Промежуточный детонатор Российский патент 2024 года по МПК F42B1/04 

Изобретение относится к промежуточным детонаторам, предназначенным для инициирования промышленных взрывчатых веществ на открытых горных работах в скважинах для возбуждения зарядов из малочувствительных взрывчатых веществ (ВВ).

В частности, рассматривается конструкция устройства, предназначенного для производства взрывных работ на земной поверхности в качестве промежуточного детонатора в сухих скважинах во всех климатических районах при температуре от -30°С до +50°С.

Одним из приоритетных направлений в разработке и применении промышленных ВВ и средств взрывания (СВ) в горнодобывающей промышленности является повышение их безопасности при сохранении и повышении эксплуатационной эффективности. При проведении взрывных работ на земной поверхности практически уже отработан комплексный подход и критерии оценки взаимодействия трех составляющих скважинного заряда - это система инициирования (СИ), промежуточный детонатор и непосредственно ВВ, которые должны обеспечивать безопасность, надежность, соответствие условиям применения и способу заряжания.

Предприятие, выполняющее взрывные работы по горно-геологическим условиям, выбирает промышленные ВВ, СИ и, как связующее, подбирает промежуточный детонатор, то есть боевик, который должен быть совместим с системой инициирования, и надежно инициировать скважинный заряд ВВ. С развитием производства и появлением новых СИ стали разрабатываться и производиться различные типы промежуточных детонаторов для скважинных зарядов.

Промежуточный детонатор применяют только на открытых горных разработках в забоях на любых глубинах. С помощью промежуточного детонатора достигается надежная детонация трудновозбудимых гранулированных и водосодержащих взрывчатых веществ в расчетном режиме. Такие детонаторы, в большинстве своем в виде шашек-детонаторов, завертывают в бумагу и упаковывают в деревянные или картонные ящики и хранят и перевозят в соответствии с правилами, относящимися к взрывчатым материалам II группы.

Так, известна шашка-детонатор, включающая цилиндрический бумажный гидроизолированный корпус, в котором размещен заряд ВВ, со сквозным осевым каналом под детонирующий шнур (ДШ) и глухим каналом под капсюль-детонатор или электродетонатор (RU 2089827).

Для малочувствительных, эмульсионных и горячельющихся взрывчатых веществ вышеуказанные шашки-детонаторы имеют недостаточную инициирующую способность и низкую прочность, обусловленную литьевым составом взрывчатого материала и бумажным корпусом изделия, что при использовании в зимнее время и для горячельющихся ВВ (с температурой 85-95°С) приводит к потере их целостности и работоспособности.

Известна также шашка-детонатор, изготовленная из смеси, содержащей 50-70 мас. % тротила и 50-30 мас. % высокодисперсного ТЭНа, залитой в корпус из полимерного материала, а корпус представляет собой обечайку толщиной 0,5-3 мм со скругленными кромками на торцах и кольцевыми выступами на цилиндрической поверхности (RU 2177927).

Указанная шашка-детонатор по боковой поверхности защищена цилиндрическим полимерным корпусом, однако не имеет должной защиты с торцов, в связи с чем не обеспечивается ее целостность и работоспособность при длительном нахождении в среде горячельющихся взрывчатых веществ или в обводненных скважинах.

Известен промежуточный детонатор, включающий помещенный в полимерную оболочку эмульсионный состав, кислородный баланс которого не превышает минус 5%, чувствительность к удару характеризуется частостью взрыва 0%, а водоустойчивость достигает 10 суток при избыточном давлении 2 кгс/см², а так же закрепленный на оболочке детонирующий шнур для инициирования основного ВВ, намотанный на боковую поверхность оболочки не менее, чем четырьмя витками, располагая их вплотную один к другому, а фиксацию шнура обеспечена креплением пластиковой стяжкой с самофиксацией (RU 93963, 10.05.2010, F42D 1/04).

