ЗАРЯД ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1999 года по МПК C06B47/00 F42B3/87 F42D1/10 

Изобретение относится к зарядам бинарных взрывчатых веществ (ВВ) и способам их применения.

Известен панкластит Тюрпена на основе тетраоксида диазота и жидкого нефтепродукта, содержащихся в корпусе авиабомбы раздельно и совмещаемых после разрушения перегородки из листового железа, разделяющей компоненты бинарного ВВ [1]. Авиабомбы ограниченно изготавливались Францией в годы 1-й мировой войны.

В качестве промышленного ВВ панкластит не используется из-за опасности в производстве и применении, обусловленной высокой токсичностью тетраоксида диазота и чувствительностью ВВ к механическим воздействиям, превышающей чувствительность нитроглицерина.

Технической задачей данного изобретения является разработка рациональной конструкции зарядов и технологии их безопасного применения.

Технический результат достигается тем, что окислитель - тетраоксид диазота и горючее - жидкий нефтепродукт (керосин, дизельное топливо), содержащиеся в общей оболочке раздельно, совмещают разрушением или удалением разделяющей их эластичной пленки из полимерного материала. (В дальнейшем изложении указанные вещества именуются "окислитель" и "горючее").

Схемы зарядов и способов их применения представлены на фигурах 1-13: фиг. 1 и 2 - окислитель и горючее в оболочках из эластичных полимерных пленок, фиг. 3 и 4 - приемы разрушения оболочки с горючим для совмещения с окислителем и получения заряда ВВ; на фиг. 5 - заряд для разрушения негабарита, фиг. 6 - преобразование заряда жидкого ВВ в эластичной пленочной оболочке в кумулятивный, фиг. 7, 8 - заряд ВВ в эластичной пленочной оболочке, преобразованный в промежуточный детонатор после помещения в прочную оболочку; на фиг. 9 - заряды ВВ в эластичных оболочках в вертикальной скважине, фиг. 10 - оснастка для заряжания скважин зарядами ВВ в эластичных оболочках, фиг 11 - горючее и окислитель в прочном цилиндрическом контейнере, фиг. 12 и 13 - схема заряжания скважин зарядами фиг. 11.

На чертежах приняты следующие обозначения: 1 - окислитель, 2 - горючее, 3 - ремень с липким слоем, 4 - цилиндрик из микропористой резины, высокоэластичной резины, 5 - металлические валки с гуммированной поверхностью для разрушения оболочки с горючим фиг. 1; 6 - диск со штоком для разрушения оболочки с горючим фиг. 1; 7 - негабарит, 8 - заряды ВВ в сетках, соединенные шнуром 9; 10 - проводники электродетонаторов, размещенных между сеткой и пакетом с ВВ, 11 - пластины из жесткой пластмассы, 12 - поддон с кумулятивной выемкой, выполненный из пластмассы; 13 - футляр из двух полуцилиндров, выполненных из жесткого пластика, 14 - отверстие для вывода из футляра детонирующего шнура, волновода системы инициирования Нонель или проводников электродетонатора, 15 - ремень с липким слоем, скрепляющий два полуцилиндра в корпус; 16 - скважина, 17 - резиновая сфера, 18 - забойка (фиг. 9); 19 - цилиндрическая оболочка диаметром на 20% меньше диаметра скважины из прочного нерастягивающегося материала на тканевой основе, выполненная разъемной, 20 - петли, 21 - гибкий стержень, пропущенный через петли 20, 22 - пакет из гофрированной полимерной пленки диаметром на 2-3% больше диаметра скважины в донной конусной части оболочки 19; 23 - трос для извлечения стержня 21 из петель 20 для раскрытия оболочки 19; 24 - тросы для опускания оболочки 19 с зарядами в скважину и подъема оболочки 19 после ее освобождения от зарядов ВВ; 25 - прочный цилиндрический контейнер, содержащий окислитель, 26 - крышка контейнера, снимаемая и закрепляемая поворотом, 27 - резиновое герметизирующее кольцо, 28 - полимерная пенка, закрепленная поворотной крышкой 26 с кольцом 27, содержащая горючее; 29 - лента из синтетической ткани, полимерной сетки или пластиковой пленки, предназначенной для нарезания упаковочных лент, 30 - барабаны с лентой, 31 - кольцо в устье скважины, 32 - опорная плита, 33 - заряд жидкого ВВ в прочном цилиндрическом контейнере.

