СПОСОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЗРЫВАНИЯ ПРОТЯЖЕННЫХ ЗАРЯДОВ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 2005 года по МПК F42D1/45 F42B3/10 

Изобретение относится к взрывным работам, в частности к способам электрического инициирования и к электрическим средствам инициирования взрывчатых материалов (ВМ) и зарядов на их основе, применяемых в промышленности.

В практике ведения взрывных работ иногда возникает необходимость одновременного (синхронного) инициирования протяженного заряда взрывчатого вещества (ВВ) вдоль определенной линии или оси заряда. При этом применяют различные искусственные приемы создания такого инициирования.

В [1] описан способ электрического взрывания заряда ВВ, включающий преобразование электрической энергии в энергию взрыва путем размещения заряда ВВ между пластинами конденсатора, к клеммам которого приложена переменная разность потенциалов, изменяющаяся с частотой, близкой к одной из резонансных, и по амплитуде, не достигающая напряжения пробоя для данного ВВ.

Заслуживает внимания патент ФРГ [2], в котором описан способ инициирования пространственно-протяженных поверхностей зарядов ВВ с низкой разновременностью, включающий преобразование электрической энергии в энергию ударной волны, за счет использования большого числа известных детонаторов, расположенных в определенном порядке на заданной поверхности, которые приводят в действие одним электрическим импульсом. При этом используются искровые электородетонаторы (ЭД). В искровом электродетонаторе электрод с изолятором окружен наружным электродом с контактным острием.

Искровой разряд высокого напряжения между электродами возбуждает детонацию заряда ВВ, практически, в точечном объеме [4].

К недостаткам описанных выше способов синхронного подрыва поверхности заряда ВВ можно отнести:

- дискретность подрыва, то есть точечное инициирование вдоль линии, и приобретаемая при этом асинхронность создаваемой детонационной волны [2];

- сложность процесса подбора резонансной частоты и амплитуды электрического тока для всего многообразия ВВ, применяемых в промышленности, без достижения напряжения пробоя [1].

Все эти недостатки послужили поводом для поиска более простого и надежного синхронного способа электрического инициирования бризантных ВВ и протяженных зарядов на их основе.

В качестве прототипа выбран патент США [3], где описан способ электрического взрывания протяженного заряда ВВ с помощью ЭД, размещенных на поверхности подрываемого заряда. ЭД могут представлять собой различные конструкции [5, 6, 7]. Например, ЭД с взрывающимся проволочным мостиком (проводником) [5]. Способ заключается в преобразовании электрической энергии в тепловой импульс и энергию ударной волны путем пропускания тока по мостику (проводнику), размещенному в контакте с первичным зарядом из взрывчатого материала, например, ТЭНа или пиротехнического состава.

К недостаткам прототипа следует отнести:

- не удается достигнуть одновременности инициирования заряда ВВ вдоль его оси (разновременность ≤40 мкс);

- система с множеством электродетонаторов требует больших затрат на подготовку зарядов ВВ к эксплуатации в шпурах.

Задачей, стоящей в данной области техники, является снижение разновременности задействования подрываемого заряда ВВ по всей его поверхности.

Техническим результатом предлагаемого способа является синхронность инициирования поверхности протяженного заряда ВВ на длинах 0,1-0,5 м (разновременность ~ 1 мкс).

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в способе электрического взрывания протяженных зарядов ВВ, включающем преобразование электрической энергии в тепловой импульс и энергию ударной волны путем пропускания тока по проводнику, размещенному в контакте с первичным зарядом из взрывчатого материала, дополнительно размещают второй проводник в контакте с первичным зарядом из взрывчатого материала параллельно первому и один конец его, диаметрально противоположный входу электрического сигнала в первый проводник, заземляют, при этом формирование ударной волны осуществляют за счет движения проводников навстречу друг другу в результате одновременного пробоя на концах проводников и пропускания тока по второму проводнику в том же направлении, что и по первому.

Наличие второго проводника, подключенного вышеописанным образом, приводит к последующим процессам.

При подаче напряжения на первый проводник на концах проводников возникает наибольшая напряженность электрического поля и появляется одновременно пробой на концах проводников. С этого момента по двум параллельным проводникам протекают два одинаковых тока одного направления. При этом проводники частично разогреваются, а между ними возникает электродинамическая сила их взаимодействия:

где I - сила тока;

d - расстояние между проволочками;

μ - магнитная проницаемость;

l - длина проводников.

Так как сопротивление проволочек одинаковое, то I₁=I₂, и тогда

Через время t эти силы, направленные навстречу друг другу, заставляют проволочки встретиться на равноудаленном расстоянии ^d/₂, что для конкретного опыта связано со средней скоростью схождения проволочек к оси OO₁ (фиг.1)

Именно энергия разогнанных до такой скорости параллельных проволочек позволяет формировать ударную волну одновременно по всей их длине и осуществлять синхронное задействование протяженных зарядов ВВ на длинах 0,1-0,5 м.

В качестве примера конкретного выполнения, подтвердившего реализацию способа электрического взрывания протяженного ВВ, может служить устройство, приведенное на фиг.1-3.

