NO139166B

NO139166B - THICKNESSED, WATER RESISTANT EXPLOSIVE COMPOSITION

Info

Publication number: NO139166B
Application number: NO448473A
Authority: NO
Inventors: Harvey A Jessop
Original assignee: Ireco Chemicals
Priority date: 1972-11-24
Filing date: 1973-11-23
Publication date: 1978-10-09
Also published as: ES420290A1; IN139388B; AU6259873A; ZA738410B; SU542472A3; YU302473A; CA1007457A; BR7309159D0; NO139166C

Description

Foreliggende oppfinnelse angår forbedrede fortykkede eksplosivsainmensetninger med regulert tetthet, inneholdende vandig uorganisk oksyderende salt. The present invention relates to improved thickened explosive compositions with regulated density, containing aqueous inorganic oxidizing salt.

Generelt angår den slike eksplosivstoffer som inneholder en hovedbestanddel som samtidig tilveiebringer i det minste mer enn halvparten av brennstoffet, og i det vesentlige alt av sensi-bilisatoren og fortykningsmiddelbehovet for sammensetningen. In general, it concerns such explosives which contain a main component which at the same time provides at least more than half of the fuel, and essentially all of the sensitizer and thickener required for the composition.

Fortykkede eksplosivsainmensetninger med regulert tetthet inneholdende vandig uorganisk oksyderende salt, er beskrevet i teknikkens stand og har også fått utstrakt bruk ved kommersielle sprengingsoperasjoner. Karakteristisk benytter en slik sammensetning i tillegg til vann og et eller flere uorganiske oksyderende salter, et eller flere faste eller flytende brennstoffer. I mange slike sammensetninger ifølge teknikkens stand benyttes også en metallsensibilisator (f.eks. fint oppdelt aluminium) og/ eller fortykningsmiddel (f.eks. guargummi). Thickened explosive compositions with regulated density containing aqueous inorganic oxidizing salt are described in the state of the art and have also been widely used in commercial blasting operations. Characteristically, such a composition uses, in addition to water and one or more inorganic oxidizing salts, one or more solid or liquid fuels. In many such compositions according to the state of the art, a metal sensitizer (e.g. finely divided aluminum) and/or thickener (e.g. guar gum) is also used.

Det er gjort forsøk på å frembringe mer økonomiske eksplosivsainmensetninger. For eksempel er det foreslått eksplosivsainmensetninger omfattende i det vesentlige vann, ammoniumnitrat og brenselsolje, men disse sistnevnte sammensetninger har selv om de i og for seg er relativt økonomiske, ikke detonert tilfredsstillende i tørre eller vannholdige borehull bortsett fra ved bruk av flere boostere ved høye forhold mellom booster og eksplosivsammensetning. Attempts have been made to produce more economical explosive devices. For example, explosive compositions comprising essentially water, ammonium nitrate and fuel oil have been proposed, but these latter compositions, although relatively economical in themselves, have not detonated satisfactorily in dry or watery boreholes except when using multiple boosters at high conditions between booster and explosive composition.

Andre forsøk er gjort på å frembringe relativt mer økonomiske, fortykkede eksplosiysammensetninger med regulert tetthet, inneholdende vandig uorganisk oksyderende salt, og det er foreslått sammensetninger som medfører bruken av tørt, fint oppmalt, fibrøst materiale av vegetabilsk opprinnelse (f.eks. fint oppdelt, tørr alfalfa). US-patent nr. 3.507.718 beskriver f.eks. en slik eksplosivsammensetning som, som primært brennstoff og sensibilisator, inneholder et fibrøst materiale slik som tørr tremasse eller fint oppdelt alfalfa. Et egnet fibrøst materiale for bruk slik som beskrevet i US-patent nr. 3.507.718, må være tilstrekkelig vannavstøtende til å forårsake innfanging og stabilisering av luftbobler i fibrene. Selv om disse sistnevnte sammensetninger kan være tilfredsstillende ved visse anvendelser, viser de vanligvis ikke de vannmotstandsdyktighetsegenskaper som er nød-vendige for riktig detonering i vannholdige borehull, hvis ikke sammensetningene formuleres med ytterligere fortykningsmidler og kryssbindes. I tillegg er enkelte av de tørre fibrøse materialer som beskrives som egnet for bruk i US-patent nr. 3.507.718 (f.eks. tørket masse fra kaktus), ikke økonomisk tilgjengelig i mange geografiske områder. Other attempts have been made to produce relatively more economical, thickened explosive compositions with regulated density, containing aqueous inorganic oxidizing salt, and compositions have been proposed which entail the use of dry, finely ground, fibrous material of vegetable origin (e.g. finely divided, dry alfalfa). US patent no. 3,507,718 describes e.g. such an explosive composition which, as primary fuel and sensitizer, contains a fibrous material such as dry wood pulp or finely divided alfalfa. A suitable fibrous material for use as described in US Patent No. 3,507,718 must be sufficiently water-repellent to cause entrapment and stabilization of air bubbles in the fibers. Although these latter compositions may be satisfactory in certain applications, unless the compositions are formulated with additional thickeners and cross-linked, they usually do not exhibit the water resistance properties necessary for proper detonation in water-containing boreholes. In addition, some of the dry fibrous materials described as suitable for use in US Patent No. 3,507,718 (eg, dried pulp from cacti) are not economically available in many geographic areas.

