ЗАРЯД НАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2002 года по МПК F42B1/02 

Изобретение относится к взрывным работам, в частности к конструкциям зарядов направленного действия, и может быть использовано для дробления горных пород, металлических конструкций, а также в качестве элемента конструкции и инициатора скважинного заряда.

Известен заряд направленного действия (а.с. 1459385, F 42 В 1/02, F 42 D 3/04), включающий цилиндрический корпус с взрывчатым веществом внутри и торцевой кумулятивной воронкой, узел инициирования заряда, оппозитный кумулятивной воронке, трубчатую вставку сетчатую вставку, коаксиально установленную внутри корпуса.

Недостатком данного заряда является сложность сборной конструкции и ненадежность крепления узла инициирования, высокая стоимость изготовления заряда.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является заряд направленного действия (пат. Великобритании 1243647, F 42 D 7/00), включающий заряд взрывчатого вещества, размещенный в полом корпусе, состоящем из наружной оболочки, конусообразной кумулятивной выемки с центральным отверстием в вершине, крышки с цилиндрической втулкой со сквозным отверстием и инициатора.

В известном заряде направленного действия конусообразная кумулятивная выемка при взрывании заряда не позволяет полностью использовать энергетические характеристики ВВ. К тому же данное устройство состоит из сложной сборной конструкции, что приводит к снижению технологичности и увеличению стоимости заряда. В конечном итоге все это приводит к снижению эффективности использования известного заряда направленного действия, ограничению области применения.

Единым техническим результатом предлагаемого технического решения является расширение области использования заряда, придание ему технологичности и повышение эффективности разрушения за счет увеличения энергии кумулятивных струй.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном заряде направленного действия, включающем заряд взрывчатого вещества, помещенный в полый корпус, состоящий из наружной оболочки, конусообразной кумулятивной выемки с центральным отверстием в вершине крышки с цилиндрической втулкой со сквозным отверстием и инициатора, наружная оболочка и конусообразная кумулятивная выемка выполнены неразъемными, конусообразная кумулятивная выемка выполнена из сопряженных между собой продольных элементов, ориентированных вершинами к центральному отверстию выемки, и снабжена трубчатым элементом с осевым каналом, нижняя часть трубчатого элемента сопряжена с кумулятивной выемкой посредством продольных элементов, а осевой канал с центральным отверстием и выполнен с переменным сечением, нижняя часть, примыкающая к центральному отверстию выемки, выполнена конической, а верхняя - цилиндрической, причем трубчатый элемент выполнен с выступающей над крышкой частью, кроме того, сквозное отверстие втулки крышки выполнено в виде встречно направленных вершинами усеченных конусов.

Выполнение наружной оболочки и кумулятивной выемки неразъемными (заодно) снижает трудоемкость изготовления, упрощает конструкцию.

Кроме того, такое выполнение заряда способствует расширению области его применения путем использования его в качестве элемента скважинного заряда.

Взаимодействие корпуса заряда со стенками скважины (удары, трение) при доставке его в глубокие скважины, а также воздействие веса налегающего столба взрывчатого вещества при подвеске заряда в скважине в результате использования его в качестве активной забойки (запирающего заряда) или для создания воздушных промежутков не приводит к разрушению корпуса заряда и разделению его на фрагменты даже при частичной деформации корпуса.

Неразъемная оболочка заряда, изготовленная из прочных полимерных материалов препятствует расширению продуктов взрыва, способствует сохранению давления в течение длительного времени. Экспериментально установлено увеличение выхода энергии до 10% при использовании идентичных зарядов, выполненных неразъемными из полиэтилена марки НД по сравнению со сборной конструкцией.

Выполнение конусообразной кумулятивной выемки из сопряженных между собой продольных элементов, ориентированных вершинами к центральному отверстию выемки, дает возможность создания профилированной в продольном направлении кумулятивной выемки, что позволяет увеличить массу ВВ по сравнению с прототипом. При этом торцевая часть заряда, контактирующая с разрушаемой поверхностью значительно уменьшается, а следовательно, уменьшаются потери энергии ВВ торцевой части заряда.

Трубчатый элемент с осевым каналом является функциональной частью конструкции заряда, которая в зависимости от условий применения и назначения заряда несет функции крепежной детали инициатора или же используется в качестве звена трансформирующего энергию взрывчатого превращения.

