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i-kon Blaster mit 8 LoggernTM

200470. Jahrgang

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Ausgabe Dezember 2004 - 70. Jahrgang

INHALT

Vorwort

Vorwort ....................................................................................................... 2Schriftleitung

Artikel 1Sprengstoffe im Wandel der Zeit ................................................. 7

Dr.- Ing. Frank Hammelmann, Ass. d. Bergf. Ludger Staskiewicz - ORICA Germanyund Dipl.- Ing. Thomas Straeten - RWTH Aachen

Artikel 2Physikalisch-chemisches Wirkprinzipmoderner Emulsionssprengstoffe ............................................ 16

Helmut Schneider - Eurodyn

Artikel 3Sprengarbeiten über Tage- Einsatz patronierter Emulsionssprengstoffe im Kalksteinbruch

Söhnstetten der Wager-Fischer GmbH .............................................. 20Dipl.- Ing. (FH) Dirk Grothe - ORICA Germany

Artikel 4- Planung und Durchführung einer übertägigen Gewinnungs-

sprengung mit gepumpten Emulsionssprengstoffen ...................... 22Bergingenieur Michael Ludwig - ORICA Germany

Artikel 5Sprengarbeiten unter Tage- Einsatz von patronierten Emulsionssprengstoffen als

Verstärkungsladung bei Sprengarbeiten im Bergbau unter Tage . 27Thomas Albrecht - ORICA GermanyDr.- Ing. Frank Hammelmann - ORICA Germany

Artikel 6- Einsatz patronierter Emulsionssprengstoffe beim Bau des

Schottenbergtunnels in Meißen .......................................................... 30Dipl.- Ing. Päd. Gerd Vogel - ORICA GermanyDipl.- Ing. Uwe Ritter - ORICA Germany

Artikel 7- MaxiPump - ein kompaktes Mischladesystem zur Anwendung

von Emulsionssprengstoffen unter Tage ........................................... 37Dipl.- Ing. (FH) Dirk Grothe - ORICA Germany

Ausblick ................................................................................................... 40Schriftleitung

Nachdem im Nobel-Heft 2003 Ent-wicklung, Funktion und Anwendungnichtelektrischer Zündsysteme be-schrieben wurden, behandelt dasNobel-Heft 2004 Geschichte, Wirk-prinzip und Anwendung ModernerSprengstoffsysteme.

Vergleicht man die Entwicklung derZündtechnik mit der Entwicklung der

Sprengstoffsysteme, so wird deutlich,dass die ersten Anwendungen vonSprengstoffsystemen erheblich weiterzurückreichen als die der ersten Zünd-systeme. Die gesamte Entwicklungder heutigen Zündtechnik, von derprimitiven Zündschnurzündung zurmodernen elektronischen Zündtech-nik, erfolgte in den vergangenen 135Jahren. Die Entwicklung der Spreng-stofftechnik reicht viel weiter in dieVergangenheit zurück. Bereits im Jahr

1560 vor Chr. (XVI Dynastie; Ägypten)sind erste Mischungen dokumentiert,die durchaus als Vorläufer desSchwarzpulvers betrachtet werdenkönnen, wenn auch ihr anfänglicherGebrauch anderen Zwecken diente. Sowaren die Aufgaben dieser Mischun-gen zunächst im Bereich der Signal-gebung, der psychologischen (Weih-rauch), hygienischen wie auch giftigenWirkung zur Abwehr von Feinden zusuchen.

Seit jeher haben Flammen und Rauchauf die Menschheit eine magischeWirkung ausgeübt. In den darauf fol-genden 2000 Jahren wurden die un-terschiedlichsten Mischungen ausSchwefel, Kohlenstoff (Holzkohle und/oder Erdölprodukte) und aus weiterenBeimengungen wie Kalk und Salpeterhergestellt und bei kriegerischen Hand-lungen eingesetzt. Zunächst war derGrundgedanke die Schwefel/Kohlen-stoffmischungen durch die Zugabevon gebranntem Kalk so „einzustellen”,dass sich dieses Gemenge beim Auf-treffen auf Wasser durch die stark exo-therme Reaktion des gebrannten Kalksvon selbst entzündet.

SchwarzpulverNun waren die Vorräte an gebranntemKalk speziell in Kriegszeiten sehr be-grenzt, wohingegen es Ruinen in gro-ßer Zahl gab, aus deren Mauerwerkder Kalk zurückgewonnen werdenkonnte. Das Einarbeiten dieses „recy-celten Bauschutts” in die oben be-schriebenen Schwefel-Kohlenstoff-mischung führte unweigerlich dazu,dass teilweise auch gewisse Mengenan salpetrigen Rückständen in die End-mischung gelangten. Bei diesen Ge-mengen kam es unter bestimmtenVoraussetzungen zu wesentlich hefti-geren Reaktionen als bei den ursprüng-lich bekannten „reinen” Mischungen.Die Rezepturen des „GriechischenFeuers” und des „Huo P’au” sind so-mit durchaus als die Vorläufer des heu-tigen Schwarzpulvers anzusehen. Inden Folgejahren wurden vor allem beider Fertigung des Schwarzpulversweitere Verbesserungen erreicht; wegvon der manuellen Herstellung hin zueiner voll mechanisierten, fernbedien-ten Produktion.

War der Einsatz von Schwarzpulver nundurchaus gebräuchlich, so brachte dieErfindung der ersten Nitroverbindun-gen eine wesentliche neue Erkenntnis:Die Unterscheidung der Deflagrationvon der Detonation.

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Schriftleitung Vorwort

Bild 1: Schematische Darstellung der Initialkette

Während sich die frei werdende Ener-gie bei einer deflagrierenden Umset-zung den Weg des geringsten Wider-standes sucht, also den des gerings-ten Einschlusses, erfolgt die Energie-ausbreitung bei der detonativen Um-setzung gleichmäßig in alle Richtun-gen, unabhängig von den Einschluss-bedingungen.

Die objektive Beurteilung der Leis-tungsfähigkeit der unterschiedlichenSprengstoffarten und -mischungen warsomit eine wesentliche Aufgabenstel-lung. Neben dieser „Einordnung” derunterschiedlichen Sprengstoffe war esdas wesentliche Entwicklungsziel, dienun gefundenen Verbindungen derNitroverbindungen handhabungssi-cher zu machen.

DynamitAllen flüssigen Nitroverbindungen, diesich bis ins 15. Jahrhundert zurückver-folgen lassen, ist gemein, dass sie ausanwendungstechnischer Sicht höchstunsicher sind. Häufig kam es bereitswährend der Handhabung zur vorzei-tigen Umsetzung. Trotz ihrer hohenmechanischen Empfindlichkeit wareine sichere und zuverlässige Initiie-rung dieser Verbindungen mit dendamals verfügbaren „Zündmitteln”nicht möglich. 1865 gelang es AlfredNobel zunächst in den Laboratorienseiner Sprengstofffabrik „Auf demKrümmel” bei Hamburg mit der Erfin-dung des Dynamits einen handha-bungssicheren Sprengstoff zu ent-wickeln.

Nun ließen sich diese neuen, sehr leis-tungsstarken Sprengstoffe aber nichtmehr durch die bloße Zuführung einesthermischen Impulses, wie er ja durchdie Zündschnurzündung zur Verfügungstand, zuverlässig zünden. Der heutenoch gültige Grundsatz der wirkungs-vollen Initiierung der nächst folgendenSprengstoffkomponenten innerhalb derGesamtladung (Ladesäule) mit einemjeweils höheren Initial wurde erkannt.

Die wesentliche Bedeutung des jeweili-gen Zündinitials für die nächstfolgendeKomponente des gesamten Zünd- undSprengstoffsystems wurde begriffen.

Anfänglich war Alfred Nobel bei derEntwicklung seines „Patentzündhüt-chens” auf Schwarzpulverbasis be-müht, die Leistungsfähigkeit des Initialsdurch optimale Einschlussbedingun-gen mit hoher Verdämmung zu stei-gern. Da das Leistungspotential desSchwarzpulvers im Hinblick auf die In-itiierung seines Dynamits selbst unter

optimalen Einschlussbedingungenaber als „grenzwertig” zu beurteilen ist,entwickelte er schon bald die ersteSprengkapsel, deren Unterladung(Knallquecksilber) der Primärladungmoderner Zündmittel (Bleiazid) ver-gleichbar ist.

AnfoDie Erfindung und Entwicklung derAnfo- bzw. ANC-Sprengstoffe ist durch-aus vergleichbar mit der der Schwarz-pulversprengstoffe. Nicht die systema-tische Entwicklung eines speziellenStoffgemisches brachte diesen leis-tungsstarken und wirtschaftlichenSprengstoff hervor, sondern die Ana-lyse zahlreicher Katastrophen mit gro-ßen Mengen für die Landwirtschaftgelagerten Ammonsalpeters.

Ein weiterer physikalischer Wirkme-chanismus ist für die Initiierbarkeit unddetonative Umsetzung dieser explosiv-stofffreien Gemenge aus Sauerstoff-träger und Kohlenstoff erforderlich: Der„Hot-Spot Effekt”.

Eine noch größere Bedeutung kommteinem leistungsstarken Initial bei derAnwendung von modernen Anfo-Sprengstoffen zu. Die feinen Luftein-schlüsse in den porösen Prills werdendurch die Einleitung des Zündinitialssehr stark komprimiert. Vereinfachtgesehen, entsteht dadurch kurzfristigein Bereich extrem hoher Temperaturund extrem hohen Drucks. Dieser ener-getisch “hochgespannte” Bereich eiltder eigentlichen Detonationsfront vo-raus. Erst das Zusammentreffen bei-

der Faktoren - also das Vorhanden-sein der Reaktionspartner Sauerstoffund Kohlenstoff und das kurzfristigeAnheben dieses Stoffgemisches aufdas oben beschriebene sehr hohe En-ergieniveau machen Anfo überhauptdetonationsfähig.

EmulsionssprengstoffeBedingt durch die hohe Leistungsfä-higkeit, Handhabungssicherheit undWirtschaftlichkeit verbreitete sich dieAnwendung der Anfo-Sprengstoffe inder gewerblichen Sprengtechnik inkürzester Zeit. Wo es die betrieblichenRahmenbedingungen zulassen, istdieser Sprengstoff noch heute ersteWahl. Nun haben die AmmonsalpeterPrills jedoch sehr stark hygroskopischeEigenschaften, was bei wasserführen-den Bohrlöchern schnell zu Leistungs-einbußen bis hin zum völligen Versa-gen führt.

Die Entwicklung eines wasserfestenSprengstoffsystems auf Basis einerAmmonsalpeter/Öl-Mischung war so-mit vorgezeichnet. Zunächst wurdeversucht die erforderliche Ölmenge ineine hochkonzentrierte Salzlösung ein-zudispergieren (Öltröpfchen in Salzlö-sung). Nur wenige Jahre später gelanges, feinste Salztröpfchen in Öl zu emul-gieren (Ölfilm umhüllt Salztröpfchen).Die modernen Emulsionssprengstoffewaren erfunden.

Heute stehen für die unterschiedlichs-ten Betriebs- und Rahmenbedingun-gen Emulsionssprengstoffe mit ver-schiedensten Eigenschaften zur Verfü-

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Preamble

gung. Parameter wie Detonationsge-schwindigkeit, Schwadenvolumen,Dichte, Sprengkapselempfindlichkeitlassen sich variieren. Allen Rezepturenist jedoch das physikalisch, chemischeWirkprinzip des Vorhandenseins derReaktionspartner Sauerstoff/Öl unddes „Hot-Spot Effektes” gemein.

Zwei Techniken werden heute zumUntermischen der für den „Hot-Spot

The development, function and use ofnon-electric initiation systems hasbeen described in Nobel-Heft 2003Nobel-Heft 2004 treats the history,function and use of modern explosi-ves systems.

A comparison of the development ofinitiation with the development of ex-plosives systems clearly shows that theuse of explosives systems is far olderthan the first initiation systems. Thedevelopment of the initiation techni-ques, from the primitive initiation withsafety fuse to today’s modern electro-nic initiation, has taken place in thelast 135 years. The development ofblasting technique reaches muchfarther back in the past. Already in year1560 before Christ (XVIth Dynasty;Egypt), the first mixtures are docu-mented, which can be rightly consi-dered as predecessors of black pow-der, even if their original purpose wasdifferent. In fact, these mixtures wereused to give signals and for psycho-logical (incense), hygienic or alsopoisonous purposes to repulse foes.

