(57)【要約】  爆薬製剤は、これに限られないが、採鉱作業等のような爆破作業に用いられる。上記製剤は、固体燃料材の混合によって改良された硝酸アンモニウム燃料油（ＡＮＦＯ）爆薬の変形態様を含んでいる。上記製剤は、乾燥粒状固体成分、約４重量％の液体高沸点成分、及び、固体燃料材を含んでいる。ビトリナイトマセラル、リプチナイトマセラル、及び、不活性マセラルであるフュージナイトとセミフュージナイトを含む上記固体燃料材は、（１）通常の石炭より高い濃度のリプチナイトを有し、（２）通常の石炭より非常に低い濃度の擬似ビトリナイトを有することを特徴とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥粒状固体成分、液体高沸点成分、及び、固体燃料材を含む爆薬製剤であって、
上述の固体燃料成分は、ビトリナイトマセラル、リプチナイトマセラル、及び、不活性マセラルであるフュージナイトとセミフュージナイトを含み、
リプチナイトマセラルの量は通常より多く、擬似ビトリナイトは上述の固体燃料材中にほとんど存在しないことを特徴とする爆薬製剤。
【請求項２】
請求項１に記載の製剤であって、上記乾燥粒状成分は酸化剤である製剤。
【請求項３】
請求項２に記載の製剤であって、上記酸化剤は硝酸アンモニウムである製剤。
【請求項４】
請求項１に記載の製剤であって、上記液体成分は液体燃料油である製剤。
【請求項５】
請求項４に記載の製剤であって、上記液体成分の量は４重量％である製剤。
【請求項６】
請求項１に記載の製剤であって、上述の固体燃料材中の上記ビトリナイトマセラルの量は約７５重量％である製剤。
【請求項７】
請求項１に記載の製剤であって、上述の固体燃料材は約５〜５０重量％の量で存在する製剤。
【請求項８】
乾燥粒状固体酸化剤成分、液体高沸点成分、及び、固体燃料材を含む爆薬製剤であって、
上記液体成分は４重量％以下であって、上述の燃料材はビトリナイト及びリプチナイトマセラルを含む石炭であることを特徴とする爆薬製剤。
【請求項９】
請求項８に記載の製剤であって、上記酸化剤は硝酸アンモニウムである製剤。
【請求項１０】
請求項９に記載の製剤であって、上記液体成分は液体燃料油である製剤。
【請求項１１】
請求項１０に記載の製剤であって、上述の固体燃料材中の上記ビトリナイトマセラルの量は、上記固体燃料材の約７５重量％である製剤。
【請求項１２】
請求項１１に記載の製剤であって、上述の固体燃料材は約５〜５０重量％の量で存在する製剤。
【請求項１３】
乾燥粒状固体酸化剤成分、液体燃料油成分、及び、固体燃料材を含む爆発性混合物であって、
上記液体燃料油は上記混合物の４重量％以下であり、上述の固体燃料材はビトリナイト及びリプチナイトマセラルを含む石炭であることを特徴とする爆発性混合物。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関係する願書の相互参照：参照のため本特許に盛り込まれる米国仮出願特許60/599,653号は、『爆薬製剤』のタイトルで２００４年８月９日に出願された。出願者は、米国特許法第１１９条第(e)(i)項に準じて優先権を主張する。
【０００２】
連邦政府資金による研究及び開発により完成した特許に対する権利についての記載：該当なし。
【０００３】
〔発明の背景〕
１．発明の属する技術分野
本発明は、概して、爆薬組成と、上記爆薬の製造方法及び上記爆薬の使用とに関する。より具体的には、本発明は、以下に限定されないが、採掘作業等の爆破作業において多目的に利用できる複数成分の爆薬製剤である。さらに具体的には、本発明は、固体燃料材を混合することで改良した硝酸アンモニウム燃料油（Ammonium Nitrate Fuel Oil(ANFO)）爆薬の変形態様の製造と用途とに関するが、これに限定されない。
【０００４】
２．先行技術の簡単な説明
