Результат интеллектуальной деятельности: СЕЙСМИЧЕСКАЯ ВЗРЫВНАЯ СИСТЕМА

Предпосылки создания изобретения

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к взрывной системе для сейсмических зарядов, которые защищены от опасности детонации посредством радиочастотного сигнала (RF) и электростатического разряда (ESD).

Уровень техники

Современные способы сейсмической разведки с взрывными работами основаны на применении быстродействующих электрических детонаторов, которые обычно срабатывают быстрее, чем за 1 мс, и до 1000 детонаторов можно инициировать по существу одновременно с помощью относительно низковольтного разряда конденсатора. По причине такого быстродействия в сейсмических электрических детонаторах применяют очень чувствительное первичное взрывчатое вещество типа стифната свинца, азида свинца и диазодинитрофенола (DDNP). Эти сейсмические электрические детонаторы никогда не считались полностью безопасными, поскольку они могут быть приведены в действие электростатическим разрядом или случайным напряжением и также являются восприимчивыми к току утечки и удаленным ударам молний.

Поэтому в настоящее время по соображениям безопасности сейсмические заряды отгружают с завода без детонаторов, а детонаторы и заряды собирают и объединяют на месте работы. Конечно, при сборке зарядов и детонаторов на месте работы возникают проблемы безопасности, поскольку радиочастотные сигналы и электростатический разряд могут вызывать детонацию при сборке зарядов на месте работы.

Пример токого детонатора (EBW) описан в патенте США № 4777878. В токовом детонаторе может использоваться, например, компоновка двух электродов в детонаторе и иметься токовый взрывающийся проводник между двумя электродами. Взрывающийся проводник расположен на одном конце столбика взрывчатого вещества, используемого в устройстве. Внутри столбика взрывчатого вещества и на расстоянии от взрывающегося участка проводника находится отражатель ударной волны из инертного, но относительно плотного материала, имеющего высокое сопротивление ударной волне. За счет совместного действия взрывающегося проводника и отражателя ударной волны становится более интенсивной ударная волна, распространяющаяся через взрывчатое вещество, и вследствие этого увеличения интенсивности возникает детонация.

Также имеются детонаторы-инициаторы со взрывающейся фольгой, и один такой детонатор описан в патенте США № 6752083, который принадлежит правопреемнику настоящей заявки. Детонатор-инициатор со взрывающейся фольгой (EFI) содержит электропроводную металлическую фольгу, которую подключают к источнику тока. Металлическая фольга имеет узкий участок, который взрывается или испаряется при большом токе разряда, протекающем через узкий участок. Взрывающийся узкий участок фольги срезает небольшой листок с диска, который находится в контакте с фольгой. Листок продвигается или пролетает по гильзе до столкновения со вторичным взрывчатым веществом, например динамитом, чтобы инициировать детонацию.

Поскольку токовые детонаторы со взрывающимся проводником и взрывающейся фольгой содержат только вторичные взрывчатые вещества (например, гексанитростильбен, нонанитростильбен и гексоген; HNS, Nona и RDX), а для их срабатывания нужна очень большая энергия, они известны как безопасные при электростатическом разряде, токе утечки и даже ударе молнии. Кроме того, эти детонаторы имеют очень небольшие времена срабатывания, которые не превышают 1 мс и согласуются с типовыми требованиями при проведении сейсмических работ или превосходят их. Недостаток такого технического решения заключается в необходимости иметь для обеспечения срабатывания этих устройств очень высокие напряжения, например свыше 1000 В, и очень высокие токи, обычно больше 1000 А. Требуемые напряжение и ток должны быть приложены в течение очень короткого периода времени, например 1-2 мс, что обычно достигается разрядом высоковольтного конденсатора на запальную цепь с небольшой индуктивностью.

Новое техническое решение, которое может работать при более низких напряжения и токах, но все же с обеспечением очень высокой безопасности, заключается в использовании полупроводниковых мостиков (SCB) вместо проводников из металлической фольги как в инициаторе со взрывающейся фольгой. Полупроводниковые мостики могут быть использованы двумя способами. Они могут быть помещены в непосредственный контакт с чувствительными пиротехническими и первичными взрывчатыми веществами, и в этом случае при использовании достигается небольшое улучшение по сравнению с обычными низковольтными детонаторами с раскаливаемой проволокой, поскольку они все же являются восприимчивыми к случайным напряжениям, токам и электростатическому разряду. Однако полупроводниковый мостик также может быть использован для замены проводника из металлической фольги в детонаторе ударного типа. При использовании этого способа в сочетании только с вторичными взрывчатыми веществами получающийся в результате детонатор является безопасным в отношении электростатического разряда. Кроме того, когда ударный детонатор с полупроводниковым мостиком соединяют с адресуемым ключом, то узел в целом становится безопасным в отношении случайных напряжений и токов и электростатического разряда.

Уже в течение нескольких лет технология адресуемого ключа является широко доступной в горнодобывающей промышленности и взрывной отрасли. Каждая из таких систем включает в себя адресуемый ключ для изоляции запальной цепи детонатора от ввода токопроводящих проводников до тех пор, пока детонатор соответствующим образом не адресован и затем не подготовлен к действию. Все системы, способные воспламенять множество детонаторов, также имеют встроенную функцию диагностики, обеспечивающую возможность идентификации детонаторов, которые должным образом не присоединены к запальной схеме.

