"MÉTODO DE REDUÇÃO DA ENERGIA DE UM AGENTE EXPLOSIVO EM EMULSÃO E AGENTE EXPLOSIVO EM EMULSÃO DE ENERGIA REDUZIDA"
A presente invenção refere-se a um agente explosivo de emulsão de reduzida energia, preparado pela adição de um agente de redução de energia, preferivelmente água, ou uma solução aquosa, em uma quantidade suficiente para reduzir a energia do agente explosivo de emulsão a um nível desejado. A presente invenção refere-se ainda a um método de reduzir a energia de um agente explosivo de emulsão, quando ele está sendo carregado dentro de furo de sondagem, e a um método aperfeiçoado de explosão perimétrica, em que um agente redutor de energia é adicionado a e misturado uniformemente por todo um agente explosivo de emulsão quando ele está sendo bombeado ou transportado para dentro de um furo de sondagem perimétrico, para reduzir a energia do agente explosivo a um nível desejado. Além disso, adicionando-se quantidade variável de agentes gaseificantes, a densidade e sensibilidade do agente explosivo de emulsão podem também ser controladas.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
As composições explosivas de emulsão são bem conhecidas na arte. Como aqui usado, o termo "emulsão" refere-se a uma emulsão de água-em-óleo, compreendendo uma solução de sal oxidante inorgânica como uma fase descontínua e um combustível líquido orgânico como uma fase contínua. Quando sensibilizada, a emulsão torna-se um agente explosivo de emulsão.
Os agentes explosivos de emulsão são fluidos quando inicialmente formados e podem permanecer fluidos ou bombeáveis ou podem torna-se mais sólidos, dependendo da viscosidade do combustível líquido orgânico e de outros aditivos. Os agentes explosivos de emulsão podem ser usados a granel ou em forma embalada e podem ser bombeados no local diretamente para dentro dos furos de sondagem. Alternativamente, os aditivos sólidos, tais como pastilhas de nitrato de amônio (AN), podem ser adicionados a uma emulsão e, dependendo da quantidade das pastilhas adicionadas, a mistura resultante pode ser bombeada ou colocada por broca dentro dos furos de sondagem. Estas propriedades e aplicações são bem conhecidas na arte.
A explosão perimétrica é também bem conhecida na arte. E um método de controle perimétrico em escavação de rocha e envolve várias técnicas de explosão comumente usadas em e aplicações de mineração e explosão de construções. A finalidade é minimizar e controlar quebra em excesso em superfícies finais de escavação de rocha. As técnicas de explosão perimétricas incluem pré-fendilhamento, explosão lisa de parede, perfuração em linha, explosão de contorno, explosão amortecida, explosão de controle de plano de fratura, explosão de piso de ponte aéreo e outras. O pré- fendilhamento, por exemplo, é uma técnica de explosão de superfície que envolve a perfuração e explosão leve de furos paralelos no plano da superfície de rocha final desejada. Isto é realizado para gerar paredes de rocha finais estáveis, em vez de paredes grosseiras, esfarrapadas, instáveis e exageradas. O objetivo do pré-fendilhamento é carregar os furos de tal maneira que, para um tipo de rocha particular e espaçamento, a pressão do furo de sondagem rache a rocha embora não exceda sua resistência compressiva dinâmica e provoque esmagamento em torno do furo de sondagem. Os furos de sondagem pré-fendidos carregados são iniciados antes da chegada da principal onda de choque da explosão principal. A estabilidade mecânica resultante da superfície de rocha permite inclinações mais íngremes e mais altas, resulta em custos de manutenção reduzidos de longo termo de superfícies explodidas, resulta em condições de trabalho mais seguras para os trabalhadores de explosão e escavação, minimiza os custos finais de desbaste de escamação e inclinação, minimiza a área de terreno requerida para operações de explosão e é mais esteticamente desejável.