Ever since, flames and fumes have hada magic effect on mankind. In the fol-lowing 2000 years, numerous mixtu-res of sulphur, carbon (charcoal and/or oil products) and other compon-ents, such as chalk and saltpetre weremanufactured and used in times of war.The first basic idea was to adapt thesulphur/carbon mixtures through ad-dition of caustic lime in such a waythat the mixture would ignite when hit-ting the water through the strong exot-hermal reaction of the caustic lime.

Black powderReserves of caustic lime were howeverscarce in the times of armed conflicts,whereas there were ruins aplenty, fromwhich walls chalk could be gathered.The addition of this „recycled rubble“

to the above described sulphur/car-bon mixtures led inevitably to alsohaving partial residues of saltpetre inthe end mixture. Under certain condi-tions, these mixtures had substantial-ly more violent reactions than the ori-ginally known „pure“ mixtures. Therecipes of the „Greek fire“ and of the„Huo Pau“ can, therefore, be conside-red as the predecessors of the actualblack powder. In the following years,further improvements were made in theproduction of black powder; replacingmanual production and running a fullymechanised and remote-controlledproduction.

Whilst the use of black powder wasnow common place, the invention ofthe first nitro- compounds broughtan important discovery: The diffe-rence between deflagration and de-tonation.

Whilst in a deflagration the freed ener-gy seeks the way of the lowest resis-tance, i.e. of the lowest confinement,the energy propagation in a detonati-on takes place evenly in all direc-tions, regardless of confinementconditions.

The objective assessment of the per-formance of the different explosivesand explosive mixtures was, therefore,an important task.

Apart of the „classification“ of the dif-ferent explosives, the main develop-ment target was to make the discove-red compounds of the nitro-com-pounds safe for handling.

DynamiteA common point of all liquid nitro-com-pounds, which can be traced back tothe 15th century, is that they are veryunsafe to use. Very often, they explo-ded prematurely during handling. Be-cause of their high mechanical sensi-tivity, a safe and secure initiation withthe then available „initiation systems“

was not possible. In 1865, Alfred No-bel in the labs of his explosive plant„Auf dem Krümmel“ near Hamburg firstsuccessfully invented the Dynamite, asafe to handle explosive.

Now these new, very powerful explo-sives could no longer be securely ini-tiated by means of a thermic impulse,i.e. by a safety fuse. The tenet (stillvalid today) of an effective initiation ofthe next explosive component withinthe full load (explosive column) withan always more powerful initial wasrecognised.

The utmost importance of the relevantinitiation for the following componentof the whole initiation and explosivesystem was understood.

Originally, Alfred Nobel whilst develo-ping his „Patent primer cap“ on the basisof black powder tried to increase theperformance of the initiator throughoptimal confinement conditions withhigh stemming. Since the performanceof black powder with regard to initia-tion of his Dynamite was to be regar-ded as „limited“ at best, he soon afterdeveloped the first blasting cap, whichbase charge (mercury fulminate) wascomparable to the primary charge ofmodern initiation systems (lead azide).

ANFOThe invention and development ofANFO explosives is quite comparableto that of black powder. This powerfuland economic explosive was not theresult of the systematic developmentof a special explosive mixture, but wasdue to the analysis of numerous cata-strophes with large quantities of am-monium nitrate stored for agriculturalpurposes.

A further physical active mechanismis necessary for the initiability anddetonation of these explosive freemixtures made of oxidant and carbon:The „Hot Spot Effect“.

Vorwort

Effekt” erforderlichen Gaseinschlüsseeingesetzt - das mechanische Unter-mengen von Mikrohohlkugeln und/oder das chemische Begasen derEmulsionsmatrix.

Im Folgenden wird zunächst ausführ-lich die Entwicklung der gewerblichenSprengstoffsysteme beschrieben. Demschließt sich die Darstellung des phy-sikalisch, chemischen Wirkprinzips

moderner Emulsionssprengstoffe undderen prinzipielle Herstellung an.

Im Hauptteil des Nobel-Heftes werdenaktuelle Anwendungsbeispiele ausallen Bereichen der gewerblichenSprengtechnik vorgestellt - übertägigeund untertägige Anwendungen; patro-niert und gepumpt geladene Spreng-anlagen.

Die Schriftleitung

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A powerful initiator is even more im-portant for the use of modern ANFOexplosives. The fine air bubbles in theporous prills are being strongly com-pressed by the energy of the initiator.Simplistically described, an area ofextremely high temperature and pres-sure develops. This energised „highpressured“ area hurries on ahead ofthe real detonation front. Only thecombination of both factors, i.e. theexistence of the reaction partners oxy-gen and carbon and the sudden in-crease of this mixture to the abovedescribed high energy level makesANFO detonable at all.

Emulsion explosivesThanks to its high performance, safehandling and economic use, the useof ANFO explosives expanded rapid-ly in the industrial blasting technique.Where the conditions allow it, this ex-plosive remains first choice today.

Ammonium nitrate prills are, however,very hygroscopic, with the conse-quence that, in wet bore holes, theperformance decreases rapidly, andcan even disappear completely.

The development of a waterproof ex-plosive system based upon an ammo-nium nitrate/oil mixture was, therefore,a logical consequence. First effortswere aimed at dispersing the neces-sary quantity of oil in highly concen-trated salt solution (oil drops in saltsolution). Only a few years later, itbecame possible to emulsify extremelyfine salt drops in oil (oil film protectssalt drops). The modern Emulsion ex-plosives were born.

Nowadays, Emulsion explosives withvarious properties are available tomatch all the different site and com-pany conditions. Parameters likeVOD, volume of gas, density cap sen-sitivity can be altered. However, all

Schriftleitung Vorwort

recipes work with the physical andchemical active principle of the exis-tence of the reaction partners oxygen/oil and the „Hot Spot Effect“.

Two different techniques are actuallyin use to mix the necessary air bub-bles for the „Hot Spot Effect“: themechanical mixing of micro-balloonsand/or the chemical gassing of theemulsion matrix.

The development of industrial explo-sive systems is subsequently descri-bed, followed by the description of thephysical and chemically active prin-ciple of modern emulsion explosivesand their manufacture.

In the main part of the Nobel-Heft,actual examples of use in all sectorsof the industrial blasting technique arehighlighted: surface and undergroundapplications; blast installations loadedwith packaged and bulk explosives.

The editor

Le développement, le fonctionnementet l ’ut i l isat ion des systèmesd’allumage non-ont été décrits dansle cahier Nobel 2003, le cahier Nobel2204 retrace l’histoire, le fonctionne-ment et l’utilisation des explosifs mo-dernes.

Une comparaison du développementde la technique d’allumage avec ledéveloppement de systèmes explosifsmontre clairement que l’utilisation desystèmes explosifs remonte beaucoupplus loin que celle des systèmesd’allumage. Le développement destechniques d’allumage, de l’allumageprimitif à la mèche de mineur àl’allumage électronique moderne denos jours, a eu lieu dans les dernières135 années. Le développement de latechnique de tir remonte beaucoupplus loin dans le passé. Déjà en 1560avant Jésus Christ (XVIème dynastie;Égypte) de premiers mélanges sontdocumentés, qui peuvent sans autreêtre considérés comme les prédéces-seurs de la poudre noire, même s’ilsservaient à d’autres utilisations audépart. En fait, ces mélanges étaientutilisés pour donner des signaux etdans des buts psychologiques (en-cens), hygiéniques ou comme poisonspour repousser les ennemis.

Depuis toujours, les flammes et la fu-mée ont fasciné les hommes. Dans les

Préface 2000 ans qui suivirent, de nombreuxmélanges de soufre, carbone (charbonde bois et ou produits pétrolifères) etd’autres composants, tels que la chauxet le salpêtre ont été fabriqués et utili-sés en temps de guerre. La premièreidée de base fut d’adapter les mélan-ges de soufre/carbone par addition dechaux vive de telle manière que lemélange s’enflamme au contact del’eau par la forte réaction exother-mique de la chaux vive.

Poudre noireLes réserves de chaux vive étaienttoutefois rares en temps de conflitsarmés, tandis que les ruines abonda-ient, des murs desquels on pouvaitrécupérer la chaux. L’addition deces «gravats recyclés» aux mélan-ges susmentionnés de soufre/carbo-ne conduisi t inévitablement àl’inclusion de résidus de salpêtredans le mélange final. Sous certai-nes conditions, ces mélanges avai-ent des réactions plus violentes queles mélanges «purs» d’origine. Lesrecettes du «feu grégeois» et du«Huo Pau» peuvent, de ce fait, êtreconsidérées comme les prédéces-seurs de l’actuelle poudre noire.Dans les années suivantes, d’autresaméliorations furent faites dans laproduction de la poudre noire; lafabrication artisanale fut abandon-née au profit d’une production mé-canisée et contrôlée à distance.

Tandis que l’usage de la poudre noireétait maintenant devenu commun,l’invention des premiers nitro compo-sants amena à une découverte impor-tante: La différence entre déflagrationet détonation.

Tandis que dans une déflagrationl’énergie libérée cherche la voie de lamoindre résistance, c’est-à-dire dumoindre confinement, la propagationde l’énergie dans une détonation alieu uniformément dans toutes les di-rections, indépendamment des con-ditions de confinement.

L’analyse objective de la performancedes différents explosifs et mélangesexplosifs était de ce fait d’une grandeimportance.

A part la «classification» des différentsexplosifs, l’objectif principal était derendre les composants découvertsdes nitro composants sûrs d’utilisation.

DynamiteUn point commun de tous les nitrocomposants liquides, qui se laissentretracer jusqu’au 15ème siècle, estqu’ils étaient tous d’un usage très dan-gereux. Très souvent, ils explosaientprématurément durant la manipulati-on. A cause de leur haute sensibilitémécanique, un allumage sûr et gar-anti avec les artifices d’allumage dis-ponibles à l’époque n’était pas pos-sible. En 1865, Alfred Nobel dans leslaboratoires de son usine d’explosifs

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«Auf dem Krümmel» près de Ham-bourg réussit d’abord à inventer ladynamite, un explosif sûr à manipuler.

Mais ces nouveaux, très puissants ex-plosifs ne pouvaient plus être allumésen sécurité au moyen d’une impulsi-on thermique, c’est-à-dire à la mèchede mineur. L’axiome encore valableaujourd’hui d’un allumage efficace ducomposant explosif suivant à l’intérieurde la charge complète (colonned’explosif) avec un initial toujours pluspuissant fut reconnu.

L’importance extrême de l’allumagerespectif pour le composant suivantdu système entier d’allumage etd’explosif fut compris.

A l’origine, Alfred Nobel tenta lors dudéveloppement de son «amorce bre-vetée» à base de poudre noired’augmenter la performance del’allumeur par des conditions de con-finement optimales et un bourrageélevé. Vu que la performance de lapoudre noire en ce qui concernel’amorçage de sa dynamite ne pou-vait au mieux qu’être considéré«limite», il inventa peu après le pre-mier détonateur ordinaire, dont lacharge de base (fulminate de mer-cure) était comparable à la chargeprimaire des systèmes d’allumagemodernes (azoture de plomb).

ANFO (Nitrate fioul)L’invention et le développementd’explosifs au nitrate fioul sont tout àfait comparables à ceux de la poudrenoire. Cet explosif puissant et écono-mique ne fut pas le résultat d’une re-cherche systématique d’un mélangeexplosif particulier, mais fut dû àl’analyse de nombreux accidents sur-venus avec de grandes quantités de

nitrate d’ammonium stockés pourl’agriculture. Un mécanisme physiqueactif complémentaire est nécessairepour l’amorçabilité et la détonation deces mélanges exempts d’explosif etconsistant d’oxydant et de carbone.:L’ «effet point chaud».

Un allumeur puissant est encore plusimportant pour l’utilisation des explo-sifs au nitrate fioul modernes. Les fi-nes bulles d’air des prills poreux sontcomprimées fortement par l’énergie del’allumeur. Décrit simplement, une zonede température et de pression extrê-mement élevées se forme. Cette zoneénergétique «sous haute pression»précède le front réel de détonation.Seule la combinaison des deux fac-teurs, c’est-à-dire l’existence des par-tenaires réactifs oxygène et carboneet l’augmentation brutale de ce mé-lange au niveau de haute énergie dé-crit plus haut rend le nitrate fioul apteà la détonation.

Les émulsionsexplosivesGrâce à leur haute performance, sé-curité d’emploi et usage économique,l’utilisation des explosifs de type nit-rate fioul s’est rapidement répanduedans la technique de tir industriel. Là,où les conditions le permettent, cetexplosif reste de premier choixaujourd’hui. Les prills de nitrated’ammonium sont, toutefois, forte-ment hygroscopiques, avec la consé-quence que, dans les trous remplisd’eau, la performance décroît rapide-ment et peut même disparaître com-plètement.