採石採掘及び開渠採掘における爆破作業では、従来より、爆薬としてＡＮＦＯを用いる。上記ＡＮＦＯは硝酸アンモニウムと燃料油とのしかるべき混合物である。上記ＡＮＦＯは当該産業において依然として一般的な爆薬であるが、上記爆薬は、効率が悪く、また、爆薬成分のコストが持続的に上昇しているため比較的高価である。
【０００５】
それゆえに、現在の爆薬組成よりもより安全に使用でき且つよりコストのかからない他の爆薬製剤の技術が必要とされている。後述からわかるように、本発明の好適な実施形態により先行技術の短所が克服される。
【０００６】
〔発明の概要〕
本発明は、複数成分の爆薬製剤を提供する。上記爆薬製剤は、固体燃料材の混合により改良されたＡＮＦＯ爆薬である。本製剤は、爆発速度がより遅いことを特徴とし、従来の爆薬と比べて同等、又は、より良い結果を提供する。さらに、現在利用可能な爆薬組成よりもより価格が安い。
【０００７】
具体的には、本発明は、硝酸アンモニウムと４重量％未満の燃料油（従来の６重量％から減らされた）との混合物を含む。上記燃料油中の炭素分子は最適な爆破の為に化学的に必要であるが、本製剤中では、固体燃料材に置き換えられている。上記固体燃料材は、（１）通常の石炭よりも高い濃度のリプチナイト（liptinite）を有し、（２）通常の石炭よりも非常に低い濃度の擬似ビトリナイト（pseudovitrinite）を有することを特徴とする。
【０００８】
〔図面の簡単な説明〕
本発明は後述の好適な実施形態の中の記載に基づいて説明される。
【０００９】
〔好適な実施形態の開示〕
本発明に従って、爆薬製剤は開示される。本発明は、概して、複数成分の爆薬製剤に関する。上記爆薬製剤は、以下に限定されないが、採掘作業等の爆破作業において多目的に利用できる複数成分の爆薬製剤である。しかし、当然のことながら、上記製剤は他の爆破作業に適用することができる。具体的には、本発明は、固体燃料材の混合により改善された硝酸アンモニウム燃料油（ＡＮＦＯ）爆薬の変形態様の出願に関することを意味する。大まかには、本発明の爆薬組成は、望む目的を実現するように構成され、お互いに関連付けられた成分からなる。
【００１０】
本発明は、少なくとも３つの成分からなる爆薬製剤を提供する。上記３つの成分とは、酸化剤である乾いた粒状の固体成分、液体高沸点燃料油もしくはディーゼル油等、及び、固体燃料材である。
【００１１】
本発明の組成の各成分は、単独では爆薬にならない。そのため、それぞれの成分は、酸化剤又は可燃物として取り扱い、輸送し、保管することができる。上記のような分類のものは、爆薬よりも簡単に低価格で輸送される。しかし、当然のことながら、これらの成分は、混合されると、以下に限定されないが、採掘作業等の爆破作業において多目的に利用できる複数成分の爆薬製剤を形成する。
【００１２】
本発明の組成における上記第一成分は、酸化化合物である乾燥成分である。好適な酸化剤は硝酸アンモニウムであり、上記硝酸アンモニウムは、約０．０９インチの標準的な直径の被覆スフェロイド（coated spheroid）あるいは被覆小球として製造供給される。上記第一成分は、望む性質を実現する為に、上記爆薬組成の製造で従来から使用される酸化剤の中から容易に選択することができる。
【００１３】
上記組成における上記第二成分は、高沸点液体成分である。上記好適な実施形態において、上記第二成分は液体燃料である。
【００１４】
従来のＡＮＦＯは、一般に硝酸アンモニウムと６重量％の燃料油との混合物を含む。上記本製剤は、上記第一乾燥成分と４重量％未満の上記液体第二成分との混合物を含む。議論されるように、上記燃料油に含まれる上記炭素分子は、最適な爆破の為に化学的に必要であるが、上記本製剤では上記組成の第三成分である固体燃料材に置き換えられる。ここで用いたように、全重量と重量％とは上記組成の全重量に基づいている。
【００１５】
上記第二成分は、望む性質を実現する為に、上記爆薬組成の製造で従来から使用される高沸点液体成分の中から容易に選択することができる。
【００１６】
