ДЕТОНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО НА ОСНОВЕ БРИЗАНТНОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА Российский патент 1997 года по МПК F42B3/10 

Изобретение относится к области взрывных работ, в частности к средствам взрывания, и может использоваться в инициаторах детонации зарядов взрывчатых веществ (ВВ) при проведении взрывных работ в горнодобывающей и нефтегазовой промышленности и строительстве.

Основными требованиями, предъявляемыми к средствам инициирования, являются безопасность в обращении и высокая надежность срабатывания. Для обеспечения этих требований используются различные пути. Наиболее радикальным способом повышения безопасности средств инициирования является исключение из их состава инициирующих ВВ.

Известно детонирующее устройство [1] электродетонатор (ЭД), представляющее собой корпус, в котором размещены воспламенительный элемент (электровоспламенитель), защитная втулка, промежуточная оболочка, содержащая зажигательный, замедляющий и воспламенительный составы, инициируемый заряд бризантного ВВ, состоящий из двух частей: низкоплотной и высокоплотной. Принцип работы указанного ЭД основан на процессе перехода горения в детонацию заряда бризантного ВВ в прочной оболочке.

Недостатком данной конструкции является невысокая надежность срабатывания, обусловленная сильной зависимостью вероятности перехода горения в детонацию от прочности корпуса и плотности низкоплотной части инициируемого заряда. К недостаткам следует также отнести токсичность продуктов разложения вследствие содержания в воспламенительном составе солей свинца, а также сложность технологии изготовления, связанная с приготовлением чувствительного смесевого воспламенительного состава и необходимостью изготовления инициирующего заряда, состоящим из двух частей с разной плотностью запрессовки.

Известно детонирующее устройство на бризантном ВВ [2] содержащее полый корпус, в котором последовательно расположены воспламенительный элемент (электровоспламенитель), инициирующий заряд бризантного ВВ, жестко закрепленная в корпусе перегородка (мембрана), перекрывающая направляющий канал, и инициируемый заряд бризантного ВВ высокой плотности, расположенный в конце направляющего канала. Принцип работы указанного детонирующего устройства заключается в том, что при срабатывании воспламенительного элемента зажигание инициирующего заряда бризантного ВВ приводит к росту давления, достаточному для вырубания части перегородки, ее разгону в направляющем канале корпуса и удару о заряд плотного бризантного ВВ, обеспечивающему инициирование детонации в последнем.

Недостатком этой конструкции является низкая надежность срабатывания ЭД из-за непредсказуемости характера соударения перегородки с инициируемым зарядом ВВ. Недостатками являются также опасность снаряжения и изготовления электродетонатора, сложность его конструкции.

Наиболее близким к заявляемому является детонирующее устройство (детонатор без инициирующего ВВ), содержащее полый корпус с закрытым дном, в котором последовательно размещены воспламенительный элемент, промежуточная оболочка, содержащая инициирующий заряд из бризантного ВВ и перегородку в виде чашечки, и инициируемый заряд бризантного ВВ, состоящий из двух частей: промежуточной, плотность которой меньше плотности инициирующего заряда ВВ, и основной высокоплотной части заряда [3] При срабатывании воспламенительного элемента загорается инициирующий заряд, давление газов в промежуточной оболочке повышается с образованием слабой ударной волны, которая наталкиваясь на перегородку становится достаточно сильной для обеспечения ускоренного перехода горения в детонацию промежуточной части инициируемого заряда, а затем детонации основной части инициируемого заряда.

Недостатком данной конструкции является сложность технологии изготовления детонатора, обусловленная необходимостью приготовления мелкокристаллического бризантного ВВ, изготовления и установки в промежуточную оболочку перегородки сложной формы, формирования инициируемого заряда прессованием не менее чем в два приема для обеспечения заданной в жестких пределах плотности промежуточной части инициируемого заряда.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания детонирующих устройств безопасных в обращении, надежных в работе и простых в изготовлении.

Техническим результатом изобретения является упрощение технологии изготовления детонирующего устройства на основе бризантных ВВ и повышение надежности его работы.

