КАПСЮЛЬ-ДЕТОНАТОР Российский патент 1999 года по МПК F42B3/10 

Изобретение относится к области средств инициирования и может быть использовано при проведении взрывных работ. Практическое назначение состоит в инициировании зарядов взрывчатых веществ (шашек-детонаторов, взрывных патронов, детонирующего шнура и т.п.) мгновенно или с заданной временной задержкой.

Известны капсюли-детонаторы ГОСТ 6254, в которых в качестве инициирующего заряда используется азид свинца - первичное взрывчатое вещество. Недостатком этих КД является высокая чувствительность к механическому воздействию, что обуславливает высокую опасность в обращении с ними при производстве, хранении, транспортировании и применении.

Известны детонаторы, в которых в качестве инициирующего заряда используются вторичные взрывчатые вещества, такие как ТЭН, октоген, гексоген (патент СССР N 1521291, F 42 B 3/10, F 42 C 19/08, 1989).

Данные детонаторы отличаются малой чувствительностью к механическим воздействиям, однако надежность их функционирования сильно зависит от плотности инициирующего заряда и размеров частиц. Плотность заряда должна находиться в узком интервале, близком к значению насыпной плотности, что трудно обеспечить при массовом производстве. Размеры мелких частиц взрывчатого вещества инициирующего заряда, имеющего малую плотность, в процессе хранения детонаторов могут увеличиваться за счет агломерации. При этом изменяются параметры процесса перехода горения инициирующего заряда в детонацию. Длина участка перехода увеличивается, активная масса инициирующего заряда, срабатывающая в режиме стационарной детонации и инициирующая основной заряд детонатора, уменьшается. Это приводит к снижению надежности функционирования детонатора.

Следует также отметить, что процесс перехода горения в детонацию вторичных взрывчатых веществ даже при оптимальных значениях плотности и размеров частиц происходит на достаточно большом участке (длина участка перехода вместе с длиной активной части инициирующего заряда в известных конструкциях составляет 15-20 мм). Поэтому длина детонаторов с инициирующими зарядами из вторичных взрывчатых веществ существенно больше, чем аналогов, содержащих первичные взрывчатые вещества. Для них соответственно требуются гильзы большой длины - менее технологичные и более дорогие.

Известен капсюль-детонатор по патенту РФ N 2104466 (F 42 D 3/10, F 42 C 19/08, 1996), принятый в качестве прототипа настоящего изобретения. В качестве инициирующего заряда в нем использован циркон - комплексное соединение соли кадмия с органическим лигандом брутто-формулы C₂H₁₈Cl₂N₁₂O₁₁Cd₁. Плотность заряда составляет 1,3-1,9 г/см³, масса заряда 80-200 мг. Капсюль-детонатор содержит гильзу и размещенные в ней узел воспламенения, инициирующий заряд и основной заряд из вторичного взрывчатого вещества.

По уровню чувствительности к механическим и электрическим воздействиям (заряды статического электричества) циркон близок к ТЭНу. Вместе с тем он обладает способностью от простого начального импульса (луч огня) переходить от горения к детонации в широком интервале значений плотности. Процесс перехода горения в детонацию в цирконе мало зависит от размера частиц. Длина участка перехода горения в детонацию гораздо меньше (3-5 мм), чем у вторичных ВВ (таких, как ТЭН, гексоген, октоген).

При использовании в качестве узла воспламенения ударно-волновой трубки в конструкции прототипа предусмотрена герметизирующая перегородка, размещенная в гильзе между узлом воспламенения и инициирующим зарядом.

Недостатком прототипа является недостаточная надежность функционирования, связанная с его конструктивными особенностями.

