КАПСЮЛЬ-ДЕТОНАТОР Российский патент 2012 года по МПК F42B3/16 F42C19/12 

Изобретение относится к средствам взрывания и может быть использовано при проведении взрывных работ в горнорудной, строительной промышленности, военном деле и т.п.

Современная технология разработки горных массивов с помощью взрыва предусматривает так называемое короткозамедленное взрывание. Такая технология предусматривает поочередное взрывание заряженных скважин, набуренных в большом специально подготовленном горном массиве. Распространенным средством, обеспечивающим последовательность взрывов, являются капсюли-детонаторы с неэлектрическим инициированием - с помощью ударно-волноводной трубки, с внутренним замедляющим элементом. В качестве такого элемента используется пиротехническая замедляющая трубка, которая и обеспечивает задержку взрывания. Капсюли с замедлением собираются в последовательную гирлянду - так называемую поверхностную сеть. Каждый капсюль располагается вблизи устья «своей» скважины. После срабатывания первого детонатора через время задержки срабатывает второй, потом третий и т.д. Инициирующий импульс в скважину передается с помощью скважинного детонатора, который соединен с поверхностным. Сработавший поверхностный детонатор передает инициирующий импульс внутрь скважинного детонатора, который в свою очередь инициирует скважинный заряд. Для того чтобы первая взорвавшаяся скважина не разрушила поверхностную сеть, в скважинах тоже используются детонаторы с замедлением, причем скважинное замедление на порядок превышает замедление поверхностных детонаторов.

Точность замедления с помощью пиротехнических средств, к сожалению, оставляет желать лучшего. Как правило, эта величина составляет ±10%. Невысокая точность внутрискважинного замедления может приводить к нарушению последовательности взрыва скважин. Это приводит к необходимости повышения удельного расхода взрывчатых материалов, к появлению так называемых негабаритов, устранение которых требует дополнительных и немалых расходов.

Практически единственной возможностью получить капсюли с высокой точностью срабатывания является переход на капсюли с электронным замедлением, имеющим существенно большую точность, чем пиротехническое замедление. Однако представленные на рынке капсюли с электронным замедлением, такие как ЭДЭЗ, I-kon, Hot/QuickShot, Deltadet имеют свои недостатки. Во-первых, все они являются электрическими - в них инициирующий сигнал подается по электрическим проводам, из-за чего применение этих капсюлей требует более высокой квалификации взрывперсонала. Кроме того, требуется специализированное управляющее устройство, выполняющее программирование непосредственно на взрывной площадке, что требует переобучения взрывного персонала и изменения традиционных схем взрывания. Во-вторых, они имеют более высокую стоимость, превышающую в 3-7 раз стоимость капсюлей с пиротехническим замедлением. По этим причинам внедрение капсюлей-детонаторов с электронной задержкой происходит медленно. Чтобы капсюль мог быть быстро внедрен, он должен ничем не отличаться от традиционных капсюлей ни в плане монтажа сети и обращения с ним, ни в плане проектирования взрывных работ. Таким образом, в настоящий момент есть нужда в капсюле-детонаторе с электронным замедлением и неэлектрической системой инициирования.

Известно детонирующее устройство, содержащее корпус и размещенные в нем последовательно заряд прессованного бризантного вещества, заряд бризантного вещества насыпной плотности, заряд инициирующего вещества и воспламенитель, который выполнен в виде металлической спирали, соединенной с электронным модулем, состоящим из блока детектирования, присоединенного к двухпроводной линии, зашунтированной первым и вторым диодами от центрального устройства, к первому выходу блока детектирования присоединена первая накопительная емкость, которая присоединена к первому входу микропроцессора с кварцевым генератором, подключенного также вторым входом из соединения первого и второго диодов к двухпроводной линии, к второму выходу блока детектирования подключена вторая накопительная емкость, соединенная с последовательно включенными узлом воспламенения и первым ключом, точка соединения которых через делитель подключена к третьему входу микропроцессора, к второй емкости подключен дополнительно второй ключ и управляющие входы обоих ключей соединены с первым и вторым выходами микропроцессора, причем микропроцессор имеет индивидуальный идентификационный номер, запрограммированный при изготовлении [Патент России №2147365, МПК F42B 3/18]. Требуемое время замедления программируется непосредственно перед взрывом, а точность задания временных интервалов ~1 мс, в диапазоне от 0 до 20 с. Это устройство требует высокой квалификации взрывперсонала, так как предусматривают управление устройствами цифрового программирования и подрыва.

