ЗАРЯД ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 2020 года по МПК F42B1/04 F42D3/06 G01V1/104 

Изобретение относится к зарядам промышленных взрывчатых веществ (ВВ), предназначенных для возбуждения сейсмических колебаний при геофизических исследованиях.

Известен взрывной источник для возбуждения сейсмических колебаний заряд ТЛ-2,5 [1] (фиг. 1), включающий цилиндрическую шашку 1 из литого тротила со сквозным осевым каналом и глухим отверстием, в котором размещен промежуточный инициатор (ПИ) 2 из прессованного тротила с гнездом для размещения электродетонатора (ЭД) 3. Сквозной осевой канал служит для сборки зарядов в гирлянду нанизыванием их на несущий кабель 5 перед спуском в скважину.

Недостатками известного заряда являются:

- сравнительно низкая скорость детонации, обуславливающая недостаточно высокую энергию взрыва, идущую на генерирование сейсмической волны;

- низкая водоустойчивость, проявляющаяся в том, что заряд сохраняет способность детонировать после выдержки в воде не более 3-х суток при гидростатическом давлении до 0,5 МПа;

- необходимость после размещения электродетонатора 3 в гнезде ПИ с целью обеспечения указанной водоустойчивости верхний торец ПИ смазывать мастикой или солидолом, выполняющих роль гидроизолирующей пробки 4;

- случаи нарушения целостности и потери работоспособности заряда из-за выпадения промежуточного инициатора из него при низких температурах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является заряд для возбуждения сейсмических колебаний ЗСБ-А [2] (фиг. 2), включающий цилиндрическую шашку 1 из взрывчатого состава (ВС) со сквозным осевым каналом и глухим отверстием, выполненным с одного из торцов параллельно оси, в котором размещен промежуточный инициатор, выполненный в различной компоновке, например, в виде удлиненной шашки 6 с гнездом под капсюльное средство инициирования (СИ), в устье глухого отверстия между верхними торцами шашки и промежуточного инициатора сформован фиксирующий элемент (ФЭ) 9.

Заряд-аналог имеет следующие недостатки.

Во взрывчатом составе (ВС), из которого выполнена цилиндрическая шашка 1 (фиг. 2), значительную долю составляет утилизируемое баллиститное ракетное твердое топливо (БРТТ) 70-99,9 мас. % и лишь 0,1-30 мас. % баллиститный артиллерийский порох (БАП) (Вариант 1). Поскольку в настоящее время рынок устаревших БРТТ, получаемых в соответствии с реализацией «…программы промышленной утилизации вооружения и военной техники…», существенно уменьшился, составы БРТТ оказались в числе дефицитного сырья.

Введение во ВС бризантного взрывчатого вещества (БВВ) до 15 мас. % (Вариант 2) повышает технологическую опасность производства и, кроме того, существенно повышает стоимость заряда, производство становится менее рентабельным.

Введение в БАП дополнительно технологических добавок 0,05-0,3 мас. % предполагает предварительную переработку БАП в таблетки отдельно от БРТТ. И только после этого осуществляется смешение таблеток БАП и БРТТ, прессование шашек. Это усложняет технологию и удорожает производство зарядов.

Водоустойчивость заряда ЗСБ-А длительностью 20 суток не всегда является достаточным временным интервалом при проведении взрывных работ.

Техническим результатом изобретения является создание заряда для возбуждения сейсмических колебаний ЗСБ-А2, обладающего более простой технологией изготовления, более высокими водоустойчивостью, технологической безопасностью производства, рентабельностью и широкой сырьевой базой.

Технический результат достигается следующим.

Заряд для возбуждения сейсмических колебаний включает цилиндрическую шашку 1 (фиг. 3) из взрывчатого состава со сквозным осевым каналом и глухим отверстием, выполненным с одного из торцов параллельно оси, в котором размещен промежуточный инициатор с гнездом 10 под капсюльное средство инициирования, в устье глухого отверстия между верхними торцами шашки и промежуточного инициатора сформован фиксирующий элемент 9, взрывчатый состав для изготовления шашки 1 включает баллиститный артиллерийский порох или композицию из баллиститного артиллерийского пороха и баллиститного ракетного твердого топлива в соотношении соответственно 30,1-99,9:0,1-69,9 мас. % и может дополнительно содержать сенсибилизатор в количестве до 6 мас. %.

В качестве сенсибилизатора во взрывчатом составе используется динитрил азобисизомасляной кислоты, применяемый в качестве газообразующего вещества, или оксид свинца, или оксид титана, или смесь динитрил азобисизомасляной кислоты с оксидом свинца, или оксидом титана в соотношении соответственно 0,1-99,9:0,1-99,9 мас. %.

