschwindigkeit detonievon Metallhülsen umfaßt sind, welche einen Zünd- renden Sprengstoffes angeordnet ist.
sprengstoff enthalten, wobei noch eine Zündladung Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel oder Beiladung aus einem mit großer Geschwindig- der Erfindung ist in den Zeichnungen wiedergegeben; keit detonierenden Sprengstoff an einem Ende des 35 es zeigt

rohrförmigen Elementes vorgesehen ist. Außerdem Fig. 1 ein Bohrloch, welches die Ladungen und die

sind Mittel vorgesehen, um das rohrförmige Element Verzögerungsverbmdungsvorrichtung enthält,

an der Zündladung (oder Beiladung) oder an der Fig. 2 eine Einzelansicht der Verzögerungsverbin-

Hauptsprengstoffladung zu halten. Mit der Erfindung dungsvorrichtung.

wird eine derartige gestreckte Ladung wie oben be- 40 In Fig. 1 ist im einzelnen ein üblicher seismo-

schrieben vorgeschlagen, die jedoch weitere Ver- graphischer Sprengkörper 1 gezeigt, beispielsweise

besserungen aufweist. eine nitroglyzerinfreie Sprengstoffladung 2, die sich

Obwohl die oben beschriebene starre gestreckte in einem Metallbehälter mit einem Gewindeabschluß 3 Ladung mit einer Länge einer aufgespulten energie- befindet. Die starre teleskopartige Verzögerungsverarmen Verbindungszündschnur als Verzögerungsein- 45 bindungsvorrichtung 4, welche in ihren Einzelheiten heit die Probleme löst, die bei der einfachen Anord- in Fig. 2 wiedergegeben ist, dient zur Verbindung der nung von Verzögerungseinheiten und Sprengstoff- gestreckten Ladung oder der einzelnen Ladungen in ladungen bei einem feststehenden Abstand in mit bestimmter Reihenfolge und mit gewünschtem AbSchlamm, Treibsand oder anderen ähnlichen Mate- stand. Die Sprengkörper 1 und die Verzögerungsverrialien angefüllten Bohrlöchern auftreten, und gleich- 5° bindungsvorrichtung 4 sind in das Bohrloch 5 hineinzeitig ein äußerst präzises Zeitverzögerungsintervall gestoßen. Ein Zündmittel 6, beispielsweise eine elekvorsieht, so hat sie doch den Nachteil, daß der Be- irische Sprengkapsel, ist über aus dem Bohrloch nutzer Einheiten mit verschiedenen Verzörgerungs- führende Drähte mit dem Kopf des Sprengkörpers 1 Perioden kombinieren muß, wenn er Geschwindig- verbunden.

keiten aneinander anpassen will, die sich mit dieser 55 In Fig. 2 ist die teleskopartige Verzögerungsver-

Standardeinheit nicht aufeinander abstimmen lassen. bindungsvorrichtung 4 in auseinandergezogener Stel-

Weiterhin mögen die maximalen Vorteile einer un- lung wiedergegeben. Von den beiden starren verlän-

mittelbar aufeinanderfolgenden Sprengung nicht ver- gerten Rohren 7 und 8 besitzt das Rohr 7 einen

wirklicht werden, weil im allgemeinen Kombinationen Außendurchmesser, welcher nur um ein geringes

aus Verzögerungselementen mit verschiedenen Pen- 60 kleiner als der Innendurchmesser des Rohres 8 ist.

