(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硝酸アンモニウムを主成分とし、液体燃料及び増粘剤を含有する粒状の爆薬組成物であって、硝酸アンモニウムは、平均粒径が０．３〜２．５ｍｍのポーラスプリル硝安であり、液体燃料は撥水性を持ち、増粘剤は、水分含有量が９重量％以下であることを特徴とする爆薬組成物。
【請求項２】
水移動量が１５重量％以下であることを特徴とする請求項１記載の爆薬組成物。
【請求項３】
該ポーラスプリル硝安がプリル硝安塔から硝酸アンモニウム水溶液をノズルを通して散布して得られるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の爆薬組成物。
【請求項４】
爆薬組成物が硝安油剤爆薬であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の爆薬組成物。
【請求項５】
硝酸アンモニウムを主成分とし、液体燃料及び増粘剤を含有する粒状の爆薬組成物の製造方法であって、硝酸アンモニウムは、プリル硝安塔から硝酸アンモニウム水溶液をノズルを通して散布して得られる平均粒径が０．３〜２．５ｍｍのポーラスプリル硝安であり、液体燃料は撥水性を持ち、増粘剤は、水分含有量が９重量％以下であり、液体燃料は、他の成分を混合した後に添加混合することを特徴とする爆薬組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、砕石、採掘、トンネル掘削などの産業発破に用いられる爆薬組成物及びその製造方法に関するものである。更に詳しくは、耐水性のある爆薬組成物及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
硝酸アンモニウムを主成分とする粒状の爆薬として硝安油剤爆薬（以下、ＡＮＦＯと略記）が広く使用されている。ＡＮＦＯは、多くは多孔質の粒状硝安アンモニウム（以下ポーラスプリル硝安と略記）と軽油からなる爆薬であるが、簡単な装置で容易に製造できること、また流動性に優れているため、発破孔へ直接流し込んだり、ＡＮＦＯローダーによる装填が可能であること、さらに衝撃感度が低く安全であること、安価であること等から広く使用されている。しかしながら、ＡＮＦＯは、主成分であるポーラスプリル硝安が極めて水に溶解し易いという性質を持っているため、発破孔内に雨水や地下水が浸入した場合、水に溶解して爆轟中断を起こすことがある。
【０００３】
その問題を解決するため、ＡＮＦＯを防水性のポリエチレン袋で包装する方法が用いられることがあるが、しばしば発破孔内壁の鋭利な突起によってポリエチレン袋が破れ、効果が現れないことがある。
また、ＡＮＦＯのポーラスプリル硝安表面にグリース、アスファルト、ワックス、高粘度オイル、樹脂などの疎水性皮膜を形成させる方法もある。しかしその方法では、ポーラスプリル硝安が水へ溶解することは防げるが、発破孔への水の浸入量が多い場合、ポーラスプリル硝安の粒子間に水が浸入し、その水による爆轟エネルギーの低下によって、しばしば爆轟中断が発生する。
【０００４】
一方、特開２０００−１６８９１号公報には０．２重量％水溶液の粘度が２０〜１００００ｍＰａ・ｓの増粘剤をＡＮＦＯに添加することによって耐水性を向上させる方法が、さらに米国特許第４７８０１５６号明細書では１重量％水溶液の粘度が３５００ｍＰａ・ｓ以上の増粘剤と架橋剤をＡＮＦＯに添加することによって耐水性を向上させる方法が開示されている。
それらの方法は、いずれも浸入してきた水と増粘剤とにより、ゲル状の防水膜を形成させることによって更なる水の侵入を防ごうとするものであったが、水溶液の粘度が前記明細書に示された範囲に入るような増粘剤を選択して添加しても、全く実用上の耐水性を得ることができない場合があった。また、特定の条件下である程度の耐水性を得られた場合でも、種々の現場に適応できるほどではなく、水の浸入量が多い場合にはしばしば爆轟中断が発生するものであった。それは、増粘剤水溶液の０．２若しくは１重量％という、到底防水性の膜は形成され得ない低い濃度での粘度を増粘剤選択の指標とすることと、実際の耐水性能はより高濃度のゲル状膜によって得られるという事実とが必ずしも正しく関連付けられていないためであったと考えられる。
【０００５】