Технология снаряжения сборных емкостей компонентами ВВ не требует изобретательской деятельности, так как ее разработка может базироваться на опыте снаряжения химических боеприпасов отравляющими веществами, расфасовки продукции бытовой химии и обращении с окислителями для ракетных двигателей на жидком топливе.

Мастерские по дозировке и укупорке горючего и окислителя должны быть разобщены из-за недопустимости совмещения пожароопасного и химически вредного производств.

При изготовлении изделия по схеме на фиг. 1 пакет с горючим вкладывают в пакет большего размера и сборку передают на операцию дозировки и заливки окислителя, завершающейся герметизацией пакета термической сваркой его кромок.

Горючее должно быть окрашено органическим красителем, предпочтительно черного цвета, - для визуального контроля сохранения герметичности оболочки с горючим и безопасности дальнейшего обращения с изделием.

Коэффициент заполнения пакета с горючим должен быть максимально достижимым - до 0,9, что необходимо для облегчения его разрушения, а коэффициент заполнения окислителем внешнего пакета должен быть 0,70 - 0,74, не более 0,8 - для лучшего сохранения внешней оболочки при разрушении раздавливанием внутреннего пакета.

Разрушение пакета с горючим осуществляют по схемам на фиг. 3 или 4 раздавливанием между вращающимися валками 5 с гуммированной поверхностью металлических цилиндров или давлением диска со штоком 6 с ограничением расстояния опускания штока, необходимого для сохранения оболочки внешнего пакета с исключением ее разрыва.

При изготовлении изделия по схеме на фиг. 2 заливают в пакет горючее, отделяют его от свободного объема пакета сборкой эластичной пленки пакета вокруг цилиндра 4 из эластичной или микропористой резины плотно обжатым ремнем с липким слоем 3. Последующая заливка окислителя и герметизация пакета варкой механизированы, а операция вставки цилиндра 4, сборка пленки средней части пакета в гофры и их затяжка ремнем 3, механизация которой может быть реализована, но потребует нестандартной разработки, на первой стадии внедрения может выполняться вручную, поэтому ее целесообразно осуществлять на менее токсичном горючем. Применение цилиндрика 4 из эластичного материала необходимо с целью исключения проникновения жидкости между складками полимерной пенки.

Снаряжение изделия по схеме на фиг. 11: после заливки окислителя контейнер 25 накрывают полимерной пленкой 28 из расчета ее прогиба, края пленки фиксируют на внешней поверхности контейнера кольцевой резинкой, на пленку заливают дозированное количество горючего, накрывают крышкой 26 с резиновым кольцом 27 и поворотом закрепляют крышку.

Для совмещения горючего и окислителя с получением заряда ВВ на месте его применения снимают с цилиндрического контейнера 25 крышку 26, освобождают края полимерной пленки 28 от кольцевой резинки, берут полимерную пенку 28 за один край и сдвигают ее в сторону, одновременно поднимая вверх, при этом горючее переместится вниз и расположится слоем над поверхностью окислителя, без пенки. Пленку возвращают в контейнер 25 и контейнер закрывают поворотной крышкой. При поворачивании контейнера слоем горючего вниз произойдет совмещение компонентов ВВ с образованием раствора. Полиэтиленовая пленка плотностью 0,9 г/см³ при плотности стехиометрической смеси окислителя с керосином 1,3 г/см³ при любом положении контейнера будет всплывать вверх, не препятствуя перемешиванию жидкостей с образованием раствора.