Как полимерный мягкий корпус детонатор не реагирует на изменение влажности и взаимодействие с кислородом в воздухе. Но недостаток данного решения заключается в ненадежности полимерной оболочки, представляющей собой тонкостенный полимерный рукав, концы которого связаны. Такая оболочка из рукава не имеет устойчивой формы и легко подвергается прорыванию, что приводит к вытеканию или просачиванию эмульсионного ВВ. Трудность закрепления детонационного шнура проявляется в том, что мягкая оболочка с эмульсионным ВВ не является жесткой опорой. Поэтому при заворачивании витков шнура на корпусе происходит перемещение ВВ, а в месте наложения витков образуется провал, на которм витки не держатся. Стяжка с самофиксацией позволяет удержать витки вместе, но не гарантирует, что эти витки не будут смещаться по корпусу.

Так же известен промежуточный детонатор, включающий корпус, в котором размещен заряд взрывчатого вещества, выполненный из сыпучего взрывчатого вещества, например, флегматизированного гексогена в герметичном полимерном корпусе в виде цилиндрической емкости с толщиной стенки 0,2÷^0,8 мм, имеющей завинчивающуюся крышку, при этом по поверхности цилиндрической емкости выполнен паз, расположенный диаметрально в донной части и по образующим цилиндрической части и заканчивающийся в верхней части цилиндрической емкости уступами, этот паз используется для размещения в нем детонирующего шнура, а по боковой поверхности цилиндрической емкости выполнены кольцевые канавки под крепежные элементы, например, резиновые кольца (RU 2213929 С1, 10.10.2003, F42B 1/04).

Это решение принято в качестве прототипа.

Преимущество этого решения заключается в том, что корпус выполнен в виде цилиндрической емкости типа бутылочки с винтовой крышкой. Такой корпус обладает прочностью в пределах упругости полимерного материала, исключает прямое взаимодействие ВВ с влагой внешней среды. Прочность корпуса необходима, так как даже флегматизированный гексоген сохраняет чувствительность к ударам и трению. Но конструктивно этот детонатор выполнен сложно. Сам корпус выполнен с канавками, расположенными вдоль высоты корпуса и поперек корпуса в зоне дна. Эти канавки используются для укладки детонирующего шнура. При этом на корпусе выполнены кольцевые поперечные углубления. При таком исполнении детонационный шнур витиевато располагается в канавке вдоль длины корпуса и закрепляется кольцевыми стяжками, которые укладываются в кольцевые углубления. Видна сложность исполнения не только корпуса, но и то, что применяется ручной труд для закладки шнура и его закрепления кольцевыми стяжками.

Кроме того, этот детонатор работает с применением неэлектрического детонатора, который располагается внутри корпуса и вдоль корпуса. А детонирующий шнур после укладки на внешней поверхности корпуса одним концом вводится через отверстие в стенке корпуса внутрь и подсоединяется к неэлектрическому детонатору. Появляется сложность герметизации отверстия в дне корпуса. При таком конструктиве повышается опасность разгерметизации детонатора.

В отношении всех рассмотренных устройств вопрос безопасности пользования остается нерешенным в полной мере. Этот вопрос связан не только с порядком и условиями обращения с детонатором при заряжании скважины, но и с конструктивными особенностями исполнения этих детонаторов.

Изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции для повышения безопасности ее применения в условиях при проведении взрывных работ.

Указанный технический результат достигается тем, что промежуточный детонатор для применения в сухих скважинах содержит закрываемую винтовой крышкой полимерную оболочку из полиэтилентерефталата, в полости которой размещен взрывчатый состав, состоящий из смеси пироксилинового зерненого пороха, залитого водным раствором аммиачной и натриевой селитр, детонирующий шнур с навеской взрывчатого вещества 12 г/пог.м, одной частью расположенный на боковой поверхности оболочки в виде шести витков, навитых по окружности вплотную один к другому, а другой частью, протянутой вдоль оболочки, выведенный наружу в зоне крышки, при этом полимерная оболочка в форме ПЭТ-бутылки с винтовой крышкой и с витками детонирующего шнура снаружи герметично зафиксирована рукавной термоусадочной пленкой.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

На фиг. 1 - общий вид промежуточного детонатора.