Для реализации процесса перехода горения циркона в детонацию и инициирования основного заряда необходимо поддержание скорости нарастания давления до момента выхода процесса на режим детонации. Этому способствует размещение инициирующего заряда в оболочке. Оболочка ограничивает радиальный разлет продуктов срабатывания инициирующего заряда, что ведет к увеличению скорости нарастания давления в процессе перехода горения в детонацию, а также увеличению активной массы и удельного импульса, действующего на поверхность основного заряда. Чем прочнее и тяжелее оболочка, тем меньше скорость радиального разлета продуктов срабатывания инициирующего заряда, меньше длина участка перехода горения в детонацию, больше активная масса и удельный импульс и, соответственно, надежность инициирования основного заряда. Между тем, в КД-прототипе инициирующий заряд циркона размещается непосредственно в гильзе, то есть тонкостенной оболочке. Максимальный наружный диаметр гильз, использующихся в промышленных КД, составляет 7,5 мм, минимальный внутренний - 6,4 мм, толщина стенок до 0,5 мм. Увеличение наружного диаметра гильзы практически невозможно, так как влечет за собой изменение размеров посадочных мест под КД в промышленных детонаторах (шашках ТГФ-850Э, ТГ-900 и др.).

Уменьшение внутреннего диаметра гильзы приводит к уменьшению диаметра основного заряда и снижению ударно-волнового воздействия КД в радиальном направлении. А так как конструкции посадочных мест под КД в шашках и применяемый на практике способ соединения КД с детонирующим шнуром (внахлест) предусматривают инициирование шашек и детонирующего шнура ударной волной, распространяющейся при детонации основного заряда КД в радиальном направлении, то при этом уменьшается надежность инициирования.

Следует также отметить, что в существующих схемах инициирования стенка гильзы, окружающая основной заряд по сути является инертной преградой, поэтому увеличение ее толщины само по себе снижает надежность инициирования. Кроме того, при утолщении стенок усложняется технология изготовления гильз и увеличивается их стоимость.

При массе не более 200 мг и плотности не менее 1,3 г/см³ длина заряда циркона в гильзе с внутренним диаметром 6,4 мм не превышает 4,8 мм. Такие геометрические размеры инициирующего заряда в КД-прототипе являются не оптимальными.

Для осуществления процесса перехода горения циркона в детонацию необходим достаточно длинный линейный участок (не менее 3 мм). После выхода процесса на режим детонации для создания удельного импульса, воздействующего на поверхность основного заряда и вызывающего его инициирование, также требуется линейный участок инициирующего заряда, определяющий его активную массу. Поэтому при использовании циркона предпочтительны инициирующие заряды с длиной, превышающей диаметр. Конструкция КД-прототипа по существу исключает возможность оптимизации геометрических размеров инициирующего заряда.

Экспериментальные исследования КД, изготовленных в соответствии с описанием КД - прототипа, снаряженных цирконом ТУ 75.13104.142-90 заводского производства с массой инициирующего заряда 200 мг показали, что требуемая высокая надежность срабатывания КД и инициирования им шашки ТГФ-850Э не достигается даже при очень мощном начальном инициирующем циркон импульсе, обеспечиваемом электровоспламенителем со значительной массой воспламенительного состава.

В случае применения в качестве воспламенительного элемента ударно-волновой трубки, создающей более кратковременный инициирующий импульс, надежность срабатывания КД уменьшается.

Наихудшие результаты получены при размещении между воспламенительным элементом и зарядом циркона пиротехнических замедляющих составов. Продукты сгорания последних не содержат существенной газовой фазы, необходимой для создания высокого давления на поверхность инициирующего заряда. Его воспламенение осуществляется за счет теплопроводности высокотемпературной конденсированной фазы продуктов сгорания замедляющего состава. В этих условиях длина участка перехода горения в детонацию увеличивается.

Цель настоящего изобретения состоит в повышении надежности функционирования КД с инициирующим зарядом из циркона и подобных ему по взрывчатым свойствам взрывчатым веществам.

Поставленная цель достигается тем, что инициирующий заряд из циркона размещается в прочной высокоплотной оболочке с отверстиями на торцах, при этом отношение линейной массы (массы единицы длины) стенок оболочки и гильзы к линейной массе инициирующего заряда должно быть более 1,7, а отношение длины инициирующего заряда к его диаметру более 1,1.

На чертеже представлен общий вид заявляемой конструкции КД.

КД содержит гильзу 1, в которой размещается воспламенительный элемент 2, оболочка 3 с инициирующим зарядом 4 и основной заряд вторичного взрывчатого вещества 5. Между воспламенительным элементом 2 и оболочкой 3 имеется воздушная камера 6.