L’invention d’un système explosifrésistant à l’eau sur la base d’un mé-lange de nitrate d’ammonium et fioulétait, de ce fait, une conséquence

logique. Les premiers essais tendai-ent à disperser la quantité nécessairede fioul dans une solution saline haute-ment concentrée (gouttes de fioul ensolution saline). Quelques années plustard seulement, il devint possibled’émulsifier de très fines gouttes desel dans le fioul (le fil huileux protègeles gouttes de sel). Les émulsions ex-plosives modernes étaient nées.

De nos jours, des émulsions explosi-ves aux propriétés variées sont dis-ponibles pour s’adapter aux différen-tes conditions du site et del’entreprise. Les paramètres, tels quevitesse de détonation, volume degaz, densité, sensibilité à l’amorcepeuvent être modifiés. Toutefois, tou-tes les recettes fonctionnent sur lemême principe actif physique et chi-mique de l’existence des partenairesréactifs oxygène et fioul et l’ »effetpoint chaud».

Deux différentes techniques sont ac-tuellement utilisées pour mélanger lesbulles d’air nécessaires pour l’ »effetpoint chaud» : l’introduction mécani-que de micro sphères et/ou le gaza-ge chimique de l’émulsion mère.

L’évolution des systèmes d’explosifsindustriels est décrite à la suite, suiviede la description du principe phy-sique, chimiquement actif des émulsi-ons explosives modernes et de leurfabrication.

Dans la partie principale du cahierNobel, des exemples actuels d’utili-sation dans tous les secteurs de latechnique industrielle du tir sont pré-sentés: utilisations à découvert et ensouterrain; des installations de tir char-gées avec des explosifs encartouchéset en vrac.

L’éditeur

Vorwort

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Sprengstoffe im Wandel der Zeit

Dr.- Ing. Frank Hammelmann, Ass. d. Bergf. Ludger Staskiewicz,Dipl.- Ing. Thomas Straeten

Ein Beitrag von:

Die Geschichte der Brand- und Explo-sivstoffe ist so alt wie die Menschheitselbst. Der Fokus dieser Ausarbeitungliegt auf der Geschichte und den ver-bundenen Entwicklungen von Spreng-stoffen bei der Rohstoffgewinnung imBergbau. Zum besseren Verständnis siesei jedoch die allgemeine Entwicklungvon den Anfängen des griechischenFeuers bis hin zu den brisanten Spreng-stoffen erläutert. Es wird kein Anspruchauf Vollständigkeit erhoben, weiterfüh-rende Literatur findet sich am Ende.

Das Verständnis des Begriffs Spreng-stoff unterlag selbstverständlich imLaufe der Zeit einem Wandel. Heuteversteht man unter Sprengstoffen nureine Untergruppe der Explosivstoffe,welche detonationsfähig sind und zumSprengen verwendet werden. Spreng-stoffe in diesem Sinn werden erst seitwenigen Jahrhunderten verwendet. Alsihre Vorgänger können verschiedens-te Brand- und Explosivstoffe angese-hen werden, auch wenn eine stofflicheVerwandtschaft nicht besteht.

Es ist außerdem anzumerken, dasserfolgreiche technische Innovationenzumeist mehr als einen Vater besitzen.Ebenso wurden diese zumeist für ver-schiedene, teilweise konträre Zweckeeingesetzt. Der Beantwortung von Fra-gen nach der Namensherkunft des„Schwarzpulvers“ oder der Erkenntniseines Unterschiedes zwischen Brand-und Explosivstoff hat eine entscheiden-de Bedeutung. Genaue Angaben zumErfinder oder Innovationsjahr spielendagegen nur eine untergeordneteRolle, auch bedingt durch Geheimhal-tung, Streitigkeiten, Irreführung oderder Spanne zwischen Zeitpunkt derErfindung bzw. Erwähnung und demendgültigen Einsatz, die solche genau-en Angaben oft schlichtweg unmög-lich machen.

Am Anfang war dasFeuer!Die Fähigkeit, Feuer zu verwenden undspäter auch selbst zu entzünden, warder erste Schritt zur Abgrenzung derfrühen Menschen gegenüber der Fau-na. Es ermöglichte die Jagd viel grö-

ßerer und deutlich stärkerer Tiere, schufWärme und erlaubte die Herstellungerster primitiver Gerätschaften.

Schon nach kurzer Zeit wurde dasFeuer dann auch bei Streitigkeitenzwischen den frühen Menschen einge-setzt.

Bei einem Blick auf die gesamte Ge-schichte der Menschheit kann mandeutlich erkennen, dass der Einsatzvon Brandstoffen ein Machtfaktor war.Alle Hochkulturen beherrschten dieFeuerkunst und konnten verschiedeneFormen von Brandstoffen gegen ihreFeinde einsetzen. Die endgültige Nie-derlage wurde zumeist durch das Ver-brennen der gegnerischen Siedlungenbesiegelt, wodurch dem Feind seineLebensgrundlage genommen wurde.

Neben dem Einsatz zu kultischen Zwe-cken und dem Bedarf des täglichenLebens war der Hauptzweck der be-kannten Brandstoffe somit der militä-rische Bereich.

Die Reise durch die Geschichte derExplosivstoffe beginnt ca. 1.500 v.Chr. im vorderen Orient. Die damali-gen Großmächte der Mesopotamier,Hethiter und Ägypter teilten die be-kannte Welt unter sich auf. Der Ein-satz von Weihrauch und anderenBrandstoffen ist zumindest bei denÄgyptern historisch belegt. Mit Hilfevon glühenden Holzkohlen wendeteman Rauchsätze an, die sowohl kulti-

schen als auch profanen Zweckendiente, wobei diese Unterscheidungwohl an sich kaum möglich ist. Ein-gesetz wurden diese Rauchsätze etwazur Desinfizierung auf Schlachtfeldernoder bei Opfern für die Götter, zur Er-zeugung von farbigem Rauch in derSignalgebung, zur Verbesserung derLuft in großen Bauwerken oder mittelsentsprechender Zusätze als chemi-sche Waffe gegen Feinde.

Auch die Bibel beschreibt im AltenTestament vielfältige Phänomene, dienach heutiger Sicht möglicherweise alsAnwendung von Pyrotechnik zu erklä-ren sind. „Das Feuer vom Himmel“ legtdie Vermutung nahe, dass leichtent-zündliche Brandsätze Verwendung fan-den. Von Moses stammen auch dieUnfallverhütungsvorschriften derSprenggeschichte, die Priestern mitlangen Harren und wallenden Gewän-dern die Ausführung von Opfern verbot.

Das Feuer derGriechenDie Geschichte der Entwicklung vonBrandstoffen speziell für militärischeZwecke beginnt mit der Verwendungdes griechischen Feuers. Zu beach-ten ist jedoch, dass der Begriff des„griechischen Feuers“ in der weiterenHistorie für vielfältige Stoffe verwendetwurde, oft zu Unrecht.

Das eigentliche griechische Feuer istbis heute ein Mysterium. Seine genaue

Bild 1: Nutzung des Feuers durch die ersten Menschen

Hammelmann / Staskiewicz / Straeten „Sprengstoffe im Wandel der Zeit” - Artikel 1

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Artikel 1 - „Sprengstoffe im Wandel der Zeit”

Rezeptur wurde als Staatsgeheimnisso gut gehütet, dass diese bis heutenicht genau bekannt ist. Partingtonnennt auf Basis griechischer Quellen30 verschiedene Mischungen. Keine istjedoch in der Lage, die in den histori-schen Werken beschriebenen Wirkun-gen hervorzurufen.

Das „Feuerwerksbuch“ des Ainias (360v. Chr.) beschreibt den massiven Ein-satz von Brandstoffen im Peloponesi-schen Krieg. Belagerte Städte wurdenmittels Brandstoffe in Brand gesetzt,die Kienspäne, Werg, Pech, Schwefelund zu Beginn wohl auch noch Weih-rauch enthielten. Beschrieben werdenebenfalls „Flammenwerfer“, die Feuerdurch das Verschießen erdölhaltigerProdukte entfachen konnten.

Als sicher gilt heute, dass ein Griechenamens Kallinikos das Geheimnis desGriechischen Feuers von Heliopolisnach Byzanz bzw. Konstantinopel ge-bracht hat, der Hauptstadt des helle-nistischen römischen Ostreiches. ImOströmischen Reich befinden sich dieheutigen in Rumänien liegenden Öl-felder von Baktrien, Kolchis und Me-sopotamiens, dem heutigen Irak. DieEntdeckung der Destillation von Erd-öl, die wohl auf Versuche mit von Ale-xander dem Großen zurückgeht, giltals sicher. Ihre Anwendung wird 400n. Chr. in Alexandria bezeugt. Durchdie Destillation wird die Reaktionsfreu-digkeit und die Mischbarkeit des ur-sprünglich schwer entflammbaren Erd-öls deutlich erhöht.

Durch die Verwendung der so erzeug-ten Benzine konnte die ursprünglicheRezeptur des griechischen Feuersdeutlich verbessert werden. Als Staats-geheimnis wurde diese so gut ver-wahrt, dass die Zusammensetzung bisheute nicht bekannt ist.

Während das Weströmische Reichdurch den Sturm der Völkerwanderungzerstört wurde, konnte sich das Ost-römische Reich noch lange behaup-

ten. Das neuentwickelte griechischeFeuer gilt unter Historikern als einerder Eckpfeiler für die Verteidigung desOströmischen Reiches über Jahrhun-derte hinweg.

671 n. Chr. wurde das Reich von denArabern aus dem Süden und den Bul-garen aus dem Norden angegriffen. 7Jahre später stand Konstantinopel vordem Fall. Jedoch konnte die arabi-sche Flotte mittels eines griechischenFeuers zerstört werden, welches aussog. Siphonen verschossen wurde undsich bei Kontakt mit Wasser entzündete.

Es bestand wohl aus einer Mischungauf der Basis von Benzinen undSchwefel, dem gebrannten Kalk zuge-setzt wurde. Dieser entwickelte bei derBerührung mit Wasser Hitze, welchedie Benzine in Brand setzen konnte.

Ein Angriff der Russen auf Konstanti-nopel im Jahre 941 konnte wohl durchBenzindampf-Luftexplosionen abge-wehrt werden, die - gewollt oder un-gewollt herbeigeführt - den russischenStreitkräften vernichtende Verlustebeibrachten.

Bei einer weiteren Seeschlacht zwi-schen Konstantinopel und dem Stadt-staat Pisa im Jahre 1103 wird berich-tet, dass alle Schiffe des OströmischenReiches mit einer Art von Kanonen ausEisen oder Bronze ausgerüstet waren,welche das griechische Feuer ver-schossen und die Flotte von Pisa zer-störten.

Das Liber Ignum von Marcus Greacusbeschreibt folgende Rezeptur, die ei-nem Gebräu aus Macbeth gleicht:

„Man mische Benzine, flüssiges Pechund Kreosot (Schwefeldestilat), fülle esein in einen tönernen Krug. DiesenKrug vergrabe dann 15 Tage lang inPferdemist (wahrscheinlich Anreiche-rung mit Stickstoff). Entnehme dieseMischung und bestreiche damit Krä-hen. Lasse diese ins feindliche Lagerfliegen. Wenn die Sonne aufgeht, wird

sich diese Mixtur vor dem Schmelzenentzünden. Es wird geraten, diese Mix-tur vor Sonnenuntergang oder nachdem Sonnenuntergang zu benutzen“.Arabische Quellen berichten, dassz.T. die Krähen schon direkt in Brandgesetzt wurden und wie Feuervögel insfeindliche Lager stürzten.

In einer Quelle aus dem Jahre 553 n.Chr. wird in Konstantinopel außerdemder militärische Einsatz von „schwar-zem Sprengpulver“ beschrieben, beiwelchem es sich vermutlich um fein-zerkleinerte Holzkohle gehandelt ha-ben dürfte, welche in Fässern oder ausRohren versprüht eingesetzt wurde.

Interessant in dem Zusammenhang istauch, dass das Oströmische Reich imJahre 1453 von den Türken nur ero-bert werden konnte, weil diese eineneuere Entwicklung in der Reihe derExplosivstoffe verwendeten - dasSchießpulver.