Министерством обороны США и министерством транспорта США к числу небезопасных при транспортировке и хранении отнесены заряды взрывчатых веществ, которые собраны вместе с системами инициирования без соблюдения дополнительных мер предосторожности и обеспечения безопасности. Системы инициирования, которые основаны на первичных взрывчатых веществах, должны иметь затвор, который физически изолирует первичное взрывчатое вещество от остальной взрывной цепи, с тем, чтобы даже при случайной детонации первичного взрывчатого вещества основной заряд не инициировался. Кроме того, требуется, чтобы для этих затворов нужно было два независимых сигнала или действия для взвода, то есть для соединения первичного компонента взрывчатого вещества с цепью инициирования. Если взрывное устройство, содержащее первичное взрывчатое вещество в цепи инициирования, имеет такой затвор, для которого требуются два независимых сигнала для взвода и еще один независимый сигнал для запала, то такое устройство считается безопасным при транспортировке и хранении даже с установленной системой инициирования. Для систем инициирования, которые не содержат первичных взрывчатых веществ, нет необходимости иметь физический барьер или затвор, который прерывает цепь инициирования. Точнее, в этих системах допустимо иметь всего два независимых сигнала для взвода устройства и третий сигнал для инициирования устройства. Эти сигналы могут быть механическими или электрическими. Дополнительная ограниченность таких систем без первичного взрывчатого вещества заключается в том, что для инициирования устройства требуется сигнал, составляющий по меньшей мере 500 В.

Сущность изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предложен сейсмический взрывной модуль, который содержит сейсмический заряд и адресуемый ключ для использования при выборе сейсмического заряда для детонации. Сейсмический взрывной модуль согласно настоящему изобретению также содержит запальное устройство, которое включено между адресуемым ключом и сейсмическим зарядом. Запальное устройство предназначено для приема пускового напряжения через адресуемый ключ и использования пускового напряжения для формирования напряжения срабатывания. Согласно одному варианту осуществления напряжение срабатывания может быть сформировано путем повышения величины пускового напряжения, а запальное устройство может содержать, например, умножитель напряжения для повышения величины пускового напряжения. Сейсмический взрывной модуль согласно настоящему изобретению также содержит детонирующее устройство, которое содержит вторичное взрывчатое вещество. Детонирующим устройством может быть, например, либо токовый детонатор со взрывающимся проводником, либо детонатор-инициатор со взрывающейся фольгой, либо ударный детонатор с полупроводниковым мостиком, и при этом оно помещено между запальным устройством и сейсмическим зарядом. Напряжение срабатывания с запального устройства является достаточным, чтобы вызвать детонацию детонирующего устройства, что, в свою очередь, приводит к детонации сейсмического заряда.

В соответствии с настоящим изобретением предложена система, предназначенная для детонации сейсмических зарядов, которая содержит множество взрывных устройств, описанных выше. Множество взрывных устройств может быть размещено с интервалами в желаемой конфигурации на или вблизи земной поверхности, а система согласно настоящему изобретению может также содержать базовый блок, имеющий компьютер и источник питания для подачи сигналов выбора, пусковых и инициирующих сигналов на множество взрывных устройств. Посредством базового блока выбирается взрывное устройство для осуществления взрыва путем подачи сигнала выбора на адресуемый ключ, относящийся к взрывному устройству. С базового блока также подается инициирующий сигнал через адресуемый ключ на запальное устройство в выбранном взрывном устройстве. Когда пусковой сигнал с базового блока принимается запальным устройством, напряжение срабатывания подается на детонирующее устройство. Это напряжение срабатывания вызывает детонацию детонирующего устройства, которое, в свою очередь, вызывает детонацию сейсмического заряда.

Краткое описание чертежей

На чертежах показаны:

фиг.1 - структурная схема, иллюстрирующая систему согласно настоящему изобретению, предназначенную для использования при сейсмической разведке; и

фиг.2 - структурная схема, иллюстрирующая взрывное устройство согласно настоящему изобретению, предназначенное для использования при сейсмической разведке.

Описание конкретных вариантов осуществления

Должно быть понятно, что настоящее изобретение может иметь многочисленные формы и варианты осуществления. Для обеспечения понимания настоящего изобретения в нижеследующем описании рассмотрены некоторые варианты осуществления изобретения и изложены многочисленные подробности. Однако специалистам в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение может быть применено без этих подробностей и что могут быть возможны многочисленные варианты и модификации описанных вариантов осуществления. Поэтому нижеследующее описание предполагается иллюстрирующим и не ограничивающим настоящее изобретение.

В этой заявке и формуле изобретения: (а) термин «детонирующее устройство» означает устройство, которое содержит только вторичные взрывчатые вещества и которое при детонации вызывает детонацию сейсмического заряда. Примеры детонирующих устройств включают в себя токовые детонаторы со взрывающимся проводником, инициаторы со взрывающейся фольгой и ударные детонаторы с полупроводниковым мостиком; и (b) две детали являются «связанными в рабочем состоянии», если они соединены непосредственно или соединены через промежуточное устройство.