öden keine seismischen Schwingungen erzeugen, die Eine dritte Länge eines starren Rohres 8 a mit glei-

sich genau in Phase befinden. Darüber hinaus ist nur chem Innen- und Außendurchmesser wie das Rohr 8

eine geringe Anzahl von Kombinationen praktisch ist an einem Ende des Rohres 7 befestigt. Beim

durchführbar und möglich, ohne daß eine über- Transport und bei der Handhabung berühren sich das

mäßige Anzahl der erhältlichen Verzögerungseinhei- 65 Rohr 8 und das Rohr 8 a, so daß eine Außenfläche

ten mit den verschiedensten Perioden verwendet wird. mit konstantem Durchmesser gebildet wird. Bei Ge-

Die erfindungsgemäße und insbesondere für seis- brauch wird das Rohr 8 von dem Rohr 8« weg über

mische Zwecke geeignete gestreckte Ladung, welche das Rohr 7 gezogen, bis die gewünschte Gesamtlänge

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erreicht ist. Zur Ausbildung einer angemessenen dann in diesem vorstehenden Bereich ein Abschluß-Starrheit muß die Gesamtlänge kleiner als die kombi- element eingesetzt werden, so daß man dann an jedem nierten Rohrlängen 7 und 8 sein, so daß ein über- Ende der Vorrichtung ein Abschlußelement von gleilappender Bereich verbleibt. Die Stellung der Rohre 7 ehern Durchmesser verwenden kann, was für die Her- und 8 zueinander kann dann durch eine Sperrvor- 5 stellung erwünscht ist. Eine derartige Vorrichtung richtung 9, beispielsweise mittels Klemmen oder kann bis zu einer Länge von etwa 2,75 m ausgezogen Bügel, fixiert werden. In jedem Rohr ist eine Öff- werden, wobei das Innenrohr etwa 10 cm in dem nung 10 vorgesehen, um einen Druckausgleich zwi- Außenrohr bleibt; dadurch bleibt eine gewisse Steif schen dem Inneren und dem Äußeren des Rohres zu heit gewährleistet, und man kann die Rohre mit ermöglichen. In den Rohren 7 und 8 befindet sich io Klammern, Klebstreifen oder anderen geeigneten eine verzögerungserzeugende Einheit, welche aus Mitteln verbinden, damit sie sich nicht etwa in dem einer Länge einer Verbindungszündschnur 11 besteht, Bohrloch voneinander trennen. Wenn die teleskopwobei ein Teil dieser Zündschnur 11 aufgespult ist. artige Vorrichtung aus Papier, Kunststoff oder einem An den Enden der Zündschnur 11 befinden sich rohr- ähnlichen Material besteht, so soll die Vorrichtung förmige Hülsen 12, welche eine Zündsprengladung 15 vorzugsweise mindestens zwei Durchbohrungen aufenthalten; die Hülsen 12 sind an der Zündschnur 11 weisen, damit sie sich mit einer Flüssigkeit anfüllen durch kreisförmig umlaufende Sicken 13 befestigt. kann; dadurch wird ein Zusammenfallen auf Grund Eine Hülse 12 befindet sich in der vorstehenden Aus- ungleicher Innen- und Außendrucke, beispielsweise bohrung 14 eines Verschlußelementes 15, welches die bei Anwesenheit von Wasser im Bohrloch, vermieden Endfläche des Rohres 7 abdichtet, während die an- 20 und die Vorrichtung kann dadurch auch in einem mit dere Hülse 12 in der vorstehenden Ausbohrung eines Wasser und Schlamm angefüllten Bohrloch unter-Abschlußelementes 15 a angeordnet ist, welches das sinken. Die Durchbohrungen befinden sich vorzugsfreie Ende des Rohres 8 abdichtet. Das Verschlußele- weise in der Nähe der Verbindungsmittel, so daß sie ment 15 ist mit einem Innengewinde 18 versehen, nicht durch das andere Rohr behindert werden, wenn während der Verschluß 15 a ein Außengewinde 19 25 die Vorrichtung in dem Bohrloch nicht vollständig besitzt, welches den Zündladungsraum 17 umgibt, auseinandergezogen ist.

welcher eine Beiladung 16 enthält. Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Aus-