Der Schnee vonChinaBelegbar ist heute, dass es Kontaktzwischen Ostrom und China gegebenhat. Neben reinen Handelsinteressenwaren zwei gemeinsame Feinde dafürausschlaggebend: Die Araber und vorallem die Mongolen, die Teile Chinasüberrannt und große Teil der Bevölke-rung getötet haben sowie bis vor dieTore von Konstantinopel gezogen sind.

Es ist daher wahrscheinlich, aber nichtbelegbar, dass im Austausch für Sei-denraupen oder Seide Rezepturen ei-nes griechischen Feuers nach Chinagelangt sind.

China als alte Hochkultur hatte imBereich des Feuerwerks lange Erfah-rungen, jedoch weniger im militäri-schen Bereich.

Belegt ist der Einsatz der ersten vonMenschenhand geschaffenen Bom-ben, der sogenannten Huo P’au

Bild 2: Siphon zum Verschießen desgriechischen Feuers

Bild 3: Der Einsatz des griechischen Feuers bei der oströmischen Flotte

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(Feuerp´au = etwa Feuer aus eiser-ner Kugel) mit dem Namen tschien-tien-lui („himmelserschütternder Donner“)in der Verteidigung gegen die Mon-golen im Jahre 1234. Der Knall warwohl 100 Li (6,5 Kilometer) weit zuhören und vermochte sein Feuer übereine Fläche von 1000 m2 zu verstreu-en. Ob die Wirkung eher psychologi-scher Natur war oder der effektivenVerteidigung diente, ist umstritten.

Weiterhin kamen bei derselben Bela-gerung auch fei-huo-tsiang (Pfeile desfliegenden Feuers) zum Einsatz. Dabeihandelte es sich wohl um die erstenRaketen, die beim Einsatz einen Feuer-strahl etwa 10 Schritt weit verbreiteten.

Interessant ist auch der erste Einsatzvon Salpeter. Wohl bedingt durch dieKalkgewinnung aus Ruinen zur Herstel-lung des griechischen Feuers wurdedessen Wirksamkeit entdeckt. Salpe-terausblühungen gab es in Chinazuhauf an alten Mauern. Nach demEnde der Bedrohung durch die Mon-golen wandte man sich in Chinawieder der Kunst des Feuerwerks zu,wobei weiterhin Salpeter zum Einsatzkam. Der Salpeter wurde später inEuropa als der „Schnee von China“bekannt.

Das schwarze PulverDie wahrscheinlich zufällige Entde-ckung der feuerverstärkenden und feu-erunterhaltenden Kraft des Salpetersdurch die Chinesen hat den Weg zurErfindung des Schwarzpulvers geebnet.Wer letztendlich, wann, wie und wodas Schwarzpulver erfunden hat, istunklar. Sicherlich wurde zunächst auchder grundlegende Unterschied vonBrand- und Explosivstoff nicht erkannt.Der arabische Gelehrte Abd-Allah Ibn-Albaythar beschreibt 1240 n. Chr. Sal-peter als den „Schnee von China“,

andere Quellen reden auch vom „Salzdes Felsens“. Die Araber kamen mit derIntention der Ausbreitung des Islambis nach Kashmir vor die Tore Chinasund kontrollierten die Handelswegezwischen Europa und dem fernenOsten.

Die ersten naturwissenschaftlichenBeschreibungen des Schwarzpulversliefern der englische Mönch und Hoch-schullehrer Robert Bacon im Jahre1257 sowie der Graf von Bollstädt,besser bekannt unter dem Namen Al-bertus Magnus, im Jahre 1280.

Einige Historiker sagen, Robert Baconhabe mit seinen Arabisch-Kenntnissenmoslemische Quellen angezapft, an-dere sind der Auffassung, die gehei-me Rezeptur sei ihm von Mönchennach einem China-Aufenthalt verratenworden. Auch ist es möglich, dass die-ser im bereits erwähnten Liber Ignumvon Marcus Graecus abgeschrieben

hat, welches in vielen Passagen mitden Angaben von Robert Bacon über-einstimmt.

Im Buch „Über das Wundersame derWelt“ beschreibt Albertus Magnus dasSchießpulver und schlug sogar einenKanonenschlag vor, eine mit Schwarz-pulver gefüllte Hülse. Seine Schriftenwurden schnell bekannt, und er dürftedamit auch der hauptsächliche Verbrei-ter der Kenntnis von den Eigenschaftendes Salpeters sein. Unter Historikern gilter auch als der Mann, der das Wissendemjenigen vermittelte, der „aus der‚Feuerlanze’ der Chinesen eine Feuer-waffe in unserem Sinne machte“.Bild 4: Das Reich der Mongolen

Bild 6: Chinesische Feuerwerkskör-per des Mittelalters

Bild 5: Verteidigung der chinesischen Stadt Kaifeng gegen die Mongolen mitHuo P’au

Hammelmann / Staskiewicz / Straeten „Sprengstoffe im Wandel der Zeit” - Artikel 1

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Meilenstein in der Entwicklung der Ex-plosivstoffe. Ganze neue Berufsstände undZünfte zur Herstellung des schwarzenPulvers entstanden, wie Salpeterer,Pulvermüller und Büchsenmacher.

Im Großen und Ganzen ist die Entwick-lung des Schwarzpulvers zu Beginn des15. Jahrhunderts abgeschlossen. Wasfolgt, sind Verbesserungen für militäri-sche und zivile Anwendungen.

Im Kriegslehrbuch „Bellifortis“ wirderstmalig die Verwendung vonSchwarzpulver zum Schießen undSprengen erwähnt. Ein ganzes Arse-

nal von Raketen, Kanonen, Repetier-geschützen und sogar gepanzerteKampfwagen wird beschrieben.

Sicher ist, dass mit der Verbreitung desPulvers durch die Verwendung vonBüchsen und Kanonen in kurzer Zeitdas Kriegswesen revolutioniert wurde.Die Folgen waren viel weitreichenderals vielleicht auf den ersten Blick er-sichtlich.

Wurde zuvor die militärische Gewaltund damit oft auch die Macht vonerfahrenen Berufssoldaten ausgeübt,die jahrelang mit Schwert und Lanze

Den legendären Bertholdus Niger hates vermutlich nie gegeben. BertholdSchwarz wird in den Chroniken derStädte Freiburg, Gent und Köln er-wähnt, aber diese Quellen widerspre-chen sich. Der Erfinder des Schwarz-pulvers ist er sicherlich nicht, man-che glauben, er hätte ein Verfahrenzum Granulieren der Pulvermasse er-funden.

Sicher ist nur eins: Den Erfinder desSchwarzpulvers gibt es nicht!

Wie auch immer es entstanden ist, dieErfindung des Schwarzpulvers gilt als

Bild 7: Der FranziskanermönchRoger Bacon

Bild 8: Graf Albert von Bollstädt /Albertus Magnus

Bild 9: Bertholdus Niger (BertholdSchwarz)

Bild 10: Herstellung von Kalisalpeter (Salpeterherstellung inEngland)

Holzasche, welches durch Verbrennen von Holz (D) erzeugt wird,mischt man mit Wasser und nitratreicher Erde (C). Im Laugen-haus (A) wird der Salpeter extrahiert und im Kochhaus (B) erhitzt.Durch Abkühlen erhält man die Salpeter-Kristalle.

Bild 11: Abschuss einer Rakete - aus dem Buch „Bellifortis“von Konrad Kyeser von Eichstätt

Artikel 1 - „Sprengstoffe im Wandel der Zeit”

AB

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C

C

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Aber erst im 19. Jahrhundert ging dieEntwicklung detonierender Spreng-stoffe zügig voran. Ein wichtiger Grunddafür ist in der Anerkennung der Che-mie als Wissenschaft zu sehen. Um1800 wurde von den Forschern Howardund Haußmann das Knallquecksilberbzw. die Pikrinsäure entdeckt. 1846nitrierte Sobrero zum ersten Mal Ni-troglycerin, welches Immanuel Nobelals Zusatz für Schwarzpulver verwen-dete, mit demselben geringen Erfolgwie beim „Schießwasser“.

Zur Ära der brisanten Sprengstoffe fehl-te jetzt nur noch die Handhabungssi-cherheit der Sprengstoffe und ein ver-lässlicher Zünder. Beide Aufgabenwurden durch die wohl herausragends-te Persönlichkeit in der Entwicklungder Sprengstoffe gelöst - Alfred Nobel.

trainiert hatten, konnten nun einfacheLeute nach relativ kurzer Zeit die Büch-sen einsetzen. Dies führte dazu, dassdie Städte, in denen sich die Zünfteniederließen, durch diese Waffen unab-hängig wurden und sich von der Vor-herrschaft des Adels befreien konnten.

Die Ritter des Deutschen Ordens wa-ren die ersten, die in großem UmfangSchwarzpulver anwandten. Durch dieBildung eigener „Feuerwerkerschulen“war der Adel in der Lage, ein Gegen-gewicht zu den städtischen Feuerzünf-ten zu schaffen.

Der große KnallDurch die Möglichkeit der Herstellungvon Salpetersäure und Schwefelsäureim 13. Jahrhundert wurde der Weg freifür die Nitrierung einheitlicher Spreng-stoffe mit Brennstoff und Sauerstoff ineinem Molekül. Zahllose Alchimistendes Spätmittelalters produzierten sodie ersten Nitrokörper, auch wenn ihreIntention zumeist eine ganz andere war.

Im 15. Jahrhundert wurde von einemunbekannten Alchimisten Teer mitSchwefel- und Salpetersäure behan-delt, wobei eine klare Flüssigkeit ent-stand, die unter dem Namen „Schieß-wasser“ bekannt wurde. Es wurde demSchwarzpulver beigemischt. Nachschweren Unfällen nahm man jedochwieder Abstand davon, weil es genauwie bei seinem „Nachfolger“ Nitro-glycerin ungewollt aus kleinsten An-lässen zur Explosion kommen kann.

Der Mönch Basilius Valentinus ent-deckte auf der Suche nach einemMedikament gegen die Syphilis zuBeginn des 16. Jahrhunderts das„Knallgold“. Dieses hat als Explosiv-stoff nie wieder eine Rolle gespielt,führte jedoch zur Entdeckung des Un-terschieds zwischen Detonation undDeflagration. Basilius Valentinus be-schrieb einen Versuch, den er mit ei-ner Glasglocke durchgeführt hat:

Gleiche kleine Mengen von Knallgoldund von Schwarzpulver legt er unterje eine Glasglocke.

Das Knallgold detonierte und zerstör-te örtlich die Unterlage, die Glasglo-cke blieb unversehrt. Bei der Deflag-ration des Schwarzpulvers wurde dieUnterlage nur leicht beschäftigt, dieGlasglocke hingen zerstört.

Ebenfalls wurden zu dieser Zeit dieersten Prüfgeräte für Schwarzpulvereingeführt:

Die „Pulverprobe“ als mechanisierteVersion der „Raketenprobe“.

Mein Name ist Nobel,Alfred NobelDer Name Alfred Nobel ist unverwech-selbar mit der Entwicklung vonSprengstoffen verbunden. Alfred No-bel wurde am 21. Oktober 1833 inStockholm geboren. Schon in jungenJahren wurde er Gehilfe seines Vaters,der in Rußland eine mechanischeWerkstatt mit einer Eisengießerei be-trieb. Dort wurden Schiffsmaschinen fürdie russische Flotte, Heizanlagen fürWohnhäuser und später auch Seemi-nen erzeugt.

Während seine Brüder versuchten, dieFirma nach einem Bankrott wieder flottzu machen, beschäftigte sich AlfredNobel hauptsächlich mit technisch-chemischen Experimenten.

Besonders interessierte er sich für dasim Jahre 1846 von dem italienischenChemiker Ascanio Sobrero erfundeneNitroglycerin. Die von Sobrero herge-stellte Mischung aus Glycerin mit Sal-peter- und konzentrierter Schwefelsäurewar derart brisant, dass an eine Ver-wendung als Sprengstoff nicht zu den-ken war. Nitroglycerin wurde daherzunächst nur in kleinen Mengen beiHerzkrankheiten eingesetzt.

Bild 12a: Eine Eprouvette für diePulverprobe

Bild 12b: Die Raketenprobe

Bild 13a: Immanuel Nobel

Bild 13b: Ascanio Sobrero

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Der Wunsch nach einem wirkungsvol-leren Sprengstoff, als Schwarzpulver,für die Herstellung der Seeminen ver-anlaßte Alfred Nobel und seinen Vaterunabhängig voneinander, das Problemdes kontrollierten Umgangs mit Nitro-glycerin zu lösen. Das Problem be-stand darin, dass Nitroglycerin hand-habungssicher zu machen und eineMethode zur sicheren Auslösung derDetonation zu finden. Dies gelang ihmdurch zumischen von Schwarzpulver.