一方、特開昭５５−４７２９７号公報や特開２０００−１６８９１号公報には、増粘剤添加に加え、粉状の硝酸アンモニウムもしくは破砕したポーラスプリル硝安を混合するという方法が開示されているが、それらの方法によれば、本来ＡＮＦＯが有している優れた流動性を損ない、また、破砕工程と混合工程が追加されることにより、優れた製造容易性を損なってしまうものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の耐水性に関する問題を解決し、耐水性のみならず流動性、製造性も良好な粒状の爆薬組成物を提供することを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、硝酸アンモニウムを主成分とし、増粘剤を含有する粒状の爆薬組成物において、（１）液体燃料の混合順序を、硝酸アンモニウムと増粘剤の混合後にすれば耐水性が向上することと、（２）爆薬組成物内部における水の移動量と実現場における耐水性との間にこそ真の相関性があることと、（３）硝酸アンモニウムをポーラスプリル硝安にすれば、優れた流動性が得られることと、（４）ポーラスプリル硝安の粒径が小さくなるほど耐水性が向上することと、（５）増粘剤の含有する水分量が少なくなるほど耐水性が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち本発明の爆薬組成物は、硝酸アンモニウムを主成分とし、液体燃料及び増粘剤を含有する粒状の爆薬組成物であって、硝酸アンモニウムは、平均粒径が０．３〜２．５ｍｍのポーラスプリル硝安であり、液体燃料は撥水性を持ち、増粘剤は、水分含有量が９重量％以下であることを特徴とする爆薬組成物である。
本発明の爆薬組成物の製造方法は、硝酸アンモニウムを主成分とし、液体燃料及び増粘剤を含有する粒状の爆薬組成物の製造方法であって、硝酸アンモニウムは、プリル硝安塔から硝酸アンモニウム水溶液をノズルを通して散布して得られる平均粒径が０．３〜２．５ｍｍのポーラスプリル硝安であり、液体燃料は撥水性を持ち、増粘剤は、水分含有量が９重量％以下であり、液体燃料は、他の成分を混合した後に添加混合することを特徴とする爆薬組成物の製造方法である。
【０００９】
本発明の爆薬組成物の製造方法は、特に硝安油剤爆薬の製造方法として適するものである。
本発明において撥水性の液体燃料は、他の成分が混合された後に、添加混合されるが、これは、爆薬組成物表面に液体燃料が付着することにより、爆薬組成物全体における均一な撥水性が得られ、耐水性が向上するという発見に基づくものである。液体燃料は、撥水性を有するものであれば特に限定しない。例えば軽油、重油、化学合成油、植物油、またはそれらの混合物などが用いられるが、コスト、取り扱い性等を考慮すると、２号軽油が好ましい。
【００１０】
硝酸アンモニウムには、良好な流動性を得ることができるため球状のポーラスプリル硝安が用いられる。現在市販されている多くのポーラスプリル硝安の平均粒径は１．２〜２．５ｍｍ程度であるが、小さくなるほど、耐水性は向上する。これは、ポーラスプリル硝安の表面積増大により増粘剤の分散性が向上し、浸入してきた水とによって形成されるゲル状膜の防水性が均一になり、増粘剤が凝集した状態で水と接触した場合に生じる、爆薬業界でママコと呼ばれる、外側が防水性の膜で囲まれた固まりになることが少なく、水への溶解速度が増大するため、であると考えられる。更にポーラスプリル硝安間の空隙減少により水の浸入抵抗が増大するためでもあるとも考えられる。
【００１１】
従って耐水性の面からは平均粒径が小さなものほどよいが、あまりに小さくなると流動性が損なわれて現場での取り扱いに問題が生じてしまう。
本発明において、硝酸アンモニウムは、平均粒径が０．３〜２．５ｍｍのポーラスプリル硝安であることが望ましく、それは、０．５〜１．５ｍｍであることが更に望ましく、０．６〜１．２ｍｍであることが更に望ましく、０．６５〜１．１５ｍｍであることが更に望ましく、０．７〜０．９ｍｍであることが更に望ましい。
【００１２】
これらの平均粒径を有するポーラスプリル硝安は製造過程のプリル硝安塔に設置されている高温高濃度硝酸アンモニウム水溶液を散布するノズル径を小さくしたり、散布圧を調整することにより製造される。
本発明において、硝酸アンモニウムは、ワックス等の疎水性物質で被覆したものでもよい。
増粘剤は、水分含有量が１５重量％以下のものであることが望ましく、９重量％以下のものであることが更に望ましく、６重量％以下のものであることが更に望ましい。増粘剤の水分量は、乾燥して水分量を減らすことにより水への溶解速度が増して耐水性が向上するのである。
【００１３】
