КАПСЮЛЬ-ДЕТОНАТОР НА ОСНОВЕ БРИЗАНТНОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА Российский патент 2011 года по МПК F42B3/10 

Изобретение относится к разработке безопасных средств взрывания для использования в качестве капсюля-детонатора (КД) в электрических и неэлектрических системах взрывания при проведении работ в горнодобывающей, нефтегазовой промышленности, машиностроении и строительстве.

Наиболее эффективным способом повышения безопасности производства и применения КД является замена в нем инициирующего взрывчатого вещества (ИВВ) на бризантное взрывчатое вещество (БВВ), точнее на инициирующий заряд из бризантного взрывчатого вещества (ИЗ БВВ). Конструктивно ИЗ БВВ должен располагаться между воспламенительным элементом и основным зарядом БВВ (ОЗ БВВ) и обеспечивать надежную работу в цепочке «воспламенение-горение-детонация» с переходом горения в детонацию (ПГД) в ИЗ БВВ.

Известен КД (аналог) без ИВВ (патент СССР №1521291, кл. F42B 3/10, 07.11.89), содержащий полый корпус с закрытым дном, в котором последовательно размещены воспламенительный элемент, промежуточная оболочка, содержащая ИЗ БВВ, перегородку в виде чашечки и ОЗ БВВ, состоящий из двух частей: промежуточной, плотность которой меньше плотности ИЗ БВВ, и основной высокоплотной части.

Недостатками данной конструкции являются: сложность изготовления КД, обусловленная необходимостью приготовления высокодисперсного БВВ с удельной поверхностью (5000-7000 см²/г для ИЗ БВВ, изготовления и установки перегородки сложной формы, обеспечения в жестких пределах разноплотности зарядов; ненадежность конечного результата постулируемого ПГД из-за низкой прочности оболочки, составленной из набора тонкостенных элементов, с суммарной толщиной наборной стенки порядка 1 мм.

Известно, что для ПГД в заряде БВВ необходима некоторая минимальная прочность оболочки, такая, чтобы оболочка выдерживала до разрушения давление (Р′) на уровне критического при ударно-волновом инициировании детонации (Р_кр), т.е. Р′≥Р_кр. Например, для пентаэритриттетранитрата (ТЭНа), имеющего наименьшую из штатных БВВ длину преддетонационного участка (L_пр) - от 10 до 15 мм, установлено, что в стальных оболочках с толщиной стенки 1 мм и менее (Р′<Р_кр) в зарядах диаметром 5 мм ПГД отсутствует [А.Ф.Беляев и др. «Переход горения конденсированных систем во взрыв». - М.: Наука, 1973, с.178]. Поэтому для надежного ПГД в конструкции КД необходимо учитывать и прочностные характеристики оболочки, и ее длину.

Наиболее близким к заявляемому изобретению (прототип) является детонирующее устройство на основе БВВ (патент РФ №2120101, кл. F42B 3/10, 10.10.98), содержащее корпус с закрытым дном, в котором размещены воспламенительный элемент и промежуточная оболочка с инициирующим и инициируемым зарядами. Промежуточная оболочка выполнена таким образом, что площадь поперечного сечения ее полости в месте расположения инициирующего заряда меньше, чем в месте расположения инициируемого заряда, а плотность запрессовки инициирующего заряда больше или равна плотности запрессовки инициируемого заряда. При срабатывании воспламенительного элемента продукты его сгорания через отверстие в торце промежуточной оболочки воспламеняют инициирующий заряд, горение которого происходит при нарастающем давлении газов в промежуточной оболочке. При достижении определенного давления непрореагировавшая часть инициирующего заряда выталкивается в инициируемый заряд, сжимая его. Дальнейший рост давления приводит к прорыву газов вдоль боковой поверхности между промежуточной оболочкой и частью инициирующего заряда, внедрившегося в инициируемый. В этой области происходит формирование ударной волны с амплитудой, достаточной для возбуждения детонации в инициируемом заряде.