上記組成の上記第三成分は固体燃料材である。上記第三成分の主なマセラル（maceral）成分（約７５％）は、ビトリナイトであり、上記リプチナイトマセラルであるスポリナイト（sporinite）、クチナイト（cutinite）、及び、レシナイト（resinite）も含まれる。不活性マセラルであるフュージナイト（fusinite）及びセミフュージナイト（semifusinite）も上記第三成分中に存在する。ここで用いたように、上記マセラルという言葉は、石炭塊を構成する有機単位を意味する。そのように、石炭は、石炭の挙動を制御する物理的及び化学的性質がそれぞれ異なるマセラルからなる。
【００１７】
上記第三成分は、さらに下記の点を特徴とする。つまり、上記第三成分は、（１）上記リプチナイトマセラルの量、特に、クチナイトの量が通常より多く、（２）擬似ビトリナイト（構造化された、炭化木材）は、上記第三成分中にほとんど存在しない。さらに詳しくは、石炭中のリプチナイトマセラルの上記通常量は、石炭の５〜１５重量％である。対照的に、上記第三成分中のリプチナイトマセラルの量は約２０％である。上記ビトリナイト群は、一般に２つのサブグループ、すなわち、デスモビトリナイト（desmovitrinite）としても知られるマトリクスビトリナイト（matrix vitrinite）、及び、テロビトリナイト（telovitrinite）としても知られる擬似ビトリナイトを含む。石炭中のビトリナイトマセラルの通常量は、上記第三成分中のビトリナイトマセラルの量と類似しており、約７５重量％である。しかしながら、石炭中に７５重量％認められる全ビトリナイトマセラルの中で、サブグループの擬似ビトリナイトの上記通常量は、２５〜３５％である。対照的に、上記第三成分中に７５重量％認められる全ビトリナイトマセラルの中で、擬似ビトリナイトの量は、微量か、ほぼ０である。
【００１８】
上記第三成分の条件を満たす材料は、マットン地層（Mattoon Geological Formation）の基底（base）にあるフレンドスビル石灰層（Friendsville Coal Seam）の中、及び、イリノイ州南東部の堆積岩のマクレーンスボロ界（McLeansboro Group）ミズーリ統（Missourian Series）ペンシルバニア地質系（Pennsylvanian Geologic System）の内部で見つけられる。しかしながら、上記の特徴を有する代わりの固体燃料を用いることもできる。
【００１９】
説明したように、第一成分及び第二成分と一緒に用いられる上記第三成分の固有の化学的性質及び物理的性質により、爆発速度とこれら爆破される物質の固有共振周波数とが一致する、又は、厳密に一致するという効果がある。その結果、岩を砕き動かす為に必要なエネルギーのみが用いられ、より安全でより効率的な方法で爆破することができる。
【００２０】
上記本製剤のこれらの爆薬成分は、望む目的にあわせて、通常用いられる分離容器に詰めてもよい。上記成分の混合は、技術的に知られた混合法を用いて達成され、機械的攪拌を必要としない。そのため、モーター駆動ミキサーは必要ではない。それ故に、上記本爆薬製剤を製造する為の乾燥成分及び液体成分の混合は、上記爆薬組成の必要がある直前に完成することができる。
【００２１】
述べられたように、上記本発明は、上記第一成分（乾燥成分）と４重量％未満の液体第二成分との混合物を含む。上記本製剤における約４重量％は、先行技術の爆薬で用いる従来の６重量％に比べて、用いる液体成分の量が有意に減少することを示す。上記第二成分における炭素分子は、最適な爆発の為に化学的に必要であるが、上記本製剤では上記第三成分に置き換えられている。先に述べたように、上記液体第二成分の量がより少なくなることで、現在利用可能な爆薬組成と比べて、本爆薬製剤のコストは減少する。同様に、上記第三成分の含有により、先に述べたように、必要とされる第一成分の量が減るので、現在利用可能な爆薬組成と比べて、本爆薬製剤のコストは減少する。
【００２２】