Известен капсюль-детонатор с электронной задержкой, содержащий корпус, в котором размещены воспламенитель, электронный узел задержки взрывания, первичное и вторичное взрывчатые вещества, узел инициирования и сенсор, размещенные перед электронным узлом задержки, причем сенсор выполнен с возможностью преобразования импульса от источника инициирования и передачи его электронному узлу задержки, который запрограммирован на определенное время задержки, при этом сенсор выполнен с возможностью включения электронного узла задержки в виде фотодатчика или термодатчика [Патент РФ №2349867, МПК F42B 3/10]. Время задержки у этого капсюля устанавливается при его изготовлении, что является его несомненным достоинством.

Этот капсюль-детонатор является ближайшим аналогом предлагаемого и принят за прототип изобретения. Его основным недостатком является то, что он работоспособен только при использовании гальванических источников питания. Названные гальванические источники питания имеют ограниченный температурный диапазон работы и короткий срок хранения. Капсюль-детонатор с постоянно активным источником питания опасен при транспортировке и ведении подготовительных работ.

Изобретение решает задачу создания такого капсюля-детонатора, который, имея высокую точность срабатывания, не активен до приведения его в рабочее состояние с помощью подачи на него инициирующего импульса, а потому не опасен при его хранении и транспортировке и имеет практически неограниченный срок хранения.

Поставленная задача решается тем, что предлагается капсюль-детонатор, включающий корпус, в котором размещены воспламенитель, первичное взрывчатое вещество и вторичное взрывчатое вещество, расположенные таким образом, что воспламенитель воспламеняет первичное взрывчатое вещество, от которого детонирует вторичное взрывчатое вещество, электронный таймер задержки первичного взрывчатого вещества и средство инициации взрыва, связанное с названным средством задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества, в котором средство инициации взрыва содержит ударно-волновую трубку, один конец которой зафиксирован на входе в названный корпус, цилиндрический стакан, установленный соосно с ударно-волновой трубкой и направленный в ее сторону входом в его полость, при этом в полости названного цилиндрического стакана установлен магнитный якорь с возможностью его перемещения вдоль оси названного цилиндрического стакана, а с внешней стороны названный цилиндрический стакан охватывает катушка индуктивности.

Полость цилиндрического стакана может быть закрыта мембраной, к которой прикреплен магнитный якорь, например приклеен, в целях предохранения от перемещения якоря при транспортировке, вибрационных воздействиях, ударах.

Полость цилиндрического стакана может быть закрыта фиксирующей шайбой из магнитомягкого материала, которая также предохраняет от перемещения якоря при транспортировке, вибрационных воздействиях, ударах.

В полости цилиндрического стакана может быть установлен вспомогательный магнит.

Целесообразно дно цилиндрического стакана выполнять глухим.

Средством задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества является электронный таймер задержки.

Электронный таймер задержки в этом случае содержит накопительные конденсаторы, по меньшей мере один из которых обеспечивает питанием его элементы, а по меньшей мере второй обеспечивает питанием воспламенитель.

Накопительные конденсаторы заряжаются напряжением разного знака, один положительным, другой отрицательным.

Индуктивность катушки индуктивности равна , где Т - время прохождения магнитным якорем внутренней полости стакана, охваченного с наружной стороны катушкой индуктивности, a R - сопротивление катушки индуктивности.

Емкость накопительных конденсаторов равна , где Т - время прохождения магнитным якорем внутренней полости стакана, охваченного с наружной стороны катушкой индуктивности, а R - сопротивление катушки индуктивности.

На Рис.1 изображен капсюль-детонатор с фиксацией магнитного якоря на фиксирующей мембране, где 1 - корпус, 2 - ударно-волновая трубка, 3 - стакан, 4 - магнитный якорь, 5 - катушка индуктивности, 6 - средство задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества, 7 - воспламенитель, 8 - первичное взрывчатое вещество, 9 - вторичное взрывчатое вещество, 10 - фиксирующая мембрана.

На Рис.2 изображен капсюль-детонатор с фиксацией магнитного якоря на фиксирующей шайбе из магнитомягкого материала, где 11 - фиксирующая шайба.

