ПОДРЫВНОЙ ЗАРЯД

Изобретение относится к подрывным зарядам высокой мощности и предназначено для проведения взрывных работ при разрушении крепких пород шпуровыми и скважинными зарядами. Кроме того, на многих объектах газотранспортных предприятий проводится замена газоперекачивающих агрегатов (ГПА) на более мощные. Оставшиеся после них железобетонные фундаменты 30-40-летней давности имеют высокую прочность и железную арматуру. Выполнение частичного или полного демонтажа таких фундаментов требует использования высоко детонационных шпуровых зарядов.

Бурение шпуров с такой арматурой представляет тяжелую технологическую операцию. Расстояние между шпурами, как правило, составляет (0,4…0,5) м. В качестве шпурового заряда используют мощное взрывчатое вещество (ВВ) - аммонал скальный №3 («Перечень взрывчатых материалов, оборудования и приборов взрывного дела, допущенных к применению в Российской Федерации. Серия 13. Выпуск 2 / Колл. авт. - М.: ФГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2004. - с. 6). Однако его использование не всегда решает поставленную задачу, что делает работу трудоемкой и дорогостоящей, а иногда невыполнимой.

Известен заряд (патент №2235965 РФ «Заряд», МПК F42B 3/00, авторы Калашников В.В., Вологин Н.Ф., Лаптев Н.И. и др.: заявитель и патентообладатель НИИ проблем конверсии и высоких технологий СамГТУ). Заряд состоит из сегментов, комбинация которых представляет цилиндрическую поверхность, и корпуса. Каждый сегмент имеет тонкостенную оболочку с постоянным поперечным сечением по всей длине и изготовлен путем прокатки трубной заготовки, которая заполнена порошкообразным взрывчатым веществом. Сегменты содержат мощное ВВ гексоген.

Данному техническому решению характерны следующие недостатки. Прокатка сегментов не позволяет получить высокую и равномерную плотность гексогена по длине сегмента. Резка концов сегментов для обеспечения необходимой длины заряда опасна и может привести к взрыву гексогена при защемлении его кристаллов в металлической трубной заготовке. Технология изготовления данного заряда сложна, что обуславливает его высокую стоимость.

Режим пересжатой детонации, значительно повышающий взрывные показатели, возникают в любом ВВ, когда на него воздействует тело, например метаемая металлическая пластина или продукты взрыва (ПВ) более мощного ВВ со скоростью, большей, чем скорость нормального режима детонации самого ВВ. Было отмечено, что ударом стальной пластины пересжатая детонация возбуждается в литом тротиле. При этом пересжатый режим детонации распространяется только на один радиус заряда (Воскобойников И.М., Афанасенков А.Н. О пересжатой детонации // Взрывное дело, №75/32. - М.: Недра, 1975, с. 21-35).

В качестве прототипа выбран линейный заряд-транслятор, взрывное разложение которого протекает в режиме пересжатой детонации (Физика взрыва / Под ред. Л.П. Орленко. - Изд. 3-е, переработанное. В 2 т. Т. 1. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002, с. 468-469). Линейный заряд-транслятор состоит из высокоплотной взрывчатой сердцевины, заключенной между внешней и внутренней оболочками, и центрального канала, выполненного в виде окружности. Он содержит внешнюю алюминиевую оболочку и внутреннюю - медную. После их центрации в зазор засыпается мелкодисперсное взрывчатое вещество, например гексоген или октоген, которое уплотняется путем развальцовки медной оболочки. Центральный канал линейного заряда-транслятора заполняется водой. Заряд-транслятор инициируется миниатюрным электродетонатором и переходным составом - дополнительный детонатор. При этом скорость детонации возрастает (10…12) км/сек, т.е. на (20…40)%. Устойчивое распространение детонации обеспечивается при выполнении условия для толщины слоя ВВ (0,1…0,2) мм.

Это устройство представляет миниатюрный заряд-транслятор для разведения детонационных команд в бортовых системах пироавтоматики ракетно-космических объектов.

Однако данное техническое решение не может быть использовано для создания заряда необходимой длины и диаметров порядка 32…36 мм и более. Кроме того, он сложен в изготовлении, дорог и, в силу конструктивных решений, не может быть использован даже для инициирования зарядов промышленного применения.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является высокая степень дробления окружающей среды, значительное упрощение технологии изготовления подрывного заряда, снижение его стоимости, увеличение габаритных характеристик, позволяющих использовать подрывной заряд в скважинах, а также повышению его работоспособности.

Технический результат достигается тем, что подрывной заряд, содержащий электродетонатор, дополнительный детонатор и размещенный по длине заряд взрывчатого вещества с осевым каналом, выполненный с возможностью взрывного разложения упомянутого взрывчатого вещества в режиме пересжатой детонации от электродетонатора и дополнительного детонатора, причем осевой канал подрывного заряда в своем сечении имеет осесимметричную эллипсную форму, а высота осевого канала заряда в 1,1-2,0 раза больше его ширины, электродетонатор выполнен с возможностью точечного инициирования дополнительного детонатора, при этом эллипсный осевой канал заряда снабжен одной или несколькими перегородками из мощного взрывчатого вещества, исключающими снижение скорости детонации при нарушении соосности удлиненного заряда, конфигурация которых аналогична осевому каналу, а отношение наибольшей высоты подрывного заряда к расстоянию от перегородки до дополнительного детонатора или к расстоянию между перегородками равно 0,5-2,0, при этом в осевом канале заряда взрывчатого вещества с противоположного от дополнительного детонатора конца заряда взрывчатого вещества размещена вставка из взрывчатого вещества, обеспечивающая возможность его соединения с другим подрывным зарядом.

