ПИРОТЕХНИЧЕСКОЕ РЕЛЕ ДВУХСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1999 года по МПК F42B3/16 

Изобретение относится к средствам взрывания и может быть использовано для проведения взрывных работ в горнорудной и угледобывающей промышленности, строительстве. Практическое назначение состоит в инициировании детонирующих шнуров с заданной временной задержкой.

Известно пиротехническое реле одностороннего действия КЗДШ-69 (Кутузов В. М. "Взрывные работы", М.: Недра, 1980). Оно состоит из бумажного корпуса, в котором закреплены два отрезка детонирующего шнура (ДШ) и между ними - капсюль-детонатор (КД) с замедлительным элементом. Один из отрезков ДШ, воспринимающий инициирующий импульс из подводящей взрывной магистрали и инициирующий КД, располагается со стороны замедлительного элемента КД. Другой инициируемый с задержкой от КД и передающий задержанные инициирующий импульс в отходящую магистраль соединяется встык с торцом гильзы КД.

Недостатком реле КЗДШ-69 является его одностороннее действие, то есть способность передавать инициирующий импульс только в одном направлении. Ошибка при врезке данного реле во взрывную сеть, которая может быть вызвана как объективными (например, плохая освещенность), так и субъективными факторами, приводит к отказу соединенного с ним участка взрывной сети. При кольцевании (дублировании) взрывной сети в случае прерывания по какой-либо причине детонационного процесса в одной из подводящих взрывных магистралей реле, соединенное с этой магистралью, не может сработать от инициирующего импульса, пришедшего от дублирующей магистрали. Оно остается целым вместе с отказавшим участком взрывной магистрали и представляет большую опасность при проведении дальнейших работ по разработке или ликвидации отказавших скважин.

Существенно большую надежность срабатывания детонационной сети обеспечивают пиротехнические реле двухстороннего действия, срабатывание которых не зависит от того, с какой из сторон реле приходит инициирующий импульс.

Известно пиротехническое реле фирмы ICI, описанное в книге Кушнарева Д. М. "Использование энергии взрыва в строительстве", М.: "Стройиздат", 1973; пиротехнические реле, конструкции которых защищены патентами РФ N 2066435 (F 42 B 3/16), N 2066436 (F 42 B 3/16), N 2074374 (F 42 B 3/10). Последнее выбрано в качестве прототипа.

Пиротехническое реле по патенту РФ N 2074374 по сути представляет собой два симметрично расположенных реле одностороннего действия, разделенных полостью определенной конфигурации. Оно состоит из трубчатой оболочки, каждый из концов которой соединен с отрезком ДШ. В трубчатой оболочке размещены два КД с замедлительными элементами. При этом заряды КД соединены встык с отрезками ДШ и их замедлительные элементы обращены навстречу друг к другу и разделены воздушным промежутком. Полость, образующая воздушный промежуток, имеет определенную форму, обеспечивающую ослабление параметров инициирующего импульса, передаваемого через воздушный промежуток от КД, выполняющего функции активного заряда, к замедлительному элементу КД, выполняющего функции пассивного заряда.

Работает данное реле следующим образом. Срабатывание любого из отрезков ДШ вызывает срабатывание заряда КД, соединенного встык с этим отрезком ДШ. Продукты детонации заряда и разрушенный ими замедляющий элемент формируют ударную волну и поток продуктов, которые, преодолев воздушный промежуток, поджигают замедлительный элемент другого КД. Замедлительный элемент инициирует заряд КД, а последний инициирует второй отрезок ДШ. Время горения замедлительного элемента определяет задержку инициирующего импульса.

Недостатками прототипа являются недостаточная надежность и точность функционирования, что связано с нестабильностью параметров инициирующего импульса, создаваемого в реле инициирующим КД, и, соответственно, импульса, подводимого к замедлительному элементу инициируемого КД.

Параметры инициирующего импульса инициирующего КД зависят в основном от массы, плотности и типа взрывчатого вещества заряда в КД, габаритов (длины) его замедлительного элемента, чувствительности пиротехнических составов, использованных в замедлительном элементе, к значительному по величине, но чрезвычайно кратковременному инициирующему импульсу, создаваемому при детонации заряда в КД.

При недостаточной чувствительности пиротехнических составов замедлительный элемент в инициирующем КД выполняет функции пористой преграды, ослабляющей действие ударной волны. Последняя в процессе движения к замедлительному элементу инициируемого КД ослабляется также в воздушном промежутке определенной формы, сформированном полостью между замедлительными элементами. Невоспламенившиеся частицы пиротехнических составов разрушенного замедлительного узла, метаемые продуктами детонации в сторону замедлительного элемента инициируемого КД, закрывают его поверхность, мешая воспламенению. Это может приводить к затяжкам времени замедления реле и к отказам.

