ДЕТОНАЦИОННАЯ РАЗВОДКА, ИНИЦИИРУЕМАЯ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ, И СОСТАВ СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА ДЛЯ ИНИЦИИРОВАНИЯ ДЕТОНАЦИОННОЙ РАЗВОДКИ Российский патент 2020 года по МПК F42B3/10 F42B3/113 F42D1/04 C06B25/00 

Описываемое изобретение относится к области взрывных работ, в частности к конструкции взрывных устройств.

Актуальность решаемой проблемы основана на необходимости устранения факторов нестабильности из-за сложности традиционных взрывных устройств и опасности взрывов из-за наличия средств инициирования повышенной опасности, к которым относятся, например, электродетонаторы, чувствительные, в том числе, и к несанкционированным воздействиям (ударным, ударно-волновым, механическим и электромагнитным импульсам). Кроме того недостаточно высокая надежность традиционной системы складывается из нестабильности срабатывания отдельных устройств ее составляющих. Поэтому, чем больше устройств в составе системы, тем ниже хронометрическая точность ее срабатывания. Соответственно, исключение ЭД из системы приводит к повышению ее хронометрической точности.

Известно устройство детонационной разводки (ДР), предназначенное для формирования взрывной волны (патент США №3430563, МПК F42B 3/093, публ. 04.03.1969 г.), которое содержит гибкий пластмассовый корпус в форме матрицы с детонационными каналами, имеющими общее начало в центре матрицы - центральную точку. Центральная точка через отдельный канал соединена с точкой инициирования, расположенной на внешней стороне корпуса. Возбуждение детонации происходит в точке инициирования от внешнего электродетонатора (ЭД), после чего она передается в центральную точку. От нее детонация распределяется по другим каналам и выходит из устройства одновременно в большом количестве точек.

К недостаткам аналога относится повышенная чувствительность электродетонатора к несанкционированным воздействиям, значительная сложность конструкции из-за множественных связей и элементов, и как следствие недостаточно высокая надежность.

В качестве прототипа выбрано устройство детонационной разводки (ДР) для формирования взрывной волны (патент РФ №2415370 МПК F42B 3/10, 27.03.2011), в котором обеспечивается одновременный многоточечный выход взрывной волны из детонационных каналов. Распространение детонации по каналам происходит из центральной точки, расположенной в центре матрицы. Инициирование детонации происходит от внешнего электродетонатора в точке, расположенной на внешней стороне корпуса ДР. Передача детонации из точки инициирования в центральную точку происходит по отдельному каналу, установленному с зазором по отношению к поверхности матрицы.

Недостатком известных устройств является то, что для возбуждения детонации в точке инициирования предполагается использовать дополнительное внешнее устройство - элетродетонатор, который при срабатывании может повредить корпус и каналы матрицы и повлиять на надежность ее работы. При повышенных требованиях к безопасности детонационные каналы и элетродетонатор должны быть выполнены из вторичного ВВ. В таком случае, для возбуждения детонации в ЭД необходимо использовать мощный высоковольтный электрический импульс, который становится сильным источником электромагнитных помех. Этот импульс может стать непреодолимой электромагнитной помехой для работы электронных приборов, работающих в непосредственной близости от ДР и используемых для управления и контроля работы ДР. Для генерации такого импульса необходимы крупногабаритные и дорогостоящие подрывные установки (ПУ). Кроме того, при срабатывании ЭД возникает ударное воздействие на корпус ДР, что снижает надежность ее работы. Высоковольтные ЭД на основе вторичных ВВ являются дорогостоящими устройствами, как и системы на их основе. Использование ЭД увеличивает габариты системы и ее массу и усложняет конструкцию.

Задачей авторов изобретения является разработка безопасной и простой детонационной разводки (ДР), в которой минимизированы факторы, снижающие безопасность и надежность срабатывания ДР.

Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение возможности повышения безопасности взрывного устройства, надежности его срабатывания за счет повышения хронометрической точности срабатывания ДР, упрощение конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что функция по возбуждению детонации в канале передачи детонации перекладывается с ЭД на сам канал, в инициируемой части которого размещается источник детонационного импульса, выполненный из светочувствительного ВВ.

В отличие от конструкции прототипа, в которой ДР, включающая корпус и каналы передачи детонации, снаряженные вторичными взрывчатыми веществами (ВВ), с инициируемой частью канала, источник детонационной волны (ДВ), и источник импульса для задействования источника детонационной волны, согласно изобретению источник ДВ размещен в инициируемой части канала передачи детонации, при этом источник ДВ выполнен из светочувствительного ВВ на основе вторичного взрывчатого вещества (ВВ) и плотно упакован в корпусе инициируемой части канала передачи детонации, источник импульса для задействования источника детонационной волны выполнен в виде источника лазерного излучения.

Кроме того, источник лазерного излучения сообщен с источником ДВ посредством оптоволоконного кабеля.

Кроме того, источник лазерного излучения связан с источником ДВ напрямую.

Кроме того, источник лазерного излучения установлен с зазором относительно источника ДВ. Известен в качестве аналога заявляемого состава для источника детонационной волны инициатор на основе светочувствительного вторичного ВВ (патент РФ №2427786, МПК F42B 3/113, 27.08.2011), в котором ВВ выполнено в виде запрессованного до плотности 0,9-1,1 г/см³ материала из смеси высокодисперсного ТЭНа с удельной поверхностью 4000-20000 см²/г и наноалюминия со средним размером частиц не более 60 нм, при соотношении ингредиентов (массовые доли) от 75:15 до 95:5, соответственно.

К недостаткам известного инициатора детонационного импульса относятся сравнительно высокая опасность и недостаточно селективная чувствительность к инициируемому импульсу.

В качестве светочувствительного ВВ для инициируемой части канала ДР предлагается состав на основе вторичного ВВ гексоген в его высокодисперсной форме плотностью упаковки в канале от 0.8 до 1.1 г/см³ и удельной поверхностью от 4000 до 20000 см²/г.В качестве наполнителя используется нанодисперсный порошок алюминия со средним размером частиц от 50 до 200 нм и массовой долей в составе от 0.5 до 10%.

К преимуществам использования состава на основе гексогена относится более высокие, чем у аналога селективная чувствительность к лазерному излучению, мощность и термостабильность.

Предлагаемое изобретение поясняется следующим образом.

Компоненты светочувствительного ВВ на основе вторичного взрывчатого вещества (например, гексогена, октогена, апрола) в указанных диапазонах соотношений с получением заданного уровня характеристик выбраны по результатам экспериментальных исследований контрольных образцов ВВ. Повышенная селективная чувствительность ВВ к ЛИ достигается за счет применения при изготовлении состава нанодисперсного алюминия и ВВ при заявленных дисперсностях и соотношении массовых долей, а также плотности его упаковки в канал ДР. Экспериментально показано, что выбор соотношений компонентов состава ВВ вне заявленных диапазонов значений делает невозможным его применение в заявляемом устройстве из-за существенного ухудшения характеристик (селективной чувствительности к ЛИ, технологичности, надежности срабатывания ДР).

При выполнении источника ДВ в инициируемой части канала был использован метод механического уплотнения порошкообразного светочувствительного ВВ с удельной поверхностью 4000 см²/г до 20000 см²/ г до плотности упаковки в канале от 0.8 до 1.1 г/см³.

Предлагаемый состав светочувствительного ВВ был включен в состав конструкции ДР и показал высокую эффективность и надежность при срабатывании при эксплуатации. В ходе опытных проверок было показано, что нестабильность времени срабатывания уменьшена в отсутствии сложной системы, которая присуща конструкциям с электродетонатором, тогда как в предлагаемой ДР, где исключен из системы высоковольтный ЭД, были получены и эффективность и хронометрическая точность срабатывания устройства, что легло в основу повышенной надежности.