Im Jahr 1864 erfand er die Sprengkap-sel, eine mit Knallquecksilber gefüllteauf einer Seite verschlossene Röhre.Mit dieser verwirklichte er das Prinzipder Initialzündung. Im selben Jahr er-öffnete Nobel in der Nähe von Stock-holm die erste Nitroglycerinfabrik.

In den darauf folgenden Jahren reisteer umher und propagierte seine Erfin-dung, das vom ihm entwickelteSprengverfahren mit Sprengöl.

Die Gefährlichkeit des Sprengöl lagaber weiterhin in seiner flüssigen Form.Er versuchte daher das Sprengöldurch poröse Stoffe wie Kohle, Kiesel-gur oder Sägespäne aufzusaugen. ImJahr 1867 ließ Nobel einen neuenSprengstoff patentieren und gab ihmden Namen Dynamit. Dieser bestandaus einer Mischung von 75 % Nitro-glycerin und 25 % Kieselgur. Dieserwar plastisch formbar und zur Herstel-lung von Patronen geeignet. Die Er-findung des so genannten Gur-Dyna-mits löste eine Revolution beim Bauvon Verkehrswegen aus.

1875 erkannte er, dass Kollodiumwol-le ein hervorragendes Gelatinierungs-und Bindemittel für Nitroglycerin ist.Die Mischung aus 93 % Nitroglycerinund 7 % Kollodiumwolle ließ er sichunter dem Namen „Sprenggelatine“patentieren. Diese bildet bis heute dieBasis der gelatinösen Sprengstoffe.

In den folgenden Jahren versuchte erdie Sprenggelatine als Treibladung für

Geschütze einzusetzen. Dies war aberzunächst nicht von Erfolg gekrönt.1887 und 1888 erwirkte er Patente fürrauchschwaches Nitroglycerin, mitdem Namen Ballisit.

Alfred Nobel starb am 10. Dezember1896 im Alter von 63 Jahren in SanRemo. Einen Großteil seines Vermö-gens vermachte er einer noch zu grün-denden Stiftung, die jährlich Geldprei-se austeilen sollte, an diejenigen dieim Jahr zuvor durch Erfindungen, Ent-deckungen oder Leistungen der ge-samten Menschheit einen großen Nut-zen erwiesen haben. Daraus entstandim Jahr 1900 die Nobel-Stiftung.

Stand und Techno-logie modernerGesteinssprengstoffeSprengstoffe werden heutzutage in vie-len Bereichen eingesetzt. Neben ihrerdoch allgemein bekannten Anwen-dung in Bereichen des Bergbaus undTunnelbaus, des Bauwerkabbruchsund der Seismik kommen Sprengstof-fe auch in Anwendungen unter Was-ser, zur Sprengung von Eis, heißenMassen und zur Beseitigung von La-winengefahren zum Einsatz ohne ihrespeziellen Einsatzgebiete in Sicher-heitseinrichtungen wie z.B. in der Au-tomobil- und Elektroindustrie im Ein-zelnen zu nennen.

Aufgrund der verschiedenen Einsatz-bereiche mit ihren zum Teil besonderenAnforderungen ist schon allein bei dergewerblichen Nutzung die Zahl mo-derner Sprengstoffe mit unterschied-lichen Eigenschaften sehr groß.

Um den Rahmen nicht zu sprengen,werden in diesem und im folgendenArtikel der Stand und die Technologieder Gesteinssprengstoffe beschriebenund erläutert, die sich bei übertägigenund untertägigen Sprengarbeitendurchgesetzt haben, auch wenn dasSprengstoffrecht zwischen einerweitaus größeren Zahl an Gesteins-sprengstofftypen unterscheidet. Diebei gewerblichen Sprengarbeiten amhäufigsten eingesetzten Gesteins-sprengstoffe lassen sich unterscheidenin gelatinöse Sprengstoffe, Anfo-Sprengstoffe und Emulsionsspreng-stoffe, die zu den jüngsten Entwick-lungen auf dem Gebiet der Spreng-stofftechnik zählen.

Um Wiederholungen in diesem Heft zuvermeiden, werden in diesem Artikelim Weiteren nur die gelatinösenSprengstoffe und die Anfo-Sprengstoffe

behandelt. Im Artikel 2 mit dem Titel„Physikalisch chemisches Wirkprinzipmoderner Emulsionssprengstoffe” wirdausführlich über den Stand und dieTechnologie der Emulsionssprengstoffeberichtet.

GelatinöseSprengstoffeModerne gelatinöse Sprengstoffe,unter deren Vorgängern vor allem dasvom Namen her bekannte Dynamitzählt, setzen sich aus den Kompo-nenten:

- Sprengöl

- Nitratsalze (i. d. R. Ammonium-nitrat)

- Zusätze zur Phlegmatisierung,Einstellung der Konsistenz undLeistungsteigerung

zusammen, auf deren Bedeutung nunim Einzelnen eingegangen wird.

SprengöleZur Herstellung von gelatinösenSprengstoffen werden die SprengöleNitroglycerin oder Nitroglykol ver-wandt. Zur Herstellung von gelatinö-sen Sprengstoffen kommen aber auchGemische aus diesen Sprengölen zumEinsatz, da auf diese Weise die nega-tiven Eigenschaften eines Sprengölsdurch das Zumischen des anderenSprengöls zum Teil ausgleichen werden.

Im Vergleich zum Nitroglykol hat Ni-troglycerin den Nachteil, dass esbereits bei + 13°C auskristalisiert,sprich gefriert. Diese Eigenschaft desNitroglycerins setzt die Handhabungs-sicherheit des Sprengstoffs insbeson-dere bei niedrigen Temperaturen herab,da der Umgang mit den erstarrtenPatronen und das Einführen eines Zün-ders in die auf diese Weise ausgehär-teten Patronen kaum möglich undzudem sehr gefährlich ist. Ein Vorteildes Nitroglycerins gegenüber demNitroglykol ist, dass es bei Zimmer-temperatur wenig flüchtig ist. So kön-nen die MAK-Werte der als giftig ein-gestuften Sprengöle bei ihrer Verar-beitung oft ohne technische Maßnah-men eingehalten werden.

Auch wenn bei der Herstellung vonSprengstoffen auf Nitroglykol-Basis diedurch Dämpfe gefährdeten Arbeits-plätze mit Abzugs- und Belüftungsein-richtungen ausgestattet sein müssen,haben diese Sprengstoffe für den An-wender den Vorteil, dass diese auchbei sehr niedrigen Einsatztemperaturennoch weich und somit handhabungs-

Bild 14: Alfred Nobel

Artikel 1 - „Sprengstoffe im Wandel der Zeit”

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sicher sind, da der Erstarrungspunktdes Nitroglykols bei 22°C liegt.

Da bei der Herstellung der Sprengöleein Teil des Sprengöls im Wasser inLösung geht, müssen auch die anfal-lenden fischgiftigen Abwässer auf-bereitet werden. Hier muss erwähntwerden, dass bei der Herstellung vonNitroglycerin nur ca. 1,5 g/l in Lösunggeht, während es bei der Herstellungvon Nitroglykol 7 g/l sind. Andererseitslag der Einkaufspreis beim Glycerin,als Rohstoff zur Herstellung von Nitro-glycerin, in der Vergangenheit höherals der für die Herstellung des Nitro-glykol benötigte Rohstoff Glykol.

Unabhängig vom Nitrierverfahren, obdiskontinuierlich oder kontinierlich,und unabhängig von der Art desSprengöls fallen bei der Herstellunggroße Mengen Abwasser an, dessenRecycling einen hohen technischenAufwand erfordert, was sich auch aufden Preis des gelatinösen Sprengstoffsauswirkt.

Sprengöl-GehaltGelatinöse Sprengstoffe wurdenbereits in der Vergangenheit in meh-rere Gruppen aufgrund ihres Spreng-ölgehaltes von 20 - 40% unterteilt. Dievon der Dynamit Nobel gefertigten ge-latinösen Sprengstoffe enthielten

- 40% Sprengöl (Ammongelit I mithoher Brisanz),

- 30% Sprengöl (Ammongelit II) und

- 20% Sprengöl (Ammongelit III mitgeringer Brisanz),

um für die Vielzahl an Anwendungengelatinöse Sprengstoffe mit unter-schiedlicher Brisanz (Stoßdruck) an-bieten zu können.

AmmoniumnitratDas Ammoniumnitrat ist grundlegen-der Bestandteil der gelatinösenSprengstoffe und dient, wie auch inden meisten anderen Gesteinspreng-stoffen, als Sauerstoffträger. Der Grundfür den weit verbreiteten Einsatz liegtin seiner hohen chemischen Bestän-digkeit und geringen Empfindlichkeitgegen Reibung und Schlag. Ein Man-gel des Ammoniumnitrates bestehtjedoch in seiner starken Hygroskopie.Diese Eigenschaft des Ammoniumnit-rates tritt selbst bei luftdicht verschlos-senen Patronen in Erscheinung, dainsbesondere bei Temperaturen über30°C das im Sprengstoff enthalteneWasser vom Ammoniumnitrat aufge-nommen und die Aushärtung desSprengstoffs aufgrund einer Umkrista-

lisation des Ammoniunitrates zur Fol-ge hat. So besteht ein Problem beider Fertigung von gelatinösen Spreng-stoffen darin, deren Eignung auch fürden Einsatz in warmen, tropischenLändern zu erzielen. Eine höhere Tropen-stabilität der gelatinösen Sprengstoffekann durch wasserbindende Zusätzeaber auch durch spezielle Sorten vonAmmoniumnitrat erzielt werden.

Gelatinöse Sprengstoffemit DNT und TNTNeben der Zugabe von Nitrocellulosezum Sprengöl zur Herstellung einerweichen und im Vergleich zum Spren-göl schlagunempfindlicheren Spreng-gelantine enthalten einige gelatinöseSprengstoffe auch Nitroverbindungenwie DNT (Dinitrotoluol) und/oder TNT(Trinitrotoluol). Durch die Zugabe die-ser Nitroverbindungen ist es zum Ei-nen möglich die Konsistenz desSprengstoffs einzustellen, da beiRaumtemperatur DNT in flüssiger undTNT in fester Form vorliegt. Zum An-deren wird durch die Zugabe dieserNitroverbindungen der Sprengstoffweiter phlegmatisiert ohne den Ener-giegehalt des Sprengstoffgemischesstark zu vermindern. Ein Nachteil die-ser Nitroverbindungen ist, dass dasDNT nachweislich und das TNT unterdem Verdacht steht krebserregend zusein, so dass bereits seit einigen Jah-ren auch gelatinöse Sprengstoffe ohneZugabe dieser krebserregenden Ver-bindungen auf dem Markt angebotenwerden. Bei diesen Sprengstoffen wur-den die krebserregenden Verbindungendurch Wachse und weitere Zugabevon Ammoniumnitrat ersetzt, wodurch

sich der Energieinhalt des Sprengstoffsgeringfügig vermindert hat aber diearbeitshygienischen Bedingungen beider Herstellung wie auch bei der An-wendung dieser Sprengstoffe starkverbessert wurden.

SprengstoffzusätzeZur Leistungssteigerung von gelatinö-sen Sprengstoffen werden vor allemZusätze wie Aluminiumpulver bzw. Alu-miniumgrieß in die lose Sprengstoff-masse eingemischt. Diese Zusätze er-höhen die Brisanz des Sprengstoffesaber auch seine Reib- und Schlagemp-findlichkeit, so dass aus Sicherheits-gründen diesem Umstand bei derWeiterverarbeitung, Wartung und Rei-nigung der Anlagen Rechnung getra-gen werden muss.

VerpackungsvariantenGelatinöse Sprengstoffe werden aus-schließlich in patronierter Form ange-wandt. Patronen mit einem Durchmes-ser bis 40 mm werden sowohl mit ge-wachstem Papier umwickelt (Rollex-Patronen) als auch mit Kunststofffoliegefertigt. Der Vorteil der Rollex-Patro-nen ist, dass sie sich ohne Werkzeugdurch Brechen teilen und sich durchleichtes Andrücken in aufsteigendenBohrlöchern besser fixieren lassen.

Der Vorteil der mit Kunststofffolie um-mantelten Patronen liegt in Ihrer Un-durchlässigkeit gegenüber Luft undFeuchtigkeit und in ihrer höherenFormbeständigkeit. Aufgrund der hö-heren Formbeständigkeit werden Patro-nen mit Durchmessern über 40 mm aus-schließlich mit Kunststofffolie gefertigt.