Для применения зарядов по схемам на фиг. 5-7 целесообразно использовать заряды, снаряженные по схеме на фиг. 2, так как крепление узла из деталей 3 и 4 снимают вручную. Разрушение пакетов с горючим в изделиях, снаряженных по схеме на фиг. 1, может быть механизировано с использованием приемов, представленных на схемах фиг. 3 и 4, поэтому заряды такого типа целесообразно использовать для заряжания скважин.

Для безопасного заряжания скважины зарядами высокочувствительного к механическим воздействиям ВВ в эластичных оболочках используется цилиндрическая оболочка из прочного нерастягивающегося материала на тканевой основе, представленная на фиг. 10.

В нижнюю конусную часть оболочки 19 помещают пакет 22 из полимерной пленки и заполняют пакет 22 и оболочку 19 зарядами, подготовленными по схеме на фиг. 1. Разъемную оболочку 19 заполняют зарядами в два приема: частичное заполнение раскрытой оболочки, размещаемой на поверхности блока около заряжаемой скважины, после чего оболочку закрывают, продевая стержень 21 в петли 20, оболочку за тросы 24, оканчивающиеся кольцом, поднимают автокраном и опускают в скважину на часть длины оболочки 19. Ранее заложенные заряды уплотняются и заполняют нижнюю часть оболочки 19 на все ее сечение. Через открытый верх оболочки ее свободный объем полностью заполняют зарядами и оболочку автокраном опускают до забоя скважины. Вытягивая трос 23 вместе со стержнем 21, пропущенным через петли 20, оболочку 19 раскрывают и медленно поднимают из скважины, при этом содержащиеся в оболочке заряды заполняют скважину на все ее сечение.

Заряды жидкого ВВ в пакетах из полимерной пленки выдерживают ограниченную нагрузку, поэтому при последующих загрузках скважины к низу оболочки 19 прикрепляют резиновую сферу 17 диаметром на 2-3% меньше диаметра скважины, чтобы сфера свободно проходила до соприкосновения с ранее загруженными зарядами.

Патрубок с обратным клапаном для заполнения сферы 17 воздухом зажимают между внешней поверхностью пакета 22 и внутренней поверхность оболочки 19 в ее конусной части. После раскрытия, разгрузки и подъема оболочки 19 сфера 17 останется в скважине.

Оболочка 19 заполнена воздухом под весьма небольшим давлением. Под давлением столба эластичных пакетов с жидким ВВ сферы будут деформированы с увеличением диаметра по горизонтали, с уменьшением высоты и увеличением площади соприкосновения со стенками скважины и перераспределением части давления на стенки скважины.

Образованные таким образом воздушные промежутки не потребуют многоточечного инициирования участков заряда, разобщенных резиновыми сферами 17, так как панкластит Тюрпена обладает высокой чувствительностью и детонация скважинного заряда при его инициировании от устья скважины или забоя будет полной.

После окончания заряжания верхнюю поверхность заряда в скважине закрывают резиновой сферой 17 для предотвращения возможных ударов кусков породы, падающих со стенок скважины, или случайного падения в устье скважины случайного предмета и любого твердого тела с поверхности блока. Кроме того, резиновая сфера 17 на поверхности заряда позволит засыпать материал забойки без опасения ударов твердого материала по чувствительному ВВ - резиновая сфера будет демпфером.

Заряжание скважин зарядами в прочных контейнерах жесткой конструкции (фиг. 11) осуществляют опусканием колонки зарядов на гибкой ленте 29 ( фиг. 12 и 13), сматываемой с барабанов 30 следующим образом.

В устье скважины вставляют воронку 31 и над скважиной размещают устройство для заряжания. На одном барабане (на фиг. 12 и 13 - правом) лента 29 намотана на длину, превышающую глубина скважины на высоту закрепления края ленты над устьем скважины. На втором барабане длина ленты рассчитана на заряжание серии скважин.

На ленту помещают заряд 33 жидкого ВВ в прочном контейнере, опускают в скважину на высоту контейнера, ставят следующий заряд, опуская ленту, и так до окончания заряжания скважины. Между последним и предпоследним зарядами помещают промежуточные детонаторы со средствами инициирования.