Взрывчатый состав дополнительно включает в качестве гидрофобной и технологической добавки графит или вазелиновое масло, или смесь стеарата цинка с минеральным маслом, или вазелином в соотношении 0,1-99,9:0,1-99,9 мас. % соответственно в количестве до 3 мас. %.

Заряд также характеризует то, что промежуточный инициатор включает прессованные цилиндрические шашки разной конфигурации и длины, в их числе шашка канальная 8 (фиг. 3), шашка однородная 7 с плоскими торцами и соотношением длины шашки к глубине гнезда 0,1-0,4 в виде таблетки, по одной или по несколько шашек, и шашка 6 с гнездом с соотношением толщины дна к глубине гнезда промежуточного инициатора 0,1-0,4, обеспечивающие различные варианты компоновки промежуточного инициатора и формирование в любом из этих вариантов гнезда 10 глубиной, соответствующей длине капсюльного средства инициирования.

Промежуточный инициатор выполнен из взрывчатого материала, включающего бризантное взрывчатое вещество и графит в соотношении соответственно 97-99,9: 0,1-3 мас. %, при этом в качестве бризантного взрывчатого вещества используется флегматизированный гексоген или флегматизированный октоген, или тетрил, которые могут дополнительно содержать в качестве гидрофобной и технологической добавки воск или церезин-стеариновый сплав до 3 мас. %.

Поверхности дна и канала гнезда промежуточного инициатора могут быть покрыты влагозащитным лаком.

Заряд отличает также то, что в качестве материала фиксирующего элемента использованы пластифицированные удаляемым растворителем баллиститный артиллерийский порох или композиция из баллиститного артиллерийского пороха и баллиститного ракетного твердого топлива в соотношении соответственно 30,1-99,9:0,1-69,9 мас. % или гомогенизированная смесь баллиститного артиллерийского пороха или композиции из баллиститного артиллерийского пороха и баллиститного ракетного твердого топлива в соотношении соответственно 30,1-99,9:0,1-69,9 мас. % с гексогеном, или флегматизированным гексогеном, или октогеном, или флегматизированным октогеном в соотношении 15-85: 15-85 мас. % соответственно.

Использование для изготовления шашки 1 взрывчатого состава на основе БАП или композиции из БАП и БРТТ в соотношении соответственно 30,1-99,9:0,1-69,9 мас. % повышает технологическую безопасность производства из-за отсутствия в его рецептуре бризантного (БВВ), а также снижает стоимость заряда.

Кроме того, по сравнению с прототипом значительную долю во ВС заявленного заряда составляет утилизируемый БАП, который в настоящее время является менее дефицитным. Благодаря этому обстоятельству заявленный заряд имеет более широкую сырьевую базу.

Введение в БАП или в композицию из БАП и БРТТ, составляющих основу взрывчатого состава шашки 1 (фиг. 3), гидрофобной и технологической добавки до 3 мас. % в заявленных ассортименте и соотношении повышает водоустойчивость заряда и упрощает технологию его изготовления, поскольку не предполагает введение добавок отдельно в каждый компонент композиции БАП/БРТТ.

Использование во взрывчатом материале для изготовления ПИ дополнительно в качестве гидрофобной и технологической добавки церезин-стеаринового сплава в соотношении 35-45:55-65 мас. % или воска до 3 мас. % повышает прессуемость шашек и водоустойчивость ПИ.

Варианты компоновки ПИ (фиг. 3) учитывают тот важный факт, что пороха БАП по сравнению с составами БРТТ обладают меньшей чувствительностью к взрывному импульсу. Этим обстоятельством также оправдано введение сенсибилизатора в ВС в заявленных ассортименте и соотношении. Кроме того, наличие вариантов компоновки ПИ предоставляют возможность выбора производителем любого из них в соответствии с технической оснащенностью.

В зависимости от рецептуры ВС шашки 1 заряда, а также вида среды, в которой находится заряд (сухие скважины, водная среда), определяются конкретные характеристики промежуточного инициатора: тип БВВ, на основе которого изготавливаются шашки и таблетки, вариант компоновки.

В таблице представлены результаты исследования образцов шашки 1 заряда ЗСБ-А2 на детонационную способность и восприимчивость к взрывному импульсу в зависимости от рецептуры взрывчатого состава. Восприимчивость к взрывному импульсу оценивалась количеством шашек однородных 7 с плоскими торцами (таблеток) толщиной 10 мм, размещенных под шашкой канальной 8 (фиг. 3, в) диаметром 20 мм, возбуждающих детонацию шашки 1.