Основными недостатками конструкции устройства являются:

1. Сложность геометрии промежуточной оболочки (три разных внутренних диаметра) для изготовления и снаряжения;

2. Технологическая сложность обеспечения большей плотности инициирующего заряда по отношению к инициируемому;

3. Применение алюминизированных БВВ, требующих дополнительной небезопасной технологической цепочки их получения;

4. Ненадежность постулируемого характера ПГД в месте контакта инициирующего и инициируемого зарядов, так как в этом месте суммарная толщина стенки промежуточной оболочки и гильзы менее 1 мм, поэтому не исключается развитие переходного процесса в инициируемом заряде в форме низкоскоростной детонации без полноценного ПГД. Предлагаемое изобретение решает задачи упрощения конструкции промежуточной оболочки с ИЗ БВВ, повышения надежности и безопасности КД в процессах изготовления и применения. Предлагаемый КД содержит корпус в виде гильзы с закрытым дном, в котором последовательно размещены: воспламенительный элемент, промежуточная оболочка и ОЗ БВВ.

Технический результат достигается тем, что капсюль-детонатор на основе бризантного взрывчатого вещества состоит из корпуса с размещенными в нем воспламенительным элементом, промежуточной оболочкой, содержащей инициирующий заряд, и основным зарядом, а промежуточная оболочка выполнена в виде цилиндрической втулки с осевым резьбовым каналом, заполненным со стороны воспламенительного элемента прессованными пиротехническими составами и инициирующим зарядом бризантного взрывчатого вещества. Кроме того, промежуточная оболочка может быть выполнена составной.

Такая промежуточная оболочка является унифицированной для КД с электрическим (стандартный электровоспламенитель-ЭВ [Щукин Ю.Г., Лютиков Г.Г., Поздняков З.Г. Средства инициирования промышленных взрывчатых веществ: Учеб. для техникумов. - М.: Недра, 1996, с.51, с.54]) и неэлектрическим (ударно-волновая трубка - УВТ [системы «СИНВ», «Эдилин», и др.]) воспламенительными элементами.

На фиг.1 изображен продольный разрез КД мгновенного действия, на фиг.2 - короткозамедленного и замедленного действия (КД с замедлением), где 1 - корпус, 2 - воспламенительный элемент (ЭВ или УВТ), 3 - ОЗ БВВ, 4 - промежуточная оболочка с резьбовым каналом, 5 - заряд ИЗ БВВ, 6 - зажигательный пиротехнический состав, 7 - замедлительный состав.

Корпус КД 1 представляет собой стандартную металлическую гильзу диаметром 7,2 мм, длиной от 51 до 80 мм, в зависимости от наличия замедлительного состава 7 и вида воспламенительного элемента (ЭВ или УВТ). Стальная промежуточная оболочка 4 диаметром 6,4 мм имеет длину 20 мм (фиг.1) и более (для КД с замедлением, фиг.2), резьбовой канал с толщиной стенки не менее 1,2 мм. Со стороны воспламенительного элемента 2 в канал промежуточной оболочки 4 запрессованы навески пиротехнических составов 6 (фиг.1) или 6, 7, 6 (фиг.2) и ИЗ БВВ 5 (например, ТЭН, бис(тринитроэтил)-этилендинитрамин (БТЭДНА), и др.). ОЗ БВВ состоит из прессованного заряда любых мощных БВВ и композиций на их основе (например: тротил, тетрил, гексоген, октоген, ТЭН, БТЭДНА и др.; составы тротил-гексоген, тротил-октоген, тротил-ТЭН, и др.; флегматизированные БВВ). ОЗ БВВ по массе и плотности соответствует стандартным КД и ЭД [Щукин Ю.Г., Лютиков Г.Г., Поздняков З.Г. Средства инициирования промышленных взрывчатых веществ: Учеб. для техникумов. - М.: Недра, 1996, с.18, с.48].

В КД мгновенного действия промежуточный заряд в оболочке 4 состоит из последовательно расположенных прессованных зажигательного пиротехнического состава 6 и ИЗ БВВ 5 (см. фиг.1). Работа КД происходит следующим образом. Срабатывание воспламенительного элемента 2 приводит к воспламенению от ЭВ или УВТ зажигательного состава 6 и поджиганию ИЗ БВВ 5 в резьбовом канале промежуточной оболочки 4. Необходимый уровень первоначального давления, создаваемый продуктами горения, прочность оболочки и наличие в ней резьбового канала обеспечивают надежный ПГД в ИЗ БВВ. Детонация ИЗ БВВ возбуждает детонацию ОЗ БВВ и завершает работу КД.