Durch die Umhüllung einer verzögerungserzeugen- führungsform besteht die energiearme Verbindungsden Einheit in einem teleskopartigen Behälter gemäß zündschnur aus einem Kern eines detonierenden der vorliegenden Erfindung ergeben sich zahlreiche 30 Sprengstoffes, einem inneren Metallmantel und einem Vorteile. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der De- äußeren Schutzmantel, beispielsweise aus einem syntonation in einer Sprengstoffsäule kann leicht auf die thetischen Polymer, wie Polyäthylen. Zwischen der seismische Geschwindigkeit des umgebenden Me- inneren MetalÖiülle und dem äußeren Schutzmantel diums eingestellt werden, indem man einfach die kann jedes beliebige Füllmaterial, z.B. Baumwolle, Länge der Verzögerungsvorrichtung einstellt, welche 35 Kunstseide, Glaswolle, imprägniertes Papier od. dgl., eine Einheit zur Erzeugung einer Verzögerung mit verwendet werden, damit der gewünschte Außenfestgesetzter Zeit enthält. Weiterhin ermöglicht die durchmesser der Zündschnur erreicht wird. Obwohl Verwendung eines teleskopartigen Behälters, daß die der Sprengstoffkern der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur besseren Handhabung, beim Trans- Vorrichtung verwendeten Verbindungszündschnur port und zur Aufbewahrung in zusammengedrängter 40 21,2 mg bis 2,12 g detonierenden Sprengstoff je Stellung gehalten werden kann. Meter Längenabschnitt enthalten kann, beträgt die

Die starren verlängerten Rohre können aus Pa- Ladung vorzugsweise etwa 12 mg bis etwa 1,0 g an pier, Metall, Glas, Kunststoff oder einem anderen detonierendem Sprengstoff je Meter Längenabschnitt, starren Material hergestellt werden, welches gegen- Wie erwähnt, können PETN (Pentaerythrittetra-

über den oft in Bohrlöchern anzutreffenden Mate- 45 nitrat) oder RDX (Cyclotrimethylentrinitramin) als rialien, wie z. B. Schlamm, Wasser und Sand, wider- detonierender Sprengstoffkern für die Verbindungsstandsfähig ist. Obwohl in den Zeichnungen nur zwei zündschnur verwendet werden. Es können viele anRohre wiedergegeben sind, können, je nach Länge dere detonierende Sprengstoffe verwendet werden, der einzelnen Rohre und dem Abstand zwischen den wie beispielsweise Nitromannit, Cyclotetramethylenzu verbindenden Sprengstoffladungen, auch mehr als 50 tetranitramin (HMX), Bleiazid, Picrylsulfon, das zwei Rohre verwendet werden, wobei jedes in dem Bleisalz von Dinitro-o-cresol sowie ein Gemisch aus anderen ruht. Die Länge der einzelnen Rohre hängt 50 Teilen rauchlosem Pulver, 25 Teilen des Bleisalzes natürlich von deren Anzahl und dem Maximal- von Dinitro-o-cresol und 25 Teilen Kaliumperchlorat. abstand ab, welcher zwischen den Ladungen benötigt Als Metallumhüllung für den Kern wird Blei oder wird. Beispielsweise beträgt bei einer 1,5 m langen, 55 eine Zinn-Blei-Legierung vorgezogen, jedoch können zusammengeschobenen und aus zwei Rohren be- auch andere duktile Metalle und Legierungen verstehenden Vorrichtung die geeignete Rohrlänge für wendet werden. Als äußerer Schutzmantel werden das äußere Rohr etwa 1,4 m, während die Rohrlänge wasserundurchlässige Stoffe, wie Gummi oder syndes Innenrohres etwa 1,35 m sein kann. Um in der thetische polymere Stoffe, bevorzugt. Auch gewachste zusammengeschobenen Stellung eine Vorrichtung 60 oder asphaltierte Stoffüberzüge können zweckmäßig von gleichmäßigem Durchmesser zu erhalten, kann verwendet werden. Als weitere Schutzmantel können ein kurzes, beispielsweise 10 cm langes Rohrstück beispielsweise Drahtverstärkungen zur Verbesserung mit einem Durchmesser, welcher dem des äußersten der Zugfestigkeit verwendet werden. Rohres entspricht, an der Außenfläche des Innen- Die Detonationsgeschwindigkeit dieser Zündschnur