Согласно настоящему изобретению, рассматривается конструкция промежуточного детонатора (ПД), предназначенного для производства взрывных работ на земной поверхности в качестве промежуточного детонатора в сухих скважинах во всех климатических районах.

В общем случае, ПД представляют собой заряды взрывчатого вещества (пироксилиновый зерненый порох, залитый водным раствором аммиачной и натриевой селитр) (фиг. 1), находящиеся в полимерном корпусе 1 с обмотанными вокруг корпуса ПД шестью плотно прижатыми друг к другу шестью витками 2 детонирующего шнура 3 с навеской взрывчатого вещества 12 г/пог. м. Снаружи корпус вместе с витками детонирующего шнура (ДШ) фиксируется термоусадочной пленкой 4. Из пленки выступает свободный конец 5 детонирующего шнура, длина которого варьируется от 2,0±0,15 до 8,5±0,15 метров с шагом 0,5 метра и определяется в соответствии с заявкой потребителя.

ПД выпускаются с массой взрывчатого вещества 600,0±3,0 или 800,0±4,0 гр, без учета массы детонирующего шнура и полимерной оболочки корпуса.

Для изготовления ПД применяются следующие сырье и материалы:

- селитра аммиачная по ГОСТ 2-2013 (селитра аммиачная гранулированная);

- натрий азотнокислый технический по ГОСТ 828-77 (натриевая селитра);

- вода техническая или пожарохозяйственного назначения;

- порох пироксилиновый зерненый марок 5/7; 7/7; 9/7; 12/7; 14/7 по ОСТ В84-2232-85;

- шнур детонирующий марки ДШЭ-12 по ГОСТ РО 1375-001-2010 или ГОСТ 6196-78;

- корпус из ПЭТ (полиэтилентерефталата) по ТУ 2297-001-66203443-2014;

- пленка поливинилхлоридная термоусадочная, рукав по ТУ 2245-001-72408008-2010.

В ПД используется ВВ следующего состава (массовая доля компонентов в составе ВВ, % масс):

Выбор ВВ в виде аммиачного пороха обусловлен, прежде всего, безопасностью его применения. Пороха, используемые в мирных целях, например, в качестве топлива в градобойных и геофизических ракетах, а также в различных газогенераторах безопасны в обращении, в продуктах их горения при ограниченном содержании твердой фазы нет экологически опасных и взрывоопасных газов (СО, оксидов азота, НС1 и др.), они устойчиво горят при относительно низком давлении и имеют низкую стоимость. В этом плане интересен пороха, содержащий, как минимум, нитрат аммония (НА), который выпускается в огромных количествах для получения удобрений и промышленных взрывчатых веществ (Колганов Е.В., А.В Соснин «Состояние и перспективы развития промышленных ВВ», «Горный журнал», 2005, №5, стр. 12-16].

Базовый порох имеет низкую скорость горения (при давлении, равном 4 МПа -2,2 мм/с) и высокую зависимость ее от давления - значение V в законе скорости горения равно 0,81. Нитрат аммония слабо увеличивает скорость горения базового пороха, в связи с чем было использован комбинированный окислитель: раствор аммиачной и натриевой селитр в воде (см. Е.В. Ульянова, А.П. Денисюк, Е.З. Тве, Д.Л. Русин «Баллиститные пороха с нитратом аммония», «Успехи в химии и химической технологии», том XXV, 2011, №12(128). Это позволило увеличить энергетические характеристики ВВ для промежуточного детонатора, сохранив при этом сохранении безопасности работы с ним и при хранении. Установлено, что скорость горения образцов, содержащих аммиачные компоненты, не изменяется при длительном непрерывном (+50°С, 720 часов) и при циклическом (+50…-40°С) термостатировании.

Основные физико-химические и взрывчатые характеристики полученного ВВ, используемого для изготовления ПД, указаны в таблице 1.