Bild 15: Patronieranlage für kleinkalibrige Rollex-Patronen

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Anfo-SprengstoffeDie Hauptbestanteile der Anfo-Spreng-stoffe sind Ammoniumnitrat als Sau-erstoffträger und Öl als Kohlenstoff-träger. Aufgrund der einfachen Rezep-tur des Sprengstoffes und der preis-günstigen Bestandteile ist es kaumverwunderlich, dass Anfo-Spreng-stoffe weltweit am meisten eingesetztwerden. Ein großer Nachteil dieserSprengstoffe besteht in ihrer Wasser-löslichkeit, so dass ihr Einsatz in loserForm nur in trockenen Sprengbohr-löchern möglich ist, und der Spreng-stoff bei seiner Lagerung vor Feuch-tigkeit geschützt werden muss.

PrillformenZur Herstellung moderer Anfo-Spreng-stoffe werden i. d. R. poröse Ammo-niumnitrat-Prills verwandt. Durchdie Poren im Prill kann das dünnflüssi-ge Öl mit einer Viskosität von 10 bis30 Centipoise leicht aufgenommenwerden. Aufgrund kapilarer Kräftebleibt das Öl am Prill haften, so dasssich die Bestandteile selbst nach lan-ger Lagerung nicht entmischen. Mitsteigender Porosität der Prills, hiersind Schüttdichten von 0,75 g/cm³möglich, kann eine bessere Vermi-schung zwischen dem Öl als Kohlen-stoffträger und dem Ammoniumnitratals Sauerstoffträger erzielt werden,wodurch die Umsetzungsreaktion desSprengstoffs begünstigt wird und dieDetonationsgeschwindigkeit steigt.Jedoch sinkt aufgrund der höherenPorosität die Dichte des Sprengstoffsund folglich auch die Ladungsdichte.Auch weisen diese Prills eine geringere

Festigkeit gegenüber äußere Einflüssedurch mechanische Beanspruchung,Temperaturwechsel und Feuchtigkeitauf. Wird der Sprengstoff diesen Be-anspruchungen ausgesetzt, steigt derFeinkornanteil und somit auch dieLadungsdichte des Sprengstoffs, wo-durch sich auch ungewollt die cha-rakteristischen Eigenschaften desSprengstoffs verändern.

Zur Herstellung spezieller Anfo-Spreng-stoffe werden auch Ammoniumnitrat-Prills mit höherer Dichte, sogenannteDense-Prills verwandt, um die physi-kalischen Eigenschaften der Anfo-Sprengstoffe hinsichtlich ihrer Charak-teristik zu beeinflussen. Da die Dense-Prills über keine Poren verfügen, durchdie sie das Öl aufnehmen könnten, wirdbei der Herstellung des Sprengstoffs

höherviskoses Öl verwandt, welchesdie Dense-Prills nur benetzt. DieseAnfo-Sprengstoffe sind jedoch für densofortigen Einsatz bestimmt, da sichnach längerer Lagerung ein Teil desÖls absetzen würde.

InitiierungAnfo-Sprengstoffe werden i. d. R. mitHilfe einer Schlagladung initiiert. AlsSchlagladung werden häufig kapsel-empfindliche Sprengstoffe, wie z. B.gelatinöse Sprengstoffe, oder Boos-ter eingesetzt. Um Anfo-Sprengstoffeeffizient zu initiieren, ist es notwendig,eine ausreichend dimensionierteSchlagladung mit hoher spezifischerEnergie und Detonationsgeschwindig-keit einzusetzen, um bereits nach kur-zer Anlaufstrecke die maximale Deto-nationsgeschwindigkeit der Hauptla-dung zu erreichen.

In Sprengbohrlöchern mit geringemDurchmesser ist es möglich den gutverdämmten Anfo-Sprengstoff alleinmittels eines Sprengzünders zu zün-den. Auch wenn durch diese Art derInitiierung die maximale Detonations-geschwindigkeit der Hauptladung erstnach einer längeren Anlaufstrecke er-reicht wird, sprechen von Seiten derWirtschaftlichkeit einige Argumente fürdas sogenannte „Nacktsprengen“.

HerstellungDie Herstellung von Anfo-Sprengstof-fen ist recht einfach und beschränktsich auf das Vermischen der Ammoni-umnitrat-Prills mit dem Öl. Beim Ver-mischen der beiden Komponenten istdarauf zu achten, dass die Prillsmöglichst wenig mechanisch bean-sprucht werden und das Öl dosiert,häufig durch Einsprühen, in den

Bild 16: Patronieranlage für großkalibrige Patronen mit Kunststofffolie

Bild 17: Herstellung von Anfo-Sprengstoffen mit einem Mischladefahrzeug ander Sprengstelle

Artikel 1 - „Sprengstoffe im Wandel der Zeit”

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Mischer eingebracht wird, um eineschonende und gleichmäßige Durch-mischung zu erzielen. Neben stationä-ren Mischanlagen in den Betrieben derSprengstoffhersteller werden zuneh-mend die Anfo-Sprengstoffe auch inMischladefahrzeugen am Einsatzorthergestellt, mit den Vorteilen nur dieMenge an Sprengstoff herzustellen,die benötigt wird, die Sprengbohr-löcher direkt mittels dieser Spezial-fahrzeuge zu laden und den Trans-port von Explosivstoffen auf öffentli-chen Straßen zu verringern.

SprengstoffzusätzeAuch unter den Anfo-Sprengstoffengibt es Sprengstoffe, denen zur Leis-tungssteigerung Aluminiumpulveroder Aluminiumgrieß zugemischtwird. Hier besteht die Anforderungdarin, dass sich die pulverförmigenund körnigen Komponenten nichtentmischen, um eine gleichbleiben-de Charakteristik des Sprengstoffszu gewährleisten.

Durch weitere Zusätze bei den Anfo-Sprengstoffen soll die Beständigkeitder Prills gegenüber äußere Einflüsseinsbesondere Luftfeuchtigkeit, durchdie die Stabilität der Prills herabgesetztwird, verbessert werden. Zu diesenZusätzen gehören Kaolin und Fettami-ne, mit denen die Prills beschichtet,man spricht hier auch vom „Coating“,und so direkt vor Feuchtigkeit ge-schützt werden.

Magnesiumnitrat als Zusatz mit einemGewichtsanteil von

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Artikel 2 - „Wirkprinzip moderner Sprengstoffe”

Physikalisch-chemisches Wirkprinzipmoderner Emulsionssprengstoffe

Helmut SchneiderEin Beitrag von:

EinleitungIn den letzten Jahren wurden auf demGebiet der Sprengstoffe immer bes-sere und effizientere Stoffe entwickeltund angewendet. In der täglichen Ge-winnungssprengung wird auchweiterhin der Kosten-Nutzen-Aspektden Einsatz der Sprengstoffe undSprengstoffsysteme bestimmen.Eine der bemerkenswertesten Ent-wicklungen auf diesem Gebiet wa-ren und sind bis heute die Emulsi-onssprengstoffe. Sie sind im Ver-gleich zu den gelatinösen Spreng-stoffen umweltfreundlicher, zeichnensich durch hohe Leistungsfähigkeit,bei gleichzeitiger hoher Handhabungs-sicherheit aus. Seit Jahren schon wer-den sie in pumpfähiger und patronier-ter Form in der täglichen Anwendungin Steinbrüchen wie auch Untertagemit großem Erfolg eingesetzt. In all die-sen Jahren, bis zum heutigen Tag,werden die Emulsionssprengstoffe ver-bessert und dort wo möglich, den Er-fordernissen und Kundenwünschenangepasst.

Emulsionsbegriff imHinblick auf Emul-sionssprengstoffeWas ist eine Emulsion?Eine Emulsion ist eine Mischung, dieaus mindestens zwei ineinandernahezu unlöslichen Flüssigkeiten be-steht (Bild 1). Die eine Flüssigkeit bildetdazu eine äußere oder kontinuierlichePhase, in der die zweite, innere oderdisperse Phase, in Form von Tropfenverteilt ist.

Die Emulsionssprengstoffe gehören zuder Gruppe der Wasser-in-Öl Emul-sionen.

Der Anteil der wässrigen Salzphase(Oxidizerlösung) kann mehr als 90%betragen und besteht zu über 70%aus Sauerstoff liefernden Salzen (z.B.Ammoniumnitrat, Natriumnitrat) undtypischerweise zwischen 10 und 20%Wasser.

Die Ölphase besteht aus oxidierbarenKomponenten wie Öl und Wachs. DieMenge dieser sogenannten Fuelpha-se liegt unter 10%.

Wie bekommt man ausdiesen unterschiedlichenLösungen eine Emulsion?Würde man die reine wässrige Salzlö-sung (Oxidizer) mit Mineralöl (Fuel)zusammen schütten und rühren, wärekeine dauerhafte und stabile Bindungder beiden Phasen zu einer Emulsionmöglich. Sie würden sich nach kurzerZeit entmischen und sich wieder alszwei eigene Phasen ausbilden.

Erst durch Verwendung eines Emulga-tors bei gleichzeitigem Einbringen vonEnergie bildet sich bei dem Vermi-schen der beiden Phasen eine dauer-hafte, stabile Emulsion aus.

Was ist ein Emulgator?Emulgatoren gehören zur Stoffklasseder Tenside und sind in ihrem chemi-schen Molekülaufbau so strukturiert,dass sie an den Grenzflächen der Stoffewirksam werden (Bild 2). Das heißt:Durch ihre hydrophilen (wasserbindend)

und lipophilen (ölfreundlich) Eigen-schaften sind sie in der Lage die wäss-rige mit der öligen Phase dauerhaft zuverbinden. Sie setzen dabei die Grenz-flächenspannung zwischen den beidenPhasen herab und erreichen damiteine Stabilisierung der Emulsion. So-wohl Elastizität als auch Viskosität derGrenzflächenfilme sind wichtige Fak-toren der Emulsionsstabilisierung undhängen stark vom Emulgator ab.

Wurden anfangs überwiegend Sorbit-an mono oleat - Emulgatoren in derHerstellung der Emulsionssprengstof-fe eingesetzt, so haben sich heuteEmulgatoren auf der Basis eines Po-lyisobutylen succinic anhydrid bestensbewährt.

Was passiert beimEmulgieren?In der Praxis wird zu bereits aus Mine-ralöl und Emulgator vorgemischtemFuel, bei gleichzeitigem Einbringenvon Energie die Oxidizerlösung zuge-führt - Voremulgieren. Anschließendwird die Rohemulsion noch durchweitere Einrichtungen mechanisch „be-arbeitet“ und die gewünschte Viskosi-tät eingestellt (Bild 3) .

Bild 1: Emulsionsbegriff am Beispiel des Zweiphasensystems: Emulsions-sprengstoff

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Durch die mechanische Energie wirddie Oxidizerlösung in feinste Tröpfchenmit einer Größenverteilung von ca. 0,5-10 μm aufgebrochen und es entstehteine sehr große Grenzfläche. An denBruchstellen setzt sich der Emulgatormit seinen „verbindenden“ Eigenschaf-ten fest. Dabei ummantelt das amEmulgator hängende Öl die wässrigenTropfen mit einem hauchdünnen Ölfilmund schließt ihn so ein. Dabei entstehtein unter dem Mikroskop gut zu er-kennendes Wabenmuster. Die Größeder Wassertröpfchen ist von der ange-wendeten Energie und von den Eigen-schaften des Emulgators abhängig.Je schneller ein Emulgator die Bruch-stellen an dem Wassertropfen beset-zen und mit seinem Ölfilm ummantelnkann, desto kleiner werden die Was-sertropfen bleiben (Bild 4).

Gelingt es dem Wassertropfen jedochden Ölfilm zu durchbrechen und sich

wieder mit einem anderen Wassertrop-fen zu verbinden, werden die Eigen-schaften der Emulsion verändert. Dieskann bis zur Kristallisation des imWassertropfen gelösten Salzes führen.Man spricht dann vom „Brechen“ derEmulsion! Eine gebrochene Emulsionist für die Sprengstoffherstellung nichtmehr verwendbar.

Weg von derEmulsion zu einemSprengstoffDie Sensibilisierung der Emulsion zueiner Sprengstoffemulsion kann überzwei verschiedene Verfahren erreichtwerden:

- durch das Einmischen von Mikro-glashohlkörpern („Glasbubbles“)oder

- durch die chemische Sensibilisie-rung („chemical gassing“).