Основной заряд 5 может частично располагаться в оболочке 3.

Для создания замедления при срабатывании КД в его конструкцию могут входить заряды пиротехнических составов, размещающиеся между инициирующим зарядом 4 и воспламенительным элементом 2.

Работает КД следующим образом. При срабатывании воспламенительного элемента 2 поток высокотемпературных газообразных продуктов, сформированный в камере 6, через отверстие в оболочке 3 воспламеняет инициирующий заряд 4. Горение последнего переходит в стационарную детонацию и вызывает детонацию основного заряда 5, который инициирует соединенный с КД элемент взрывной цепи (детонирующий шнур, шашку-детонатор).

Оболочка 3 по сути обеспечивает локальное утолщение гильзы 1 в зоне размещения инициирующего заряда 4. Это позволяет улучшить условия протекания процесса перехода горения инициирующего заряда 4 в детонацию, увеличить создаваемый им удельный импульс, воздействующий на поверхность основного заряда 5, и, тем самым, повысить надежность инициирования последнего. Радиальное ударно-волновое воздействие, возникающее при детонации основного заряда 5 и определяющее инициирующую способность КД, при этом не изменяется, так как не изменяется ни диаметр основного заряда 5, ни толщина стенок в области его размещения в КД. Надежность функционирования конструкции КД в целом возрастает.

Надежность функционирования заявляемой конструкции КД увеличивается также за счет определенных соотношений между линейной массой стенок оболочки 3 и гильзы 1 и линейной массой инициирующего заряда 4 и между длиной и диаметром инициирующего заряда 4. Данные соотношения определены экспериментальным путем. В экспериментах оценивалась зависимость инициирующей способности КД от массы (m), плотности (p), диаметра (d), длина (l), линейной массы (m_л) инициирующего заряда 4 и линейной массы стенок (M_л) гильзы 1 и оболочки 3. Под удовлетворительной характеристикой инициирующей способности понималось безотказное полное (по свинцовой пробе) срабатывание КД. Плотность инициирующего заряда 4 варьировалась в диапазоне 1,50-1,80 г/см³, соответствующем давлениям прессования, используемым на практике при групповом снаряжении КД. Наружный диаметр гильзы 1 составлял 7 мм.

Отношение M_л/m_л > 1,7 выбрано из результатов, приведенных в таблице 1. Оно характеризует инерционные свойства стенок гильзы 1 и оболочки 3, а также косвенно - их прочность. Чем больше соотношение M_л/m_л, тем меньше радиальный разлет продуктов срабатывания инициирующего заряда 4 и выше надежность инициирования основного заряда 5. При малых значениях отношения M_л/m_л скорость нарастания давления в процессе срабатывания инициирующего заряда 4 оказывается недостаточной для выхода процесса на режим стационарной детонации.

Отношение l/d > 1,1 выбрано из результатов, приведенных в таблице 2. При меньших значениях этого отношения надежность функционирования КД снижается несмотря на достаточно значительную массу инициирующего заряда 4.

Изобретение относится к технике взрывных работ в горнорудной, добывающей промышленности и строительстве. Капсюль-детонатор содержит гильзу и размещенные в ней узел воспламенения, основной заряд из бризантного взрывчатого вещества и прочную оболочку с инициирующим зарядом из циркона. Отношение суммарной линейной массы стенок гильзы и оболочки к линейной массе инициирующего заряда составляет более 1,7, отношение длины инициирующего заряда к его высоте - более 1,1. Изобретение позволяет повысить надежность функционирования капсюля-детонатора. 1 ил., 2 табл.

Капсюль-детонатор, содержащий гильзу и размещенные в ней узел воспламенения, основной заряд из бризантного взрывчатого вещества и инициирующий заряд из циркона брутто-формулы C₂H₁₈Cl₂N₁₂O₁₁Cd₁, отличающийся тем, что в гильзе установлена прочная оболочка с отверстиями на торцах, в которой размещен инициирующий заряд, при этом отношение суммарной линейной массы стенок гильзы и оболочки к линейной массе инициирующего заряда составляет более 1,7, а отношение длины инициирующего заряда к его диаметру - более 1,1.