Из данных таблицы следует, что при содержании во взрывчатом составе 100 мас. % БАП или композиции БАП/БРТТ в соотношении 99,9/0,1 мас. % подрыв промежуточного инициатора, выполненного на основе ВМ состава флегматизированный гексоген / графит, с 4 таблетками не приводит к возбуждению детонации заряда. Детонационный режим возбуждается только от ПИ с 3 таблетками из ВМ состава флегматизированный октоген / графит. При соотношении БАП/БРТТ 30,1-70/30-69,9 мас. % возбуждение детонации заряда ЗСБ-А2 происходит от ПИ с одной таблеткой независимо от состава взрывчатого материала ПИ.

Обработка поверхностей дна и канала гнезда промежуточного инициатора влагозащитными лаками, различающимися по природе базового полимера, например, нитроцеллюлозным, акриловым, уретановым или силиконовым производится с целью повышения их водоустойчивости.

Как показали испытания образцов заряда ЗСБ-А2, помещенных в водную среду, влагозащитное покрытие на элементах гнезда ПИ обеспечивает водоустойчивость, оцениваемую способностью детонировать, до 30 суток.

Используемый для изготовления фиксирующего элемента 9 (фиг. 3) материал, включающий БАП, БРТТ и БВВ в заявленных соотношениях, способствует образованию неразъемного соединения фиксирующего элемента со стенкой глухого отверстия шашки и с верхним торцом ПИ, обеспечивая повышенную водоустойчивость и надежность функционирования заряда в экстремальных условиях его применения.

На фиг. 1-3 приняты следующие обозначения: 1 - цилиндрическая шашка заряда, 2 - промежуточный инициатор прототипа [1], 3 - капсюльное средство инициирования (электродетонатор), 4 - гидроизолирующая пробка, 5 - несущий кабель, 6 - шашка промежуточного инициатора (ПИ) с гнездом, 7 - шашка ПИ однородная с плоскими торцами (таблетка), 8 - шашка ПИ канальная, 9 - фиксирующий элемент, 10 - гнездо для размещения капсюльного средства инициирования.

Для лучшего понимания сущности изобретения приводится пример технологии изготовления заряда ЗСБ-А2.

Шашка 1 (фиг. 3) со сквозным осевым каналом из ВС, включающего композицию БАП/БРТТ (85/15 мас. %), оксид свинца и смесь стеарата цинка с минеральным маслом (50/50 мас. %) в соотношении соответственно 98:1:1 мас. %, изготавливается по баллиститной технологии [3]. Затем в шашке с одного торца параллельно осевому каналу высверливается глухое отверстие под ПИ.

Промежуточный инициатор, состоящий из двух шашек канальных 8 и двух таблеток 7 (фиг. 3, ж) изготавливается следующим образом. Порошкообразные флегматизированный октоген и графит в соотношении 98,5:1,5 мас. % перемешиваются в барабане шаровой мельницы при отсутствии шаров. Затем из полученной смеси глухим прессованием [4] изготавливают шашки канальные и таблетки.

Перед формованием фиксирующего элемента (ФЭ) из материала, включающего гомогенизированную смесь композиции из 50% баллиститного артиллерийского пороха и 50% баллиститного ракетного твердого топлива с гексогеном в соотношении 60:40 мас. % соответственно, изготавливают формовочную массу следующим образом.

Навески тонко измельченных крошек БАП и БРТТ засыпают в смеситель полузамкнутого объема, у которого отсутствует перемешивающее устройство, смешение осуществляется за счет вращения корпуса. Затем в смеситель добавляют растворитель (например, ацетон) в количестве, необходимом для получения однородной сметанообразной массы, перемешивание смеси осуществляют при скорости вращения барабана смесителя 50-60 об/мин. В полученную массу малыми порциями вводят навеску гексогена и перемешивают при 25-30 об/мин. После растворения всех компонентов смесь провяливают при 10-20 об/мин до получения однородной пластичной массы, способной принимать любую форму как разогретый пластилин. Полученную формовочную массу извлекают из смесителя, разделяют на фрагменты, соответствующие массе одного ФЭ с учетом удаляемого растворителя. Изготовление формовочной массы в малых количествах можно также выполнять вручную с использованием искробезопасных контейнера (чашки) и мешалки (ложки, лопатки).

Сборку заряда осуществляют в следующем порядке.