War zu Beginn der Emulsionsspreng-stoffe die Sensibilisierung mit Glas-bubbles die überwiegende Vorgehens-weise, so wird heute die chemischeSensibilisierung beim größten Anteilder Emulsionssprengstoffe angewandt.

Bei der chemischen Sensibilisierungwird durch Einmischen einer Natrium-nitritlösung eine gasbildende chemi-sche Reaktion innerhalb der Emulsi-on erzeugt. Dabei wird die zur Deto-nation notwendige Dichtereduzierungvon einer inerten Emulsion bis hin zueinem kapselempfindlichen Emulsions-sprengstoff bewirkt. Um die Zieldich-te des Sprengstoffes erreichen zu kön-nen, muss die Zugabemenge der Na-triumnitritlösung auf die verwendeteEmulsionsmatrix abgestimmt sein. Beiden meisten Anwendungen wird alsweitere Steuerungsmöglichkeit nocheine zweite „Gasserlösung“, in der Re-gel Essigsäure, zugegeben. Sie dientdazu den pH-Wert der Emulsion zu sen-ken und damit die Reaktion der Gas-erzeugung zu beschleunigen (Bild 5).

Die Gassingeigenschaft von chemischsensibilisierten Emulsionssprengstof-fen wird über deren Dichte bestimmt.Die Sprengstoffeigenschaft wird dabei

Bild 2: Begriff und Wirkprinzip von Emulgatoren

Bild 3: Voremulgieren der Oxidizer-und Fuelphase zur Emulsion

1500-fache Vergrößerung von zwei Emulsionen mit verschiedenen Emulgatoren

Bild 4: Vom Emulgator abhängige Tröpfchengröße der Emulsion

Schneider „Wirkprinzip moderner Sprengstoffe” - Artikel 2

Emulgatoren erniedrigen die Grenzflächen-

spannung zwischen disperser (Oxidizer) und

kontinuierlichen Phase (Fuel) und erleichtern

damit die Tropfenzerkleinerung beim Emulgieren.

unpolar (öllöslich)

Emulgatoren sind an den Grenzflächen aktiv

Vereinfachtes Prinzip

polar (salzlöslich)

kurz = schelle Emulgierung lang = bessere Stabilität

polare LösungAN-Tropfen

unpolarFuel

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qualitativ durch eine sichtbare Volu-menzunahme (Bild 6) oder quantitativdurch den Gewichtsverlust über eineWaage ermittelt.

Bei Gewinnungssprengungen in denSteinbrüchen wird heute auch mit ei-ner Kombination aus Emulsions- undANC–Sprengstoff (= ANFO) gearbei-tet. Dieser Sprengstoff wird direkt amBohrloch gemischt und hineinge-pumpt. Hierbei wird der Emulsionmeist ein Anteil von ANFO, der un-ter 50% beträgt, zugemischt. DieSensibilisierung erfolgt wie beimEmulsionssprengstoff durch „Chemi-cal Gassing“. Dieser Sprengstoff hatim Vergleich zu reinem Emulsions-sprengstoff eine langsamere Detona-

Bild 5: Chemismus der Gasbildung bei der Umsetzung eines Emulsions-sprengstoffes

Probenahme zum Qualitätsnach-weis eines chemisch sensibili-sierten Emulsionssprengstoffes:

1 Probenahme im Becher

2 Abstreichen der Oberflächeund Gewicht bestimmen

3 Gasen lassen

4 Qualitativer Nachweis des„chemical gassing“ durchVolumenzunahme à Bild

5 Quantitativer Nachweisdurch erneutes Abstreichenund Wiegen

6 Dichteberechnung bei bekann-tem Volumen des Bechers

Bild 6: Volumenzunahme beim Emulsionssprengstoff als Qualitätsmerkmal

tionsgeschwindigkeit und etwasmehr Schwadenvolumen. Er kann,durch den hohen Emulsionsanteil,auch in wasserführenden Bohrlö-chern eingesetzt werden. Wird einSprengstoffsystem benötigt, dasnoch größeres Schwadenvolumenbei relativ niedriger Detonationsge-schwindigkeit liefert, so wird derEmulsion ein Anteil von über 50%ANFO zugemischt. Man erhält damiteinen Sprengstoff, dessen Leistungs-vermögen das der ANFO-Sprengstoffenoch übertrifft. Durch den hohenANFO-Anteil kann dieser Sprengstoffaber nicht in wasserführenden Bohr-löchern verwendet werden. Er ist dannauch nicht mehr pumpfähig, sondernwird pneumatisch eingeblasen.

Für die Anwendung Untertage wirdauch ein Pumpsystem mit Ein-Kompo-nenten-Gassing eingesetzt. DiesesPumpsystem zeichnet sich durch sei-ne unkomplizierten Steuerungsmög-lichkeiten aus, und ist somit einfachund schnell zu erlernen. Durch denWegfall der ätzenden Essigsäure alszweite Gassingkomponente ist diesesSystem für Untertage, in Bezug auf dieArbeitssicherheit, dem Zwei-Kompo-nenten-Gassing deutlich überlegen.Auch kann die verwendete Natriumni-tritlösung unter 5% Natriumnitritkon-zentration bleiben und ist in dieserLösung nicht mehr als „Gift“ zu kenn-zeichnen. Bei optimierter Einstellungder Emulsionsmatrix auf das Anforde-rungsprofil vor Ort ist das Sprenger-gebnis den anderen Sprengstoffsyste-men ebenbürdig. Ein Beispiel für einederartige untertage einsetzbare Pump-einrichtung zeigt Bild 7.

Detonationsvorgangbei der Umsetzungvon Emulsions-sprengstoffen

Erster ProzessteilDurch die Initierung einer Zündladungwerden zunächst die Gasblasen imNahbereich der Zündladung sehrschnell komprimiert und dabei starkaufgeheizt (Bild 8). Da die Kompressionder Blasen nahezu adiabatisch verläuft,werden an den Grenzflächen der Bla-senwandung und der Flüssigkeit so-genannte „hot spots“ frei, die die Ak-tivierungsenergie für die chemischeUmsetzung von Sauerstoffträger undBrennstoff darstellen. Durch die Viel-zahl der im Sprengstoff frei werdenden„hot spots“ bildet sich ein Druckprofilaus. Dieser Vorgang wird als langsa-me Detonation bezeichnet.

Aufgrund des Dichteunterschieds zwi-schen den Gasblasen und demSprengstoff kommt es zu einem zwei-ten Prozess.

Zweiter ProzessteilDie eintreffende Stoßwelle der Zünd-ladung komprimiert die Gasblasenetwas und beschleunigt diese stärkerals die dichteren Bereiche des Spreng-stoffes (Bild 9). Die Gasblasen errei-chen somit eine, relativ zur Stoßwelle,höhere Geschwindigkeit und gelangenso in ein Gebiet niedrigeren Druckes.In diesem expandieren die Gasblasenschlagartig und setzen dabei eine hohe

Artikel 2 - „Wirkprinzip moderner Sprengstoffe”

Gassing-Komponenten

dient als

Stickstoff-Lieferant

dient als Steuerung

für die Geschwindigkeit

der Reaktion durch

Veränderung despH-Wertes (H ) im System+

Natriumnitrit Essigsäure

Mechanismus der Gassing-Reaktion:

2 NO + H + NH OH + H N(CS)NH = 5 H O + 2 N + SCN2 4 2 2 2 2+ --

NO + NH = 2 H O + 2 N2 4 2- +

2vereinfacht:

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Energie frei. Dieser Vorgang wird alsschnelle Detonation bezeichnet.

Da nur Blasen gleicher Größe undGeschwindigkeit diesen Zustanderreichen, tritt eine sehr gleichmäßigeDruckerzeugung bzw. Detonations-front auf.

ZusammenfassungSeit ca. 20 Jahren sind Emulsions-Sprengstoffsysteme bei Gewinnungs-sprengungen in wachsendem Maße imEinsatz.

Ihre Technik wird dabei immer denaktuellen Bedürfnissen der Sprengpra-xis unter Ausnutzung der naturwissen-schaftlichen und technischen Entwick-lungen angepasst.

Die zur Verwendung kommende Emul-sionsmatrix wird auch in Zukunft durchbessere Emulgatoren, sowie veränder-ten Rezepturen noch leistungsfähigerwerden können.

Durch die unterschiedlichsten Steuer-möglichkeiten sind wir heute in derLage ein breites Spektrum von Leis-tungsdaten mit nur einer Emulsions-matrix zu erreichen.

Bild 7: MaxiPump von Orica Germany GmbH mit 1000 kg Emulsionstank,autarkes System auf Multicar montiert

Bild 8 Erste Phase bei der Detonation eines Emulsions-sprengstoffes

Bild 9: Zweite Phase bei der Detonation eines Emulsions-sprengstoffes

Auch in der Zukunft wird das Emulsi-ons-Sprengstoffsystem zu den führen-den Sprengstoffsystemen gehören undseinen Markt durch die bereits erwähn-

ten Vorteile wie Umweltfreundlich-keit, Handhabungssicherheit und denKosten-Nutzen-Aspekt weiter aus-bauen.

Schneider „Wirkprinzip moderner Sprengstoffe” - Artikel 2

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Artikel 3 - „Sprengarbeiten über Tage”

Einsatz patronierter Emulsions-sprengstoffe im KalksteinwerkSöhnstetten der Wager-Fischer GmbHSeit der Entwicklung der Emulsions-sprengstoffe vor einigen Jahrzehntenist ihr Marktanteil bei sprengtechni-schen Anwendung im Bergbau stetiggestiegen. Diese Entwicklung ist mitSicherheit damit zu begründen, dassdie Emulsionssprengstoffe durch ihrephysikalischen Eigenschaften, wie vorallem ihre Wasserbeständigkeit, undihre sprengtechnischen Kennwerte,hier sei nur ihre Detonationsgeschwin-digkeit erwähnt, anderen Sprengstoff-typen nicht nachstehen. Auch bietetder Markt eine Vielzahl von verschie-denen Emulsionssprengstoffen in pa-tronierter und loser, pumpbarer Forman, die sich aufgrund unterschiedlicherZusammensetzung und der Zugabevon Additiven in ihren charakteristi-schen Eigenschaften unterscheiden.So stehen für viele sprengtechnischeAnwendungen Emulsionssprengstoffemit einer für den Einsatz optimalenCharakteristik zur Verfügung.

Trotz des sehr wirtschaftlichen Ladensvon Emulsionssprengstoffen mittelseines Mischladefahrzeuges, zeigt dieim Folgenden beschriebene spreng-technische Anwendung im Kalkstein-werk Söhnstetten der Firma Wager-Fischer, dass der Einsatz patronierterEmulsionssprengstoffe beim Aufbaueiner Ladesäule mit mehreren Lade-abschnitten von Vorteil ist.

KalksteinwerkSöhnstettenDie Firma Wager-Fischer betreibt 10km westlich der Stadt Heidenheim aufder Schwäbischen Alb die SteinbrücheSöhnstetten und Böhmenkirchen. Dasöstlich von Söhnstetten gelegeneWerk ist aus dem ehemaligen Gemein-desteinbruch entstanden und wurdeab 1956 von Gustav Wager zu einemleistungsfähigen Schotterwerk ausge-baut. Zu ihrem heutigen Namen kamdie Firma 1976 durch den Zusammen-schluss der beiden Steinbrüche Wa-ger und Fischer zu „SchotterwerkeWager-Fischer“.

Die Steingewinnung in Söhnstetten undBöhmenkirchen hat jedoch eine viellängere Tradition. Eine zu Beginn desletzten Jahrhunderts erschienene lan-deskundliche Publikation schildert diewirtschaftliche Bedeutung der Minera-lienproduktion in der Region wie folgt:„Die Mineralienproduktion ist nichtunerheblich. Die Gewinnung beschäf-tigt während des ganzen Jahres vieleArbeiter“. Aus diesem Grund warenMaurer, Steinhauer und artverwandteBerufe in der standesgemäßen Struk-tur der Bevölkerung von Böhmenkir-chen und Söhnstetten vorherrschend.

Heute werden an den StandortenSöhnstetten und Böhmenkirchen Kalk-steine des Weißen Jura abgebaut undunter anderem zu Schotter, Splitten,

Edelsplitten Brechsand und Flussbau-steinen aufbereitet.

