ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ДЕТОНАТОР Российский патент 2008 года по МПК F42B3/00 F42C19/08 

Изобретение относится к средствам инициирования зарядов взрывчатых веществ (ВВ), а именно к промежуточным детонаторам, предназначенным для инициирования скважинных и других зарядов промышленных ВВ на горных работах, в скважинах любой обводненности и во взрывных полостях малого поперечного размера - шпурах.

В промышленных условиях для инициирования зарядов ВВ во взрывных полостях преимущественно используются детонаторы промежуточные в виде шашек и патронов различной конструкции и из различных типов ВВ.

Известна конструкция промежуточного детонатора (по патенту US 3955504 А, 11.05.1976, F42B 3/02), содержащая корпус с каналами для размещения капсюля-детонатора и детонирующего шнура, выполненный из двух одинаковых скрепленных друг с другом полусфер, и размещенный в корпусе заряд взрывчатого вещества. На внутренней поверхности гнезда выполнены два продольных выступа для фиксации капсюля детонатора со смещением относительно центральной оси гнезда и обеспечения контакта капсюля-детонатора с поверхностью гнезда. Такое размещение капсюля-детонатора позволяет повысить его эффективность и надежность инициирования основного заряда взрывчатого вещества через стенки гнезда. Корпус может быть изготовлен из пластика, а заряд взрывчатого вещества может быть выполнен из твердого или жидкого взрывчатого вещества.

Известна конструкция шашки-детонатора (по патенту RU 2213929 С1, 20.02.2002, F42B 1/04), предназначенной для использования в качестве промежуточного детонатора при промышленном взрывании в шпурах. Шашка-детонатор включает корпус, в котором размещен заряд сыпучего взрывчатого вещества, например, флегматизированного гексогена в герметичном полимерном корпусе в виде цилиндрической емкости с толщиной стенки 0,2-0,8 мм и крышки с резьбой для соединения с цилидрической емкостью. По поверхности цилиндрической емкости выполнен паз, расположенный диаметрально в донной части и по образующим цилиндрической части и заканчивающийся в верхней части цилиндрической емкости уступами для размещения в нем детонирующего шнура или неэлектрического детонатора с ударно-волновой трубкой, или электродетонатора.

Известен патрон-боевик (по а.с. СССР SU 1763857 А1, 23.09.1992, F42B 3/10), предназначенный для инициирования зарядов промышленных ВВ при проходке горных выработок буровзрвным способом. Патрон-боевик содержит патрон с россыпным взрывчатым веществом с размещенным в нем капсюлем-детонатором при помощи полусферической гильзы, ориентированной кумулятивной выемкой внутрь патрона, средства закрепления капсюля-детонатора в гильзе и фиксаторы для крепления гильзы на патроне взрывчатого вещества. С целью повышения надежности крепления гильзы на патроне за счет увеличения толщины опасной зоны разрыва взрывчатого вещества фиксаторы выполнены в виде треугольных шипов и расположены под углом к продольной оси патрона, отличным от 90°.

А также, известен промежуточный детонатор (по патенту US 3451341 А, 24.06.1969, F42B 3/10), состоящий из открытого с одного торца корпуса, размещенной на этом торце крышки, выполняющей функцию гнезда для капсюля-детонатора и уплотненного крышкой взрывчатого вещества (PETN, тетрила, пентолита, гексогена). Для изготовления корпуса предложено использовать металл, такой как, медь, алюминий и т.п. Крышку выполняют из гибкого или пластичного материала - полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида и т.п. На внутренней поверхности гнезда выполняют два или три продольных выступа для фиксации капсюля-детонатора.

Наиболее близким аналогом зявленного изобретения является конструкция промежуточного детонатора (по заявке WO 96/11374 А1, 18.04.1996, F42C 19/08, F42В 3/24), содержащего цилиндрический корпус, выполненный с хвостовиком меньшего диаметра, крышку, выполненную с гнездом под капсюль-детонатор, имеющим на внутренней поверхности продольные выступы для фиксации капсюля-детонатора, и расположенную с возможностью фиксации на противоположном от хвостовика торце корпуса, и размещенный в корпусе заряд взрывчатого вещества. Хвостовик предусмотрен для крепления дополнительного оборудования в виде рассекателя заряжаемого в шпур ВВ. Для изготовления корпуса могут быть использованы различные материалы - бумага, картон, пластмасса и т.п. Заряд взрывчатого вещества может быть сформирован из - пластичной композиции типа PRIMEX или твердой литой композиции типа ANZOMEX, или PETN/воск, или композиции, содержащей неорганическую окислительную соль и жидкую матрицу.