Надежность ПГД была подтверждена заявителем экспериментально. В этих экспериментах ОЗ БВВ заменялся инертным веществом - прессованным зарядом из хлористого натрия. Тем не менее процесс ПГД сопровождался характерным дроблением нижней части оболочки 4 на мелкие фрагменты. Это доказывает, что в нижней части оболочки 4 имела место полноценная детонация ИЗ БВВ, а процесс ПГД развивается на 10-15 мм длины ИЗ БВВ.

Надежность ПГД достигается в широком диапазоне плотностей в ИЗ БВВ 5: от насыпной плотности до 0,95·ρ_мк, где ρ_мк - монокристаллическая плотность ИЗ БВВ 5.

Отличие КД с замедлением (фиг.2) состоит в применении промежуточной оболочки 4 большей длины, в зависимости от времени замедления - до 35 мм, для размещения в ней замедлительного пиротехнического состава 7. В КД с замедлением оболочка 4 состоит из последовательно расположенных прессованных зарядов пиротехнических составов 6, 7, 6 и ИЗ БВВ 5 (см. фиг.2). Работа КД с замедлением происходит следующим образом. Воспламенительный элемент 2 воспламеняет зажигательный состав 6 в верхней части канала промежуточной оболочки, который зажигает замедлительный состав 7. Огневой импульс от замедлительного состава передается на зажигательный состав 6, который зажигает ИЗ БВВ. После ПГД в ИЗ БВВ ударно-волновой импульс инициирует детонацию в ОЗ БВВ.

Другой вариант исполнения КД с замедлением заключаются в следующем. Узел инициирования выполнен в виде двух отдельных оболочек 4 и 8, работающих как единое целое. Оболочка 8 обеспечивает заданное время замедления и технологичность изготовления КД. Оболочка 8 выполнена в виде стальной цилиндрической втулки с резьбовым (8а, см. фиг.3) или гладким (8б, см. фиг.4) каналом длиной, в зависимости от времени замедления, до 15 мм. Заряд в оболочке 8 состоит из последовательно расположенных прессованных пиротехнических составов 6 и 7, а заряд в оболочке 4 состоит из последовательно расположенных прессованных зарядов пиротехнического составов 6 и ИЗ БВВ 5 (см. фиг.3, 4). Работа этого КД протекает аналогично вышеописанному КД с замедлением.

Использование в КД штатных замедлительных пиротехнических составов позволило реализовать весь диапазон задержек замедления, необходимых для ведения подрывных работ - от единиц миллисекунд до 10 с [Щукин Ю.Г., Лютиков Г.Г., Поздняков З.Г. Средства инициирования промышленных взрывчатых веществ: Учеб. для техникумов. - М.: Недра, 1996, с.55].

Изобретение предназначено для инициирования детонации зарядов взрывчатых веществ. В капсюле-детонаторе (КД) в корпусе стандартной гильзы с закрытым дном размещены: воспламенительный элемент, промежуточная оболочка и основной заряд бризантного взрывчатого вещества (БВВ). Промежуточная оболочка выполнена в виде цилиндрической втулки с осевым резьбовым каналом, который заполнен со стороны воспламенительного элемента прессованными пиротехническими составами и инициирующим зарядом БВВ. Достигается упрощение конструкции КД и повышение надежности и безопасности при его изготовлении и применении. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Капсюль-детонатор на основе бризантного взрывчатого вещества, состоящий из корпуса с размещенными в нем воспламенительным элементом, промежуточной оболочкой, содержащей инициирующий заряд, и основным зарядом, отличающийся тем, что промежуточная оболочка выполнена в виде цилиндрической втулки с осевым резьбовым каналом, заполненным со стороны воспламенительного элемента прессованными пиротехническими составами и инициирующим зарядом бризантного взрывчатого вещества.

2. Капсюль-детонатор на основе бризантного взрывчатого вещества по п.1, отличающийся тем, что промежуточная оболочка выполнена составной.