rohres an dessen freiem Ende durch Aufkleben oder 65 kann genau bestimmt werden; bei PETN oder RDX andere geeignete Mittel befestigt sein. Vorzugsweise ist die Geschwindigkeit etwa 7000 m je Sekunde, was ragt ein Teil des äußeren Rohres, z. B. etwa 5 cm, von der genauen Ladung abhängt. Demzufolge über das Ende des inneren Rohres hinaus. Es kann braucht eine 1,5 m lange Zündschnur etwas weniger

als 0,25 Millisekunden, um die Detonation von einem Ende zum anderen weiterzuleiten, während ein 33 m langer Abschnitt etwa 5,0 Millisekunden benötigt. Die Verbindungsschnüre, welche eine Kernladung von etwa 1,06 g Sprengstoff je Meter Längenabschnitt besitzen, haben eine so geringe Brisanz, daß die Detonation nicht quer zu den nahe benachbart liegenden Strängen fortgepflanzt wird, auch wenn diese eingefaßt oder umhüllt sind; deshalb kann dieser lange Abschnitt eng aufgespult werden, um die eriorderliehe Länge für die gewünschte Verzögerung zu ergeben, und benötigt dennoch nur eine verhältnismäßig kurze Gesamtlänge für die Vorrichtung. Da die Zündschnur selber einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser — maximal etwa 0,63 cm — besitzt, ist der benötigte Raum zur Aufbewahrung einer beachtlichen Länge einer Zündschnur offensichtlich nicht sehr groß. Wenn ein Sprengstoff mit geringerer Geschwindigkeit in dem Kern verwendet wird, so können kürzere Längenabschnitte verwendet werden, und es kann eine losere Aufspulung erfolgen, wodurch größere Mengen Sprengstoff in dem Kern verwendet werden können.

Der aufgespulte Teil der Zündschnur soll in den teleskopartigen Rohren einen genügenden Abstand von dem Ende haben, welcher mit der zündenden Hauptladung verbunden wird, so daß kein Teil der Wicklung durch Detonation der Ladung zerstört werden kann. Der gleiche Abstand reicht aus, um die Zündung des Sprengstoffes in dem Kern durch die Stoßwelle der Hauptzündladung zu verhindern, insofern, als die Geschwindigkeit der Detonation in dem nicht aufgespulten Bereich der Zündschnur, d. h. der Bereich zwischen der Wicklung und der zündenden Hauptladung, mindestens gleich und meist größer als die Geschwindigkeit der Stoßwelle von der Zündladung sein wird. Dadurch wird eine konstante Geschwindigkeit des Verzögerungselementes innerhalb dessen gesamter Länge gewährleistet. Die Nähe der Wicklung an der aufnehmenden Ladung hat keinen Einfluß, da die Wicklung vor Detonation der aufnehmenden Ladung vollständig verbraucht wird und da die Zündschnur allein nicht genügend brisant ist, um entweder die Zündladung oder die aufnehmende Ladung zu zünden.

Die abgekapselten Enden, welche einen Zündsprengstoff enthalten, gewährleisten sowohl die Zündung der Verbindungszündschnur durch Detonation der Hauptzündladung in der entsprechenden Zeitfolge wie auch die Zündung der Auslöseladung (oder Beiladung) nahe der aufnehmenden Ladung in der Zeitfolge. Zusätzlich bewirken die Kappen eine Sicherung gegen Beschädigung der Zündschnurenden und bilden einen wasserdichten Abschluß an den Enden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält jede Kapsel 130 mg feinverteiltes PETN über einer gepreßten Grundladung aus 390 mg »cap-grade« PETN. Es kann jedoch jede Hülse, welche einen geeigneten Zündsprengstoff enthält, verwendet werden.