Således har det tidligere vært et behov for relativt Thus, there has previously been a need for relatively

mer økonomiske, fortykkede eksplosivsainmensetninger med regulert tetthet inneholdende vandig uorganisk oksyderende salt. more economical, thickened explosive compositions with regulated density containing aqueous inorganic oxidizing salt.

Ifølge foreliggende oppfinnelse frembringes nå en fortykket, vannmotstandsdyktig eksplosivsammensetning med regulert tetthet, bestående i det vesentlige av en eller flere uorganiske oksyderbare salter, et brennstoff og vann, og eksplosivsammenset-ningen karkateriseres ved at den omfatter en fast, fint oppdelt, helt hydratiserbar polysakkaridpolymer av vegetabilsk opprinnelse som samtidig utgjør mer enn halvparten av brennstoffet, og i det vesentlige all sensibilisator og fortykningsmiddel spm er nødvendig i sammensetningen. According to the present invention, a thickened, water-resistant explosive composition with regulated density is now produced, consisting essentially of one or more inorganic oxidizable salts, a fuel and water, and the explosive composition is characterized by the fact that it comprises a solid, finely divided, completely hydratable polysaccharide polymer of vegetable origin which at the same time makes up more than half of the fuel, and essentially all the sensitizer and thickener spm are required in the composition.

I den følgende beskrivelse angir alle prosentandeler vekt-% hvis ikke annet er angitt, og alle vektdeler er beregnet på den totale vekt av sammesetningen. In the following description, all percentages indicate % by weight unless otherwise stated, and all parts by weight are calculated on the total weight of the composition.

Egnede uorganiske oksyderende salter er velkjente i teknikkens stand og omfatter uorganiske nitrater slik som ammoniumnitrat, natriumnitrat og kalsiumnitrat såvel som uorganiske klor-ater og perklorater, slik som natriilmperklorat. Det uorganiske oksyderende salt kan foreliggende enten i granulær eller trillet form og kan benyttes enten i oppløsninger eller som faststoff> eller som delvis oppløsning og delvis faststoff. Mer enn ett uorganisk oksyderende salt kan benyttes. For eksempel kan blandinger av ammoniumnitrat og natriumnitrat effektivt benyttes i eksplosivsammensetninger ifølge foreliggende oppfinnelse. Suitable inorganic oxidizing salts are well known in the art and include inorganic nitrates such as ammonium nitrate, sodium nitrate and calcium nitrate as well as inorganic chlorates and perchlorates such as sodium perchlorate. The inorganic oxidizing salt can be present either in granular or rolled form and can be used either in solutions or as a solid > or as a partial solution and a partial solid. More than one inorganic oxidizing salt can be used. For example, mixtures of ammonium nitrate and sodium nitrate can be effectively used in explosive compositions according to the present invention.

Hovedbestanddelen i eksplosivsammensetningene ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter en enkelt bestanddel som samtidig virker som mer enn halvparten av brennstoffet (bestemt ved den energi som er tilgjengelig for detonering), og som i det vesentlige all sensibilisator og fortykningsmiddel som er nød-vendig i sammensetningen. The main component in the explosive compositions according to the present invention comprises a single component which at the same time acts as more than half of the fuel (determined by the energy available for detonation), and as essentially all the sensitizer and thickener that is necessary in the composition.