増粘剤の種類は、爆薬組成物としたときに前記水移動量範囲を満足するものであれば特に限定しないが、グアガムや冷水可溶型のローカストビーンガムが好ましい。またその他、カゼイン、ゼラチン、でんぷん、アラビアゴム、アルギン酸ソーダ、カラギーナン、寒天、ペクチン、キサンタンガム、サイクリデキストリン、ジュランガム、タマリンド種子多糖類、タンニン酸、トラガントガム、ファーセレラン、プルランなどの水溶性天然高分子、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナイトレート、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロースなどのセルロース誘導体、ポリアクリルアマイド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリルアミン、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルピロリドン、プロピレングリコールなどの水溶性合成高分子も用いることができる。
【００１４】
本発明の爆薬組成物は、増粘剤の添加後に耐ブロッキング剤、及び流動性向上剤として炭酸カルシウム、シリカ、タルク、カーボンブラック、またはグラファイト、金属酸化物などを添加したものでもよい。また、反応性を向上させる目的で、アルミニウムやマグネシウムなどの金属粉を添加したものでもよい。さらに、カーボンブラック、アルミニウム粉などの金属粉、界面活性剤などの帯電防止物質を添加したものでもよい。ただし、液体燃料は撥水性を持ち、かつそれら他の成分が混合された後に添加混合されたものである。そして、本発明の製造方法においては、撥水性を持つ液体燃料をそれら他の成分が混合された後に添加混合するのである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
ポーラスプリル硝安の平均粒径は、たとえば、顕微鏡観察により得られる２０００個以上の粒子の画像データを基に、三谷商事（株）製画像処理ソフトＷｉｎＲＯＯＦを用いて算出される円相当径の平均値として測定される。
爆薬組成物の耐水性は、爆薬組成物内における水移動量によって評価測定することができる。すなわち水移動量が、次に述べる評価測定方法による場合には、１５重量％以下であるとき高い耐水性が得られるのである。この範囲内であればたいていの発破現場で耐水性を有するものとして使用可能である。水移動量は１０重量％以下であるとき更に高い耐水性が得られる。
【００１６】
すなわち前記水移動量の評価測定方法とは、一方の開口部からのみ水が入るようにした透明アクリルパイプに粒状の爆薬組成物を装填し、水が入るほうの開口部を下向きにして、水深１８０ｍｍの水中に１０分間沈めたときの爆薬組成物に浸入する水の内割り重量％と規定して測定するのである。
詳しく述べると、透明アクリルパイプは内径４４ｍｍ、肉厚３ｍｍ、長さ２００ｍｍのものを使用し、側面には、一端より１０ｍｍの位置に３ｍｍφの空気抜きの穴を一つあけておく。またもう一端の開口部には目開き１５０μｍの金網を張り、その開口部と水を入れた容器の底との間に高さ１０ｍｍの空間が空くよう５ｍｍφの金属棒を３ヶ所取り付けて重量を計測する。その透明アクリルパイプに、空気抜きを設けたほうの開口部から、すり切り一杯になるまで爆薬組成物を装填し、予め重量を計測したポリエチレンシートで蓋をする。そして空気抜きの孔を指で塞いだまま、金網を張ったほうの開口部を下にして水に沈め、透明アクリルパイプに取り付けた脚が底についた直後、空気抜きの孔を開放する。
【００１７】
１０分後に水から取り出してそのまま全体重量を測定し、次に示す式より水移動量を算出する。
Ａ（ｇ）＝試験後の全体重量（ｇ）−透明アクリルパイプ重量（ｇ）−ポリエチレンシート重量（ｇ）
Ｂ（ｇ）＝Ａ（ｇ）−爆薬組成物重量（ｇ）
水移動量（重量％）＝Ｂ（ｇ）／Ａ（ｇ）×１００
これらの式において、Ａとは水を含んだ爆薬組成物の重量（ｇ）、Ｂとは爆薬組成物へ浸入した水の重量（ｇ）である。
以下本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００１８】
【比較例１】
平均粒径１．２０ｍｍのポーラスプリル硝安９０．５重量％と水分量１２重量％の増粘剤（グアガム；メイホールケミカル社製メイプログアーＣＳＡ２００／５０）６重量％を均一に混合し、次いで２号軽油３．５重量％を添加して、均一に分散するまで混合することにより爆薬組成物を得た。その後、この爆薬組成物を用いて、水移動量の測定、及び模擬的に水の浸入する発破孔を再現したベンチ発破を行った。
【００１９】
