Результат интеллектуальной деятельности: Заряд сейсмический малогабаритный

Изобретение относится к зарядам взрывчатых веществ (ВВ), используемым в различных отраслях промышленности, преимущественно для сейсморазведки и других геофизических исследований, а также для инициирования низкочувствительных скважинных и шпуровых зарядов ВВ.

Известен взрывной источник для возбуждения сейсмических колебаний заряд детонирующий сейсмический ДЗС [1], представляющий собой удлиненную цилиндрическую шашку с осевым цилиндрическим каналом или без него на основе баллиститного ракетного твердого топлива (БРТТ). Шашка с осевым каналом с одного из торцов имеет глухое отверстие, в котором размещен промежуточный инициатор (ПИ) с гнездом под капсюльные средства инициирования (СИ). В заряде без осевого канала массой до 0,5 кг гнездо выполнено по центральной оси шашки. Боковая поверхность шашки защищена бумагой, лаком, краской или полиэтиленом. Заряды со сквозным центральным каналом применяются как индивидуально, так и в гирлянде в виде нескольких шашек, соединенных с помощью веревки или проволоки.

Недостатками известного заряда являются:

- сравнительно низкие плотность (ρ_ВВ=1,60-1,65 г/см³) и скорость детонации (D=6,8-7,5 км/с), обуславливающие недостаточно высокую энергию взрыва, идущую на генерирование сейсмической волны;

- необходимость размещения в заряде промежуточного инициатора;

- не предусмотрен надежный способ закрепления ПИ в глухом отверстии шашки, в условиях низких температур крайнего севера возможно его выпадение из шашки заряда;

- не предусмотрена технология сборки малогабаритных зарядов массой до 0,5 кг в гирлянду;

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

- отсутствие защиты шашки со стороны торцов от несанкционированных внешних воздействий при обращении;

- узкая сырьевая база;

- ограниченная область применения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является заряд скважинно-шпуровой ЗС-40 [2] (фиг. 1), включающий удлиненную цилиндрическую полиэтиленовую оболочку 1, выполненную с обоих концов многоступенчатой и с замковыми элементами для сборки зарядов в гирлянду, и держателем 2, предназначенным для защиты капсюльных СИ от выдергивания, а также взрывчатое вещество 3 цельное с гнездом 4 под капсюльные СИ, выполненное из литого состава ТГ-40 или ТГ-50 на основе тротила и гексогена и размещенное в оболочке 1 методом литья.

Недостатками известного заряда являются:

- сложный и низкотехнологичный литьевой способ размещения ВВ в оболочке заряда;

- заряд не подлежит разборке, при обнаружении брака уничтожается полностью;

- сравнительно низкие плотность (ρ_ВВ=1,55 г/см³) и скорость детонации (D=7,6-7,8 км/с);

- сравнительно низкая водоустойчивость, заряд сохраняет способность детонировать после выдержки в воде не более трех суток при гидростатическом давлении до 0,5 МПа;

- отсутствие защиты ВВ со стороны торцов от несанкционированных внешних воздействий при обращении;

- узкая сырьевая база;

- ограниченная область применения, связанная в том числе с тем, что габариты и масса единичного заряда ЗС-40 ограничены наружным диаметром 40 мм, длиной 255 мм, массой 0,32 кг.

Целью данного изобретения является создание заряда для возбуждения сейсмических колебаний безопасного при обращении, разборного, обладающего несложной технологией изготовления, высокой скоростью детонации, способностью сохранять работоспособность при длительном нахождении в обводненных скважинах, широкой сырьевой базой и областью применения.

Поставленная цель достигается тем, что заряд сейсмический малогабаритный ЗСМ (фиг. 2-3) включает цилиндрическую оболочку 1 из полимерного материала, у которой для сборки зарядов в гирлянду верхний конец снабжен внутренней резьбой, а нижний конец меньшего диаметра - наружной резьбой, при этом переход с большего диаметра на меньший выполнен изнутри в виде конфузора, а также взрывчатое вещество 3 прессованное.