Det er oppdaget at fast, fint oppdelt helt hydratiserbar polysakkaridpolymer av vegetabilsk opprinnelse møter disse krav med henblikk på brennstoff, sensibilisator og fortykningsmiddel. Deler (f.eks. frø, røtter, osv.) av planter som finnes i naturen såvel som ekstrakter (vanligvis vandige) av hele planter eller plantedeler, kan være kilden for polysakkaridpolymerer. Oppmalte hele korn, inkludert de som stammer fra cerealgress, er funnet å være spesielt egnet for bruk som hovedbestanddel. Malt hel hvete, mais, havre, ris og manniock er eksempler på hovedbestand-deler. Potetstivelse, maisstivelse og forskjellige mel fra tørr eller våt maling er også egnet for bruk som hovedbestanddel i sammensetningene ifølge foreliggende oppfinnelse. It has been discovered that solid, finely divided fully hydratable polysaccharide polymer of vegetable origin meets these requirements for fuel, sensitizer and thickener. Parts (eg seeds, roots, etc.) of plants found in nature as well as extracts (usually aqueous) of whole plants or plant parts can be the source of polysaccharide polymers. Milled whole grains, including those derived from cereal grasses, have been found to be particularly suitable for use as a main ingredient. Milled whole wheat, maize, oats, rice and manioc are examples of main stock parts. Potato starch, corn starch and various flours from dry or wet grinding are also suitable for use as the main ingredient in the compositions according to the present invention.

For å virke tilfredsstillende som hovedbestanddel må denne foreligge i fint oppdelt tilstand. Hovedbestanddelen bør være tilstrekkelig fint oppdelt til å gi riktig sensibilitet og fortykning. Tabell 2 viser partikkelstørrelsesfordelingen for fire forskjellige typer malt hel hvete. Som beskrevet nedenfor og som vist i eksemplene, er bedømmelse X den groveste av de malte hele hveter som er angitt i tabell 1, generelt ikke akseptabel. På den annen side var XX, XXX og XXXX alle tilstrekkelig fint oppdelt for bruk i sammensetningene ifølge oppfinnelsen. To work satisfactorily as a main ingredient, this must be present in a finely divided state. The main ingredient should be sufficiently finely divided to give the correct sensibility and thickening. Table 2 shows the particle size distribution for four different types of milled whole wheat. As described below and as shown in the examples, grading X, the coarsest of the milled whole wheats listed in Table 1, is generally not acceptable. On the other hand, XX, XXX and XXXX were all sufficiently finely divided for use in the compositions of the invention.

Foreliggende oppfinnelse skal beskrives nærmere under henvisning til de følgende eksempler. The present invention shall be described in more detail with reference to the following examples.

Eksempel 1 Example 1

I dette eksempel ble sammensetningene; A, B, C og D med de bestanddeler og egenskaper som er angitt i tabell 2, fremstilt og detonert med hell, slik som angitt i tabell 2. In this example, the compositions were; A, B, C and D with the constituents and properties indicated in Table 2, prepared and detonated successfully, as indicated in Table 2.

Eksempel 2 Example 2

I dette eksempel ble en liten mengde av et sekundært eller et hjelpebrennstoff tilsatt til sammensetningene ifølge oppfinnelsen, noe som resulterte i sammensetningene E, F, G og H med de bestanddeler og egenskaper som er angitt i tabell 3. Sekundære brennstoffer andre enn brenselsolje, kan også benyttes forutsatt at i det minste mer enn 50% av det totale brennstoff i sammensetningen foreligger i form av hovedbestanddelen. In this example, a small amount of a secondary or auxiliary fuel was added to the compositions according to the invention, which resulted in the compositions E, F, G and H with the constituents and properties indicated in Table 3. Secondary fuels other than fuel oil, can is also used provided that at least more than 50% of the total fuel in the composition is in the form of the main component.

