ДЕТОНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО НА ОСНОВЕ БРИЗАНТНОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА Российский патент 1998 года по МПК F42B3/10 

Изобретение относится к взрывным работам, 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 (электродетонатор (ЭД)) (А.И. Лурье, "Электрическое взрывание зарядов", М., "Недра", 1973, с. 39, 42), 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 (патент США, N 3978791, кл. F 42 B 3/12, 01.09.76), 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 детонирующего устройства 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 детонатор без первичного ВВ (патент СССР N 1521291, кл. F 42 B 3/10, 07.11.89), содержащий 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. 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, затем детонационный импульс усиливается в 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.

Этот результат достигается тем, что в предлагаемом детонирующем устройстве, содержащем корпус с закрытым дном, в котором размещены воспламенительный элемент и промежуточная оболочка с инициирующим и инициируемым зарядами, промежуточная оболочка выполнена таким образом, что площадь поперечного сечения ее полости в месте расположения инициирующего заряда меньше, чем в месте расположения инициируемого заряда.

Между воспламенительным элементом и инициирующим зарядом могут быть установлены замедляющий или воспламенительный состав, или оба состава вместе, при этом воспламенительный состав располагается между инициирующим зарядом и замедляющим составом.

Известно, что для возбуждения детонации в бризантных ВВ необходимо образование ударной волны, причем амплитуда инициирующей ударной волны должна быть тем выше, чем ниже пористость инициируемого заряда ( А.Ф. Беляев и др. "Переход горения конденсированных систем во взрыв", М., Наука, 1973, с. 186, 187). Выполнение промежуточной оболочки со ступенчатым изменением внутреннего диаметра при переходе от инициирующего заряда к инициируемому позволяет компенсировать понижение чувствительности инициируемого заряда при повышении плотности его запрессовки увеличением давления прорыва газообразных продуктов горения инициирующего заряда в сторону инициируемого заряда.

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 инициирующим зарядом. Инициирующий заряд прессуется под давлением 1000-2000 кГ/см², так что на границе с инициируемым зарядом его плотность близка к предельной. После воспламенения инициирующего заряда под действием давления продуктов горения происходит выталкивание столбика непрореагировавшей части этого заряда, который испытывает возрастающее сопротивление со стороны сжимаемого инициируемого заряда. По отношению к продуктам горения столбик непрореагировавшей части инициирующего заряда выступает в качестве преграды, прочность которой и, следовательно, давление прорыва газов в инициируемый заряд, определится не только величиной трения инициирующего заряда о боковую поверхность промежуточной оболочки, но и давлением прессования инициируемого заряда, длинами инициирующего и инициируемого зарядов. Чем выше давление прессования инициируемого заряда, тем при более высоком давлении происходит прорыв в него продуктов сгорания инициирующего заряда. Так как площадь поперечного сечения инициирующего заряда меньше площади поперечного сечения инициируемого заряда, то прорыв газов происходит в периферийную область инициируемого заряда, которая не испытала сжатия и имеет исходную относительно низкую плотность и высокую чувствительность. Соответствующим подбором геометрических размеров инициирующего и инициируемого зарядов удается обеспечить работу детонирующего устройства с длиной преддетонационного участка порядка нескольких миллиметров в широком диапазоне изменений средней плотности инициируемого заряда. Тем самым достигается необходимая надежность срабатывания детонирующего устройства при упрощении технологии его изготовления за счет исключения из конструкции перегородки между инициирующим и инициируемым зарядами и возможности установления широких допусков на массу навески инициируемого заряда.

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 промежуточной оболочки в сторону воспламенительного элемента.

Воспламенительный состав, располагаемый перед инициирующим зарядом, увеличивает надежность зажигания инициирующего заряда воспламенительным элементом или замедляющим составом и стабилизирует время срабатывания детонирующего устройства.

На фиг. 1 изображен продольный разрез детонирующего устройства мгновенного действия; на фиг. 2 - замедленного действия, где 1 - корпус; 2 - воспламенительный элемент; 3 - отверстие в торце промежуточной оболочки со стороны воспламенительного элемента; 4 - промежуточная оболочка; 5 - инициирующий заряд; 6 - инициируемый заряд; 7 - замедляющий состав; 8 - воспламенительный состав.