Zur Gewährleistung der Zündung der aufnehmenden Ladung durch die mit der Kapsel versehene Verbindungszündschnur kann eine Zündladung aus einem gepreßten, mit großer Geschwindigkeit detonierenden Sprengstoff, beispielsweise eine Kugel aus gepreßtem, gewachstem RDX oder eine Scheibe aus gepreßtem PETN oder eine allgemein für nitroglyzerinfreie Sprengstoffe verwendete Zündladung, an dem abgekapselten Ende der Verbindungszündschnur nahe der aufnehmenden Ladung vorgesehen sein. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist in dem Stopfen oder Abschlußelement eine Vertiefung für die Zündladung vorgesehen.

Die Enden der mit Kappen versehenen Verbindungszündschnur können mittels beliebiger geeigneter, an sich bekannter Vorrichtungen nahe an der zündenden Hauptladung oder an einer Zündladung gehalten werden. Die Verwendung von Stopfen mit einer Vertiefung für die Kapsel und für die Zündladung ist praktisch und wirtschaftlich. Beispielsweise sind Steckstifte oder Metallklammern gut bekannt, um elektrische Sprengkapseln nahe an einer Sprengladung zu befestigen. Die Stopfen können aus jedem beliebigen Material mit geeigneter Festigkeit und Stärke, z. B. aus Holz, Metall oder Kunststoff, hergestellt sein. Ein preßformbares Material, wie beispielsweise Kunststoff, ist vorzuziehen.

Die starre Verzögerungsvorrichtung und die Hauptsprengstoffladungen können durch jede beliebigen bekannten Verbindungsanordnungen fest miteinander verbunden werden. Wenn ein nitroglyzerinfreier Sprengstoff in einem Metallbehälter verwendet wird, so kann die feste teleskopartige Vorrichtung mit einem Stopfen versehen sein, welcher vorzugsweise Gewindeenden besitzt, so daß er mit dem Gewindeteil des abgepackten Sprengstoffes in Eingriff gebracht werden kann. Wenn der Stopfen an seinem Ende kein Gewinde besitzt, so kann die teleskopartige Verzögerungsvorrichtung an den Enden mit Gewinden aus Metall versehen sein.

Die starre teleskopartige Verzögerungsvorrichtung kann in vielen Längen, je nach dem gewünschten Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Hauptladungen und der Anzahl der ineinander ruhenden Rohre, bereits in der Fabrik hergestellt werden. Zur einfacheren Handhabung und Lagerung sind die Vorrichtungen vorzugsweise in ihrer zusammengeschobenen Lage etwa 1,5 m lang. Für die meisten praktischen Fälle wird eine Verzögerungserzeugende Einheit in der Verzögerungsvorrichtung verwendet, welche eine Periode von etwa 1,2 Millisekunden ergibt. Für die Verzögerungsperiode von 1,2 Millisekunden ist die Verbindungszündschnur, welche entweder PETN oder RDX enthält, etwa 8,4 m lang. Bei einem Sprengstoff mit einer Detonationsgeschwindigkeit von etwa 3000 m/Sek. in einem Metallmantel wird eine Länge von etwa 3 m benötigt.

Der Mindestabstand, welcher zwischen den Sprengstoffladungen gefordert wird, um eine folgemäßige Verzögerungszündung auszubilden, hängt in erster Linie von der Empfindlichkeit der benutzten Ladungen ab. Die Empfindlichkeit wird durch den Abstand bestimmt, innerhalb welchem der Detonationsreiz der Anfangsladung die aufnehmende Ladung in einer Kopf-an-Kopf-Anordnung zündet. Bei dem abgepackten nitroglyzerinfreien Sprengstoff wird die Detonation nicht über 30 cm weitergeleitet. Ein empfindlicherer Sprengstoff, wie beispielsweise ein seismographischer Gelatinedynamit, wirkt über etwa 100 cm fort. Demzufolge gewährleistet die Mindestlänge von 150 cm der Verzögerungsvorrichtung eine angemessene Trennung der Ladungen.

