Katitel 11

SPRÄNGÄMNEN OCH TÄNDMEDEL
50 ÅR AV UTVECKLING

Författare: Stig O Olofsson

Allmänt.
Tittar vi tillbaka 50 år så har det mesta av sprängteknikens utveckling skett under dessa fem decennier och utvecklingen har till stor del skett i Sverige. Det finns naturligtvis en förklaring till detta. Det moderna Sverige började byggas upp på 50-talet med en ny infrastruktur och ett bostadsbyggande som vi inte sett maken till tidigare.
Utbyggnaden av vattenkraften, vägnätet, tunnelbanan i Stockholm, fortifikationer, strategiska lagringsutrymmen för olja och andra förnödenheter gav ett vitt fält av praktiska problem som måste lösas med sprängämnen i de flesta fall.

Användande av sprängämnen som verktyg har alltid varit förknippat med problem, dels beträffande användarens säkerhet liksom åverkan på omgivningen och dessa problem måste hållas på en acceptabel nivå. Det kan påpekas att allt eftersom problemen lösts så har ribban för acceptans lagts allt lägre och idag så har vi en bra nivå både på handhavande-säkerheten och miljöpåverkan. Dock händer fortfarande olyckor så det säkerhetsbefrämjande arbetet måste fortsätta.

Som jag nämnde så har mycket av utvecklingen av sprängteknik och sprängämnen skett i Sverige och det har vi främst två pionjärer att tacka för, Ulf Langefors och Per Anders Persson. Ulf Langefors utvecklade tillsammans med Björn Kihlström den moderna sprängtekniken under 1950-talet och Per Anders Persson utvecklade på Langefors initiativ stötvågsledaren i NONEL-systemet. Per Anders Persson var också under en längre tid forskningschef hos Nitro Nobel och har stor del i utvecklingen av de moderna sprängämnena.

Pionjärerna
Ulf Langefors har haft mycket stor betydelse för utvecklingen av sprängteknik och sprängämnen Per Anders Persson utvecklade NONEL-systemet, tändsystemet som revolutionerade bergsprängningstekniken både ovan och under mark
Det måste även påpekas att svenska myndigheter, gruvbolag, byggnadsentreprenörer och tillverkare ställt upp på ett enastående sätt för att föra utvecklingen framåt. Största delen av utvecklingen har skett hos företag som Vattenfall, Stockholms Stad, SKANSKA, Atlas Copco, Sandvik och Nitro Nobel (idag Dyno Nobel). Samarbetet har varit intimt och producenterna av sprängämnen och borrutrustningar har varit lyhörda för önskemålen från beställarna. På så sätt har produkter som Gurit tagits fram för kontursprängning, icke-elektriska tändsystemet NONEL som sedan förde med sig att undermarksverksamheten kunde effektiviseras med elektrohydrauliska borriggar, elektriska pumpar och bättre belysning. Myndigheterna har också visat en följsamhet med utvecklingen som gjort att nya produkter och system kunnat införas på marknaden utan alltför stora problem. Detta beror nog på att alla parter varit inblandade från ett tidigt stadium och således varit väl insatta i funktion, säkerhet och pålitlighet hos de nya produkterna.

Tändmedel.
In på 1950-talet var krutstubin fortfarande ett av de mest använda tändmedlen inom gruv- och anläggningsindustrin men förlorade raskt mark till mer sofistikerade upptändningssystem. Idag säljs nästan ingen krutstubin i Sverige.

När andra världskriget slutade kunde den civila marknaden göra sig nytta av några av försvars-industrins uppfinningar. Bl.a. användes fördröjningselement med god precision i bomber och detta överfördes till elektriska sprängkapslar för bergsprängning. De första elsprängkapslarna med milli-sekundfördröjning importerades till Sverige i slutet av 1940-talet och Nitroglycerin Aktiebolaget (nuvarande Dyno Nobel) började 1953 att tillverka dessa.

S-sprängkapseln tillverkades även för undervattensbruk och hade då dubbla aluminiumhylsor samt förstärkt tråd.
Kortintervallapperatur typ S/E var en kort parantes inom bergsprängningstekniken. Det var en apparatur där sprängkapslar utan fördröjning användes och tidsfördröjningarna erhölls i själva apparaten.
Kortintervallsprängning med sprängkapslar med inbyggt fördröjningselement slog snart ut denna produkt.
Under de femtio år som gått sedan introduktionen av millisekundfördröjningselement har precisionen gradvis förbättrats på de pyrotekniska elementen och noggrannheten ligger nu på 1.5- 2.5 % av den totala fördröjningstiden.