Em parede lisa ou explosão lisa, a superfície de rocha a ser preservada é em superfícies horizontais ou quase horizontais elevadas, tais como na seção de arco de um túnel. Como em pré-fendilhamento, as variáveis de explosão são diâmetro do furo, tonelagem e espaçamento, e a carga desacoplada. A relação de tonelagem e espaçamento e a pressão do furo de sondagem são projetadas para forçar uma fratura furo-a-furo, mas são mantidas abaixo do limiar de avaria em rocha por falha compressiva. Os benefícios de explosão de parede lisa são similares àqueles de pré- fendilhamento.
A carga leve ou tonelagem reduzida nos furos de sondagem perimétricos pode ser realizada de várias maneiras. Explosivos empacotados tipicamente são usados tendo um diâmetro de carga que é significativamente menor (metade ou menos) do que o diâmetro do furo de sondagem, a fim de que a carga não seja acoplada (desacoplada) ao furo de sondagem. Produtos a granel de baixa densidade, baixa velocidade, tais como ANFO contendo contas de poliestireno, também foram usados para prover uma baixa energia, efeito desacoplante e podem ser carregados por cordão. Outras abordagens são carga inferior ou piso pneumático, onde as cargas de produto são colocadas somente na base ou término do furo, ou piso, onde as cargas são afastadas para produzirxcoluna explosiva descontínua. O desacoplamento é menos eficaz, entretanto, em furos de sondagem enchidos com água.
Estas técnicas de explosão perimétricas anteriores requerem que diferentes produtos ou métodos de carga sejam empregados entre os furos perimétricos e os furos principais de carga. Isto aumenta o custo e a complexidade ao processo de explosão. Ao contrário, a presente invenção permite que o mesmo produto e essencialmente o mesmo método de carga sejam usados em ambos os tipos de furos. O agente de explosão de emulsão a ser usado na tonelagem principal, ou pelo menos o componente de emulsão do agente de explosão, é o mesmo usado nos furos perimétricos, exceto que um agente redutor de energia é adicionado a e completamente misturado através do agente de explosão de emulsão, quando ele está sendo introduzido dentro dos furos perimétricos. Assim, uma energia mais baixa, mais baixa carga de velocidade são carregados dentro do furo perimétrico, porém a carga perimétrica origina-se da mesma carga base, como usada para a explosão principal. Além disso, a energia pode ser variada de furo para furo ou mesmo dentro ou ao longo do eixo geométrico do furo, como desejado, aumentando- se ou diminuindo-se variavelmente a quantidade de agente redutor de energia adicionado.
Outra vantagem do método da presente invenção é que a energia do agente de explosão de emulsão pode ser variavelmente controlada ao longo do eixo geométrico do furo de sondagem, da base para o topo, em um furo de sondagem vertical, ou detrás para a frente em um furo de sondagem horizontal, quando o agente explosivo é carregado. Isto pode ser conseguido não somente variando-se a quantidade de agente redutor de energia adicionado, como descrito acima, mas também adicionando-se quantidades variáveis de agentes gaseificantes ao agente explosivo de emulsão, para reduzir viariavelmente sua densidade. Em combinação, a densidade, sensibilidade e energia o agente explosivo de emulsão podem ser personalizadas e variadas de furo para furo e mesmo dentro de um furo. Tal personalização pode compensar as variações de rocha ao longo da extensão do furo de sondagem, aumentando-se as alturas de carga com profundidade de furo de sondagem e outros fatores.
Agua tem sido adicionada a agentes explosivos de emulsão no passado, porém para diferentes finalidades, em diferentes quantidades e/ou por diferentes métodos. A água ou solução aquosa adicionada ao agente explosivo de emulsão da presente invenção é adicionada ao agente explosivo de emulsão em uma quantidade suficiente para reduzir significativamente sua energia e é misturada uniforme e homogeneamente por toda a fase de emulsão. Na realidade, quando misturada desta maneira à água ou solução aquosa forma uma segunda fase de gotícula descontínua aquela formada pelo componente de solução salina oxidante inicial. Esta segunda fase descontínua torna o agente explosivo de emulsão mais sensível e estável do que se a água ou solução aquosa fosse combinada inicialmente com a solução salina oxidante inorgânica ou se ele não fosse misturado uniforme e homogeneamente por toda a fase de emulsão. Com a inclusão adicional opcional dos agentes de gaseificiação, um agente explosivo de emulsão, tendo uma energia, densidade e sensibilidade variáveis, pode ser formado dando as vantagens anteriormente descritas.