Конец ленты от правого барабана (см. фиг. 12 и 13) освобождают от зажима, а от левого барабана ленту отрезают. Концы лент свободно падают в скважину закрывая крышку верхнего контейнера и смягчая удары забоечного материала при его засыпке в скважину.

На второй барабан, не содержащий ленту, наматывают ленту, сматывая ее с левого барабана на длину, соответствующую глубине следующей заряжаемой скважины, и устройство перемещают к следующей скважине.

Применяют ленту из прочного нерастягивающегося материала на тканевой основе из синтетических волокон или из широкой полосы полимерной пленки, из которой нарезают обвязочные ленты для упаковки. В отличие от тросов и канатов лента, обладая требуемой прочностью на разрыв, в меньшей мере препятствует опусканию в скважину сопоставимых с ее диаметром изделий, так как лента имеет несопоставимо меньшую толщину, чем трос или канат.

Для вертикальных нисходящих скважин применение зарядов в прочных контейнерах, выдерживающих без деформации давление колонны зарядов, предпочтительнее, чем применение зарядов в эластичной полимерной пленке.

Пример: заряд изготовляемый по схеме на фиг. 1.

ВВ - стехиометрическая бинарная смесь 83% четырехокиси азота и 17% керосина в массовых процентах, образующая истинный раствор плотностью 1,3 г/см³.

При массе заряда ВВ 2000 г масса керосина составит 340 г при плотности 0,8 г/см³ объемом 425 см³. При коэффициенте заполнения оболочки керосином 0,85 ее объем составит 500 см³; при диаметре цилиндрической оболочки 8 см ее длина будет 10 см.

Внешний пакет с окислителем содержит 1660 г четырехокиси азота при плотности 1,47 г/см³, объемом 1130 см³, включая пакет с керосином объемом 500 см³, объем содержимого пакета составит 1630 см³. При коэффициенте заполнения 0,7 объем внешнего пакета составит 2330 см³.

В емкости с керосином растворяют органический краситель - судан черный В, дозировка - 1,5-2,0 г красителя на 10 кг горючего.

Изделия с обнаруженными нарушениями герметичности внутреннего пакета с горючим при сохранении герметичности внешнего пакета откладывают в сторону для переноски на место применения зарядов вручную. Изделия с поврежденным внешним пакетом помещают в пакеты несколько большего размера и герметизируют, нейтрализуя следы протеков окислителя раствором щелочи. Из-за изложенного мастерские изготовления зарядов по схемам на фиг. 1 и 2 должны быть расположены вблизи ведения взрывных работ.

Толщина оболочки внешнего пакета должна быть 180-200 мкм, а внутреннего пакета с горючим (по схеме фиг. 1) 100 -120 мкм. При изготовлении зарядов для скважин внешняя оболочка должна быть выполнена из более прочного полимера, чем полиэтилен, например - из полипропилена.

Заряд ВВ в цилиндрическом контейнере из прочных материалов (стеклопластик, ударопрочной полистирол, пресс-материал П-1-1 - карбамидиный пресс-материал, композиция на основе модифицированной поливиниловым спиртом меламиноформальдегидной смолы и органического наполнителя) - схема фигуры 1.

При диаметре скважины 243 мм в диаметре заряда 0,75 от диаметра скважины внешний диаметр цилиндрического контейнера будет 182 мм. Принимает 180 мм. При толщине стенок цилиндра 2,5 - 3,0 мм внутренний диаметр цилиндра 174 мм.

Высота цилиндрического заряда должна быть не менее 1,5 диаметра скважины, т.е. 360 мм, что необходимо для беспрепятственного заряжания скважины при меньшей высоте цилиндр при его перекосе может застрять в скважине.

При коэффициенте заполнения 0,75 объем ВВ 6,5 л. При плотности ВВ 1,3 г/см³ масса ВВ составит 8,45 кг. Компоненты зарядов в прочных контейнерах могут транспортироваться любым видом транспорта на любые расстояния, поэтому изготовление изделий может быть реализовано вдали от их применения.