Ett stort bekymmer med elektrisk upptändning var oavsiktlig upptändning av åska, krypströmmar, induktion från kraftledningar etc. Dessa källor var orsak till många svåra olyckor och det arbetades intensivt för att minska eller eliminera dessa risker.
I slutet av 1950-talet införde Nitroglycerin AB (nu Dyno Nobel) VA-sprängkapseln på marknaden vilket var en avsevärd förbättring av säkerheten.


VA-sprängkapsel

Sprängning med VA-sprängkapslar kräver kraftfulla tändapparater som denna CI-160 VA vilken kan initiera upp till 160 VA-sprängkapslar
Sprängning intill kraftstationer, järnvägslinjer, högspänningslinjer, radarstationer etc. kunde inte utföras med elektriska sprängkapslar och där var pentylstubin lösningen på det problemet (dock ingen bra lösning). Pentylstubin som detonerar med hög hastighet (7000 m/s) tänder upp den sprängämnessträng som den går igenom och det är svårt att få bra fördröjningstider mellan de olika laddningarna. Det importerades sprängkapslar apterade på pentylstubin med låg laddningsvikt där pentylstubinen var inklädd med bly för att motverka upptändning av sprängämnet från pentylstubinen istället för av sprängkapseln. Det fungerade hyggligt men dessa sprängkapslar initierades av pentylstubin på ytan som gav en avsevärd stötvåg. Detta var ett problem vid användning av tyngdtäckning där denna lyfte någon meter från ytan och inte gav det skydd den var avsedd att ge.

Cordsprängkapslar
Det stod klart för Nitro Nobel (nu Dyno Nobel)) att ett nytt icke-elektriskt tändsystem måste tas fram. Beslutet togs 1965 och patent beviljades 1967 på NONEL-systemet som började marknadsföras 1973. Från att ha varit en nischprodukt fram till slutet på 70-talet tog användningen fart i början av 80-talet. Det var framförallt entreprenörer i Sydamerika som tog till sig uppfinningen för att komma ifrån problemen med snabbt uppkommande åskväder samt problem med vagabonderande strömmar vid utbyggnad av befintliga kraftverk. Idag är NONEL och dess kopior de mest använda icke-elektriska systemen.

 

NONEL-slangen är grunden till tändsystemet. Genom denna överförs en stötvåg från initieringskällan till sprängkapseln med en hastighet av 2.100 m/sek. NONEL-systemet har utvecklats till att täcka alla behov. System finns för pall-och rörgravssprängning, tunnelsprängning och undervattenssprängning
Upptändningen av NONEL-salvor har förenklats och gjorts helt icke-elektriska. Det finns redan fjärrtändsystem för undermarksbruk och är under utveckling för bruk ovan mark. Fördelen undermark är att flera sprängsalvor kan initieras på samma gång från en plats ovan mark. Här används gruvans kommunikationssystem för att sända de koder som behövs till varje tändapparat med order om upptändning av salvan och vid vilken tidpunkt den skall initieras.
Vid upptändning ovan mark är det en fördel att kunna ha riskområdet under uppsikt utan att behöva använda kilometervis med upptändningsledning.

Fjärrupptändning undermark

Fjärrupptändning ovan mark
Sprängkapseln, som i princip sett ut som Alfred Nobels orginaluppfinning från 1864, har varit orsak till många olyckor under de nästan 150 år den varit i bruk. En sprängkapsel innehåller ett primärsprängämne och ett sekundärsprängämne. Sekundärsprängämnet är ett slagtåligt högbrisant sprängämne enbart ämnat att initiera sprängämnet i borrhålet. Det kan inte initieras av lågan från en krutstubin, stötvågen från en NONEL-slang eller gnistorna från tändpärlan i en elektrisk sprängkapsel. För detta behövs ett primärsprängämne, vanligtvis blyazid, som är känsligt för hetta men som också har nackdelen att vara känsligt för friktion och slag. Blyaziden har förorsakat olyckor både vid tillverkning och användning.

Under 1992 introducerade Nitro Nobel NPED-sprängkapseln, (Non Primery Explosives Detonator) den första primärsprängämnesfria för civilt bruk. I denna ersätts blyazid med ett initieringselement som bara innehåller sekundärsprängämnen. I initieringselementet övergår förbränning till detonation mycket snabbt.
För att ytterligare öka tidsprecisionen kommer elektronisk tidstyrning till användning. I den elektroniska sprängkapslen ersätts det pyrotekniska fördröjningselementet med ett programmeringsbart mikrochip där fördröjningstiden kan varieras från 1 ms till 16000 ms (16 sek). På så sätt kan bergsprängaren själv bestämma vilken fördröjningstid han vill ha på varje sprängkapsel.
NPED-sprängkapseln.