В глухом отверстии шашки 1 размещают две таблетки 7 и две шашки канальные 8 промежуточного инициатора, затем в канал верхней шашки канальной 8 вводят шток формовочный на глубину от одного до трех диаметров канала. Диаметр и длина стержня штока формовочного соответствуют размеру гнезда под ЭД, а плавный переход от стержня к хвостовику штока большего диаметра соответствует размерам и профилю канала фиксирующего элемента. В кольцеобразное пространство между верхними торцами шашки 1 и верхней шашки 8 ПИ размещают навеску формовочной массы, надавливанием на хвостовик штока формуют ФЭ 9. Шток плавно вытаскивают и одновременно с этим вращают вокруг его оси. Заряд провяливают в течение 4-6 часов в помещении. При необходимости выполняют калибровку гнезда с добавлением небольшого количества формовочной массы, затем заряд снова провяливают.

Влагозащитное покрытие на поверхности элементов гнезда ПИ наносится напылением, после чего производится сушка заряда в потоке теплого воздуха.

Аналогичным образом изготавливаются заряды других вариантов исполнения.

Испытания образцов заряда ЗСБ-А2 на водоустойчивость показали, что все образцы, помещенные на 30 суток в водную среду при гидростатическом давлении 0,5 МПа, сохраняют детонационную способность при инициировании от штатного электродетонатора. Замораживание при минус 50°С и последующее испытание на сухой площадке и в водной среде выявило их морозоустойчивость и работоспособность.

Испытания образцов ЗСБ-А2 проводились по следующим методикам:

- испытание на водоустойчивость осуществлялось в автоклаве, представляющем собой сосуд, заполненный на ~3/4 объема водой, образцы погружались в воду, сосуд закрывался крышкой, на крышке устанавливались манометр и штуцер для закачки воздуха компрессором, постоянное давление 0,5±0,05 МПа в автоклаве поддерживалось подкачкой воздуха;

- испытание на морозоустойчивость образцов осуществлялось в климатической камере производства VEB Feutron Greiz тип 3626/11 с объемом 630 дм³ и регулируемым интервалом температур от минус 75 до плюс 100°С.

Для изготовления заряда ЗСБ-А2 используются:

- баллиститные ракетные твердые топлива (БРТТ) по ОСТ В 84-439-82;

- баллиститные артиллерийские пороха (БАП) по ОСТ В 84-1943-81;

- гексоген по ГОСТ В 20395-74, ТУ 84-08628424-765-2002, ТУ 7276-844-08628424-2006;

- флегматизированный гексоген по ГОСТ РВ-1376-001-2006, или ОСТ В 84-636-81, или ОСТ В 3-6610-90, или ТУ 7276-822-08628424-2006;

- октоген по ОСТ В 84-1344-76, ТУ 84-08628424-764-2002, ТУ 7276-841-08628424-2006;

- флегматизированный октоген по ГОСТ РВ-1376-012-2008, или ОСТ В 84-1025-74, или ТУ 7276-221-07508405-2009;

- тетрил по ГОСТ В 7725;

- динитрил азобисизомасляной кислоты (ЧХ3-57) по ТУ 113-03-365-82, ТУ 6-09-3840-74;

- оксид свинца по ГОСТ 5539-73;

- оксид титана по ГОСТ 9808-84, ТУ-6-09-01-629-83;

- графит по ТУ 113-08-48;

- стеарат цинка по ТУ 181679-69;

- воск по СТО 00149765-004-2010 или ТУ 38.301-25-11-93, или ТУ 38.1011290-90;

-вазелин ТУ 38-101180-76;

- вазелиновое масло ГОСТ 3164-78;

- церезин по ГОСТ 2488-79;

- стеариновая кислота по ГОСТ 6484-96;

- масло минеральное приборное по ГОСТ 1805-76 или индустриальные по ГОСТ 20799-88, или ГОСТ 8675-62;

- ацетон по ГОСТ 2768-84;

- лаки: нитроцеллюлозный, акриловый, уретановый, силиконовый.

Преимуществами заявляемого заряда для возбуждения сейсмических колебаний ЗСБ-А2 по сравнению с прототипом являются более простая технология изготовления, более высокие водоустойчивость, технологическая безопасность, рентабельность производства и более широкая сырьевая база.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. ОСТ 84-1367-76. Литые тротиловые заряды.

2. Заряд для возбуждения сейсмических колебаний ЗСБ-А и способ изготовления заряда. Патент на изобретение RU 2420502, 29.12.2009.

3. Пороха, ракетные твердые топлива и взрывчатые вещества. В.К. Корсин, В.П. Зеленский, В.М. Орлов и др. - МО, 1992, 202 с.