SUMÁRIO
A presente invenção refere-se a um método de reduzir a energia de um agente explosivo de emulsão e um método aperfeiçoado de explosão perimétrica compreendendo (a) selecionar um agente explosivo de emulsão de formulação predeterminada; b) transportar o agente explosivo de emulsão; (c) adicionar um agente redutor de energia ao agente explosivo de emulsão quando ele está sendo transportado; (d) misturar o agente redutor de energia uniforme e homogeneamente dentro do agente explosivo de emulsão; (e) opcionalmente, adicionar agentes gaseificantes ao agente explosivo de emulsão, para reduzir sua densidade e aumentar sua sensibilidade; e (f) carregar o agente explosivo de emulsão transportado para dentro de um furo de sondagem ou um furo de sondagem perimétrico, respectivamente. A presente invenção também refere-se a um agente explosivo de emulsão de reduzida energia, em que um agente redutor de energia é adicionado separadamente a e misturado uniforme e homogeneamente por todo o agente explosivo de emulsão, em uma quantidade de cerca de 5% a cerca de 22,5% em peso do agente explosivo de emulsão.
DESCRIÇÃO DETALHADA O agente explosivo de emulsão da presente invenção ou usado no método da presente invenção compreende uma fase contínua de combustível líquido orgânico, uma fase descontínua de solução salina oxidante inorgânica e, opcionalmente, uma dispersão de bolhas de gás sensibilizantes e redutoras de densidade ou agente redutor de densidade.
O combustível orgânico imiscível formando a fase contínua da composição está presente em uma quantidade de cerca de 3% a cerca de 12% e, preferivelmente, em uma quantidade de cerca de 4% a cerca de 8% em peso da composição. A quantidade real usada pode ser variada, dependendo do(s) combustível(eis) imiscíveis particulares usados e da presença de outros combustíveis, se existirem. Os combustíveis orgânicos imiscíveis podem ser alifáticos, alicíclicos e/ou aromáticos e podem ser saturados e/ou insaturados, contanto que eles sejam líquidos na temperatura de formulação. Combustíveis preferidos incluem talol, óleo mineral, ceras, óleos de parafina, benzeno, tolueno, xilenos, misturas de hidrocarbonetos líquidos geralmente referidos como destilados de petróleo, tais como gasolina, querosene e combustíveis diesel, e óleos vegetais tais como óleo de milho, óleo de semente de algodão, óleo de amendoim e óleo de soja. Combustíveis líquidos particularmente preferidos são óleo mineral, óleo combustível no. 2, ceras de parafina, ceras microcristalinas e suas misturas. Nitro compostos alifáticos e aromáticos e hidrocarbonetos clorados podem também ser usados. Misturas de quaisquer dos acima podem ser usadas.
Opcionalmente e além do combustível orgânico líquido imiscível, combustíveis sólidos ou outros líquidos ou ambos podem ser empregados em quantidades selecionadas. Exemplos de combustíveis sólidos que podem ser usados são partículas de alumínio finamente divididas; materiais carbonáceos finamente divididos, tais como gilsonita ou carvão de pedra; grão vegetal finamente dividido tal como trigo; e enxofre. Combustíveis líquidos miscíveis com água, também funcionando como dilatadores líquidos para água, podem ser usados. Estes combustíveis sólidos e/ou líquidos adicionais podem ser adicionados geralmente em quantidades variando até cerca de 25 % em peso. Se desejado, sal oxidante não dissolvido pode ser adicionado à composição juntamente com quaisquer combustíveis sólidos ou líquidos.