Этот результат достигается тем, что в предлагаемом детонирующем устройстве, содержащем корпус с закрытым дном, в котором последовательно размещены воспламенительный элемент и промежуточная оболочка с инициирующим зарядом и инициируемым зарядом, расположенным в ней частично или полностью, инициирующий заряд помещен в дополнительную оболочку. Дополнительная оболочка частично или полностью размещена внутри промежуточной оболочки и выполнена с отверстием со стороны воспламенительного элемента.

Толщина дополнительной оболочки со стороны инициируемого заряда может быть меньше, чем толщина остальной части оболочки.

Дополнительная оболочка может быть выполнена с открытым торцом со стороны инициируемого заряда. В этом случае между инициирующим и инициируемым зарядами может устанавливаться перегородка, частично или полностью размещаемая внутри дополнительной оболочки. Площадь поперечного сечения перегородки равна площади поперечного сечения инициирующего заряда.

Перегородка может быть выполнена в виде чашечки, обращенной донышком к инициируемому заряду.

Между воспламенительным элементом и инициирующим зарядом могут быть установлены замедляющий или воспламенительный составы, или оба состава вместе, при этом воспламенительный состав располагается между инициирующим зарядом и замедляющим составом. Замедляющий и/или воспламенительный состав предпочтительно размещать в дополнительной оболочке.

Между воспламенительным элементом и замедляющим составом может располагаться зажигательный состав.

Размещение инициирующего заряда в дополнительной оболочке обеспечивает необходимые условия для ускоренного перехода горения в детонацию при плотностях запрессовки инициирующего и инициируемого зарядов, изменяющихся в широких пределах.

Для ускоренного перехода требуется обеспечить прорыв под достаточно высоким давлением газообразных продуктов горения инициирующего заряда в низкоплотную часть инициируемого заряда. Величина давления прорыва газов определяется прочностью стенок дополнительной оболочки. Так как дополнительная оболочка размещена внутри промежуточной оболочки, то при прессовании инициируемого заряда частично или полностью в промежуточную оболочку вследствие трения ВВ о внутреннюю поверхность оболочки минимальная плотность инициируемого заряда реализуется на поверхности его раздела с дополнительной оболочкой.

Это позволяет отказаться от установки в детонирующее устройство перегородки сложной формы и производить прессование инициируемого заряда в один прием, т.е. упростить технологию изготовления при сохранении надежности работы детонирующего устройства.

Выполнение дополнительной оболочки разнотолщинной (толщиной со стороны инициируемого заряда меньшей, чем толщина остальной части) позволяет обеспечить более стабильные условия прорыва газов в инициируемый заряд и перехода горения инициируемого заряда в детонацию.

Выполнение дополнительной оболочки с открытым торцом со стороны инициируемого заряда упрощает технологию изготовления дополнительной оболочки. При этом надежность возбуждения детонации инициируемого заряда сохраняется, так как давление прорыва газообразных продуктов горения инициирующего заряда остается на высоком уровне и прорыв происходит в низкоплотную область инициируемого заряда. В этом случае под действием давления продуктов горения выталкивание непрореагировавшей части инициирующего заряда происходит в условиях возрастающего сопротивления со стороны сжимаемого инициируемого заряда. Давление прорыва определяется не только параметрами дополнительной оболочки и величиной трения инициирующего заряда о боковую поверхность дополнительной оболочки, но и давлением прессования инициируемого заряда, длинами инициирующего и инициируемого зарядов. Так как площадь поперечного сечения инициирующего заряда, помещенного в дополнительную оболочку, меньше площади поперечного сечения инициируемого заряда, то прорыв газов происходит в ту область инициируемого заряда, которая не испытала сжатия при выталкивании непрореагировавшей части инициирующего заряда и имеет исходную низкую плотность.

Помещение между инициирующим и инициируемым зарядами перегородки с площадью поперечного сечения равной площади поперечного сечения инициирующего заряда, частично или полностью размещенной внутри дополнительной оболочки, позволяет повысить давление прорыва газов в инициируемый заряд. В этом случае на величину давления прорыва газов в инициируемый заряд будет оказывать влияние масса и толщина перегородки.

Выполнение перегородки в виде чашечки, обращенной донышком к инициируемому заряду, упрощает технологию крепления перегородки в дополнительной оболочке.