На фиг. 1 представлена общая схема предлагаемой ДР, где 1 - корпус, 2 - каналы передачи детонации, 3 - узлы ДР, 4 - инициируемая часть канала, 5 - канал передачи лазерного излучения, 6 - точки выхода детонационной волны (ДВ), 7 - источник ДВ из светочувствительного ВВ.

На фиг. 2 изображена схема фрагмента макета ДР, где 1 - корпус, 2 -каналы подачи детонации, 4 - инициируемая часть канала, 5 - канал подачи лазерного излучения 6а, 6б - точки контроля времени работы канала ДР, 7 - место установки источника ДВ из экспериментального светочувствительного ВВ (или ЭД), 8 - к источнику лазерного излучения.

На фиг. 3 приведена графическая зависимость пороговой плотности энергии инициирования ЛИ (Q) светочувствительного ВВ на основе гексогена от массовой доли Аl (со средним размером частиц 100 нм), как видно из графика (фиг. 3).

Предлагаемая ДР работает следующим образом. Лазерный импульс с требуемыми для возбуждения детонации параметрами подается на инициируемую часть канала непосредственно, либо через световод. Детонация распространяется далее по каналу и передается на другие каналы и по приходу в точки выхода ДВ, формируя на выходе ДР фронт детонационной волны заданной формы.

Таким образом, при использовании предлагаемого изобретения обеспечивается более высокий, по сравнению с прототипом, технический результат, заключающийся в повышении безопасности взрывного устройства, надежности его срабатывания за счет повышения хронометрической точности срабатывания ДР, упрощение конструкции.

Возможность промышленной применимости заявляемого изобретения подтверждается следующими примерами конкретного выполнения.

Пример 1. В лабораторных условиях предлагаемое изобретение опробовано на макетах ДР (фиг. 1), в которых в качестве каналов подачи лазерного излучения использовался оптоволоконный кабель ∅0,4 мм. В экспериментах с макетом фиг. 1 получено инициирование ДР и надежное срабатывание всех точек выхода ДВ.

Пример 2. В лабораторных условиях предлагаемое изобретение опробовано на фрагментах макетах ДР (фиг. 2) с источником ДВ на светочувствительном ВВ, а также при инициировании от ЭД, в аналогичной постановке экспериментов. Использование фрагментарного образца упрощает постановку эксперимента и более показательно в плане иллюстрации надежности и хронометрической точности срабатывания. Результаты экспериментов показали (таблица 1), хронометрически синхронную работу каналов макета ДР и большую надежность работы ДР с инициатором на экспериментальном составе, по сравнению с ЭД. Как видно в таблице 1 в случае с источником ДВ точки 6а и 6б сработали одновременно через 9,71 мкс, тогда как в случае ЭД точка 6б не сработала в результате газодинамических наводок, возникших в результате его подрыва, а время срабатывания точки 6а уменьшилось по той же причине.

Пример 3. Для макетов ДР в примерах 1 и 2 изготовлено светочувствительное ВВ, содержащее вторичное термостойкое ВВ гексоген в его высокодисперсной форме с удельной поверхностью от 4000 до 20000 см²/г.В качестве наполнителя использовали нанодисперсный порошок алюминия со средним размером частиц 100 нм и массовой долей в составе 3,5%. Плотность упаковки состава в канал ДР составляла 0,9 г/см³.

Пример 4. Из графика на фиг.З видно, что при уменьшении массовой доли нанодисперсного алюминия в светочувствительном ВВ ниже 0,75% и при увеличении ее выше 10% ухудшается селективная чувствительность к ЛИ состава на основе гексогена, что выражается в увеличении пороговой плотности энергии его инициирования ЛИ.

Результаты срабатывания используемой детонационной разводки по сравнению с устройством, в котором использован электродетонатор, сведены в таблицу 1.