В верхний конец оболочки ввинчена пробка 5, а на нижний конец крышка 6, выполненные из материала для изготовления оболочки и предназначенные для защиты торцов взрывчатого вещества от несанкционированного внешнего воздействия. При этом пробка 5 представлена в виде полого цилиндра, заглушенного с верхнего торца и оснащенного наружной резьбой, расположенной на нижней части боковой поверхности со стороны открытого торца, а также двумя отверстиями, выполненными диаметрально на верхней части боковой поверхности, и отверстием в верхнем торце, предназначенными для вывода проводов или волновода капсюльных СИ и защиты их от выдергивания из гнезда взрывчатого вещества. Крышка 6 представлена в виде полого двухступенчатого цилиндра, заглушенного со стороны меньшего диаметра, при этом на ступени большего диаметра она оснащена внутренней резьбой, а на боковой поверхности ступени меньшего диаметра - двумя отверстиями, выполненными диаметрально и предназначенными для размещения инструмента в виде стержня при отвинчивании или завинчивании крышки.

Предлагаемая конструкция обеспечивает безопасность заряда при обращении, более простую технологию изготовления взрывчатого вещества прессованием и сборки заряда, а также позволяет при необходимости осуществлять его разборку и повторную сборку.

Заряд характеризуется еще тем, что взрывчатое вещество выполнено в виде удлиненного двухступенчатого цилиндра (фиг. 2-4), имеющего со стороны верхнего торца центральное гнездо 4 с плоским дном, предназначенное для размещения капсюльных СИ, а со стороны нижнего торца в соответствии с внутренней конфигурацией оболочки он снабжен коническим переходом на ступень меньшего диаметра.

В части компоновки взрывчатое вещество представлено в двух вариантах. В первом варианте взрывчатое вещество 3 (фиг. 2) выполнено цельным. Во втором варианте взрывчатое вещество скомпоновано из разнотипных шашек (фиг. 3-4), по одной или несколько разнодлинных каждого типа, в их числе шашка однородная с центральным каналом 7, шашка однородная сплошная 8 и шашка двухступенчатая сплошная с коническим переходом с большего диаметра на меньший диаметр 9, в любой комбинации, обеспечивающей формирование со стороны верхнего торца центрального гнезда 4 для размещения капсюльных СИ, а со стороны нижнего торца размещение двухступенчатой сплошной шашки 9, выполненной цельной или составной из шашек 8, 10-11, образующих в сборе конфигурацию цельной двухступенчатой шашки 9.

Длина шашки с каналом цельной или составной, предназначенной для формирования центрального гнезда, должна соответствовать длине капсюля СИ. Оставшаяся средняя по высоте часть взрывчатого вещества компонуется из разнодлинных и разнотипных шашек 7-9 в любой комбинации (фиг. 3-4). Общая длина взрывчатого вещества цельного или скомпонованного из разнотипных и разнодлинных шашек подбирается в соответствии с массой формируемого заряда.

Предлагаемые варианты компоновки взрывчатого вещества позволяют формировать заряды различной массы и обеспечивать взаимозаменяемость его элементов. Масса взрывчатого вещества в заряде ЗСМ с наружным диаметром 40 мм, включающем две шашки однородные с центральным каналом 7 и шашку двухступенчатую сплошную 9 (фиг. 3), составляет 150 г. На фиг. 4 представлены примеры вариантов компоновки ВВ массой 500 г.

Заряд отличает и то, что взрывчатое вещество цельное 3 (фиг. 2) выполнено из баллиститного ракетного твердого топлива, а скомпонованное из шашек 7-11 (фиг. 3-4), включает шашки из БРТТ или из бризантного взрывчатого вещества (БВВ), или любую их комбинацию, при этом длина шашек из БВВ составляет не более трех диаметров. При прессовании из БВВ шашек большей длины снижается их прочность и повышается разноплотность [3].