Выполнение трубчатого элемента с выступающей над крышкой частью обеспечивает фиксацию в крышке трубчатого элемента с инициатором вне полости заряда, в результате чего увеличивается контакт взрывчатого вещества с частью трубчатого элемента, в котором размещен инициатор.

Выполнение сквозного отверстия втулки в виде встречно направленных вершинами усеченных конусов позволяет "жестко" фиксировать инициатор в трубчатом элементе на коротком участке осевого канала, в результате чего обеспечивается возможность реализации эффекта осевой цилиндрической кумуляции.

Так, наличие осевого канала трубчатого элемента позволяет создать фронт детонации, направленный к осевому каналу с последующим формированием продольной кумулятивной струи осевого канала. Известно, что канальная волна включает опережающую детонационную волну, поток газообразных продуктов детонации (кумулятивную струю) и воздушную ударную волну (см. К.Юхансон, П.Персон. Детонация взрывчатых веществ. M.: Мир, 1973, с. 89-90, рис. 51; Салганик В.А. и др. Метод повышения полезной работы взрыва на горнорудных предприятиях // Горный журнал, 1977, 2, с. 54-57).

В целом, наличие осевого канала обеспечивает прохождение мощного инициирующего импульса и создает условия для повышения кумулятивного эффекта, обусловленного возникновением двух кумулятивных струй, формирующихся в полости осевого канала и в конусообразной кумулятивной выемке.

Работа заряда основана на принципе взаимодействия продуктов детонации и регулируемого перераспределения энергии газовых потоков (кумулятивных струй) от дополнительных кумулирующих плоскостей профилированных выемок. Сопряжение нижней части трубчатого элемента с кумулятивной выемкой посредством продольных элементов и сообщение осевого канала с центральным отверстием обеспечивает технологичность заряда при оснащении его средствами взрывания (детонирующим шнуром, капсюлем-детонатором), эксплуатационную безопасность. Оснащение заряда средствами взрывания производится после заполнения корпуса взрывчатым веществом, а сами средства взрывания вводятся в осевой канал и фиксируются там, то есть защищены от внешнего воздействия.

При применении заряда в качестве элемента конструкции скважинного заряда со сквозным осевым каналом в трубчатом элементе инициатор (детонирующий шнур) размещают в конической части осевого канала, обеспечивая надежность закрепления, ликвидируя возможность отказа за счет его обрыва.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид конструкции заряда направленного действия, на фиг.2 продольный разрез - вариант накладного заряда, на фиг.3 - продольный разрез варианта заряда с сосредоточенным инициатором. Заряд направленного действия включает в себя заряд взрывчатого вещества 1, помещенный в полый корпус 2, состоящий из наружной оболочки 3 и конусообразной кумулятивной выемки 4 с центральным отверстием 5. Кумулятивная выемка 4 состоит из сопряженных между собой продольных элементов 6, ориентированных вершинами к центральному отверстию 5 выемки 4, в верхней части выемки 4 закреплен трубчатый элемент 7 с осевым каналом 8. Нижняя часть трубчатого элемента 7 сопрягается с кумулятивной выемкой 4 посредством продольных элементов 6, а осевой канал 8 сообщается с центральным отверстием 5 выемки 4 и выполнен с переменным сечением. Нижняя часть 9 трубчатого элемента 7, примыкающая к центральному отверстию 5 выемки 4 выполнена конической, а верхняя 10 - цилиндрической.

Заряд снабжен крышкой 11 с цилиндрической втулкой 12 со сквозным отверстием 13, через сквозное отверстие 13 крышки 11 пропускается выступающая над крышкой цилиндрическая часть 10 трубчатого элемента 7, в осевом канале 8 которого фиксируется инициатор 14 (фиг.1).

Предусмотрен вариант конструкции заряда, в котором отверстие 13 цилиндрической втулки 12 выполнено в виде встречно направленных вершинами усеченных конусов (фиг.2).

Заряд направленного действия применяется следующим образом. Корпус 2 заряда заполняют взрывчатым веществом 1. После чего при использовании заряда в качестве накладного (наружного) заряда взрывчатого вещества на корпус 1 помещается крышка 11, при этом срез выступающей цилиндрической части 10 трубчатого элемента 7 доходит до места сопряжения усеченных конусов сквозного отверстия 13 втулки 12 (фиг.2).