4. Генералов М.Б. Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ: Учеб. Пособие для вузов. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 397 с.: ил.

Изобретение относится к зарядам промышленных взрывчатых веществ, предназначенных для возбуждения сейсмических колебаний при геофизических исследованиях. Заряд включает цилиндрическую шашку из взрывчатого состава (ВС) с осевым каналом и глухим отверстием с одного из торцов, в котором размещен промежуточный инициатор (ПИ) с гнездом под капсюльное средство инициирования (СИ), в устье глухого отверстия между верхними торцами шашки и ПИ сформован фиксирующий элемент. ВС включает баллиститный артиллерийский порох (БАП) или композицию из БАП и баллиститного ракетного твердого топлива (БРТТ) и может содержать сенсибилизатор и гидрофобные и технологические добавки. ПИ выполнен из бризантного взрывчатого вещества (БВВ) и графита. В качестве БВВ используют флегматизированный гексоген, или флегматизированный октоген, или тетрил, которые могут содержать гидрофобные и технологической добавки. Заряд характеризуется высокой водоустойчивостью, простой и безопасной технологией изготовления и широкой сырьевой базой. 7 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

1. Заряд для возбуждения сейсмических колебаний, включающий цилиндрическую шашку из взрывчатого состава со сквозным осевым каналом и глухим отверстием, выполненным с одного из торцов параллельно оси, в котором размещен прессованный промежуточный инициатор с гнездом под капсюльное средство инициирования, в устье глухого отверстия между верхними торцами шашки и промежуточного инициатора сформован фиксирующий элемент, отличающийся тем, что взрывчатый состав включает баллиститный артиллерийский порох или композицию из баллиститного артиллерийского пороха и баллиститного ракетного твердого топлива в соотношении соответственно 30,1-99,9:0,1-69,9 мас. %.

2. Заряд по п. 1, отличающийся тем, что взрывчатый состав содержит сенсибилизатор в количестве до 6 мас. %.

3. Заряд по п. 2, отличающийся тем, что в качестве сенсибилизатора используется динитрил азобисизомасляной кислоты, или оксид свинца, или оксид титана, или смесь динитрил азобисизомасляной кислоты с оксидом свинца или оксидом титана в соотношении соответственно 0,1-99,9:0,1-99,9 мас. %.

4. Заряд по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что взрывчатый состав дополнительно включает в качестве гидрофобной и технологической добавки графит, или вазелиновое масло, или смесь стеарата цинка с минеральным маслом или вазелином в соотношении 0,1-99,9:0,1-99,9 мас. % соответственно в количестве до 3 мас. %.

5. Заряд по п. 1, отличающийся тем, что промежуточный инициатор включает прессованные цилиндрические шашки разной конфигурации и длины, в их числе шашка канальная, шашка однородная с плоскими торцами и соотношением длины шашки к глубине гнезда 0,1-0,4, по одной или по несколько шашек, и шашка с гнездом с соотношением толщины дна к глубине гнезда промежуточного инициатора 0,1-0,4, обеспечивающие различные варианты компоновки промежуточного инициатора и формирование в любом из этих вариантов гнезда глубиной, соответствующей длине капсюльного средства инициирования.

6. Заряд по любому из пп. 1 или 5, отличающийся тем, что промежуточный инициатор выполнен из взрывчатого материала, включающего бризантное взрывчатое вещество и графит в соотношении соответственно 97-99,9:0,1-3 мас. %, при этом в качестве бризантного взрывчатого вещества используется флегматизированный гексоген, или флегматизированный октоген, или тетрил, которые могут дополнительно содержать в качестве гидрофобной и технологической добавки воск или церезин-стеариновый сплав до 3 мас. %.

7. Заряд по любому из пп. 1 и 5, отличающийся тем, что поверхности дна и канала гнезда промежуточного инициатора покрыты влагозащитным лаком.

8. Заряд по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала фиксирующего элемента использованы пластифицированные удаляемым растворителем баллиститный артиллерийский порох или композиция из баллиститного артиллерийского пороха и баллиститного ракетного твердого топлива в соотношении соответственно 30,1-99,9:0,1-69,9 мас. % или гомогенизированная смесь баллиститного артиллерийского пороха или композиции из баллиститного артиллерийского пороха и баллиститного ракетного твердого топлива в соотношении соответственно 30,1-99,9:0,1-69,9 мас. % с гексогеном, или флегматизированным гексогеном, или октогеном, или флегматизированным октогеном в соотношении 15-85:15-85 мас. % соответственно.