Общими недостатками всех известных промежуточных детонаторов является недостаточная надежность инициирования первичными средствами инициирования, связанная с особенностями размещения гнезд для средств инициирования в конструкции промежуточного детонатора.

Технической задачей изобретения является создание промежуточного детонатора, обладающего повышенной безопасностью и надежностью при использовании, особенно во взрывных полостях малого диаметра - шпурах, а также позволяющего осуществлять механизированное заряжание промышленных ВВ пневмотранспортом или подавать промышленные ВВ типа эмульсии по трубопроводу.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и безопасности промежуточного детонатора за счет улучшения его восприимчивости к средствам инициирования и эффективности его инициирующего действия.

Технический результат достигается тем, что в промежуточном детонаторе, содержащем цилиндрический корпус, выполненный с хвостовиком, крышку, выполненную с гнездом под капсюль-детонатор, имеющим на внутренней поверхности продольные выступы для фиксации капсюля-детонатора, и расположенную с возможностью фиксации на противоположном от хвостовика торце корпуса, и размещенный в корпусе заряд взрывчатого вещества, хвостовик выполнен диаметром, равным 0,5-0,9 диаметра корпуса, при этом внутренняя поверхность корпуса сопряжена с внутренней поверхностью хвостовика по конической поверхности, имеющей угол относительно центральной оси корпуса меньший угла внутреннего трения взрывчатого вещества заряда, хвостовик корпуса выполнен с открытым торцом и снабжен вогнутой внутрь корпуса диафрагмой толщиной, равной 20-95% толщины стенок корпуса, и разделяющей хвостовик на две части, крышка выполнена с утолщенными стенками в области фиксации ее на корпусе и перехода в гнездо, при этом на внутренней поверхности гнезда выполнены два продольных выступа для фиксации капсюля детонатора со смещением относительно центральной оси гнезда и обеспечения контакта капсюля-детонатора с поверхностью гнезда, а заряд взрывчатого вещества выполнен из сыпучего взрывчатого вещества и размещен в корпусе между крышкой и диафрагмой с плотностью на 1-25% выше насыпной.

В открытом торце хвостовика может быть размещен рассекатель с упорным элементом в области контакта с диафрагмой, причем может быть использован звездообразный рассекатель, выполненный из трех и более пластин, или рассекатель, выполненный в виде пластины, расположенной вдоль центральной оси корпуса, или спиралевидный рассекатель. Кроме того, возможно выполнение хвостовика с перфорацией в виде отверстий или продольных прорезей, а крышка может быть снабжена упругими элементами детонатора в шпуре, выполненными с возможностью крепления средств инициирования.

В качестве порошкообразного ВВ могут быть использованы смесевые ВВ на основе аммиачной селитры (например, аммонит), в том числе с добавками дисперсного алюминия, а также мощные бризантные ВВ-гексоген и ТЭН, флегматизированные введением парафинов (смеси A-IX-I, A-IX-II) или тротила при малом, не более 20% содержании последнего (смеси типа пентолит и ТГ).

Степень уплотнения ВВ по отношению к насыпной плотности сыпучего материала должна находиться в пределах 1-25%. Уплотнение менее 1% может привести к появлению пустот в заряде при дополнительном уплотнении в результате тряски при транспортировке промежуточного детонатора к месту применения, что значительно снижает его восприимчивость к средствам инициирования и надежность инициирования зарядов промышленных ВВ, а уплотнение более 25% приведет к необходимости приложения значительных усилий при введений элементов крышки в массив ВВ, что повышает пожароопасность и соответственно усложнит технологию изготовления.