A solução salina oxidante inorgânica formando a fase descontínua do explosivo geralmente compreende sal oxidante inorgânico em uma quantidade de cerca de 45% acerca ae 95 % em peso da composição total, e água e/ou líquidos orgânicos misciveis em água em uma quantidade de cerca de 0% a cerca de 30%. O sal oxidante preferivelmente é principalmente nitrato de amônio (AN), porém outros sais podem ser usados em quantidades até cerca de 50%. Os outros sais oxidantes são selecionados do grupo consistindo de amônio, nitratos de metal alcalino e metal alcalino terroso, cloratos e percloratos. Destes, o nitrato de sódio (SN) e nitrato de cálcio (CN) são preferidos. Pastilhas de AN e ANFO podem também ser adicionadas em forma sólida, como parte do sal oxidante da composição final.
Água geralmente é empregada em uma quantidade de 3% a cerca de 30 % em peso, com base na composição total. É comumente empregada em emulsões em uma quantidade de cerca de 5% a cerca de 20%. Um emulsificante é usado na formação d? emulsão. Emulsificantes típicos incluem ésteres graxos de sorbitano ésteres de glicol, oxazolinas substituídas, alquilaminas ou seus sais, seus derivados e similares. Mais recentemente, certos emulsincadores ioiiméricos foram descobertos concederem melhor estabilidade às emui-ões sob certas condições. Por exemplo, um emukificador polimérico, derivado de triidroximetilaminometano e anidrido ppllobutenil succínico ("PIBSA") é particularmente eficaz na combinação coro microesferas orgânicas e é um emulsificante preferido. Outros derivado de polipropileno ou polibuteno foram descritos. Preferivelmente, o emulsificador polimérico compreende aminas poliméricas e seus sais ou uma amina, alcanolamina ou derivado de poliol de um polímero olefínico carboxilado ou derivado de anidrido ou de adição de vinila.
Agentes gaseificantes químicos preferivelmente são adicionados ao agente explosivo de emulsão, preferivelmente na ou logo antes da ocasião do bombeamento do agente explosivo de emulsão para dentro do furo de sondagem. Assim, os agentes gaseificantes químicos ou seus componentes reativos geralmente são adicionados após a emulsão ser formada. A adição geralmente é regulada para que a gaseificação ocorra após ou próximo da mesma ocasião que mais manuseio da emulsão é completado, a fim de minimizar perda, migração e/ou coalescência de bolhas de gás. Os agentes de gaseificação química normalmente são solúveis no sal oxidante inorgânico ou fase descontínua da emulsão e reagem quimicamente na fase salina oxidante sob condições apropriadas de pH, para produzir uma fina dispersão de bolhas de gás por toda a emulsão. Os agentes de gaseificação química preferivelmente compreendem uma solução aquosa de nitrito de sódio e um ácido tal como ácido cítrico ou acético. Um acelerador de gaseificação, tal como tiocianato, preferivelmerite pode ser adicionado. Quanto nitrito de sódio e sal tiocianato são combinados na fase de solução oxidante que tem um pH de cerca de 3,5 a cerca de 5,0, começa a geração de bolhas de gás. O saí nitrito é adicionado em uma quantidade de menos do que 0,1% a cerca de 0,6% em peso da composição de emulsão em uma base seca, e o tiocianato ou outro acelerador é adicionado em uma quantidade similar à fase descontínua de solução oxidante ou à solução de nitrito. Além dos agentes de gaseificação química, esferas ou partículas ocas, produzidas de vidro, plástico ou perlita podem ser adicionados para prover mais redução de densidade. A formação de bolhas de gás reduz a densidade do agente explosivo de emulsão e, geralmente, aumenta sua sensibilidade à detonação, como é sabido na arte.