В пластине 1 (фиг.1), выполненной из органического стекла (метилметакрилата) с размерами в сечении 20×10 мм и длиной 150 мм, выполнена канавка 2 (фиг.2) с сечением 3×5 мм и длиной 120 мм. В углах канавки просверлены четыре сквозных отверстия 3 диаметром 1 мм, через которые натянуты две параллельные проволоки из нихрома 5 (фиг.1) диаметром 0,15 мм, которые закреплены на медных контактах 4 (фиг.3) на обратной от канавки Зх5 мм стороне пластины 1 (фиг.1). К контактам 4 (фиг.3) (точки а и b) (фиг.1) подпаяны концы проводов, которые подсоединяются к кабелю высоковольтной установки ВУ19 (U=60 кВ). В опытах на скоростном фотохронографе (СФР2М) регистрировалось разновременность свечения, возникающее в канавке 2 (фиг.2) в результате взаимодействия нихромовых проволочек при пропускании по ним тока, а в случае заполнения канавки 2 (фиг.2) бризантным ВВ 6 (фиг.3) (подпрессованным гексогеном) регистрировалась симметрия выхода детонационной волны, возникшей при инициировании гексогена в канавке 2 (фиг.2) параллельными проволоками.

Итак, работает устройство следующим образом. При возникновении электрического потенциала между точками а и b (фиг.1), равного 60 кВ, на концах ас и bе (фиг.1) возникает пробой воздуха (на хронограмме регистрируется свечение), через 6,7 мкс по всей длине канавки 2 (фиг.2) наблюдается яркое свечение воздуха, синхронное по времени по всей длине канавки (при отсутствии ВВ в канавке 2 (фиг.2)). Такое синхронное свечение обусловлено встречным движением проводников 5 (фиг.1) за счет появления электродинамической силы F. Средняя скорость полета нихромовых проволочек составляет V=0,22 км/с. Этой скорости предварительно разогретых за время их движения (6.7мкс) достаточно для синхронного инициирования

бризантного ВВ 6 (фиг.3) (гексогена) на длине ~ 120 мм.

Таким образом, в заявляемом способе электрического взрывания протяженных зарядов ВВ, преобразование электрической энергии осуществляется с помощью двух параллельных проводников 5 (фиг.1), один из концов которого подсоединен к высокому напряжению (плюсовой клемме), а второй - диаметрально противоположный - к минусовой (земле) клемме, обеспечивающих после одновременного пробоя на концевых участках проводников движение токового импульса по двум параллельным проводникам в одном направлении, нагревающих проводники, и за счет возникновения электродинамических сил встречное движение проводников (схлопывание), обуславливающих возникновение теплового импульса и ударной волны, способной инициировать слабоспрессованное (с насыпной плотностью) бризантное ВВ (фиг.3) (гексоген) синхронно по всей длине, взаимодействующих проволочек.

Заявляемый способ обладает достаточной новизной, оригинальностью и патентоспособностью. Следует подчеркнуть, что заявляемый способ синхронного инициирования бризантных ВВ вдоль линии его расположения с помощью сходящихся к оси двух параллельных проволочек, в принципе отличается от электрических способов возбуждения детонации ВМ, широко используемых в науке, технике и промышленности.

Источники информации

1. Усовершенствование приборов и способов возбуждения ВВ. Патент Франции №1259375, МПК: G 21 J 1/00, опубл. 19.12.58.

2. Horst Pasternack. Способ инициирования пространственно протяженных поверхностей зарядов ВВ с низкой разновременностью. Патент ФРГ, №1446976, МПК:F 42 С 11/00, F 42 D 1/04, опубл. 14.07.68.

3. R.G.Guenter, Metod and System for Initiating Explosive Composition. Патент США, №3457859, кл. НКИ: 102-22, опубл. 29.07.69.

4. И.Д.Романов, В.В.Стеньгач. Чувствительность ТЭНа к электрической искре. ПМТФ,№6,1972,152-155 с.

5. Reynolds Industries Systems Incorporated (RISI). Manufacturess of Secondary Explosive Initiators and Accessories. Catalog Products. RISI Means No Primary Explosives. 3420 Fostoria Way, San Ramon, California, 94583-1318,2002, pp 4-8.

6. Патент США, №3661085 от 19.09.69.F42 В 3/12. опубл. 09.05.72.

7. Патент США, №4602565 от 26.09.83, F 42 В 3/10, опубл.29.07.86.

Область применения: взрывные работы, конкретно к электрическим способам взрывания протяженных зарядов взрывчатых веществ (ВВ). Технический результат: уменьшение разновременности до 1 мкс подрыва протяженного заряда ВВ на длинах 0,1-0,5 м. Сущность изобретения: в способе электрического взрывания протяженного заряда ВВ вдоль линии его расположения реализуется преобразование электрической энергии с помощью двух параллельных проволок, подсоединенных к высокому напряжению так, чтобы один конец первой проволоки служил положительной клеммой, а противоположный конец второй проволоки был отрицательной клеммой, частично в тепловую и кинетическую энергию, движущихся навстречу друг другу проволочек, создающих в конечном итоге ударно-волновое инициирование первичного заряда из взрывчатого материала вдоль линии их расположения, обеспечивая при этом хорошую синхронность возникновения детонационного фронта в протяженном заряде ВВ. 3 ил.

Способ электрического взрывания протяженных зарядов взрывчатых веществ, включающий преобразование электрической энергии в тепловой импульс и энергию ударной волны путем пропускания тока по проводнику, размещенному в контакте с первичным зарядом из взрывчатого материала, отличающийся тем, что в контакте с первичным зарядом из взрывчатого материала дополнительно размещают второй проводник параллельно первому и один конец его, диаметрально противоположный входу электрического сигнала в первый проводник, заземляют, при этом формирование ударной волны осуществляют за счет движения проводников навстречу друг другу в результате одновременного пробоя на концах проводников и пропускания тока по второму проводнику в том же направлении, что и по первому.