Для соединения окислителя и горючего смещением разделяющей их пленки последняя может быть оставлена в контейнере, как писано выше, или удалена из него и помещена в пакет из полимерной пленки. После окончания заряжания скважины пакет опускают в скважину и производят забойку.

В отличие от зарядов в пакетах массой 2 кг для перемешивания компонентов переворачиваемых вручную цилиндрические контейнеры массой до 10 кг ( 8,5 кг ВВ плюс тара) перемешивают перекатыванием контейнера на горизонтальной опоре, предусмотрев контакт с опорой только цилиндрического корпуса контейнера, не допуская перекатывания на опоре крышки контейнера.

Окислитель и горючее образуют истинный раствор, однородный на молекулярном уровне. При стехиометрическом составе взрывчатое превращение такого ВВ происходит до конечных продуктов полного окисления, с образованием следов окислов азота лишь атмосферного происхождения, что установлено экспериментально. Для исключения выделения окислов азота в продуктах детонации целесообразно рассчитывать заряды на слегка отрицательный кислородный баланс - с избытком углерода в материале оболочки при стехиометрии окислителя и горючего.

Температура плавления тетраоксида диазота может быть понижена добавкой азотной кислоты. Температура плавления смесей ниже, чем у азотной кислоты, а плотность выше плотности обоих исходных компонентов. Смесь 40% тетраоксида диазота и 60% азотной кислоты имеет плотность 1,63 г/см³ (Волков Е.Б., Мазинг Г.Ю., Шишкин Ю.И. Ракетные двигатели на комбинированном топливе. М.: Машиностроение, 1973. - С. 21).

Жидкие ВВ на основе тетраоксида диазота с жидким нефтепродуктом - неиспользуемый резерв взрывного дела. Тетраоксид диазота, получаемый окислением аммиака кислородом воздуха - промежуточный продукт при многотоннажном производстве азотной кислоты (мировое производство около 50 млн. тонн в год - на 1978 г).

Источник информации
1. Паскаль П. Взрывчатые вещества, пороха, боевые газы. Пер. франц. Госхимтехиздат, ЛО, 1932.- С. 137-138.

Заряд взрывчатого вещества содержит расположенные раздельно тетраоксид диазота и жидкий нефтепродукт. Эти компоненты размещены в герметичных пакетах из полимерной пленки, причем пакет с нефтепродуктом выполнен меньшего размера и вложен в пакет с тетраоксидом диазота либо компоненты размещены в двух противоположных сторонах одного пакета. Для совмещения компонентов заряда устраняют разделяющую их преграду, например раздавливают пакет с жидким нефтепродуктом при сохранении герметичности внешнего пакета, а затем переворачиваниями пакета осуществляют перемешивание его содержимого. Техническим результатом изобретения является разработка рациональной конструкции зарядов бинарных взрывчатых веществ и технология их безопасного применения. 10 с.п. ф-лы, 13 ил.