Чувствительность пиротехнического состава, как правило, связана со скоростью его горения. Чем меньше скорость горения, тем ниже чувствительность. Поэтому для создания конструкций с большими временами замедления, когда требуется использование замедлительных элементов достаточно большой высоты с медленногорящими и малочувствительными пиротехническими состава, технические решения прототипа малопригодны ввиду недостаточной надежности инициирования КД, выполняющего в реле функции пассивного заряда. Реле детонационные ИВШП. 771938.005 ТУ, которые по сути представляют практическую реализацию прототипа, имеют максимальное время замедления 50 мс. При необходимости больших времен задержки инициирующего импульса во взрывных сетях используют последовательное соединение двух и более реле, что усложняет монтаж взрывной сети и удорожает стоимость взрывных работ.

Нестабильность параметров инициирующего импульса может иметь место и в реле, рассчитанных на малые времена замедления, когда в замедлительных элементах используются быстрогорящие высокочувствительные пиротехнические составы, а длина замедительного элемента незначительна. Нестабильность может быть связана с колебаниями массы и плотности заряда в КД, неминуемыми в массовом производстве и обусловленными технологическими факторами.

При определенных обстоятельствах ослабление в воздушном промежутке реле относительно высокого начального инициирующего импульса, создаваемого инициирующим КД, может оказаться недостаточным, что ведет к возможности преждевременного срабатывания инициируемого КД и уменьшению точности работы реле. Такие обстоятельства может привносить, например, использование для снаряжения замедлительных элементов КД быстрогорящего состава с относительно медленной скоростью горения. При этом уменьшается длина замедлительных элементов, которая и без того незначительна, и соответственно расстояние между зарядами инициирующего и инициируемого КД. За счет уменьшения расстояния инициирующая ударная волна ослабляется в меньшей степени. А так как длина замедлительного элемента в инициируемом КД незначительна, возможен случай инициирования не замедлительного элемента, а непосредственно заряда КД, расположенного за замедлительным элементом, и практически мгновенное срабатывание реле. Возможно также частичное разрушение замедлительного элемента инициируемого КД. Время замедления реле при этом будет отклоняться от допустимых пределов в меньшую сторону.

Цель настоящего изобретения состоит в повышении надежности и точности функционирования реле в широком интервале времен замедления.

Поставленная цель достигается путем покрытия стенок полости, образующей воздушный промежуток между замедлительными элементами двух КД слоем взрывчатого вещества или смеси, а также путем определенного конструктивного исполнения.

На фиг. 1 представлен один из вариантов предлагаемого изобретения.

Пиротехническое реле состоит из двух КД 1 с оболочками 2, замедлительными элементами 3 и зарядами 4. Между собой КД 1 соединены через трубчатый элемент 5 с капсюлем 6 таким образом, что их замедлительные элементы 3 обращены навстречу друг к другу. Стенки канала 6 покрыты тонким слоем взрывчатого вещества или смеси. Торцы зарядов 3 закрыты металлическими чашечками 7. ДШ 8 присоединяются к КД 1 со стороны зарядов 4 путем обжатия оболочки 2. ДШ 8 могут входить в состав конструкции реле в виде двух отрезков, либо принадлежать детонационной сети, в которую монтируется реле.

Работа реле осуществляется следующим образом. При инициировании от ДШ 8 любого из КД 1 происходит детонация его заряда 4, разрушение замедлительного элемента 3 и воспламенение частиц пиротехнического состава. Совместное действие ударной волны, возбуждаемой при детонации заряда 4, и потока продуктов детонации заряда 4 и горящих частиц пиротехнического состава приводит к возбуждению ударной волны в канале 6 трубчатого элемента 5. По сути в канале 6 реализуется процесс, аналогичный детонации пылевоздушной смеси. Ударная волна, скорость которой составляет около 2000 м/с, совместно с протоком продуктов взрывчатого превращения взрывчатого вещества, нанесенного на стенки канала 6, воспламеняет замедлительный элемент 3 другого КД 1. Замедлительный элемент 3 сгорает за определенное время, характеризующее время замедления реле, и инициирует заряд 4. Последний инициирует соединенный с КД 1 ДШ 8. При соединении ДШ 8 встык с зарядом 4 инициирование происходит за счет действия ударной волны; при наличии между ДШ 8 и зарядом 4 воздушного зазора - за счет совместного действия ударной волны и осколков чашечки 7. В случае, если отрезки ДШ 8 входят в конструкцию реле, наличие чашечек 7, выполняющих также функцию защиты зарядов 4 от влаги, не требуется. Однако при воздушном зазоре между ДШ 8 и зарядом 4 инициирование ДШ 8 совместным действием ударной волны и осколков является более надежным, чем инициирование только ударной волной.