ベンチ発破における発破パターンはベンチ高８ｍ、穿孔径７５ｍｍφ、穿孔長９ｍ、孔間隔３ｍ、最小抵抗線３ｍ、装薬長４ｍ、薬量１６ｋｇ／孔とし、ブースターにはスラリー爆薬１００ｇを用いた。
発破孔には水を注入するため、爆薬組成物装填前にチューブを挿入しておいた。チューブは内径６ｍｍ、肉厚１ｍｍのものであり、下端が発破孔の底に到達するまで挿入した。また下端より２ｍの位置から５０ｍｍ間隔で３ｍｍφの穴をあけ、その数によって注水量を変化させた。穴の数は１、３、４、５個の４水準とし、それぞれの水準における発破孔の数は３孔とした。
【００２０】
チューブの上端は２０リットルの水が入ったポリエチレン製容器と接続しておき、爆薬組成物の装填と同時に注水を開始した。注水を開始してから３０分経過後に点火し、起爆性を確認した。その他、爆薬組成物の装填時には流動性の観察も行った。表１に水移動量の測定とベンチ発破の結果を示す。また、本比較例における爆薬組成物で用いた増粘剤の粒径、及び０．２重量％水溶液と１重量％水溶液の粘度を表１に示す。
【００２１】
【比較例２】
増粘剤に東亜合成（株）製アロンフロックＡ−１０４（ポリアクリル酸ナトリウム）を使用することを除き、他は比較例１と同じ条件により爆薬組成物を得た。そして比較例１と同様に、この爆薬組成物を用いて水移動量の測定、及びベンチ発破を行った。表１にその結果を示す。また、本比較例における爆薬組成物で用いた増粘剤の粒径、及び０．２重量％水溶液と１重量％水溶液の粘度を表１に示す。
【００２２】
【比較例３】
増粘剤にメイホールケミカル社製メイプロディン２００（冷水可溶型ローカストビーンガム）を使用することを除き、他は比較例１と同じ条件により爆薬組成物を得た。そして比較例１と同様に、この爆薬組成物を用いて水移動量の測定、及びベンチ発破を行った。表１にその結果を示す。また、本比較例における爆薬組成物で用いた増粘剤の粒径、及び０．２重量％水溶液と１重量％水溶液の粘度を表１に示す。
【００２３】
【参考例１】
平均粒径が０．７５ｍｍのポーラスプリル硝安を使用することを除き、他は比較例１と同じ条件により爆薬組成物を得た。そして比較例１と同様に、この爆薬組成物を用いて水移動量の測定、及びベンチ発破を行った。表１にその結果を示す。
【００２４】
【実施例１】
水分量が５重量％の増粘剤を使用することを除き、他は比較例１と同じ条件により本発明の爆薬組成物を得た。なお増粘剤は８０℃の真空乾燥器内で乾燥することにより水分量を５重量％とした。そして比較例１と同様に、この爆薬組成物を用いて水移動量の測定、及びベンチ発破を行った。表１にその結果を示す。
【００２５】
【比較例４】
比較例１と同じポーラスプリル硝安と増粘剤を用い、まずポーラスプリル硝安９０．５重量％と２号軽油３．５重量％を混合した。次いで増粘剤６重量％を添加して、均一に分散するまで混合することにより従来技術の爆薬組成物を得た。そして比較例１と同様に、この爆薬組成物を用いて水移動量の測定、及びベンチ発破を行った。表１にその結果を示す。
【００２６】
【比較例５】
増粘剤に東亜合成（株）製アロンフロックＡ−１０４（ポリアクリル酸ナトリウム）を使用することを除き、他は比較例４と同じ条件により従来技術の爆薬組成物を得た。そして比較例１と同様に、この爆薬組成物を用いて水移動量の測定、及びベンチ発破を行った。表１にその結果を示す。
【００２７】
【比較例６】
増粘剤にメイホールケミカル社製メイプロディン２００（冷水可溶型ローカストビーンガム）を使用することを除き、他は比較例４と同じ条件により従来技術の爆薬組成物を得た。そして比較例１と同様に、この爆薬組成物を用いて水移動量の測定、及びベンチ発破を行った。表１にその結果を示す。
【００２８】
【比較例７】
比較例１と同じポーラスプリル硝安と増粘剤を用い、まずポーラスプリル硝安６０．５重量％と粉状硝安３０重量％を混合した。次いで２号軽油３．５重量％を混合し、最後に増粘剤６重量％を添加して、均一に分散するまで混合することにより従来技術の爆薬組成物を得た。そして比較例１と同様に、この爆薬組成物を用いて水移動量の測定、及びベンチ発破を行った。表１にその結果を示す。
表１から明らかなように、本発明の爆薬組成物は従来技術の爆薬組成物に対して優れた耐水性及び流動性を示す。また、水移動量の測定によって得られる水を吸収せずに乾燥したままで残る爆薬組成物重量が、実現場における耐水性と相関性があることが分かる。
【００２９】
【表１】
0003998411.tif 000002
【００３０】
【発明の効果】
本発明の爆薬組成物は、実現場において発破孔内に水が浸入するような状況でも確実に起爆することができ、しかも良好な流動性と製造性を有する。