Eksempel 3 Example 3

I dette eksempel fremstilles det sammensetninger fra de bestanddeler og med de egenskaper som er angitt i tabell 4, og disse detoneres. I alle sammensetninger i dette eksempel, fra og med J til og med S, ble oppmalt hel hvete benyttet som hovedbestanddel. Partikkelstørrelsesfordelingene for denne hvete er angitt i tabell 1. Sammensetningene J og K, fremstilt ifølge bedømmelse X, den groveste av de benyttede hveter, var, selv om de var detonerbare ved en kritisk diameter på 152,4 mm, util-strekkelig fortykket av det grove materiale ifølge bedømmelse X og krevet således ytterligere fortykningsmiddel og kryssbinding. Slik det fremgår av tabell 4, kan sensibiliteten for sammensetningene ifølge oppfinnelsen varieres og reguleres i en betydelig grad ved å regulere både partikkelstørrelsesfordelingen for hovedbestanddelen som benyttes, samt oppløsningstemperaturen på tidspunktet for tilsetning av hovedbestanddelen. Slik som ved andre eksplosivsammensetninger med regulert tetthet, er tettheten ved sammensetningene ifølge oppfinnelsen også en viktig faktor ved bestemmelse av sammensetningens sensibilitet. Tetthetens virkning på sensibiliteten reduseres imidlertid når graden eller grundigheten av blandingen økes. Grundigheten av blandingen øker selvfølgelig både med en økning i oppløsningstempera-turen ved tidspunktet for tilsetningen av hovedbestanddelen såvel som med en reduksjon i partikkelstørrelsen. In this example, compositions are prepared from the components and with the properties indicated in table 4, and these are detonated. In all compositions in this example, from and including J to S, ground whole wheat was used as the main ingredient. The particle size distributions for this wheat are given in Table 1. Compositions J and K, prepared according to evaluation X, the coarsest of the wheats used, although detonable at a critical diameter of 152.4 mm, were insufficiently thickened by the coarse material according to assessment X and thus required additional thickening agent and cross-linking. As can be seen from table 4, the sensitivity of the compositions according to the invention can be varied and regulated to a significant extent by regulating both the particle size distribution for the main ingredient used, as well as the dissolution temperature at the time of addition of the main ingredient. As with other explosive compositions with regulated density, the density of the compositions according to the invention is also an important factor in determining the sensibility of the composition. However, the effect of density on sensitivity is reduced as the degree or thoroughness of the mixture is increased. The thoroughness of the mixture naturally increases both with an increase in the solution temperature at the time of the addition of the main component as well as with a reduction in the particle size.

De relative mengder av bestanddeler som benyttes ved eksplosivsammensetningene ifølge foreliggende oppfinnelse vil selvfølgelig avhenge av forskjellige faktorer slik som den ønskede styrke for eksplosivstoffet, sensibiliteten o.l., og fagfolk vil uten tvil ved rutineforsøk være istand til å oppnå de ønskede optimale virkninger. Generelt er det benyttet detonerbare sammensetninger, der mengden av uorganisk oksyderende salt ligger i området 50% til omkring 75%, der mengden av vann er omkring 5% til omkring 35% og mengden fast, fint oppdelt polysakkaridpolymer av vegetabilsk opprinnelse er omkring 5% til omkring 20%. The relative amounts of components used in the explosive compositions according to the present invention will of course depend on various factors such as the desired strength of the explosive, sensitivity etc., and professionals will no doubt be able to achieve the desired optimal effects by routine tests. In general, detonable compositions have been used, where the amount of inorganic oxidizing salt is in the range of 50% to about 75%, where the amount of water is about 5% to about 35% and the amount of solid, finely divided polysaccharide polymer of vegetable origin is about 5% to around 20%.

Eksplosivsammensetningene ifølge foreliggende oppfinnelse har generelt en regulert tetthet under arbeidsforhold på omkring 1,0 g/cm 3. Som vel kjent i teknikkens stand, kan gass-dannelsesmidler slik som natriumnitrit, benyttes for å redusere tettheten og derved delvis regulere sensibiliteten. Sammensetninger ifølge foreliggende oppfinnelse benytter fordelaktig en liten mengde, f.eks. omkring 0,01% til omkring 0,3% eller mer av et slik gassdannelsesmiddel. Tiourea kan også benyttes, helst i små mengder, f.eks. omkring 0,0 5%, for å regulere den hastighet med hvilken natriumnitrit-gassdannelsesmidlet virker. The explosive compositions according to the present invention generally have a regulated density under working conditions of around 1.0 g/cm 3. As is well known in the art, gas-forming agents such as sodium nitrite can be used to reduce the density and thereby partially regulate the sensitivity. Compositions according to the present invention advantageously use a small amount, e.g. about 0.01% to about 0.3% or more of such gas forming agent. Thiourea can also be used, preferably in small amounts, e.g. about 0.05%, to regulate the rate at which the sodium nitrite gas generator operates.