Durch einfaches Auseinanderziehen des oder der inneren Rohre der Verzögerungsvorrichtung, welche eine festgelegte Verzögerungsperiode besitzt, kann eine Vorrichtung zur Verbindung der Sprengstoffe

verwendet werden, welche einen beliebig weiten Abstand voneinander haben, welcher nur die maximale Ausdehnungslänge der Vorrichtung selbst nicht überschreitet. Der aufgewickelte Teil der Verbindungszündschnur wickelt sich in dem Maße ab, wie die Vorrichtung ausgezogen wird. Demzufolge ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Detonation der Vorrichtung, nämlich die Äquivalentgeschwindigkeit, durch einfache Einstellung der Länge der Vorrichtung einstellbar, welche eine passende Menge an Verbindungszündschnur besitzt. In den meisten Fällen liegt die Äquivalentgeschwindigkeit bei seismischen Schürfungen oder Untersuchungen zwischen 1520 und 2440 m/Sek. Die Längeneinstellung auf dem Arbeitsfeld zur Erzielung der gewünschten Geschwindigkeit kann dadurch erleichtert werden, daß das Innenrohr in Bruchteilen von Metern kalibriert ist.

Zur Erläuterung der Wirkung der Längeneinstellung bei der erfindungsgemäßen Verzögerungseinheit wurde eine gemäß Fig. 2 ausgebildete Verzögerungseinheit hergestellt, deren inneres Rohr eine Länge von 1,37 m hatte und dessen Außendurchmesser 5,4 cm betrug, während das Außenrohr 1,37 m lang war und einen Innendurchmesser von etwas über 5.4 cm besaß. Die Länge der Vorrichtung betrug einschließlich einer 5 cm langen Verlängerung der kurzen und am Ende des Innenrohres angebrachten Hülse in vollständig geschlossener Stellung 1,5 m und in vollständig ausgezogener Stellung 2,7 m (wobei ein sich überlappender Bereich von 10 cm Länge zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr verblieb). Die Zündschnur hatte einen Kern aus 212 mg PETN je Meter Länge in einer Bleiumhüllung und eine Detonationsgeschwindigkeit von 7000 m/Sek. Die Gesamtlänge der Zündschnur in den Rohren betrug 8,4 m, wobei der aufgespulte Bereich etwa 46 cm von dem zündenden Ende der Vorrichtung begann. Der 8,4 m lange Abschnitt benötigte demzufolge 1,2 Millisekunden, damit sich die Detonation von einem Ende zum anderen fortpflanzte. Jedes Ende der Zündschnur war mit einer Metallhülse verkapselt, welche 520 mg PETN enthielt, während 975 mg RDX-Sprengladung in der Zündladungsvertiefung des Stopfens angebracht waren, welche ein Außengewinde zeigte. Demzufolge hatte die geschlossene Vorrichtung von 1,5 m Länge eine Äquivalentfortpflanzungsgeschwindigkeit von 1260 m/Sek. Die Verzögerung bei Übertragung eines Dss^äätionsimpulses über die Kapseln und die Zündladung ist insofern zu vernachlässigen, da sie nur in einigen Mikrosekunden erfolgt.

Die folgende Tabelle gibt die Längen der Vorrichtung an, welche für die aufgeführten Äquivalentgeschwindigkeiten notwendig sind:

Länge der Vorrichtung (m)

Äquivalentgeschwindigkeiten
(m/Sek.)

1370 I 1520 I 1680 I 1830 I 1980 I 2130 I 2290

1,65 j 1,83

2,01

2,2

2,38

2,56

Die Hauptladungen und Verzögerungsvorrichtungen können in jeder beliebigen Reihenfolge verbunden werden. Beispielsweise kann sich eine Hauptladung mit einer Verzögerungsvorrichtung abwechseln, oder es können zwei oder mehrere Hauptladungen miteinander verbunden und dann mit einer Verzögerungsvorrichtung verbunden werden, oder es können auch nach Wunsch zwei oder mehrere Verzögerungsvorrichtungen zwischen den Ladungen miteinander verbunden werden, wenn es die gewünschten Geschwindigkeitseigenschaften erfordern.