Elektroniksprängkapsel

Elektronisk salva kan planeras på ett tidigt stadium eller strax före koppling.
Med den förbättrade tidsprecisionen kan konturer göras slätare med mindre mängd överberg, markvibrationerna minskas och styckefallet påverkas i den riktning man själv vill.

Sprängämnen.
I början av 50-talet så var det nitroglycerinsprängämnen som gällde. I första hand plastisk dynamit, Extradynamit, men också pulverformiga sprängämnen som Nitrolit och Nabit. Sprängämnena var patronerade i pappershylsor och pappersrör. I mitten av 1950-talet togs en rörladdning med liten diameter fram för att användas i konturerna vid tunnel- och vägarbeten. Krav ställdes att mängden överberg måste minskas och åverkan på kvarstående berg vara så liten som möjligt. Gurit tillverkades i diametrar mellan 11 och 22 mm och var länge det mest använda sprängämnet för kontursprängning men fick också en ökande användning vid försiktig sprängning intill befintliga byggnader.
Uppfinningen av ANFO i USA 1956 lämnade svenskarna ganska oberörda och det är inte förrän i mitten av 60-talet som sprängämnet Ammonit börjar marknadsföras för användning i grova och torra borrhål. I USA blev ”gör-det-själv” sprängämnet en stor succe och ersatte snabbt dynamiterna i dagbrott med grova hål. I USA använde man verkligen grova hål med diametrar upp mot 400 mm medan vi i Sverige tyckte att hålen var grova när de var över 75 mm i diameter.
Som kan ses i bilden på föregående sida så var produktsortimentet övervägande patronerat. Enda bulksprängämnet var Ammonit som såldes i säck. Ammonit finns idag under namnet Prillit och levereras både i säck och storsäck. I övrigt så är det bara Gurit som överlevt under sitt gamla namn. 1964 introducerade Nitro Nobel en ny tillverkningsprocess i Gyttorp där dynamiterna flegmatiserades (gjordes mindre känsliga). Både tillverkning och handhavande blev säkrare och den nya produkten fick namnet Dynamex. Dynamex klassifieras som ett säkerhetssprängämne.
Under 1960-talet utvecklades vattengelsprängämnen eller slurrysprängämnen som de också kallades. Det vanligaste var Reolit som fanns både i patronerad och flytande form. Under 60-talet utvecklades dessutom mekaniserade laddmetoder.

Sprängämnessortiment som erbjöds den
svenska marknaden 1965
I och med introduktionen av Dynamex blev det allt vanligare att ladda med tryckluft. Med tryckluftsladdning fick man ett gott utnyttjande av hålvolymen och borrplanen kunde optimeras.

Laddning av Dynamex med pneumatisk laddapparat
och packningsrobot i bottendelen av hålet. I pipdelen laddas med rörladdningar.
Pneumatiska laddapparater för patronerade sprängämnen kom till stor användning undermark vid laddning av uppåtriktade borrhål.
Vattengelerna var lämpliga för mekanisk laddning och fick en viss spridning eftersom de patronerade sprängämnena kunde laddas pneumatiskt och de flytande bulksprängämnena kunde hällas eller pumpas i borrhålen.
Samtidigt utvecklades pneumatiska laddare för ANFO (Prillit) där det pulverformiga sprängämnet transporterades från laddkärlet via en slang in i borrhålet.

Två huvudtyper utvecklades:

  • tryckkärlsapparater som arbetar med högt tryck i kärlet. ANFO-sprängämnet trycks under högt tryck genom slangen in i borrhålet.
  • ejektor apparater där ANFO-sprängämnet sugs från kärlet och blåses genom slangen in i borrhålet.

    Kombinerade tryckkärl/ejektorapparater finns också.
JET-ANOL är en kombinerad tryckkärl/ejektor laddapparat för laddning av prillad ANFO i horisontella och uppåtriktade borrhål med en diameter mellan 32 och 51 mm och en längd av upp mot 45 m. ANFO-sprängämnet transporteras av ejektorn genom slangen med så hög hastighet in i borrhålet att kornen krossas och stannar kvar i hålet.
Flödet av ANFO-sprängämnet liksom hastigheten genom slangen kan varieras med fjärrkontroll.