Фиксация крышки на корпусе может быть обеспечена любым из известных способов, например, при помощи замковой проточки у открытой горловины корпуса, при помощи резьбы или при помощи сминающихся ребер.

Продольные выступы на внутренней поверхности гнезда предназначены для фиксации капсюля-детонатора, при этом угол между ними составляет менее 180° (α<80°). Расположение капсюля-детонатора со смещением относительно центральной оси гнезда при обеспечении плотного прилегания капсюля-детонатора к поверхности гнезда позволяет повысить надежность передачи взрывного импульса от капсюля-детонатора заряду ВВ. Продольные выступы могут быть выполнены как жесткими, так и упругогибкими.

Свободный от ВВ конец хвостовика обеспечивает защиту диафрагмы от внешних воздействий при хранении и транспортировке промежуточного детонатора, а также позволяет уменьшить толщину диафрагмы и, соответственно, увеличить интенсивность взрывного импульса в осевом направлении. Наличие хвостовика в конструкции промежуточного детонатора позволяет размещать его в зарядном шланге с фиксацией положения, при этом возможно размещение промежуточного детонатора с установленным в нем капсюлем-детонатором до упора в дно шпура без риска перекосов и защемления. Хвостовик выполняет функцию концентратора и распределителя потоков ВВ, заряжаемых в шпур пневматическим способом. Для повышения этого эффекта в стенках хвостовика могут быть выполнены перфорации в форме отверстий или продольных прорезей. С той же целью в открытом торце хвостовика может быть размещен рассекатель с упорным элементом в области контакта с диафрагмой, выполненный в виде пластины, расположенной вдоль центральной оси корпуса. Также может быть использован звездообразный рассекатель, выполненный из трех и более пластин, рассекатель в виде спирали. Наличие рассекателя вызывает перераспределение потока заряжаемого в шпур ВВ, дополнительное разрушение гранул ВВ, а также обеспечивает закручивание (турбулизацию) газообразных продуктов при взрыве. Еще одной функцией рассекателя является обеспечение при необходимости дополнительного поддержания диафрагмы в вогнутом положении, что особенно важно, когда для повышения и/или концентрации энергии взрыва в осевом направлении диафрагма выполнена особо тонкой и/или сильно вогнутой в форме кумулятивной воронки. На внешней поверхности крышки, расположенной вне корпуса, могут быть размещены упругие элементы для фиксации положения промежуточного детонатора в шпуре, выполненные с возможностью крепления средств инициирования. Упругие элементы могут быть выполнены в виде пластин или лепестков.

При изготовлении промежуточного детонатора его геометрические размеры выбираются с учетом условий применения, при этом учитываются размеры шпура, капсюля-детонатора и зарядного шланга, необходимая масса и плотность ВВ в заряде ВВ, необходимые для обеспечения надежности передачи детонации от промежуточного детонатора заряду промышленного ВВ в шпуре.

- Наружный диаметр хвостовика выбирается в соответствии с диаметром зарядного шланга. Однако, согласно изобретению диаметр хвостовика должен составлять 0,5-0,9 диаметра корпуса для обеспечения надежности инициирования заряда промышленного взрывчатого вещества таким промежуточным детонатором. Указанный нижний предел обусловлен возможностью разрушения конструкции промежуточного детонатора во время монтажа и резким понижением инициирующей способности. Указанный верхний предел обусловлен необходимостью создания разности диаметров между хвостовиком и корпусом для монтажа зарядного оборудования с одновременным обеспечением безопасности изготовления промежуточного детонатора, в частности при прессовании заряда ВВ.

- Масса и плотность ВВ в готовом промежуточном детонаторе, а также толщина диафрагмы выбираются из условия надежности возбуждения взрыва в заряде ВВ в шпуре. Экспериментально установлено, что толщина диафрагмы должна составлять 20-95% толщины стенок корпуса, что обеспечивает в совокупности с выбором определенного диаметра корпуса и соответственно хвостовика, надежность инициирования промышленных ВВ промежуточным детонатором.

- Насыпная плотность ВВ может изменяться при изменении типа используемого порошкообразного ВВ. Однако плотность заряда ВВ, как было отмечено должна быть на 1-25% выше насыпной плотности ВВ.