A fase de emulsão pode ser formulada de uma maneira convencional. Tipicamente, o(s) sal(is) oxidantes é/são dissolvidos na água em uma temperatura elevada, dependendo da temperatura de cristalização da solução salina. A solução oxidante aquosa é, então, adicionada a uma solução do emulsificante e do combustível orgânico líquido imiscível, e a mistura resultante é agitada com suficiente vigor para produzir uma emulsão da solução aquosa em uma fase de combustível orgânica líquida.
Os métodos da presente invenção compreendem adicionar um agente redutor de energia e, preferivelmente, agentes gaseificantes ao agente explosivo de emulsão quando ele está sendo transportado para dentro de um furo de sondagem (a frase "quando ele está sendo transportado" destina-se a cobrir adicionar o agente redutor de energia a montante ou a jusante do meio de transporte, tal como uma bomba de emulsão). O termo "transportado" inclui bombeamento, extrusão ou outros meios. Para explosão perimétrica, o agente redutor de densidade pode ser adicionado em uma quantidade suficiente para diminuir a energia do agente explosivo de emulsão a um nível que permita que explosão perimétrica seja conduzida a fim de obter os resultados explosivos descritos anteriormente. O agente redutor de energia é misturado uniforme e homogeneamente através da fase de emulsão, para formar uma segunda fase descontínua, preferivelmente por meio de um misturador dinâmico, válvula homogeneizadora, misturador estático ou bico(s) de pulverização. Opcionalmente porém preferivelmente, os agentes de gaseificação são adicionados ao agente explosivo de emulsão para reduzir sua densidade e aumentar sua sensibilidade, o que pode ser necessário se a adição do agente redutor de energia de outro modo diminuísse materialmente a sensibilidade do agente explosivo à detonação. Os agentes gaseificantes podem ser combinados antes ou após o meio de transporte, tal como uma bomba de emulsão. Os agentes gaseificantes são adicionados em quantidades suficientes para reduzir a densidade do agente explosivo de emulsão a uma faixa de cerca de 0,60 g/cm3 a cerca de 1,30 g/cm3.
O agente redutor de energia é selecionado do grupo consistindo de água e soluções aquosas. As soluções aquosas contêm um soluto selecionado do grupo consistindo de sais oxidantes inorgânicos, uréia, glicóis e ácidos inorgânicos. O agente redutor de energia é adicionado em uma quantidade de cerca de 5% a cerca de 22,5 % em peso do agente explosivo de emulsão, preferivelmente em uma quantidade de cerca de 7,5% a cerca de 20% e, mais preferivelmente, em uma quantidade de cerca de 7,5% a cerca de 17,5%.
Controlando-se variavelmente a quantidade de agente redutor de energia e agentes gaseificantes adicionados, a energia, densidade e sensibilidade do agente explosivo de emulsão podem ser variadas como desejado de furo de sondagem para furo de sondagem. Além disso, começando-se com uma única base de agente explosivo de emulsão que possa ser usada para todos os furos de padrão de explosão, simplicidade e economia são obtidas. Assim, a presente invenção provê um produto final variável de um único produto inicial e é particularmente adequado para explosão perimétrica.
A invenção e ainda ilustrada por referência aos seguintes exemplos.
Exemplo 1
Quatro agentes explosivos de emulsão (misturas 1-4) foram preparados e carregados dentro de tubos de aço de 7,62 cm de diâmetro por 61 cm, escala 40 (Tabela 1). Antes de carregar as misturas 3 e 4 dentro dos tubos, um agente redutor de energia (água) foi disperso homogeneamente dentro do agente explosivo de emulsão a 10% e 20%, respectivamente, em peso da emulsão. Isto foi conseguido com um misturador manual, que funcionou por aproximadamente um minuto. Os agentes redutores de densidade (gaseificantes) foram adicionados e similarmente misturados dentro das misturas 2, 3 e 4 (a mistura 1 foi usada còmo uma linha de referência e, portanto, não tinha agentes reáutores de energia ou densidade adicionados). As misturas gaseificadas foram permitidas descansar por cerca de uma hora antes de serem detonadas.