Små mengder andre bestanddeler kan tilsettes til sammensetningen ifølge oppfinnelsen, forutsatt at de ikke fører til fravikelse av prinsippet at hovedbestanddelen virker som mer enn halvparten av brennstoffet og i det vesentlige all sensibilisator og fortykningsmiddel. Således kan det benyttes små mengder andre flytende eller faste brennstoffer, brennstoffsensibilisatorer og flytende strekkmidler (f.eks. etylenglykol). Sekundære fortykningsmidler (f.eks. guargummi), som ikke er nødvendig for riktig fortykning, kan, men behøver ikke, innarbeides. Small amounts of other ingredients can be added to the composition according to the invention, provided that they do not lead to a deviation from the principle that the main ingredient acts as more than half of the fuel and essentially all of the sensitizer and thickener. Thus, small amounts of other liquid or solid fuels, fuel sensitizers and liquid stretching agents (e.g. ethylene glycol) can be used. Secondary thickeners (eg guar gum), which are not necessary for proper thickening, may, but need not, be incorporated.

Sammensetningene ifølge foreliggende oppfinnelse oksygen-balanseres helst til innen omkring +10% til omkring -20%. The compositions of the present invention are preferably oxygen-balanced to within about +10% to about -20%.

Eksplosivsammensetningene ifølge foreliggende oppfinnelse, fremstilles helst ved å varme opp en vandig oppløsning av saltet eller saltene til en temperatur på omkring minst 10°C høyere enn krystalliseringstemperaturen for oppløsningen. Hovedbestanddelen tilsettes deretter under omrøring. Vanligvis bemerkes en "cooking-in" av hovedbestanddelen. Den resulterende dynamisk stabile sammensetning pumpes enten til egnede beholdere for bruk som pakkede eksplosiver eller pumpes ved hjelp av pumpetrucker direkte til The explosive compositions according to the present invention are preferably prepared by heating an aqueous solution of the salt or salts to a temperature of about at least 10°C higher than the crystallization temperature of the solution. The main ingredient is then added while stirring. Usually a "cooking-in" of the main ingredient is noted. The resulting dynamically stable composition is either pumped into suitable containers for use as packed explosives or pumped by means of pump trucks directly to

ladning av borehullene. Sammensetningene har vanligvis en deig-lignende konsistens. charging of the boreholes. The compositions usually have a dough-like consistency.

Den kritiske diameter for en sammensetning ifølge foreliggende oppfinnelse, kan reguleres innen et praktisk område slik at slike sammensetninger sikkert kan pumpes gjennom en.åpning med subkritisk diameter. The critical diameter for a composition according to the present invention can be regulated within a practical range so that such compositions can be safely pumped through an opening with a subcritical diameter.

Mens eksplosivsammensetningene ifølge oppfinnelsen etter ønske kan detoneres umiddelbart etter plassering i et borehull, er de også stabile og kan således detoneres etter sammentreff med vann i borehullet, og/eller etter at de har vært i borehullet i flere dager. While the explosive compositions according to the invention can, if desired, be detonated immediately after placement in a borehole, they are also stable and can thus be detonated after collision with water in the borehole, and/or after they have been in the borehole for several days.

Claims

1. Thickened water resistant explosive composition with

regulated density, consisting essentially of one or more inorganic oxidizing salts, a fuel and water, characterized in that it comprises a solid, finely divided, fully water-hydratable polysaccharide polymer of vegetable origin which at the same time constitutes more than half of the fuel and in the substantially all the sensitizer and thickener required in the composition.

2. Composition according to claim 1, characterized in that the solid, finely divided polysaccharide polymer of vegetable origin consists of ground whole grains.

3. Composition according to claim 2, characterized in that the ground whole grains originate from cereal grass.

4. Composition according to claim 3, characterized in that the ground whole grains are wheat.

5. Composition according to claim 3, characterized in that the ground whole grains are raw tapioca.

6. Composition according to claim 1, characterized in that the solid, finely divided polysaccharide polymer of vegetable origin has such a particle size distribution that essentially all particles pass through a 14 mesh Tyler standard sieve.

7. Composition according to claim 1, characterized in that it essentially consists of 5-35% by weight water, 50-75% by weight inorganic oxidizing salt and 5-20% by weight ground whole grains.