Bei der praktischen Durchführung können die Äquivalentgeschwindigkeiten einer aus Hauptladungen und Verzögerungsvorrichtungen bestehenden Säule derart berechnet werden, daß die Wirkung der

ίο Länge und Detonationsgeschwindigkeit der Hauptladungen berücksichtigt wird, da diese Parameter in den meisten Fällen nicht vernachlässigt werden können. Bei der Berechnung ist es bequem, die Hauptladungen als punktförmige Quellen anzusehen, deren Lage den Mittelpunkten dieser Ladung entspricht. Unter dieser Annahme befinden sich die zu dem erhaltenen Impuls beitragenden Anteile der entsprechenden Stellen der Ladungen in Phase, wenn die Säule so ausgebildet ist, daß sie sich der seismischen Geschwindigkeit der die Ladung umgebenden Formation anpaßt; diese experimentell gefundene Bedingung hat in den meisten Fällen die besten Ergebnisse gezeigt. Eine weitere Vereinfachung wird ermöglicht, wenn alle Hauptladungen gleich sind, da die Säule in diesem Falle als aus einer Anzahl von Abschnitten zusammengesetzt angesehen werden kann, wobei jeder Abschnitt aus einer Hauptladung und einer Verzögerungseinheit nebst einer zusätzlichen Bodenladung besteht. Demzufolge ist die Äquivalentgeschwindigkeit der Gesamtsäule gleich der Äquivalentgeschwindigkeit der Abschnitte und hängt nicht von der Anzahl der verwendeten Abschnitte ab. Bei der praktischen Durchführung wird eine Anzahl dieser Abschnitte miteinander verbunden, bis die gewünschte Säulenlänge erreicht wird. Diese Länge kann ein Bruchteil, beispielsweise ein Viertel oder eine Hälfte, der Wellenlänge sein, welche durch die vorherrschende Frequenz der gewünschten reflektierten Energie und die Geschwindigkeit der Druckwellen in der das Bohrloch umgebenden Formation bestimmt wird. Als Beispiel für die Berechnungsmethode wird angenommen, daß eine Säule hergestellt werden soll, die sich einer seismischen Geschwindigkeit von 1830 m/Sek. anpaßt und deren Länge etwa ein Viertel der Wellenlänge bei einer Reflexionsfrequenz von 45 Schwingungen je Sekunde beträgt. Es wird weiter angenommen, daß HauptladungsgeWichte von 2,03 kg auf Grund der vorher festgestellten Ladungsanforderung ausgewählt werden.

Bei einer 0,45-kg-Ladung eines abgepackten nitroglyzerinfreien Sprengstoffes von etwa 11,5 cm Länge beträgt die Detonationszeit etwa 33 Mikrosekunden. Demzufolge beträgt für 2,03 kg dieses Sprengstoffes die Gesamtlänge 58 cm und die Reaktionszeit etwa 165 Mikrosekunden. Die Verzögerungszeit dieser beispielsmäßigen Verzögerungseinheit beträgt 1,2 Millisekunden, so daß die für einen Abschnitt benötigte Verzögerungszeit 1,365 Millisekunden beträgt. Bei einer Äquivalentgeschwindigkeit von 1830 m/Sek. ist die benötigte Länge des Abschnittes demnach 2,5 m (was durch Multiplikation der Geschwindigkeit mit der Gesamtreaktionszeit des Abschnittes bestimmt wird). Die erforderliche Länge der Verzögerungseinheit beträgt 2,5 weniger 0,58 m (58 cm) oder 1,92 m. Da ein Viertel der Wellenlänge 10,2 m entspricht, kommen vier dieser miteinander verbundenen Abschnitte, welche insgesamt eine Länge von 10 m ergeben, der gewünschten Länge am

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nächsten. Eine weitere zusätzliche Ladung wird zur Vervollständigung der Säule zugefügt.