As energias foram medidas na detonação das misturas. Uma comparação das energias medidas indica eme a energia total foi reduzida cerca de 34% de 718 cal/g (mistura 1) para 474 cal/g (mistura 4, que era um agente explosivo de emulsáo gaseificacio com 20 % de agente redutor de 10 energia.). A redução de energia voluméinca correspondentemente foi de cerca de 55%, de 869 cal/cm' para 389 cal/cm . A relação de choque para energia de bolha mudou de cerca de 56/44, com o agente explosivo de emulsáo padrão (mistura 1), para cerca de 40/60 para agente explosivo de emulsão gaseificado com 20% de agente red ator de energia (mistura 4). Esta 15 mudança de energia de choque para boiha é altamente desejável em operações de explosão, onde o controle ae parede e perímetro é requerido.
O agente explosivo de emulsão das misturas 1-4 tinha a formulação dada na Tabela 2 abaixo. Us agentes gaseificantes foram adicionados às misturas 2-4 na quantidade ds 0,8% em peso.
Tabela 1
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Tabela 2
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'Solução oxidate: AN SN H2O
69,5 LV) 17,5 Limite de excedimento: 57 - ;9°C 5 pH: 4.5 - 5,0
Temperatura: 75°C
Solução Combustível:
Emulsificador Monooícato óleo Óleo
Polimérico de Sorbitano Combustível Mineral
20,0 5,0 37,5 37,5
Temperatura: 60°C
Exemplo 2
Um agente explosivo de e ulsão foi formado com aquela formulação dada na Tabela 2. O agente exclusivo de emulsão foi bombeado dentro de um recipiente tendo uma saída cacetada a uma bomba.
A saída da bomba foi equrr.cla com um acessório injetor de água capaz de introduzir o agente rsüuíor de energia (neste exemplo água). Adicionalmente, a saída da bom >a também foi equipada com um acessório para introduzir os agns de gaseificação antes do injetor de água. (Os agentes gaseiílcar/.os empregados neste exemplo foram uma mistura de 20/30/30 de uri to de sódio/tiocianato de sódio/água e uma mistura 50/50 de águ oido cítrico. Ambos os agentes foram usados em um nível ce íxrea de 0.4 J/o em peso do agente explosivo dt emulsão).
A Domba de agente expio:? ivo de emulsão e os tanques pressurizados de agente' redumr cc enen : .agente gaseificante pressurizado foram operados simultaneair tníe e a coi rr; ;:e combinada dos componentes passada através de um dispositivo de mistura (bico de pulverização) fixado na extremidade de uma mangneira de carga com 6,10 m de comprimento e diâmetro interno de 1,90 cm Assim a emulsão, agente redutor de energia e agentes gaseificantes foram misturados uniforme e homogeneamente.
Este método foi usado para formar duas misturas tendo cerca de 9 e 14 por cento de agente reautor de energia (água) respectivamente. As misturas foram carregadas dentro de tubos de papelão (não confinados) variando de diâmetro de 3,18 cm a 7,62 cm e foram permitidas gaseificar de uma densidade inicial de 1.42 g/cm: a den .idades finais de cerca de 0,85, 0,75 e 0,70 g/cm3, respectivamente. As misturas requereram de 20 a 30 minutos para gaseificar completamente. Os resultados da detonação a 20°C são apresentados na Tabela 3.
Tabela 3
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Exemplo 3
A Tabela 4 mostra uma serie de misturas que continham quantidades variáveis de água de 0 20% em peso da emulsão (tendo a mesma formulação dada m. Tabela 2). Os resultados da detonação nos tubos de papelão (não confinados) mostram um consideravel aumento do diâmetro critico e reforcador minimo quando de agua jua percentual adicionada foi au.-neittada. Os resultados deíonaçac os tubos de "aço", escala 40 (confinados), indicam que todas as misturas exceto a mistura 8, que tinha 20% de água adicionados, detonaram cm ? com velocidades variando de 5,4 km/s sem água a 3,6 kr i s com 17,5 de água. Tabela 4
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