上記第三成分のＡＮＦＯに対する混合比は、爆破する岩、頁岩、又は、他の物質の推定固有共振周波数を元に計算する。上記第三成分は、上記製剤の全重量の約５〜５０％の範囲で混合することができる。上記製剤は、充填され、遅らせられ（delayed）、上記爆破は、技術的に知られる従来のＡＮＦＯ法と同様の方法で起こされる。
【００２３】
発明の実施例をここで示す。
【００２４】
本試験で用いた爆発物質は、４重量％の燃料油と混合した硝酸ナトリウム（ＡＮＦＯ‐４）、第三成分原料、及び、空気洗浄した第三成分材料の３成分である。記載されているように、上記第三成分材料は、爆発物質の混合物にさらなる燃料を提供するので、油を４％のみ有するＡＮＦＯが用いられた。上記第三成分材料サンプルは、３／８インチ以下（minus 3/8 inch）のサイズであった。各試験の配合は、２つの個々の蓋付製品容器とオーガー（auger）とを備える火薬トラック（powder truck）を用いて行われた。それぞれの蓋付容器のオーガーの速度は、好適な配合を達成する為に変えることができた。試験の間、上記ＡＮＦＯ‐４は１つめの蓋付容器中に入れられ、上記第三成分材料は２つめの蓋付容器中に入れられた。それぞれの蓋付容器の材料は、爆発物質が発破孔に移されるときに爆発物質を混合する一連の共通収集オーガーへ、オーガーで送られた。
【００２５】
本試験で開けられたすべての発破孔は、直径９ ７／８インチであった。上記の孔は、７フィートの埋め戻しと、１７フィートの詰め物と、７５フィートの火薬カラムとを入れて、平均して、９９フィートの深さであった。もし、不発が起きても、通常の爆破で再爆破し、動かす為の最小限の材料があるように、上記ＡＮＦＯ‐４及び洗浄第三成分材料（washed third component material）の試験孔は、未採掘壁面に沿って第一列目に置かれた。上記第三成分原料（raw third component material）の試験孔は製品の爆破（production shot）に組み込まれ、爆破の第一列目及び第二列に設置された。未採掘壁面の負荷は、２２〜２４フィートの範囲であり、すべての孔は、２４フィートの間隔をあけた。各発破孔は、非電動起爆装置及び１６オンスの投げ込み点火薬（cast primer）で起こされた。各爆破は５００ミリ秒の孔下方の遅延（down-hole delay）を有するとともに、孔間の表面遅延（surface delay）は、２５〜５０ミリ秒の範囲であった。上記試験におけるすべての上記爆破孔の構成は、通常の製品の爆破で用いられる典型的な設計である。
【００２６】
試験は、１００％ＡＮＦＯ‐４の４孔爆破（4-hole shot）で始め、続いて、９．１％洗浄第三成分材料と９０．９％ＡＮＦＯ‐４との配合、２１．１％洗浄第三成分材料と７９．９％ＡＮＦＯ‐４との配合、及び、２９．８％洗浄第三成分材料と７０．２％ＡＮＦＯ‐４との配合の３回の４孔爆破が行われた。残りの配合、すなわち、３８．２％洗浄第三成分材料と６１．８％ＡＮＦＯ‐４との配合、５１％洗浄第三成分材料と４９％ＡＮＦＯ‐４との配合、１４．９％第三成分原料と８５．１％ＡＮＦＯ‐４との配合、２７．４％第三成分原料と８２．６％ＡＮＦＯ‐４との配合、４１．６％第三成分原料と６８．４％ＡＮＦＯ‐４との配合、４５．３％第三成分原料と５４．７％ＡＮＦＯ‐４との配合、及び、５５．７％第三成分原料と４４．３％ＡＮＦＯ‐４との配合は、２孔爆破（2-hole shot）で試験された。それぞれの爆破から得られたデータは速度をトレースするために用いられた。上記爆発速度は、トレース上の２点を選ぶ方法、又は、すべてのトレースを回帰分析する方法により計算することができる。この試験において、試験結果をより正確に表すと考えられることから、ポイント間（point-to-point）データよりむしろ回帰分析が用いられた。ＡＮＦＯ‐４と第三成分原料との配合、及び、ＡＮＦＯ‐４と洗浄第三成分材料との配合の結果は、下記の表で示される。
【００２７】
【表１】
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＜ＡＮＦＯ‐４＞