На фиг. 1 представлен пример выполнения сборки подрывного заряда, а также технология выполнения экспериментальных работ с целью оптимизации конструкции подрывного заряда. Подрывной заряд состоит из двух 300 мм отрезков ШК3-4 - 1, дополнительного детонатора - 2, электродетонатора ЭД-8Ж - 3, липкой ленты - 4, канала осесимметричной эллипсной формы - 5, перегородок из ВВ - 6, вставки из ВВ - 7. Экспериментальные работы для определения скорости детонации подрывного заряда проводились с помощью ионизационных датчиков - 8, 9, разъемов - 10, 11 марки RG-58, коаксиальных кабелей - 12, 13 марки RG-58, осциллографа - 14 OSCILLOSCOPE HEWLETT PACKARD марки 54600А.

На Фиг. 2 изображено сечение конструкции заряда, состоящего из двух отрезков ШК3-4, сложенных кумулятивными выемками вовнутрь.

Для изготовления подрывного заряда использован шнуровой кумулятивный заряд ШК3-4. Для этого от бухты ВВ отрезают два отрезка длиной, например, 300 мм, отделяют приклеенную кумулятивную облицовку. Далее два отрезка ВВ - 1 складывают и фиксируют по бокам, например, липкой лентой - 4, при этом между ними формируется осевой канал - 5 осесимметричной эллипсной формы. Дополнительный детонатор - 2 изготавливают из пластин, полученных из отрезков ШК3-4 таким образом, чтобы они полностью повторяли конфигурацию торца подрывного заряда. Вес дополнительного детонатора для получения максимальной скорости пересжатой детонации подрывного заряда подбирают экспериментально путем сложения скрепленных пластин ВВ. Точечной инициирование дополнительного детонатора осуществляют электродетонатором - 3 (ЭД-8Ж).

Скорость детонации измеряют с помощью осциллографа - 14 OSCILLOSCOPE HEWLETT PACKARD марки 54600А. Точность измерения осциллографом - 10 наносекунд. Измерение осуществляют при помощи ионизационных датчиков - 8, 9. Толщина провода датчиков составляет 0,25 мм. Ионизационные датчики - 8, 9 на пуск и остановку осциллографа находятся под напряжением 1,5 В, а провода в ВВ размещают друг от друга на расстоянии не более 1 мм, при этом база измерений составляет 100 мм и находится в средней части подрывного заряда. Для этого от начала 300 мм заряда отмеряют штангенциркулем 100 мм и устанавливают ионизационный датчик - 8, запускающий при детонации заряда осциллограф - 14, отмеряют еще 100 мм и аналогично устанавливают ионизационный датчик - 9, останавливающий отсчет осциллографа - 14 при пробеге базового расстояния детонационной волной. Длина коаксиального кабеля - 12, 13 марки RG-58 составляет 20 м. Для подсоединения ионизационных датчиков - 8, 9 применяют разъемы - 10, 11 марки RG-58. На каждый вид эксперимента выполняют не менее трех измерений.

Результаты исследований зависимости скорости детонации подрывного заряда от расположения перегородки (перегородок) из взрывчатого вещества в канале подрывного заряда приведены в Таблице 1.

Анализ результатов п. 1, п. 2, представленных в Таблице 1, показывает, что скорости детонации отрезков ШК3-4 с облицовками соответствуют техническим условиям ТУ 84-988-99 - 7,9 км/с. Незначительное повышение скорости детонации ШК3-4 по п. 2 Таблицы 1 связано с инициированием отрезка ВВ параллельно оси подрывного заряда. Согласно п. 3 соударение кумулятивных струй, образованных при синхронном инициировании подрывных зарядов параллельно соединенными электродетонаторами ЭД-8Ж, не повышает скорость детонации ШК3-4 («Перечень взрывчатых материалов, оборудования и приборов взрывного дела, допущенных к применению в Российской Федерации. Серия 13, Выпуск 2 / Колл. авт. - М.: ФГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2004. - С. 33).

Получение высоких параметров скользящей ударной волны (до 29 ГПа и выше) в осесимметричных каналах ШКЗ, содержащих перегородки, возможно только с образованием «обратной» кумуляции, которая происходит при конструкции подрывного заряда, изображенного на Фиг. 1 и Фиг. 2.

Ударные волны и продукты детонации, образованные от дополнительного детонатора, наталкиваются на перегородку и полностью охватывают внутренний объем эллипсного канала. С увеличением расстояния от перегородки до дополнительного детонатора происходит мгновенное инициирование и режим пересжатой детонации заряда при столкновении кумулятивных струй в центре оси подрывного заряда, при этом образуется аномально высокие значения давлений, что и приводит к высоким значениям скоростной детонационной волны. Полученные результаты Таблицы 1 п. 8, п. 9, п. 10 указывают на оптимальное расположение перегородки на расстоянии 80 мм от дополнительного детонатора, при котором не наблюдается значительный рост скорости детонации. Представленные в Таблице 1 экспериментальные данные свидетельствуют о том, что, изменяя расстояние перегородки от дополнительного детонатора, достигнута возможность плавного регулирования скорости пересжатой детонации, которые получены впервые.

Подрывной заряд высокой мощности может быть изготовлен на месте работ из промышленных взрывчатых материалов с целью разрушения пород любой прочности, а также для частичного демонтажа сверхпрочных фундаментов с целью установки на них после реконструкции более современных ГПА.

Для придания подрывному заряду внешней округлой формы можно использовать традиционные технологии: экструзию, прессование (включая проходное) и литье. В этом случае мощность и дробящее действие подрывного заряда ощутимо возрастет за счет увеличения массы ВВ и, как следствие, детонационного давления внутри осесимметричного эллипсного канала, образующегося сходящимися сильными ударными волнами и продуктами детонации от «обратной» кумуляции.