Замедляющий состав, размещаемый между воспламенительным элементом и инициирующим зарядом, обеспечивает необходимое время срабатывания детонирующего устройства и повышает давление прорыва продуктов горения инициирующего заряда в инициируемый заряд, препятствуя истечению газов из отверстия дополнительной оболочки.

Воспламенительный состав, располагаемый перед инициирующим зарядом, повышает надежность зажигания инициирующего заряда от воспламенительного элемента или замедляющего состава и стабилизирует время срабатывания детонирующего устройства.

Зажигательный состав, располагаемый между воспламенительным элементом и замедляющим составом, увеличивает надежность воспламенения замедляющего состава от инициирующего импульса.

На фиг. 1 изображен продольный разрез детонирующего устройства мгновенного действия; на фиг. 2 замедленного действия.

На чертежах обозначены: 1 корпус, 2 воспламенительный элемент, 3 - отверстие в торце промежуточной оболочки со стороны воспламенительного элемента, 4 промежуточная оболочка, 5 отверстие в торце дополнительной оболочки со стороны воспламенительного элемента, 6 дополнительная оболочка, 7 инициирующий заряд, 8 торец дополнительной оболочки со стороны инициируемого заряда, 9 чашечка, 10 инициируемый заряд, 11 замедляющий состав, 12 воспламенительный состав.

Один из вариантов конкретного выполнения детонирующего устройства приведен на фиг. 1. Корпус детонирующего устройства диаметром 7 мм, длиной 60 мм и толщиной стенок 0,3-0,8 мм представлял из себя биметаллическую гильзу. В качестве инициирующего элемента был использован стандартный электровоспламенитель с жестким креплением мостика. Промежуточная оболочка представляла из себя стальной колпачок внешним диаметром 6,4 мм, длиной 15 мм и толщиной стенок 0,6 мм, выполненный с отверстием диаметром 4 мм со стороны воспламенительного элемента и открытым торцом со стороны инициируемого заряда. Дополнительная оболочка из стали диаметром 5,2 мм и длиной 6 мм была выполнена с отверстием диаметром 1,7 мм в торце со стороны воспламенительного элемента и открытым торцом со стороны инициируемого заряда. Толщина дополнительной оболочки была равна 2,5 мм в торце со стороны воспламенительного элемента и 0,8 мм в остальных частях оболочки. Чашечка с толщиной стенок 0,1 мм диаметром 3,6 мм и высотой 3 мм была изготовлена из никеля. Инициирующий заряд был изготовлен из смеси бистринитроэтилэтилендинитрамина (вещества "Н") и алюминиевого порошка. Инициируемой заряд был изготовлен из пентаэритритетранитрата (вещества тэн). Плотности инициирующего и инициируемого зарядов изменялись в пределах 0,9-1,6 г/см³. Масса инициирующего заряда находилась в пределах 40-70 мг, а инициируемого заряда 0,4-1,7 г.

Другой вариант конкретного выполнения детонирующего устройства представлен на фиг. 2. Его отличительные признаки от предыдущего варианта следующие. Между воспламенительным элементом (отрезком инициирующего волновода типа "Нонель") и инициирующим зарядом размещения замедляющий состав, запрессованный в отверстие дополнительной оболочки диаметром 1 мм. Дополнительная оболочка длиной 10 мм с толщиной стенки в торце со стороны воспламенительного элемента равной 6,5 мм была изготовлена из алюминия с открытым торцом со стороны инициируемого заряда и закреплена в промежуточной оболочке. Инициирующий заряд массой 50 мг был изготовлен из смеси тэна с порошком алюминия, плотность заряда составляла 1,5-1,6 г/см³. Воспламенительный состав массой 30 мг был изготовлен из смеси циркония с суриком свинцовым, а замедляющий состав массой 10 мг из смеси кремния с суриком свинцовым.