В осевой канал 8 трубчатого элемента 7 вводится инициатор 14 (например, детонирующий шнур) на глубину 3-4 см от среза выступающей части трубчатого элемента 7. Крышка 11 с усилием досылается в корпус 2 заряда, при этом выступающую цилиндрическую часть 10 трубчатого элемента 7 пропускают через сквозное отверстие 13 втулки 12. Наиболее узкой частью сквозного отверстия 13 (место сопряжения усеченных конусов) обжимаются стенки цилиндрической части 10 осевого канала 8 выступающей части трубчатого элемента 7, жестко фиксируя при этом конец детонирующего шнура 14. Диаметр сквозного отверстия 13 в месте сопряжения встречно направленных усеченных конусов выполняется меньше, чем диаметр выступающей цилиндрической части 10 трубчатого элемента 7 и по крайней мере равен диаметру детонирующего шнура 14.

Стенки трубчатого элемента 7 имеют толщину 0,5-0,8 мм и выполнены из деформируемого полимерного материала. За счет деформации стенок цилиндрической части 10 трубчатого элемента 7 детонирующий шнур 14 жестко фиксируется в осевом канале 8. При этом в результате фиксации крышки 11 в корпусе 2 заряда, верхний слой взрывчатого вещества 1 уплотняется, прилегая к поверхности крышки 11, и заполняет объем нижнего усеченного конуса сквозного отверстия 13, увеличивая площадь контакта взрывчатого вещества 1 с верхней частью трубчатого элемента 7, в осевом канале 8 которого зафиксирован инициатор - детонирующий шнур 14.

При разрушении негабаритных кусков горной породы или металлических конструкций заряд направленного действия размещают на поверхности разрушаемого объекта.

Заряд направленного действия работает следующим образом.

При инициировании взрывчатого вещества 1 инициатором 14, распространяется детонационная волна, в осевом канале 8 трубчатого элемента 7 возникает ударная волна с опережающим крутым фронтом, за которой следует ударно-сжатый газ, при этом реализуется эффект осевой цилиндрической канальной кумуляции с направлением канальной струи вдоль оси заряда к разрушаемому объекту.

При достижении детонационной волной вершин продольных элементов 6 и дальнейшем ее движении в каждом из продольных элементов 6 формируются кумулятивные струи, которые обеспечивают формирование центральной кумулятивной струи за счет направленного движения продуктов детонации от продольных элементов к оси заряда.

Суммарное воздействие на объект двух кумулятивных струй осевого направления канальной и центральной обеспечивает максимальный разрушающий эффект.

В части продольных элементов 6, прилегающих к торцевой части заряда, образуются "плоские" кумулятивные струи радиального направления. Взаимодействие мощной осевой и радиальной нагрузки на объект значительно увеличивает действие взрыва и создает условия для развития радиального и концентрического трещинообразования.

Выполнение заряда предусматривает использование его в качестве элемента конструкции скважинного заряда (фиг.1).

Область использования заряда в качестве элемента скважинного заряда: инициатор скважинного заряда; заряд "оживитель" (пассивный инициатор); активная забойка ("запирающий" заряд); гирлянда зарядов взрывчатого вещества; вспомогательный заряд (ликвидация запрессовок, прострелка скважин) и т.д.

Использование предлагаемого заряда направленного действия в нисходящих скважинах предусматривает надежное и технологичное крепление детонирующего шнура, которое осуществляется следующим образом: после заполнения корпуса 2 взрывчатым веществом 1, герметизации корпуса 2 крышкой 11, детонирующий шнур 14 пропускают сквозь цилиндрическую часть 10 осевого канала 8 трубчатого элемента 7 и изготавливают узел на конце детонирующего шнура 14, размещая узел в конической части 9 осевого канала 8, после чего детонирующий шнур 14 заклинивают в конической части 9 путем его натяжения и окончательно фиксируют в цилиндрической втулке 12.

При инициировании скважинного варианта заряда направленного действия детонирующим шнуром 14, размещенным по всей длине осевого канала 8, взрывчатое вещество 1 работает в режиме линейного инициирования, которое характеризуется увеличением скорости детонации основного взрывчатого вещества до скорости детонации инициатора (а.с. 1369461, F 42 В 3/10. Скважинные заряды с воздушными промежутками / Под рук. Б.П.Рябченко. Новосибирск: Наука, 1974, с. 32).