При достаточной длине трубчатого элемента 5 инициирующий импульс, приходящий к замедлительному элементу 3 инициируемого КД 1, не зависит от колебаний параметров инициирующего импульса, создаваемого КД 1, который инициирует взрывчатое вещество в канале 6 трубчатого элемента 5. Он не связан с длиной замедлительного элемента 5, с чувствительностью использованного в нем пиротехнического состава, его определяет масса взрывчатого вещества или смеси, приходящаяся на единицу длины канала 6. Так как современные технологии позволяют наносить взрывчатые вещества на стенки каналов трубчатых элементов достаточно точно, стабильность параметров инициирующего импульса, получаемого от трубчатого элемента 5 будет выше, чем получаемого непосредственно от КД 1. Ослабления этого импульса не требуется, так как скорость ударной волны в канале 6 составляет не более 2000 м/с. Возможность преждевременного срабатывания реле практически отсутствует.

Инициирование трубчатого элемента 5 осуществляется непосредственно от КД 1. Тем не менее при большой длине замедлительного элемента 3 и малой чувствительности использованных в нем пиротехнических составов надежность работы реле может оказаться недостаточной ввиду ухудшения условий инициирования трубчатого элемента 5.

Конструкция пиротехнического реле, исключающая этот недостаток, приведена на фиг. 2. Она отличается от представленной на фиг. 1 тем, что содержит два соединительных блока 9, в которые вмонтированы КД 1 и имеет другую схему присоединения ДШ 8. В соединительных блоках 9 выполнены посадочные места под ДШ 8, обеспечивающие присоединение ДШ 8 к КД 1 вдоль боковой поверхности его оболочки 2 в зоне расположения заряда 4 и к трубчатому элементу 5. Чашечки 7 в данной конструкции отсутствуют, а для защиты зарядов 4 от влаги оболочки 2 выполнены с дном. ДШ 8 могут входить в состав конструкции реле в виде двух отрезков, либо принадлежать детонационной сети, в которую монтируется реле.

Работа данной конструкции происходит следующим образом. Детонация любого из ДШ 8 вызывает срабатывание КД 1 и инициирование трубчатого элемента 5. Ударная волна и продукты срабатывания взрывчатого вещества (или смеси), нанесенного на поверхность канала 6 трубчатого элемента 5, инициируют замедлительный элемент 3 инициируемого КД 1. Замедлительный элемент 3 сгорает за определенное время, характеризующее время замедления реле, и инициирует заряд 4. Последний инициирует ДШ 8 ударной волной, распространяющейся в радиальном направлении.

Так как в пиротехническом реле, представленном на фиг. 2, инициирование трубчатого элемента 5 осуществляется непосредственно от ДШ 8, чувствительность пиротехнического состава в замедлительном элементе 3, его длина, масса и плотность заряда 4 не оказывают влияния на надежность и точность срабатывания реле. Очевидно, предлагаемая конструкция может быть реализована в пиротехнических реле как с малыми, так и с большими временами замедления.

Пиротехническое реле двухстороннего действия относится к области средств взрывания, предназначено для инициирования детонирующих шнуров с заданной временной задержкой при проведении взрывных работ в горнорудной и угледобывающей промышленности, строительстве. Реле содержит два капсюля-детонатора (КД) с зарядами и замедлительными элементами, соединенных между собой через трубчатый элемент так, что замедлительные элементы обращены навстречу друг другу. Стенки полости трубчатого элемента покрыты слоем взрывчатого вещества или смеси. Детонирующий шнур, входящий в состав реле или принадлежащий детонационной сети, в которую монтируется реле, может присоединяться только к КД со стороны торцов зарядов путем обжимки оболочки КД или к КД вдоль его боковой поверхности и к трубчатому элементу с помощью соединительных блоков. Изобретение позволяет повысить надежность и точность функционирования реле в широком диапазоне времени задержки. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Пиротехническое реле двустороннего действия, содержащее два капсюля-детонатора с зарядами и замедлительными элементами, соединенных между собой через трубчатый элемент так, что замедлительные элементы обращены навстречу друг другу, отличающееся тем, что стенки полости трубчатого элемента покрыты слоем взрывчатого вещества или смеси. 2. Реле по п.1, отличающееся тем, что содержит два отрезка детонирующего шнура, каждый из которых соединен с капсюлем-детонатором со стороны его заряда. 3. Реле по пп.1 и 2, отличающееся тем, что содержит металлические чашечки, установленные встык с зарядами капсюлей-детонаторов со стороны, обращенной к отрезку детонирующего шнура. 4. Реле по п.1, отличающееся тем, что содержит соединительные блоки, в которые вмонтированы капсюли-детонаторы, обеспечивающие присоединение детонирующего шнура к капсюлю-детонатору вдоль его боковой поверхности и к трубчатому элементу. 5. Реле по пп.1 и 4, отличающееся тем, что содержит два отрезка детонирующего шнура, присоединенных к капсюлям-детонаторам вдоль их боковой поверхности и к трубчатому элементу с помощью соединительного блока.