GeologieDie Schwäbische Alb ist ein deutschesMittelgebirge, das sich vom Nördlin-ger Ries bis zur Schweizer Grenze über180 km erstreckt. Seine nördliche Be-grenzung ist der Albtrauf, die Schicht-stufe des Malm. Die Gesteine desMalm, im Deutschen auch Weißer Juragenannt, entstanden vor 157 bis 145Millionen Jahren aus Riffen im Flach-meer. Der Malm besteht aus KalkCaCO3, manchmal auch aus DolomitCaMg(CO3)2, und weist nur sehr gerin-ge Verunreinigungen aus. Daherkommt auch die weiße Farbe, die zumdeutschen Namen geführt hat.

Bild 1: Die Landschaften des Weißen Jura in Baden-Württemberg

Dipl.-Ing. (FH) Dirk GrotheEin Beitrag von:

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SprengtechnikIm Steinbruch Söhnstetten erfolgt derAbbau auf drei Gewinnungssohlen,die eine Bruchwandhöhe von 26 m auf-weisen. Übliche Gewinnungsspren-gungen bestehen aus 8 - 12 Bohrlö-chern, die eine Tiefe von 28 m undeine Neigung von 75° haben. DieBohrlöcher mit einem Durchmesservon 110 mm werden mit einer Vorga-be von 5 m und einem Seitenabstandvon 4 m gebohrt.

An die Sprengungen werden unter-schiedlichste Forderungen gestellt.Zum Einen soll nach der Sprengungdie entstandene Ladesohle eben undandererseits gerade im oberen Be-reich der Sprengung der bankig ge-lagerte Kalkstein nicht zu fein zertrüm-mert sein. Aus diesem Grund hat mansich für einen dreigeteilten Ladesäu-lenaufbau entschieden.

Als sprengkräftige Fußladung, die denBereich der größten Verspannung lö-sen muss, werden 5 Patronen desEmulsionssprengstoffes Nobelit EPmit jeweils 2,0 kg Patronengewicht ein-gesetzt. Nobelit EP ist ein durch che-misches Gasen sensibilisierter patro-nierter Emulsionssprengstoff. Der An-

teil poröser Ammoniumnitrat-Prills ver-größert sein Schwadenvolumen undmacht Ihn gerade im Kalksteinbesonders leistungsfähig. Währenddes Produktionsprozesses wird derchemisch eingeleitete Sensibilisie-rungsprozess der Patronen durch Ab-kühlung gestoppt, so dass die Patro-nen ihre charakteristische, wachsarti-ge Konsistenz erhalten.

Bei trockenen Bohrlöchern werden immittleren Teil der Ladesäule 75 kgAndex 1N eingesetzt. Andex 1N istein loser Anfo-Sprengstoff, der im Kar-ton oder als Sackware geliefert wird.Bei wasserführenden Bohrlöchernmuss auf den Einsatz des wasserlösli-chen Andex 1N verzichtet werden. Indiesem Fall wird auch im mittleren La-desäulenteil Nobelit EP verwendet.Den Abschluss der Ladesäule bildetder patronierte Anfo-SprengstoffWandex P mit einem Durchmesser von65 mm und einem Patronengewichtvon 2,5 kg. Wandex P ist wie Andex1N ein Anfo-Sprengstoff bestehendaus 94% porösen Ammoniumnitrat-Prills und ca. 6% Mineralöl als Koh-lenstoffträger. Mit dem patroniertemAnfo-Sprengstoff Wandex P kann ge-rade im oberen, am wenigsten ver-

spannten Bereich, der spezifischeSprengstoffaufwand reduziert werden,so dass die Zertrümmerung des Kalk-gesteins der natürlichen Schichtungfolgt.

Unter Verwendung von Sprengschnur(Dynacord 40), die ein Füllgewicht von40 g Nitropenta auf einem MeterSprengschnurlänge aufweist, werdendie Sprenganlagen vom Bohrloch-mund aus gezündet. Zur Initiierung derSprengschnüre werden elektrischeKurzzeitzünder von Typ Dynadet ein-gesetzt.

ZusammenfassungSeit ihrer Entwicklung werden Emulsi-onssprengstoffe mit zunehmendemMaße im Bergbau eingesetzt. Auf-grund der Großen Anzahl an Produkt-varianten findet sich für viele spreng-technische Anwendungen der geeig-nete Emulsionssprengstoff. Trotz deroft wirtschaftlichen Möglichkeit Emul-sionssprengstoffe mittels Mischlade-fahrzeuge zu laden, zeigt die beschrie-bene sprengtechnische Anwendungim Kalksteinwerk Söhnstetten, dass inbestimmtem Fällen der Einsatz vonpatronierten Emulsionssprengstoffenvon Vorteil ist.

Bild 2: Vorbereitung einer Sprengung Bild 3: Ladearbeiten am Haufwerk

Grothe „Sprengarbeiten über Tage” - Artikel 3

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Bergingenieur Michael LudwigEin Beitrag von:

EinleitungNeben dem immer größeren Wirt-schaftlichkeitsaspekt beim spreng-technischen Gewinnen von Rohstoffenstehen heute Umwelteinflüsse wieStaub, Lärm und Erschütterungen imFokus der Behörden und der benach-barten Wohn- wie auch Industriebe-bauung.

Es soll aufgezeigt werden, welcheMöglichkeiten beim Einsatz von mo-dernen Pumpsprengstoffen in Verbin-dung mit neuesten Bohrloch- undBruchwandvermessungssystemen be-stehen.

Planung und Durchführung einerübertägigen Gewinnungssprengung mitgepumpten Emulsionssprengstoffen

Neben allgemeinen Aussagen zurDurchführung von Großbohrloch-sprengungen mit gepumpten Emulsi-onssprengstoffen, werden spezielleFakten beispielhaft von einer Spren-gung in einem Steinbruch, in demKuselit abgebaut wird, einbezogen.

WandvermessungUm definierte Sprengungen durch-zuführen, ist es unerlässlich, die zusprengende Bruchwand genau zuvermessen. In früheren Jahren wurdendie Parameter wie Wandhöhe, Wand-neigung, Länge der zu sprengendenBruchwand sehr aufwendig mittels

Theodolit aufgenommen. Dabei war eskeine Seltenheit, dass solche Vermes-sungen sich über mehrere Tage hin-zogen. Die anschließende Auswertungdauerte meist noch länger. Seit eini-gen Jahren werden hierzu reflektorlo-se Laservermessungen durchgeführt.Bei diesen Vermessungen werden obe-re und untere Bruchwandkanten, so-wie die Kontur der Bruchwand erfasst(Bilder 1 und 2).

Die Erfassung der Kontur stellt vor al-lem ein großes sicherheitliches Plusdar (Bild 3), denn hier kann das mög-liche Ausbruchverhalten genau be-stimmt und in einem Bohrlochschnitt- einem sogenannten Profil - dargestelltwerden. Durch entsprechende Spreng-stoffdosierung kann dadurch Steinflug-gefahr minimiert werden. Hierbei kön-nen moderne Auswertesoftware wiedas von Orica entwickelte „SurveyPlus”nicht nur Vorgaben, die genau in Wurf-richtung liegen, erfassen und darstel-len, sondern es werden dreidimensio-nale Betrachtungen möglich (Bild 4).Dadurch können Mindervorgabenrechts und links vom Bohrlochebenfalls berücksichtigt werden undeine weitere Erhöhung der Sicherheitgewährleisten.

Bild 1: Erfassung der zu sprengenden Bruchwand - Prinzip des Scannens zurProfilermittlung

Wandvermessungmittels Laser

Bild 2: Erfassung der zu sprengenden Bruchwand - Grundriss als Vermes-sungsergebnis

Wandvermessung mittels Laser

Artikel 4 - „Sprengarbeiten über Tage”

18.59

1.19

3.74

4.68

6.66

9.66

10.83

17.84

18.93

4.76

4.3214

0.22

4.314.05

5.07

5.185.04

4.79

4.94Wandvermessung mittels Laser

Schnitt in Bohrloch- ebene = Profil

Bild 3: Erfassung der zu sprengen-den Bruchwand - Profil alsVermessungsergebnis

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Bohrloch-vermessungNachdem die Bruchwand erfasst undausgewertet ist, werden die Bohrloch-ansatzpunkte durch den Planer fest-gelegt. Sicherlich hat in den letztenJahren eine wesentliche Verbesserungder Bohrgenauigkeit durch moderneBohrgeräte Einzug gehalten; diesschließt aber nicht aus, dass es z.T. zuwesentlichen Abweichungen kommenkann. Bei der Kontrolle des Bohrloch-verlaufes mit Taschenlampe und Neclisind der Erfassung schnell Grenzengesetzt, wenn das Bohrloch stark ver-läuft oder Wasser im Bohrloch steht.Es ist aber unbedingt notwendig,größere Bohrlochverläufe zu erfassen,um einerseits Steinflug bei zu kleinenVorgaben und andererseits Erschütte-rungen durch zu große Vorgaben zuvermeiden (Bild 5 ).

Ergebnisse, die im Regelfall ausrei-chend sind. Benötigt man einen kon-tinuierlichen Nachweis des Bohrloch-verlaufes werden heute Sensoren insBohrloch abgelassen, die eine relative

Neben der Methode der Bohrlochver-messung mittels Taschenlampe undNecli, besteht die Möglichkeit, dieVorgabe mit Radiowellen zu messen(Bild 6). Hierzu wird in das Bohrlochein Sender herabgelassen und vor demBohrloch der Empfänger positioniert.Auf dem Empfänger kann nun die ab-solute Vorgabe abgelesen werden.Diese Messmethode liefert punktuelle

Methoden derBohlochvermessung

Einfache Methoden:Taschenlampe und Necli

Spezielle Sonden mitSender und Empfänger:- Diademe- Tepex- Radiosonde- Boretrak

Bild 6: Möglichkeiten der Erfassungvon Lage und Richtung derhergestellten Sprengbohr-löcher

Bilder 7a und 7b: Erfassung der Lage und Richtung der hergestellten Spreng-bohrlöcher mit einer Kabelsonde - Beispiel: Boretrak

Bild 8: Auswertung der Lage und Richtung der hergestellten Sprengbohrlö-cher am Beispiel der Boretrak-Daten

Bild 4: Erfassung der zu sprengenden Bruchwand - Profil mit 3D-Informationen

Survey Plus

3D Abständemin. seitlicher Abstand

Ludwig „Sprengarbeiten über Tage” - Artikel 4

Vorgabe wzu groß

Vorgabe wzu gering

Bild 5: Notwendigkeit der Erfassungvon Lage und Richtung derhergestellten Sprengbohrlöcher

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Artikel 4 - „Sprengarbeiten über Tage”

Abweichung ermitteln (Bilder 7 und 8).Mit diesen Daten ist man z.B. bei dem„SurveyPlus” in der Lage mit derBruchwandvermessung und den ent-sprechenden Profilen eine Soll-Ist-Abweichung darzustellen.

PumpsprengungBeladen des Misch-Lade-FahrzeugesNachdem die Sprenganlage hinsicht-lich der Bruchwandkontur und desBohrlochverlaufes kontrolliert wurde,können die Bohrlöcher mit Sprengstoffgeladen werden.

In früheren Zeiten wurden auch großeSprenganlagen mit patronierten undlosen Sprengstoffen als Sackware ge-laden. Stellt man sich eine Sprengan-lage - wie im betrachteten Beispiel -mit 15.000 kg Sprengstoff vor, bedeu-tete dies, es müssen 600 Sprengstoff-kisten oder Säcke gehändelt werden.Das ist aus Gründen der Arbeitsbedin-gungen und der Wirtschaftlichkeit ge-genwärtig kaum mehr vertretbar.

Heutzutage werden chemisch sensibi-lisierte Emulsionssprengstoffe in klei-nen Sprengstofffabriken, die auf LKWmontiert sind, hergestellt und sofort

in die Sprengbohrlöcher gepumpt(Bild 9). Diese Mischladefahrzeugesind in der Lage computergestütztnach fest vorgegebenen Formeln ver-schiedene Sprengstoffe herzustellen.Dabei werden auf dem Weg vom Her-steller in den Steinbruch keine Spreng-stoffe über die Straße transportiert.Diese werden erst unmittelbar vor demEinbringen in die Sprengbohrlöcheraus den einzelnen Komponenten zu-sammengemischt.

Ein Mischladefahrzeug kann bei ent-sprechender Konstruktion bis zu vierSprengstofftypen wahlweise fertigen.

Je nachdem welcher Sprengstoff ein-gesetzt werden soll, wird dieser überdie am Heck befindliche Verdränger-pumpe ins Bohrloch gepumpt oderdurch die über dem Fahrzeug liegende

Förderschnecke ins Bohrloch einge-rieselt.

Der Hauptbestandt