При правильном хранении порох долго сохраняет свои свойства, но является гигроскопичным материалом, поэтому требует герметизации. В рамках настоящего изобретения в порох зерненный введен раствор аммиачной и натриевой селитр в воде, в котором соотношения селитр и воды строго подобраны и не должны изменяться (например, вследствие поглощения аммиачной селитрой влаги из окружающей среды). Это указывает на необходимость применения корпуса, который надежно герметизировал бы ВВ и исключал химические реакции ВВ с окружающей средой при изменении влажности и температуры.

В рамках изобретения предлагается в качестве корпуса использовать закрываемую винтовой крышкой полимерную оболочку из полиэтилентерефталата. Такая полимерная оболочка выполняется в форме ПЭТ-бутылки с винтовой крышкой. Применение ПЭТ-бутылки позволяет уйти от сложного производства специальных корпусов. Производство ПЭТ-бутылок хорошо отлажено и позволяет получать оболочки с высокой точностью толщин стенок. Применение винтовой крышки обеспечивает гарантированную герметизацию содержимого. Если винтовая крышка оснащена разрываемым кольцом - маркером несанкционированного вскрытия, то это позволяет гарантированно отнести такой детонатор к дефектному. Наличие кольца -маркера так же решает задачу исключения самопроизвольного развинчивания крышки и обеспечивает точность резьбовой затяжки.

Полиэтилентерефталат, как полимерный материал, считается одним из самых безопасных для человека и наименее вредным для окружающей среды. Сохраняет свои качества в диапазоне температур от -50°С до +85°С, обладает высокой ударной прочностью (выше стекла в 10 раз) и пожаростойкостью (отнесен к классу В1). Материал не поддерживает горение, но плавится под действием открытого огня. Полиэтилентерефталат устойчивость к химическим реагентам, в том числе и к селитрам в сухом и водном их состоянии.

После заполнения оболочки ВВ корпус закрывается винтовой крышкой. В этом корпусе нет сквозных отверстий, сам корпус не имеет профильных продольных и поперечных канавок и углублений. Это позволяет максимально удешевить производство детонаторов и гарантировано повысить из изолированное нахождение от воздействия внешней среды.

Для инициации процесса воспламенения ВВ в корпусе используется ДШ длиной от 2,0±0,15 до 8,5±0,15 метров с шагом 0,5 метра. Этот ДШ одной частью расположен на боковой поверхности оболочки в виде шести витков, навитых по окружности вплотную один к другому. ДШ выполнен с навеской взрывчатого вещества 12 г/пог.м. Другая оставшаяся часть ДШ протянута вдоль корпуса до крышки и выведена наружу в зоне этой крышки.

Конструкцию любого детонирующего шнура представляет собой оболочку и начинку (навеску) из взрывчатого вещества. В качестве начинки ДШ, в зависимости от его конкретного назначения, используются ТЭН (тетранитропентаэритрит), A-IX-I (смесь гексогена и флегматизатора), тетрил, тротил и другие бризантные взрывчатые вещества в порошкообразном виде (слабоуплотненные) или в виде прессованных таблеток (таблетизированный шнур). Мощность детонирующего шнура рассчитывается по массе взрывчатого вещества (навески) на единицу длины, например, в граммах на метр. Используются шнуры от 12 гр взрывчатого вещества на погонный метр. В горной промышленности применяется детонирующий шнур с ТЭНом (как правило).

Таким образом инициация начала горения ВВ в корпусе обеспечивается поджигом навески на витках. В герметичной оболочке горение ТЭН сравнительно легко переходит в детонацию со взрывом с температурой тепловыделения 3926°С при скорости детонации 6500 м/с), а температура плавления полиэтилентерефталата, используемого для производства термовыдувом обычных ПЭТ-бутылок -примерно 255-260°С (температура размягчения - 245°С). При поджоге вспышка высокой температуры от ТЭНа витков прожигает стенку корпуса и воспламеняет основной ВВ в корпусе. Выбор количества витков обусловлен требованием гарантии прожигания стенки корпуса оболочки и определен экспериментально и по данным практического применения ДШ.