- Сопряжение внутренних поверхностей корпуса и хвостовика по конической поверхности, имеющей угол относительно центральной оси корпуса, меньший угла внутреннего трения ВВ, обусловлено равномерностью распределения ВВ в месте сопряжения, что позволят повысить степень уплотнения ВВ в области хвостовика и диафрагмы и улучшить эффективность инициирующего действия детонатора.

Изобретение иллюстрируется Фиг.1 и 2.

На Фиг.1 показан продольный разрез промежуточного детонатора.

На Фиг.2 показан поперечный разрез промежуточного детонатора.

На Фиг.1 и 2 позициями обозначены:

1 - корпус;

2 - хвостовик корпуса;

3 - внутренняя поверхность корпуса в области сопряжения его с внутренней поверхностью хвостовика;

4 - заряд взрывчатого вещества;

5 - крышка;

6 - гнездо по капсюль-детонатор;

7 - продольные выступы на внутренней поверхности гнезда для фиксации местоположения капсюля-детонатора;

8 - диафрагма.

9 - капсюль-детонатор.

Пример изготовления промежуточного детонатора.

Изготавливают промежуточный детонатор следующих геометрических размеров - диаметр корпуса 28 мм, диаметр хвостовика 17 мм, длина корпуса вместе с хвостовиком 150, толщина стенок гнезда 1,5 мм. В качестве ВВ заряда используют пентолит с содержанием тротила 10%, масса навески 30 г. Плотность ВВ в заряде 0,8 г/см³.

Корпус размещают в обойме-матрице, крышку с гнездом под капсюль-детонатор надевают на пуансон-оправку, что исключает нежелательные и/или неконтролируемые деформации в элементах корпуса и крышки. Диафрагма может изготавливаться в виде отдельного элемента, который вводится в хвостовик корпуса предварительно вдавливанием с усилием, направленным по центральной оси. В корпус засыпают ВВ до состояния насыпной плотности с утряской или без утряски не выше верхнего среза открытого торца корпуса, при этом прогиб диафрагмы направлен наружу корпуса. Заполненный ВВ корпус вставляют в обойму и закрывают установленной на пуансоне крышкой, при этом гнездо вводится в массив ВВ, крепление крышки фиксирует ее на корпусе, а диафрагма перещелкивается из прогнутого наружу корпуса положения в прогнутое внутрь положение.

При сборке промежуточного детонатора дополнительно может использоваться вибрационное воздействие на заряд ВВ для повышения степени его уплотнения и повышения степени однородности уплотнения.

Перещелкивание диафрагмы из одного положения в другое позволяет повысить степень уплотнения ВВ в области хвостовика, при этом такое положение диафрагмы позволяет увеличить инициирующий импульс в направлении центральной оси промежуточного детонатора.

Инициирование промежуточного детонатора при испытаниях осуществлялось от КД неэлектрической системы инициирования СИНВ - С Новосибирского завода «Искра». Эффективность взрывного действия и инициирующей способности оценивалась в сравнении с аналогичными показателями для патронов аммонита 6 ЖВ диаметром 32 мм и массой 200 г.

Эффективность взрывного действия оценивалась по пробитию стальной плиты. Промежуточный детонатор, установленный вертикально на донышко хвостовика, обеспечивает сквозное пробитие плиты толщиной 2 мм, также как патрон аммонита 6 ЖВ.

Инициирующая способность промежуточного детонатора оценивалась по надежности возбуждения взрыва в зарядах гранулированного ВВ типа АСДТ. Образцы АСДТ заряжались в стальную трубу с внутренним диаметром 40 мм и толщиной стенки 4 мм путем свободной засыпки с утряской (плотность заряда - 0,87 г/см³) или пневматическим способом до плотности 1,1-1,2 г/см³. Во всех опытах заряды АСДТ надежно синициированы и сдетонировали полностью.