JET-ANOL


I mitten av 1970-talet uppfanns ett nytt sprängämne i USA, emulsionssprängämne. Det är ett plastiskt sprängämne som inte innehåller en känsliggörare som i sig är explosiv (i dynamiterna har vi nitroglycerin och i slurrysprängämnena TNT eller MAN). En av nackdelarna med emulsionssprängämnen i patronerad form är dess relativt låga densitet (1.2 g/cm3 jämfört med 1.4 g/cm3 för dynamit) vilket gav en något lägre laddningskoncentration i borrhålet med tätare borrplan som följd.
Emellertid utvecklades emulsionssprängämnena och används idag mest som bulksprängämnen som laddas mekaniskt in i borrhålen.
Ett av de första bulksprängämnena med emulsioner som bas var EMULAN. Här blandas ANFO med emulsionsmatris och då fylls tomrummen mellan ANFO-prillsen med emulsionsmatris och man erhåller ett vattenbeständigt sprängämne med hög densitet. Olika blandningsförhållanden kunde väljas och ju högre inblandning av emulsionsmatris man väljer desto bättre vattenbeständighet erhålls.
Genom den ökade densiteten och det högre energiinnehållet kan upp till 40 % mer berg sprängas per borrmeter jämfört med ANFO.
En annan stor fördel med EMULAN-sprängämnet är att det inte behövs någon sofistikerad fabrik för att blanda till sprängämnet.

Mobil EMULAN-fabrik

I emulsionssprängämnen känsliggörs sprängämnet med microballonger av glas eller plast vilket är vanligt vid tillverkning av patronerade produkter medan kemisk gasning av emulsionsmatrisen har blivit den allmänna metoden för känsliggöring av pumpbara bulkprodukter som tillverkas på arbetsplatsen.
Två system har utvecklats för emulsionssprängämnen, som känsliggörs på arbetsplaten, av Dyno Nobel Sverige:

  • SME (Site Mixed Emulsion) för laddning ovan mark av emulsionssprängämnen
  • SSE (Site Sensitized Emulsion) för undermarksbruk.

I båda systemen känsliggörs produkten i samband med laddningsarbetet.

SME-systemet är uppbyggt kring en station för råvaror och halvfabrikat, vilka ej är explosiva. Huvuddelen av råvarorna upplöses i vatten till en nitratsaltlösning som hålls varm. Råvarorna och halvfabrikaten fylls i SME-truckens isolerade tankar och behållare för transport till arbetsplatsen. Några av råvarorna är klassade som farligt gods och därför ADR-märks hela trucken som transport av oxiderande ämne, klass 5.1. Emulsionsmatrisen tillverkas i direkt samband med laddningen av borrhålen och matrisen känsliggörs till sprängämne medelst kemisk gasning vid laddning. SME-systemet ger hög flexibilitet och sammansättningen kan varieras inom vida gränser för anpassning av sprängämnets prestanda. Sprängämnets densitet kan varieras från 0.6 till 1.3 g/cm3. Borrhålen kan laddas med ett tyngre sprängämne i botten och ett lättare i pipan.

Alla ingredienser följer med på trucken som är en mobil sprängämnesfabrik. Dock är de enskilda råvaorna icke explosiva ända till de pumpas in i borrhålet och känsliggörs.
SSE-systemet baseras på en icke-explosiv fabrikstillverkad matris. Matrisen kan tillverkas i en speciell stationär enhet eller i en SME-truck. Matrisen transporteras som oxiderande ämne, klass 5.1.
Sprängämnet är utvecklat för arbeten undermark som tunneldrivning, bergrum och gruvdrift. Systemet består av lagertruck, lagertankar och pumpar för överföring av emulsionsmatris och gasningsagenter.
Dessa komponenter blandas ihop först under laddningen och blir sprängämne när det pumpas in i hålet. Laddutrustningen för tunneldrivning är utrustad med två av varandra oberoende laddningslinjer. För att nå högt belägna hål är trucken utrustad med laddkorg och en speciell slangutdragningsmekanism så att sprängämnessträngar med olika laddningskoncentration kan åstadkommas i borrhålen.

Principen med SSE-systemet

Med slangutdragningsutrustningen kan slangutdragningshastigheten varieras

Genom att variera laddslangens utdragshastighet kan olika laddningskoncentrationer erhållas och anpassas till de olika delarna av salvan. Endast ett sprängämne behövs för hela salvan vilket förenklar laddning och lagerhållning.
Epilog.
Vi har kommit en lång väg på de senaste 50 åren. Vi kommer att gå mot ett enhetssprängämne som kan varieras med högre grad av sofistikation i framtiden vilket ger bättre kontroll av laddningsvikterna i varje enskilt borrhål. NONEL-tändsystem ger en säker och flexibel upptändning av sprängsalvor men vi väntar naturligtvis på en enhetssprängkapsel, elektronisk, som kan användas i alla typer av arbeten och programmeras enkelt av bergsprängaren. Den kommer säkert ut på marknaden under de kommande fem decennierna.
Katitel 11