1. Заряд взрывчатого вещества, содержащий в качестве компонентов тетраоксид диазота и жидкий нефтепродукт, расположенные раздельно, отличающийся тем, что компоненты размещены в герметичных пакетах из полимерной пленки, причем пакет с нефтепродуктом выполнен меньшего размера и вложен в пакет с тетраоксидом диазота. 2. Способ совмещения компонентов заряда по п. 1, включающий устранение разделяющей их преграды, отличающийся тем, что преграду устраняют путем раздавливания пакета с жидким нефтепродуктом при сохранении герметичности внешнего пакета, а затем переворачиваниями пакета осуществляют перемешивание его содержимого. 3. Заряд взрывчатого вещества, содержащий в качестве компонентов тетраоксид диазота и жидкий нефтепродукт, расположенные раздельно, отличающийся тем, что компоненты размещены в противоположных сторонах одного пакета, разделенного на две секции перегородкой, выполненной из полимерной пленки самого пакета, собранной в гофры вокруг цилиндрика из высокоэластичной или микропористой резины и обжатой ремнем с липким слоем
4. Способ совмещения компонентов заряда по п.3, включающий устранение разделяющей их преграды, отличающийся тем, что преграду устраняют путем превращения двухсекционного пакета в унитарный, для чего снимают ремень с липким слоем, освобождают цилиндрик от гофр и расправляют последние, а затем переворачиваниями пакета осуществляют перемешивание его содержимого. 5. Заряд взрывчатого вещества, содержащий в качестве компонентов тетраоксид диазота и жидкий нефтепродукт, расположенные раздельно, отличающийся тем, что тетраоксид диазота размещен в прочном цилиндрическом контейнере жесткой конструкции с герметичной съемной крышкой, а жидкий нефтепродукт размещен над тетраоксидом диазота на помещенной в контейнер полимерной пленке с прогибом внутрь контейнера, закрепленной крышкой, причем края пленки выведены за пределы внутреннего объема контейнера и расположены на его внешней поверхности. 6. Способ совмещения компонентов заряда по п. 5, включающий устранение разделяющей их преграды, отличающийся тем, что преграду устраняют путем снятия крышки контейнера и последующего поднятия края пленки с одновременным сдвигом в сторону, после чего пленку удаляют или оставляют на поверхности жидкости, закрепляют на контейнере крышку и перекатыванием контейнера на горизонтальной опоре осуществляют перемешивание его содержимого. 7. Заряд из жидкого взрывчатого вещества на основе бинарного раствора тетраоксида диазота и жидкого нефтепродукта в герметичном пакете из эластичной полимерной пленки, полученный совмещением компонентов взрывчатого вещества по п.2 или 4, отличающийся тем, что заряд помещен в сборку, состоящую из поддона с кумулятивной выемкой и пластин, закрепленных между краем поддона и поверхностью находящегося в поддоне взрывчатого вещества с приданием верхней части заряда формы усеченного конуса. 8. Заряд из жидкого взрывчатого вещества на основе бинарного раствора тетраоксида диазота и жидкого нефтепродукта в герметичном пакете из эластичной полимерной пленки, полученный совмещением компонентов взрывчатого вещества по п. 2 или 4 пленки, отличающийся тем, что заряд помещен в футляр из двух полуцилиндров жесткой конструкции, скрепленных ремнем с липким слоем с образованием промежуточного детонатора. 9. Способ заряжания скважин зарядами жидкого взрывчатого вещества на основе бинарного раствора тетраоксида диазота и жидкого нефтепродукта в герметичном пакете из эластичной полимерной пленки, полученными совмещением компонентов взрывчатого вещества по п.2 или 4, включающий доставку зарядов в скважину, отличающийся тем, что перед доставкой зарядами заполняют разъемную цилиндрическую оболочку диаметром меньше диаметра скважины, затем заряды с оболочкой доставляют в скважину, раскрывают оболочку и поднимают ее из скважины, повторяя предыдущие операции до заполнения скважины, при этом доставляемые снаряды разделяют сферическими резиновыми оболочками, заполненными воздухом под небольшим избыточным давлением из расчета увеличения диаметра сферической оболочки в горизонтальной плоскости при ее деформации под давлением массы зарядов и упором оболочки о стенки скважины для уменьшения давления на заряды по вертикали. 10. Способ заряжания скважин зарядами жидкого взрывчатого вещества на основе бинарного раствора тетраоксида диазота и жидкого нефтепродукта в прочном цилиндрическом контейнере, полученными совмещением компонентов взрывчатого вещества по п.6, включающий доставку зарядов в скважину, отличающийся тем, что над скважиной устанавливают два барабана с гибкой лентой из прочного материала, а доставку осуществляют путем размещения контейнера с зарядами на ленте при одновременном синхронном опускании в скважину посредством сматывания ленты с барабанов и последующем отделении концов ленты при достижении забоя скважины.