Баллиститное ракетное твердое топливо для изготовления взрывчатого вещества цельного или шашек 7-11, предназначенных для образования в скомпонованном из разнотипных шашек взрывчатом веществе центрального гнезда 4, выполнено из состава, чувствительного к капсюльным СИ. Этим свойством должны обладать БРТТ не только свежеизготовленные, но и получаемые в процессе утилизации или с истекшим гарантийным сроком хранения, чувствительность которых к инициирующему импульсу несколько ниже по сравнению со свежеизготовленными БРТТ аналогичных составов [4]. При этом наличие дна плоской конфигурации в центральном гнезде позволяет в полной мере реализовать инициирующее действие капсюльного СИ и нивелировать последствия «старения» состава БРТТ. Дело в том, что при срабатывании капсюльного СИ основная мощность воздействия его ударно-волнового комплекса (УВК), состоящего из ударной волны, потока продуктов детонации и раскаленных частиц металлической оболочки, сосредоточена в направлении донной части гнезда. Конфигурация плоского дна гнезда по сравнению, например, с конусной конфигурацией с углом раствора, равным углу заточки сверла, способствует установлению непосредственного контакта торцевой поверхности инициатора с поверхностью дна и, как следствие, более полному использованию энергии УВК в процессе возбуждения детонации в инициируемом взрывчатом веществе. БРТТ для изготовления шашек, расположенных ниже шашек, формирующих центральное гнездо для размещения капсюльных СИ, выполняется из любого состава, в том числе низкочувствительного, так как детонация в них возбуждается от верхних детонирующих шашек, инициируемых капсюльными СИ.

В качестве бризантного взрывчатого вещества используется флегматизированный гексоген, или флегматизированный октоген, или тетрил, или их смесь в любом соотношении. Предложен также вариант, в котором часть БВВ замещается низкобризантным взрывчатым веществом НБВВ, включающим тротил, или динитронафталин, или их смесь в любой в пропорции в соотношении соответственно 70-99,9:0,1-30% масс.

Бризантное взрывчатое вещество дополнительно содержит в качестве технологической добавки, флегматизатора и гидрофобизатора церезин, или стеарин, или парафин, или графит, или их композицию в количестве до 6% масс. Введение этих добавок повышает безопасность заряда при изготовлении и обращении, а также водоустойчивость заряда.

Использование для изготовления взрывчатого вещества БРТТ, БВВ и композиции из БВВ и НБВВ в пропорции соответственно 70-99,9:0,1-30% приводит к увеличению плотности и скорости детонации, расширяет интервал их значений, а также область применения и сырьевую базу заряда ЗСМ.

Характеристики заряда ЗСМ и прототипа представлены в таблице, из которой следует, что по сравнению с прототипом заряд ЗСМ обладает повышенными значениями плотности ВВ (1,60-1,78, г/см³), скорости детонации (7,6-8,6, км/с) и водоустойчивостью (не менее 20 суток).

На фиг. 1-4 обозначены следующие элементы: оболочка 1, держатель 2, взрывчатое вещество цельное 3, гнездо для размещения капсюльных средств инициирования 4, пробка 5, крышка 6, шашка однородная с центральным каналом 7, шашка однородная сплошная 8, шашка двухступенчатая сплошная 9, шашка конусная усеченная сплошная 10, шашка торцовая однородная сплошная 11.

Для лучшего понимания сущности изобретения приводятся примеры технологии изготовления заряда ЗСМ.

Пример №1 технологии изготовления заряда ЗСМ, включающего цельное взрывчатое вещество с плоской конфигурацией дна гнезда (рис. 2):

- из термопластичного полимерного материала с использованием литьевой машины и пресс-формы методом литья под давлением [5] изготавливаются оболочка 1 заряда, пробка 5 и крышка 6;

- по штатной технологии баллиститного производства из состава БРТТ прессуется цилиндрический сплошной шнур диаметром, соответствующим большему внутреннему диаметру оболочки с учетом зазора по диаметру 0,1-0,2 мм, затем от шнура на резательном станке отрезается шашка требуемой длины;

- в центре верхнего торца шашки параллельно оси с использованием специально заточенного сверла высверливается глухое отверстие 4 (рис. 2) с плоским дном и соответствующими капсюльным средствам инициирования, длиной и диаметром;

- со стороны нижнего торца шашки на токарном станке вытачивается ступень меньшего диаметра с конусным переходом от большего диаметра с размерами, соответствующими внутреннему профилю оболочки заряда;

- сборка заряда осуществляется в следующем порядке: в полимерную оболочку со стороны торца большего диаметра вводится торцом меньшего диаметра шашка из БРТТ, после размещения шашки в полости оболочки в соответствии с фиг. 2 на верхний конец оболочки вкручивается пробка 5, а на нижний крышка 6.