１００％ＡＮＦＯ‐４爆破は良好で、１２，５８４ｆｐｓの平均爆発速度（velocity of detonation(VOD)）を有する。上記配合はわずかに燃料不足であり、標準的な爆破条件の爆破の最後にオレンジ色の煙が現れた。爆破岩の断片化及び移動は、６％燃料とＡＮＦＯとを用いる製品の爆破と似ていた。上記ＡＮＦＯ‐４試験は、以降の爆破の標準速度を規定する為に行われた。
【００２８】
＜洗浄第三成分材料配合＞
すべての上記洗浄配合試験爆破は良好で、一定の爆発速度を有していた。不発は無かった。上記５１％配合が爆破された後に、いくらかの白色煙又は蒸気が現れ、少しの間、過剰燃料が燃え続けた。すべての上記試験において、第三成分材料の割合が４０％を超えると、爆破岩の分裂及び移動はわずかに減少するように思われたが、爆破岩の断片化及び移動は、６％燃料油とＡＮＦＯとを用いる製品の爆破と似ていた。上記配合における第三成分材料の割合が増加するにつれて、上記爆発速度は減少した。この関係は、ほぼ線形である。大まかに言えば、第三成分材料が１％増加すると、上記ＶＯＤは一秒あたり８２フィート減少する。記録されたもっとも速い平均速度は、９．１％洗浄第三成分材料と７８．９ＡＮＦＯ‐４との配合の際の１２，６０１ｆｐｓであった。最も遅い平均速度は、５１％洗浄第三成分燃料と４９％ＡＮＦＯ‐４との試験の際の９，１７６ｆｐｓであった。
【００２９】
＜第三成分原料配合＞
すべての第三成分原料配合の爆破試験は良好で、一定の爆発速度を有していた。不発、又は、不完全燃焼の兆候は無かった。爆破岩の断片化及び移動は、上記洗浄第三成分材料の結果と似ていた。第三成分原料の割合が増加するにつれて、爆発速度は減少した。平均して、第三成分材料が１％増加すると、上記ＶＯＤは１秒あたり１２２フィート減少した。これは、洗浄第三成分材料配合よりも高かった。記録された最も速い平均爆発速度は、１４．９％第三成分原料と８５．１％ＡＮＦＯ‐４との配合の際の１３，３１８ｆｐｓであった。最も遅い平均爆発速度は、５５．７％第三成分原料と４４．３％ＡＮＦＯ‐４との試験の際の８，３６１ｆｐｓであった。
【００３０】
＜総合結果＞
第三成分原料及び洗浄第三成分材料のＶＯＤ試験結果は同程度であった。平均して、第三成分原料のＶＯＤ結果は、洗浄第三成分材料のＶＯＤ結果と比べて、わずかに速かった。これは、一つには、第三成分原料のサイズ分布がより小さいからかもしれない。第三成分原料の２３．３％は２８メッシュサイズ以下（minus 28 mesh）であるが、洗浄第三成分材料では８．１％に相当する。より小さいサイズ画分は、爆発工程をより効果的にするより大きい第三成分材料粒子よりもより容易に購入できる。
【００３１】
上記製剤は、爆破コストがより低いだけでなく、もし、断片化があまりよくないのであれば、より高い効果のある配合材料の割当と同程度に製造された製剤を適用することができる。これは、フライロック（flyrock）の発生を減らすため、採掘環境をより安全にする。
【００３２】
上記は、多くの具体例を含んでいるが、これらの例は、ただ単に、現在の本発明の好適な実施形態をいくつか説明しただけであって、本発明の範囲を限定するよう解釈するべきではない。たとえば、上記本製剤は、岩の爆破に改良ＡＮＦＯ爆薬を用いることに特に言及して記載されたが、上記本発明は、この種の爆薬の製造と使用とに限定されるものではないことに言及しておく。しかし、むしろ、上記本発明の範囲は、これらの具体的な記載以外の材料、改良、及び、用途も含むことから、より広範に及ぶ。
【００３３】
さらに、記載された実施形態は様々に変更されてもよいことは明らかである。その様な変更は、本発明の精神及び範囲からの逸脱とはみなされず、すべてのその様な改良は、上記技術に関して熟練した者にとって自明のことであるとして、本発明の範囲内に含まれるだろう。
【００３４】
そのように、本発明の範囲は、説明された例によってというよりはむしろ、補足された特許請求の範囲及びそれらの法定均等物によって決定されるべきである。
【国際調査報告】
2009514766.tif 000003