При скорости детонации заряда взрывчатого вещества 1 (аммонит 6ЖВ), равной 4800 м/сек, колонка ВВ, равная длине трубчатого элемента 7 без выступающей части, детонирует со скоростью приближенной к скорости детонации инициатора, равной 6800 м/сек. Следовательно, на вершины продольных элементов 6 выходит детонационная волна с параметрами, превышающими параметры характерные для данного типа взрывчатого вещества, благодаря чему в область кумулятивной выемки 4, прилегающей к трубчатому элементу 7, трансформируется максимальное количество энергии детонирующего взрывчатого вещества 1. В дальнейшем на плоскости продольных элементов 6 выходит детонационные волны с параметрами, соответствующими номинальной скорости детонации аммонита 6ЖВ. Вследствие осевой "подпитки" центральной кумулятивной струи из области кумулятивной выемки 4, прилегающей к трубчатому элементу 7, возрастает динамика нагружения объекта разрушения, что позволяет улучшить качество дробления объекта.

На фиг. 3 представлен вариант заряда направленного действия с сосредоточенным инициатором. "Плоский" заряд направленного действия используется в качестве инициатора осевого действия или же как "донный" заряд, размещаемый в призабойной части скважины, и характеризуется наличием укороченного трубчатого элемента 7 и увеличенным диаметром осевого канала 8. Сосредоточенный инициатор 14 формируется путем перегибания детонирующего шнура и размещением его в осевом канале 8 трубчатого элемента 7 петлей 15 в конической части 9 осевого канала 8. В проеме петли 15 размещают фрагмент инертного материала 16 (бумага, полиэтилен) и путем натяжения одной из ветвей детонирующего шнура 14 петлю 15 расклинивают в конической части осевого канала 8 трубчатого элемента 7.

Сосредоточенный инициатор обладает повышенным инициирующим импульсом, что повышает надежность инициирования заряда направленного действия.

Таким образом, предлагаемая конструкция заряда позволяет значительно расширить область его использования, повысить технологичность и эффективность разрушения, что предопределяет его использование в технологии взрывных работ для управления действия взрыва.

Изобретение относится к конструкциям зарядов направленного действия. Заряд направленного действия включает в себя заряд взрывчатого вещества, размещенный в полом корпусе, состоящем из наружной оболочки, конусообразной кумулятивной выемки с центральным отверстием в вершине, крышки с цилиндрической втулкой со сквозным отверстием и инициатора. Наружная оболочка и конусообразная кумулятивная выемка выполнены неразъемными. Конусообразная кумулятивная выемка выполнена из сопряженных между собой продольных элементов, ориентированных вершинами к центральному отверстию выемки, и снабжена трубчатым элементом с осевым каналом. Нижняя часть трубчатого элемента сопряжена с конусообразной кумулятивной выемкой посредством продольных элементов, а осевой канал сообщен с центральным отверстием и выполнен с переменным сечением, нижняя часть, примыкающая к центральному отверстию, выполнена конической, а верхняя - цилиндрической. Трубчатый элемент выполнен с выступающей над крышкой частью. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса разрушения объектов и расширить область применения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Заряд направленного действия, включающий заряд взрывчатого вещества, размещенный в полом корпусе, состоящем из наружной оболочки, конусообразной кумулятивной выемки с центральным отверстием в вершине, крышки с цилиндрической втулкой со сквозным отверстием и инициатора, отличающийся тем, что наружная оболочка и конусообразная кумулятивная выемка выполнены неразъемными, конусообразная кумулятивная выемка выполнена из сопряженных между собой продольных элементов, ориентированных вершинами к центральному отверстию выемки, и снабжена трубчатым элементом с осевым каналом, нижняя часть трубчатого элемента сопряжена с конусообразной кумулятивной выемкой посредством продольных элементов, а осевой канал сообщен с центральным отверстием и выполнен с переменным сечением, нижняя часть, примыкающая к центральному отверстию, выполнена конической, а верхняя - цилиндрической, причем трубчатый элемент выполнен с выступающей над крышкой частью. 2. Заряд по п. 1, отличающийся тем, что сквозное отверстие цилиндрической втулки крышки выполнено в виде встречно направленных вершинами усеченных конусов.