Детонирующее устройство, представленное на фиг. 1 работает следующим образом. При срабатывании воспламенительного элемента 2 образовавшиеся газообразные и твердые продукты срабатывания через отверстия 3 в торце промежуточной оболочки 4 воспламеняют инициирующий заряд 7, горение которого происходит при нарастающем давлении газов в дополнительной оболочке 6. Потери энергии из-за истечения газов через отверстие 5 в торце дополнительной оболочки 6 и деформации дополнительной оболочки 6 перекрываются ростом скорости горения (энерговыделения) инициирующего заряда 7. При достижении в дополнительной оболочке 6 определенного давления, достаточного для сдвига чашечки 9, чашечка 9 вместе с непрореагировавшей частью инициирующего заряда 7 выталкивается через открытый торец 8 дополнительной оболочки 6 в инициируемый заряд 10. Дополнительные потери энергии на выталкивание чашечки 9 с непрореагировавшей частью инициирующего заряда 7 перекрываются увеличением скорости горения инициирующего заряда 7, что обеспечивает дальнейшее повышение давления газов в дополнительной оболочке 6. При давлении газов в дополнительной оболочке 6 достаточном для разрыва боковой поверхности чашечки 9 происходит прорыв газов с частичным выдавливанием непрореагировавшей части инициирующего заряда 7 через сквозные трещины в боковой поверхности чашечки 9 в область минимальной плотности инициируемого заряда 10, расположенную между промежуточной оболочкой 4 и боковой поверхностью чашечки 9, внедрившейся в инициируемый заряд 10. В этой области создаются благоприятные условия для "ускоренного" перехода горения в детонацию инициируемого заряда 10 на небольшой его длине.

Принцип работы второго варианта устройства аналогичен. Воспламенительный элемент 2 зажигает замедляющий состав 11, который через заданное время воспламеняет воспламенительный состав 12. Горение распространяется на инициирующий заряд 7, прорыв продуктов горения через непрореагировавшую часть инициирующего заряда 7 приводит к возбуждению детонации в инициируемом заряде 10.

Возможны и другие варианты детонирующего устройства, отличающиеся типом используемых бризантных ВВ и воспламенительного элемента. В качестве воспламенительного элемента могут быть использованы огнепроводный шнур и детонирующий шнур с малым боковым действием. При соответствующем подборе геометрических размеров промежуточной и дополнительной оболочек в детонирующем устройстве могут использоваться другие бризантные ВВ.

Использование: взрывные работы, взрывные устройства, используемые при проведении взрывных работ в горнодобывающей и нефтегазовой промышленности и строительстве. Сущность изобретения: в корпусе 1 детонирующего устройства размещены воспламенительный элемент 2, промежуточная оболочка 4, инициирующий 7 и инициируемый 10 заряды. Инициирующий заряд 7 помещен в дополнительную оболочку 6, частично или полностью размещенную внутри промежуточной оболочки 4 и выполненную с отверстием 5 со стороны воспламенительного элемента 2. Дополнительная оболочка 6 со стороны инициируемого заряда 10 может быть выполнена с меньшей, чем в остальной части толщиной или с открытым торцом. Между инициирующим 7 и инициируемым 10 зарядами может быть установлена перегородка, частично или полностью размещаемая внутри дополнительной оболочки 6. Площадь поперечного сечения перегородки равна площади поперечного сечения инициирующего заряда 7. Перегородка может быть выполнена в виде чашечки 9, обращенной донышком к инициируемому заряду 10. Между воспламенительным 2 элементом и инициирующим зарядом 7 может быть расположен замедляющий и/или воспламенительный состав. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Детонирующее устройство на основе бризантного взрывчатого вещества, содержащее корпус с размещенными в нем воспламенительным элементом и промежуточной оболочкой, в которой размещены инициирующий и инициируемый заряды, отличающееся тем, что инициирующий заряд помещен в дополнительную оболочку, размещенную частично или полностью в промежуточной оболочке и выполненную с отверстием со стороны воспламенительного элемента. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительная оболочка выполнена разнотолщинной и толщина оболочки со стороны инициируемого заряда меньше, чем в остальной части оболочки. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что дополнительная оболочка со стороны инициируемого заряда выполнена с открытым торцом. 4. Устройство по любому из пп.1 3, отличающееся тем, что между инициирующим и инициируемым зарядами установлена перегородка, частично или полностью размещенная в дополнительной оболочке и имеющая площадь поперечного сечения, равную площади поперечного сечения инициирующего заряда. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что перегородка выполнена в виде чашечки, обращенной донышком к инициируемому заряду. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между воспламенительным элементом и инициирующим зарядом помещен воспламенительный состав и/или замедляющий состав. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что между воспламенительным элементом и замедляющим составом размещен зажигательный состав.