Один из вариантов конкретного выполнения детонирующего устройства приведен на фиг. 1. Корпус детонирующего устройства диаметром 7 мм, длиной 70 мм и с толщиной стенок 0,3-0,8 мм представлял из себя биметаллическую гильзу. В качестве инициирующего элемента был использован стандартный электровоспламенитель. Промежуточная оболочка представляла из себя стальную втулку с внешним диаметром 6,4 мм, длиной 20 мм, выполненную с отверстием диаметром 1 мм длиной 2,5 мм со стороны воспламенительного элемента и открытым торцем со стороны инициируемых заряда. Внутренний диаметр втулки в области расположения инициирующего заряда составлял 3,6 мм, в области расположения инициируемого заряда - 5,2 мм. Длина инициирующего заряда составляла 3,5 мм.

Инициирующий заряд был изготовлен из смеси бистринитроэтилэтилендинитрамина и алюминиевого порошка. Инициируемый заряд был изготовлен из пентаэритриттетранитрата (вещество тэн). Плотность инициирующего заряда составляла 1,65-1,7 г/см³, а плотность инициируемого зарядов изменялась в пределах от 0,9 до 1,6 г/см³.

Другой вариант конкретного выполнения инициирующего устройства представлен на фиг. 2. Его отличительные признаки от предыдущего варианта следующие. Между воспламенительным элементом (отрезком инициирующего волновода типа "Нонель") и инициирующим зарядом размещен замедляющий состав, запрессованный в отверстие промежуточной оболочки диаметром 1 мм.

Инициирующий заряд массой 50 мг был изготовлен из смеси тэна с порошком алюминия, плотность заряда составляла 1,55-1,6 г/см³. Воспламенительный состав массой 30 мг был изготовлен из смеси циркония с суриком свинцовым.

Детонирующее устройство, представленное на фиг. 1, работает следующим образом. При срабатывании воспламенительного элемента 2 продукты его сгорания через отверстие 3 в торце промежуточной оболочки 4 воспламеняют инициирующий заряд 5, горение которого происходит при нарастающем давлении газов в промежуточной оболочке 4. При достижении определенного давления непрореагировавшая частью инициирующего заряда 5 начинает выталкиваться в инициируемый заряд 6, сжимая его. Дальнейший рост давления приводит к прорыву газов вдоль боковой поверхности инициирующего заряда в область минимальной плотности инициируемого заряда 6, расположенную между промежуточной оболочкой 4 и боковой поверхностью инициирующего заряда 5, внедрившегося в инициируемый заряд 6. В этой области происходит формирование ударной волны с амплитудой достаточной для возбуждения детонации инициируемого заряда 6.

Принцип работы второго варианта устройства аналогичен. Воспламенительный элемент 2 зажигает замедляющий состав 7, который через заданное время воспламеняет воспламенительный состав 8. Горение распространяется на инициирующий заряд 5, прорыв продуктов горения через непрореагировавшую часть инициирующего заряда приводит к возбуждению детонации в инициируемом заряде 6.

Изобретение предназначено для инициирования детонации зарядов взрывчатых веществ при проведении работ в горнодобывающей и нефтегазовой промышленности и строительстве. В корпусе размещен воспламенительный элемент и промежуточная оболочка со ступенчатой внутренней поверхностью. В меньшей степени размещен инициирующий заряд, а в большей - инициируемый. Плотность запрессовки инициирующего заряда больше или равна плотности запрессовки инициирующего заряда. При этом упрощается технология изготовления. 2 ил.

Детонирующее устройство на основе бризантного взрывчатого вещества, содержащее корпус с размещенными в нем воспламенительным элементом и промежуточной оболочкой с инициирующим зарядом и инициируемом зарядом, отличающееся тем, что промежуточная оболочка выполнена таким образом, что площадь поперечного сечения ее полости в месте расположения инициирующего заряда меньше, чем в месте расположения инициируемого заряда, а плотность запрессовки инициирующего заряда больше или равна плотности запрессовки инициирующего заряда.