При навивке шнура после получения шести витков свободный конец ДШ пропускается по корпусу под витками и вытягивается в обратную сторону. Такое крепление позволяет связать все витки между собой и не дать им возможности разъехаться. При горении плотно уложенных витков образуется мощный энергетический импульс, приводящий к взрыву ТЭНа.

Полимерная оболочка в форме ПЭТ-бутылки с винтовой крышкой и с шестью витками детонирующего шнура снаружи герметично зафиксирована рукавной термоусадочной пленкой, которая герметизирует общую сборку и фиксирует витки с навеской на корпусе.

Заявленный промежуточный детонатор (ПД) прошел испытания в производственных условиях карьера на участке недр «Митино-2» АО «Горняк» (Владимирская обл.). АО «Горняк» разрабатывает карбонатные породы (доломиты) VIII группы грунтов по СНиП и твердостью 6-9 по шкале М.М. Протодьяконова. Диаметр взрываемых скважин 105 мм. Сухие скважины. ПД применялся для инициирования скважинных зарядов из взрывчатого вещества, используемого при взрывных работах в карьере АО «Горняк» (гранулит-М, гранулит КСЮ). Инициирование ПД осуществляется от детонирующего шнура.

При испытаниях ПД размещался в верхней или нижней части скважины в зависимости от прямого или обратного инициирования. Перед опусканием ПД скважину частично заполняли ВВ на высоту согласно проекту, после чего опускали ПД. Далее, контролируя захват ПД в колонке взрывчатого вещества, продолжали заполнение скважины до достижения полной высоты по проекту. Инициирование ПД осуществлялось путем инициирования детонирующего шнура, свободный конец которого выступает из термоусадочной пленки, облегающей корпус.

Результаты взрывных работ с использованием заявленного ПД сравнивались с результатами взрывных работ с использованием других промежуточных детонаторов, применяемых в карьере АО «Горняк» и карьере ГУЛ «Владимирское карьероуправление». В части контролируемой безопасности пользования заявленное решение показало хороший результат. В части проявления инициирующих свойств отказы не были выявлены.

Изобретение относится к промежуточным детонаторам, предназначенным для инициирования промышленных взрывчатых веществ на открытых горных работах в скважинах для возбуждения зарядов из малочувствительных взрывчатых веществ (ВВ). Промежуточный детонатор для применения в сухих скважинах содержит закрываемую винтовой крышкой полимерную оболочку из полиэтилентерефталата, в полости которой размещен взрывчатый состав, состоящий из смеси пироксилинового зерненого пороха, залитого водным раствором аммиачной и натриевой селитр, детонирующий шнур с навеской ВВ 12 г/пог.м. Детонирующий шнур одной частью расположен на боковой поверхности оболочки в виде шести витков, навитых по окружности вплотную один к другому, а другой частью, протянутой вдоль оболочки, выведен наружу в зоне крышки. Полимерная оболочка в форме ПЭТ-бутылки с винтовой крышкой и с витками детонирующего шнура снаружи герметично зафиксирована рукавной термоусадочной пленкой. Техническим результатом является повышение безопасности в условиях проведения взрывных работ за счет упрощения конструкции. 1 ил., 1 табл.

Промежуточный детонатор для применения в сухих скважинах, характеризующийся тем, что содержит закрываемую винтовой крышкой полимерную оболочку из полиэтилентерефталата (ПЭТ), в полости которой размещен взрывчатый состав, состоящий из смеси пироксилинового зерненого пороха, залитого водным раствором аммиачной и натриевой селитр, детонирующий шнур с навеской взрывчатого вещества 12 г/пог.м, одной частью расположенный на боковой поверхности оболочки в виде шести витков, навитых по окружности вплотную один к другому, а другой частью, протянутой вдоль оболочки, выведенный наружу в зоне крышки, при этом полимерная оболочка в форме ПЭТ-бутылки с винтовой крышкой и с витками детонирующего шнура снаружи герметично зафиксирована рукавной термоусадочной пленкой.