Bei einem weiteren Beispiel soll angenommen werden, daß man sich einer seismischen Geschwindigkeit von 2440 m/Sek. an Stelle von 1830 m/Sek. anpassen will, während alle anderen Anforderungen denen der vorherigen Beispiele gleichen. Eine gleiche Berechnung ergibt, daß die Verzögerungseinheit auf 2,75 m ausgezogen werden muß, um mit der gegebenen Geschwindigkeit übereinzustimmen. Die Gesamtlänge jedes Abschnittes beträgt nun 2,75 zuzüglich 0,58 m oder etwa 3,33 m. In diesem Falle haben vier dieser miteinander verbundenen Abschnitte eine Gesamtlänge von 13,3 m. Bei einer seismischen Geschwindigkeit von 2440 m/Sek. beträgt ein Viertel der Wellenlänge 13,5 m. Somit ist ersichtlich, daß in beiden Fällen die gleiche Anzahl von Verzögerungseinheiten benötigt wird, um eine Säulenlänge von etwa einem Viertel der Wellenlänge zu ergeben. Bei Verzögerungsvorrichtungen, welche zur Einstellung der Geschwindigkeit nicht ausgezogen werden können, ändert sich die Anzahl der zur Erzielung eines gegebenen Wellenlängenbruchteiles benötigten Vorrichtungen mit der Geschwindigkeit der Formation, an welche man sich anpassen will. Selbstverständlich kann man bei einer gegebenen bestimmten Verzögerungszeit und einem bestimmten Sprengstoff eine Kurvenschar konstruieren, um die benötigte Länge der teleskopartigen Verzögerungseinheit in Funktion zu der anzupassenden seismischen Geschwindigkeit und der zu verwendenden Sprengstoffmenge zu setzen. Derartige Kurven sind äußerst gut in der Geländearbeit bei der Lagerstättenforschung zu verwenden.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE: 35

1. Gestreckte Ladung, insbesondere für seismische Zwecke, welche aus durch Zündverzögerungselemente mit 0,25 bis 5 Millisekunden Verzögerung verbundenen Teilladungen besteht, gemäß Patentanmeldung P 23024 IVa/78 e, nach welchem die Teilladungen durch Abstandsverzögerungselemente gehalten werden, welche aus mehreren die Zündverzögerungselemente umschließenden Abstandshülsen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsverzögerungselemente aus mindestens zwei starren Hülsen (7,8) bestehen, von denen eine (7) mindestens teilweise in der anderen (8) unter Bildung einer teleskopartigen Vorrichtung ruht, welche zum Anschluß der Teilladungen (1, 2) an ihren Enden Verbindungsmittel (15, 15 a, 18, 19) besitzt, zwischen welchen sich das Zündverzögerungselement (11, 12) befindet, dessen Länge mindestens der Länge der gänzlich ausgezogenen teleskopartigen Vorrichtung entspricht, während das Abstandsverzögerungselement so lang ist, daß mindestens bei vollständig ausgezogener Stellung keine sympathetische Detonationsübertragung erfolgt.

2. Gestreckte Ladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündverzögerungselement aus einem Zündschnurabschnitt (11) mit einem Kern von 0,021 bis 1,06 g/m, vorzugsweise 0,21 bis 1,06 g/m, hochbrisantem Sprengstoff besteht, welcher von einem Metallmantel und einem äußeren Schutzmantel eingeschlossen und an jedem Ende durch eine Zündladung enthaltende Metallhülse (12) verschlossen ist, wobei das zur Zündung einer nachgeordneten Sprengstoffladung (2) bestimmte Ende an einer Zündladung (16) aus hochbrisantem Sprengstoff anliegt.

3. Gestreckte Ladung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Zündschnur (11) spulenförmig angeordnet ist.

4. Gestreckte Ladung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsverzögerungselement zum Druckausgleich mindestens zwei Durchbohrungen (10) besitzt.

5. Gestreckte Ladung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsverzögerungselement mindestens eine Durchbohrung (10) in der Nähe jedes Verbindungsmittels (15, 15 a) besitzt.

6. Gestreckte Ladung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsverzögerungselemente zu einer Länge ausgezogen sind, welche der gewünschten Äquivalentgeschwindigkeit zwischen 1370 und 2290 Millisekunden entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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