На Рис.3 изображен капсюль-детонатор с фиксацией магнитного якоря на фиксирующей шайбе из магнитомягкого материала и содержащий дополнительный магнит в полости стакана, где 12 - дополнительный магнит.

На Рис.4 приведена осциллограмма напряжения на выводах катушки индуктивности.

На Рис.5 приведена схема электронного таймера задержки, который может использоваться в предлагаемом детонаторе в качестве средства задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества, где 7 - воспламенитель, 13 - выводы, идущие к катушке индуктивности, 14 - электронный ключ, 15 - микропроцессор, C1 - первый накопительный конденсатор, С2 - второй накопительный конденсатор, Д1 - первый выпрямительный диод, Д2 - второй выпрямительный диод.

Предлагаемый капсюль-детонатор работает следующим образом. Входным элементом детонатора является ударно-волновая трубка 2. Она представляет собой, например, пластиковую трубку с внешним диаметром порядка 3,5 мм и внутренним - порядка 1 мм. На внутреннюю поверхность трубки нанесено напылением мелкодисперсное взрывчатое веществ, например, в количестве порядка 10-20 миллиграмм на метр длины трубки. Когда трубку возбуждают с одного конца, вдоль нее начинает распространяться ударная волна со скоростью порядка 2000 м/с. Возбуждать трубку можно посредством капсюля-детонатора, детонирующего шнура либо специального пускового устройства. Когда ударная волна доходит до конца трубки, из нее выбрасывается струя раскаленных газов. Суммарная (тепловая плюс кинетическая) энергия такой струи порядка 1-2 Дж. Как показано на Рис.1, магнитный якорь 4 установлен в полости стакана 3 и закреплен на фиксирующей мембране 10 в ее центре с помощью клея. Сама фиксирующая мембрана также приклеена к кромке стакана, обеспечивая тем самым неподвижное исходное положение магнитного якоря. Когда струя раскаленных газов из ударно-волновой трубки 2 врывается в корпус 1, она разрывает фиксирующую мембрану 10 и приводит в движение магнитный якорь 4. Магнитный якорь, пролетая вдоль оси в полости стакана, наводит ЭДС в катушке индуктивности 5, охватывающей цилиндрический стакан с внешней стороны. Индуктивность катушки индуктивности равна: , где Т - время прохождения магнитным якорем внутренней полости стакана, охваченного с наружной стороны катушкой индуктивности, а R - сопротивление катушки индуктивности.

Возникшее напряжение снимается с выводов катушки индуктивности и подается на средство задержки воспламенения 6. Примерная осциллограмма напряжения на выводах катушки индуктивности приведена на Рис.4.

При выполнении средства задержки воспламенения в форме электронного таймера задержки, приведенного на Рис.5, напряжение с выводов катушки индуктивности 13 подается через выпрямительные диоды Д1 и Д2 на накопительные конденсаторы С1 и С2. Конденсатор С1 через диод Д1 заряжается положительной полуволной напряжения с выводов катушки индуктивности. Конденсатор С2 через диод Д2 заряжается отрицательной полуволной напряжения с выводов катушки Т индуктивности. Емкость накопительных конденсаторов равна: , где Т - время прохождения магнитным якорем внутренней полости стакана, охваченного с наружной стороны катушкой индуктивности, a R - сопротивление катушки индуктивности.

Как только появляется напряжение на конденсаторе С1, включается микропроцессор 15 и начинает отсчет заранее заданного при изготовлении устройства времени задержки, по истечении которого микропроцессор открывает электронный ключ 14, воспламеняя при этом воспламенитель 7. Электрическая энергия конденсаторов расходуется на работу таймера при отсчете им задержки, а также для воспламенения воспламенителя. Время задержки может составлять от 10 до 10000 мс. Воспламенитель 6 поджигает первичное взрывчатое вещество 8, горение которого длится меньше чем 50 мс и переходит в детонацию. Детонационная волна первичного взрывчатого вещества возбуждает вторичное взрывчатое вещество 9. Происходит его взрыв и процесс заканчивается.

В том случае, если в устройстве используется фиксирующая шайба из магнитомягкого материала 11, как показано на Рис.2, магнитный якорь примагничивается к названной фиксирующей шайбе и тем самым удерживается в исходном положении.