Предложенная конструкция промежуточного детонатора позволяет:

- повысить надежность и безопасность промышленного детонатора за счет обеспечения герметичности и водонепроницаемости,

- обеспечить уплотнение ВВ выше насыпной плотности и исключить образование дополнительных пустот в ВВ при транспортировании,

- обеспечить повышенное уплотнение ВВ в области хвостовика и диафрагмы, что в свою очередь повышает концентрацию энергии взрывного импульса в направлении открытого торца хвостовика и повышает надежность инициирования ВВ в шпуре,

- а также упростить технологию изготовления за счет сокращения и упрощения технологических операций.

Изобретение относится к средствам инициирования зарядов промышленных взрывчатых веществ. Промежуточный детонатор содержит цилиндрический корпус, выполненный с хвостовиком, крышку, выполненную с гнездом под капсюль-детонатор и расположенную с возможностью фиксации на противоположном от хвостовика торце корпуса, и размещенный в корпусе заряд взрывчатого вещества. Внутренняя поверхность корпуса сопряжена с внутренней поверхностью хвостовика по конической поверхности. Хвостовик корпуса выполнен с открытым торцом и снабжен вогнутой внутрь корпуса диафрагмой, разделяющей хвостовик на две части. Крышка выполнена с утолщенными стенками в области фиксации ее на корпусе и перехода в гнездо. На внутренней поверхности гнезда выполнены два продольных выступа для фиксации капсюля детонатора со смещением относительно центральной оси гнезда и обеспечения контакта капсюля-детонатора с поверхностью гнезда. Заряд взрывчатого вещества выполнен из сыпучего взрывчатого вещества и размещен в корпусе между крышкой и диафрагмой с плотностью на 1-25% выше насыпной. Изобретение направлено на повышение восприимчивости к средствам инициирования, надежности инициирования промежуточного детонатора и эффективности его инициирующего действия. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Промежуточный детонатор, содержащий цилиндрический корпус, выполненный с хвостовиком, крышку, выполненную с гнездом под капсюль-детонатор, имеющим на внутренней поверхности продольные выступы для фиксации капсюля-детонатора, и расположенную с возможностью фиксации на противоположном от хвостовика торце корпуса, и размещенный в корпусе заряд взрывчатого вещества, отличающийся тем, что хвостовик выполнен диаметром, равным 0,5-0,9 диаметра корпуса, внутренняя поверхность корпуса сопряжена с внутренней поверхностью хвостовика по конической поверхности, имеющей угол относительно центральной оси корпуса, меньший угла внутреннего трения взрывчатого вещества заряда, при этом хвостовик корпуса выполнен с открытым торцом и снабжен вогнутой внутрь корпуса диафрагмой толщиной, равной 20-95% толщины стенок корпуса, и разделяющей хвостовик на две части, крышка выполнена с утолщенными стенками в области фиксации ее на корпусе и перехода в гнездо, при этом на внутренней поверхности гнезда выполнены два продольных выступа для фиксации капсюля детонатора со смещением относительно центральной оси гнезда и обеспечения контакта капсюля-детонатора с поверхностью гнезда, заряд взрывчатого вещества выполнен из сыпучего взрывчатого вещества и размещен в корпусе между крышкой и диафрагмой с плотностью на 1-25% выше насыпной.2. Промежуточный детонатор по п.1, отличающийся тем, что в открытом торце хвостовика размещен рассекатель с упорным элементом в области контакта с диафрагмой, выполненный в виде пластины, расположенной вдоль центральной оси корпуса.3. Промежуточный детонатор по п.1, отличающийся тем, что в открытом торце хвостовика размещен звездообразный рассекатель с упорным элементом в области контакта с диафрагмой, выполненный из трех и более пластин.4. Промежуточный детонатор по п.1, отличающийся тем, что в открытом торце хвостовика размещен спиралевидный рассекатель с упорным элементом в области контакта с диафрагмой.5. Промежуточный детонатор по п.1, отличающийся тем, что хвостовик выполнен с перфорацией в виде отверстий или продольных прорезей.6. Промежуточный детонатор по п.1, отличающийся тем, что крышка снабжена упругими элементами для фиксации положения промежуточного детонатора в шпуре, выполненными с возможностью крепления средств инициирования.7. Промежуточный детонатор по п.6, отличающийся тем, что упругие элементы выполнены в виде пластин или лепестков.