Как это показали примеры реализации заявленного изобретения, при использовании заявленных устройства детонационной разводки и светочувствительного ВВ достигнут технический результат, заключающийся в повышении безопасности взрывного устройства, надежности его срабатывания за счет повышения хронометрической точности срабатывания ДР, упрощение конструкции за счет исключения необходимости использования сложной системы с электродетонатором.

Использование: область взрывных работ, в частности конструкции взрывных устройств. Задача: разработка безопасной и простой детонационной разводки (ДР), в которой минимизированы факторы, снижающие ее безопасность и надежность срабатывания ДР. Сущность изобретения: в отличие от конструкции прототипа, в которой ДР, включающая корпус и каналы передачи детонации, снаряженные вторичными взрывчатыми веществами (ВВ), с инициируемой частью канала, источник детонационной волны (ДВ) и источник импульса для задействования источника детонационной волны, согласно изобретению, источник ДВ размещен в инициируемой части канала передачи детонации, при этом источник ДВ выполнен из светочувствительного ВВ на основе вторичного взрывчатого вещества (ВВ) и плотно упакован в корпусе инициируемой части канала передачи детонации, источник импульса для задействования источника детонационной волны выполнен в виде источника лазерного излучения. Кроме того, источник лазерного излучения сообщен с источником ДВ посредством оптоволоконного кабеля. Кроме того, источник лазерного излучения связан с источником ДВ напрямую. Кроме того, источник лазерного излучения установлен с зазором относительно источника ДВ. Состав светочувствительного ВВ на основе вторичного ВВ для инициирования инициируемого участка канала передачи детонации, возбуждаемого внешним источником лазерного излучения, в котором, согласно изобретению, в качестве вторичного ВВ содержится высокодисперсный гексоген или октоген или апрол с плотностью упаковки в канале от 0.8 до 1.1 г/см³ и удельной поверхностью от 4000 до 20000 см²/г, а в качестве наполнителя - нанодисперсный порошок алюминия со средним размером частиц от 50 до 200 нм и массовой долей в составе от 0.5 до 7%. Технический результат: повышение надежности и безопасности при задействовании ДР и работы ее за счет повышения хронометрической точности срабатывания ДР. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 пр., 1 табл., 3 ил.

1. Детонационная разводка, инициируемая лазерным излучением, включающая корпус и каналы передачи детонации, снаряженные вторичными взрывчатыми веществами (ВВ), с инициируемой частью канала, источник детонационной волны (ДВ), и источник импульса для задействования источника детонационной волны, отличающаяся тем, что источник ДВ размещен в инициируемой части канала передачи детонации, при этом источник ДВ выполнен из светочувствительного ВВ на основе вторичного взрывчатого вещества (ВВ) и плотно упакован в корпусе инициируемой части канала передачи детонации, источник импульса для задействования источника детонационной волны выполнен в виде источника лазерного излучения.

2. Детонационная разводка по п. 1, отличающаяся тем, что источник лазерного излучения сообщен с источником ДВ посредством оптоволоконного кабеля.

3. Детонационная разводка по п. 1, отличающаяся тем, что источник лазерного излучения связан с источником ДВ напрямую.

4. Детонационная разводка по п. 1, отличающаяся тем, что источник лазерного излучения установлен с зазором относительно источника ДВ.

5. Состав светочувствительного ВВ для инициирования детонационной разводки на основе вторичного ВВ для инициирования инициируемого участка канала передачи детонации, возбуждаемого внешним источником лазерного излучения, отличающийся тем, что в качестве вторичного ВВ содержится высокодисперсный гексоген или октоген или апрол с плотностью упаковки в канале от 0.8 до 1.1 г/см³ и удельной поверхностью от 4000 до 20000 см²/г, а в качестве наполнителя - нанодисперсный порошок алюминия со средним размером частиц от 50 до 200 нм и массовой долей в составе от 0.5 до 7%.