В том случае, если в полости цилиндрического стакана расположен дополнительный магнит 12, как показано на Рис.3, его устанавливают таким образом, чтобы одноименные полюса дополнительного магнита и магнитного якоря находились напротив друг друга. При таком положении они отталкиваются друг от друга. Это позволяет вернуть в начальное положение магнитный якорь, в случае его отделении от фиксирующей шайбы при резкой встряске детонатора.

Такая конструкция капсюля-детонатора позволяет получать высокую точность при его срабатывании, причем это касается как короткозамедленного взрывания, так и взрывания с большим интервалом замедления. Его погрешность времени замедления не превышает 10 мс, и он полностью готов к эксплуатации после его изготовления. Кроме того, в покое - при хранении, транспортировке и выполнении подготовительных работ перед осуществлением взрыва капсюль-детонатор не активен. В рабочее состояние он приходит только при подаче на него инициирующего импульса, потому он не опасен при его хранении и транспортировке и имеет практически неограниченный срок хранения.

Изобретение относится к средствам взрывания. Капсюль-детонатор включает корпус, в котором размещены воспламенитель, первичное взрывчатое вещество и вторичное взрывчатое вещество, расположенные таким образом, что воспламенитель воспламеняет первичное взрывчатое вещество, от которого в свою очередь детонирует вторичное взрывчатое вещество, электронный таймер задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества и средство инициации взрыва, связанное с названным средством задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества. Средство инициации взрыва содержит ударно-волновую трубку, один конец которой зафиксирован во входной части корпуса, и цилиндрический стакан, установленный соосно с ударно-волновой трубкой и направленный в ее сторону входом в его полость. В полости цилиндрического стакана установлен магнитный якорь с возможностью его перемещения вдоль оси названного цилиндрического стакана. С внешней стороны цилиндрический стакан охватывает катушка индуктивности. Повышаются точность срабатывания и срок хранения капсюля. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Капсюль-детонатор, включающий корпус, в котором размещены воспламенитель, первичное взрывчатое вещество и вторичное взрывчатое вещество, расположенные таким образом, что воспламенитель воспламеняет первичное взрывчатое вещество, от которого, в свою очередь, детонирует вторичное взрывчатое вещество, электронный таймер задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества и средство инициации взрыва, связанное с названным средством задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества, отличающийся тем, что средство инициации взрыва содержит ударно-волновую трубку, один конец которой зафиксирован во входной части названного корпуса, цилиндрический стакан, установленный соосно с ударно-волновой трубкой и направленный в ее сторону входом в его полость, при этом в полости названного цилиндрического стакана установлен магнитный якорь с возможностью его перемещения вдоль оси названного цилиндрического стакана, а с внешней стороны названный цилиндрический стакан охватывает катушка индуктивности.

2. Капсюль-детонатор по п.1, отличающийся тем, что полость цилиндрического стакана закрыта мембраной, к которой прикреплен магнитный якорь.

3. Капсюль-детонатор по п.1, отличающийся тем, что полость цилиндрического стакана закрыта фиксирующей шайбой из магнитомягкого материала.

4. Капсюль-детонатор по п.3, отличающийся тем, что в полости цилиндрического стакана установлен вспомогательный магнит.

5. Капсюль-детонатор по п.1, отличающийся тем, что дно цилиндрического стакана выполнено глухим.

6. Капсюль-детонатор по п.1, отличающийся тем, что средством задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества является электронный таймер задержки.

7. Капсюль-детонатор по п.6, отличающийся тем, что электронный таймер задержки содержит накопительные конденсаторы, по меньшей мере, один из которых обеспечивает питанием его элементы, а, по меньшей мере, второй обеспечивает питанием воспламенитель.

8. Капсюль-детонатор по п.7, отличающийся тем, что накопительные конденсаторы заряжаются напряжением разного знака: один положительным, другой отрицательным.

9. Капсюль-детонатор по п.1, отличающийся тем, что индуктивность катушки индуктивности равна , где Т - время прохождения магнитным якорем внутренней полости стакана, охваченного с наружной стороны катушкой индуктивности, a R - сопротивление катушки индуктивности.

10. Капсюль-детонатор по п.7, отличающийся тем, что емкость Т накопительных конденсаторов равна , где Т - время прохождения магнитным якорем внутренней полости стакана, охваченного с наружной стороны катушкой индуктивности, а R - сопротивление катушки индуктивности.