Пример №2 технологии изготовления заряда ЗСМ, в котором взрывчатое вещество скомпоновано из набора шашек, включающего две шашки однородные с центральным каналом 7 и одну двухступенчатую сплошную шашку с коническим переходом с большего диаметра на меньший 9 (фиг. 3):

- технология изготовления оболочки заряда, пробки и крышки аналогична, описанной в примере №1;

- известным методом [5-6] с использованием прессинструмента для глухого прессования и гидравлического пресса изготавливаются две шашки однородные с каналом 7 и одна двухступенчатая шашка сплошная 9;

- сборка заряда осуществляется в следующем порядке: в нижнюю часть полимерной оболочки со стороны торца большего диаметра вводится ступенью меньшего диаметра двухступенчатая шашка сплошная 9, затем таким же образом размещаются поочередно две шашки однородные с каналом 7, после размещения шашек в полости оболочки в соответствии с фиг. 3, на верхний конец оболочки вкручивается пробка 5, а на нижний крышка 6.

Аналогичным образом изготавливаются заряды, в которых скомпонованное взрывчатое вещество включает шашки из БРТТ или из БВВ, или их любую комбинацию.

Испытаниями образцов заряда ЗСМ на водоустойчивость показано, что все образцы, помещенные на 20 суток в водную среду при гидростатическом давлении 0,5 МПа, сохраняют детонационную способность при инициировании от штатного электродетонатора (ЭД).

Термостатирование при минус 50°С и последующее испытание на сухой площадке и в водной среде выявило их морозоустойчивость и работоспособность при инициировании от ЭД.

При определении характеристик образцов заряда ЗСМ использовались следующие методики:

- скорость детонации определялась по ОСТ В 84-900-74;

- плотность образцов определялась по ГОСТ 14839.18-69;

- испытание на водоустойчивость образцов заряда осуществлялось в автоклаве, представляющем собой сосуд, заполненный на ~50% объема водой, образцы заряда погружались в воду, сосуд закрывался крышкой, на крышке установлены манометр и штуцер для закачки воздуха компрессором, постоянное давление 0,5±0,05 МПа в автоклаве поддерживалось подкачкой или стравливанием воздуха;

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

Для изготовления заряда ЗСМ используются:

- термопластичные полимерные материалы (полистирол, полиэтилен, полипропилен и другие);

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

- флегматизированный гексоген (ГОСТ РВ-1376-001-2006, или ОСТ В 84-636-81, или ОСТ В 3-6610-90, или ТУ 7276-822-08628424-2006, или ТУ 7276-212-07508405-2009);

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

- тротил (ГОСТ В 7059-73 или ГОСТ 4117-78), или тротил-У (ТУ 75 11809-80-93), или гранулотол (ГОСТ 25857-83);

- тетрил (ГОСТВ 7725);

- динитронафталин (ГОСТ 6599);

- графит (ТУ 113-08-48);

- церезин (ГОСТ 2488-79);

- стеариновая кислота (ГОСТ 6484-96);

- парафин (ГОСТ 23683-89, или ТУ 38.1011322-90, или ТУ 84-08628424-770-2002).

Преимуществами заявляемого заряда сейсмического малогабаритного ЗСМ по сравнению с прототипом являются более высокие скорость детонации (7,6-8,6 км/с), плотность заряда (1,60-1,78 г/см³), водоустойчивость (не менее 20 суток), простая технология изготовления, более высокая безопасность при обращении, возможность многократной разборки и сборки, а также более широкие сырьевая база и область применения.

Источники информации

1. Заряд детонирующий сейсмический ДЗС. ТУ 84-402-49-90.

2. Заряды скважинно-шпуровые ЗС-40. ТУ 7276-137-07511819-2001.

3. Кунин Н.Ф., Юрченко Б.Д. Прессование взрывчатых веществ. - М.: Дом техники министерства общего машиностроения СССР, 1957. - 119 с.

4. Державец А.С., Феодоритов М.И., Фильчаков А.А. и др. Использование утилизируемых взрывчатых материалов на горнодобывающих предприятиях. Опыт и проблемы. / Сб. Взрывное дело. Вып. №100/57 Москва, 2008. с. 183-188.

5. Басов Н.И., Казанков Ю.В. Литьевое формование полимеров. М. Химия, 1984.

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