Прежде всего обратим внимание на фиг.1, на которой показана система 100 согласно настоящему изобретению, предназначенная для использования при сейсмической разведке. Система 100 содержит базовый блок 102, который включает в себя компьютер и источник питания, предназначенные для подачи сигналов выбора, пусковых и инициирующих сигналов на взрывные модули 101(1), 101(2),..., 101(n), где n представляет собой число взрывных модулей, которые размещены в заранее определенной конфигурации на земной поверхности или вблизи нее. Каждый из взрывных модулей 101(1), 101(2),..., 101(n) сконструирован так, как показано на фиг.2 и описано ниже. В базовом блоке 102 компьютер используется для формирования сигнала или сигналов выбора, предназначенных для выбора того взрывного модуля 101(i), который должен быть взорван. После выбора взрывного модуля 101(i), который должен быть взорван, базовый блок 102 формирует пусковой сигнал, который принимается выбранным взрывным устройством 101(i). При приеме инициирующего сигнала выбранным подрывным устройством происходит детонация сейсмического заряда в выбранном взрывном устройстве.

Теперь обратимся к фиг.1 и 2, на последней из которых показаны структура и принцип действия каждого взрывного модуля 101(i), где i=1, 2,..., n, по фиг.1. Взрывной модуль 101(i) содержит сейсмический заряд 204, которым может быть, например, динамит. Взрывной модуль 101(i) также содержит адресуемый ключ 201, который при выборе сигналами выбора с базового блока обеспечивает пусковой сигнал, представляемый на запальное устройство 202, которое в рабочем состоянии соединено с адресуемым ключом 201. Выход запального устройства 202 в рабочем состоянии соединен с детонирующим устройством 203, которое, в свою очередь, соединено с сейсмическим зарядом 204.

При работе взрывной модуль 101(i) соединен с базовым блоком 102 посредством соответствующей кабельной разводки 103, и с базового блока 102 сигнал выбора, пусковой и инициирующий сигналы передаются во взрывной модуль 101(i) по кабельной разводке 103. Сначала поступает сигнал выбора, которым выбирается адресуемый ключ, относящийся к сейсмическому заряду 204 во взрывном модуле 101(i), взрыв которого должен быть осуществлен. После этого в базовом блоке 102 формируется пусковой сигнал и этим пусковым сигналом может быть, например, напряжение от 300 до 500 В. Адресуемый ключ 201, который был выбран, обеспечивает возможность подачи пускового напряжения на запальное устройство 202, в котором пусковое напряжение используется для заряда конденсатора, необходимого для формирования напряжения срабатывания. Запальное устройство также может содержать схемы для повышения величины поступающего с блока 102 пускового напряжения, необходимого для формирования напряжения срабатывания. Это повышение пускового напряжения может быть необходимым, когда, например, детонирующее устройство представляет собой токовый детонатор со взрывающимся проводником или детонатор-инициатор со взрывающейся фольгой, и может быть осуществлено путем использования схемы умножителя напряжения в запальном устройстве 202. Такие схемы умножителей напряжения хорошо известны специалистам в данной области техники. Выход запального устройства 202 в рабочем состоянии соединен со входом детонирующего устройства 203, и когда с базового блока 102 подается инициирующий сигнал на выбранное взрывное устройство, напряжение срабатывания, которое имеется на выходе запального устройства 202, подается на детонирующее устройство 203. Соответственно детонирующее устройство взрывается и при этом, в свою очередь, детонирует сейсмический заряд 204.

Взрывной модуль 101(i), который изготовлен в соответствии с настоящим изобретением, обладает преимуществом перед взрывным модулем по предшествующему уровню техники, заключающимся в том, что все взрывные устройства, предназначенные для использования при выполнении конкретного сейсмического исследования, могут быть собраны на заводе в противоположность тому, когда их собирают на месте работы. Заводская сборка взрывного модуля 101(i) должна быть не только более дешевой, но также и более безопасной, чем сборка сейсмических зарядов в полевых условиях, которая практикуется в настоящее время.

Кроме того, взрывной модуль согласно настоящему изобретению может более безопасно транспортироваться и храниться вместе со своими схемами для инициирования; это является большим преимуществом в отрасли сейсмической разведки. Такие устройства прежде не использовались и не были доступны исследователям, проводящим сейсмическую разведку, и возможны только при объединении нескольких различных технологий с целью создания нового изобретения. В настоящем изобретении непосредственное инициирование вторичного взрывчатого вещества посредством токового детонатора со взрывающимся проводником, инициатора со взрывающейся фольгой или ударного детонатора с полупроводниковым мостиком связано с использованием адресуемого ключа и сейсмического заряда для создания сейсмической взрывной системы с инициирующей последовательностью сигналов, для получения которой требуются два независимых сигнала взвода и независимый инициирующий сигнал, и с использованием инициатора (детонатора), для срабатывания которого требуется напряжение свыше 500 В. Такая система защищена от случайного инициирования взрыва, обусловленного обычно встречающимися случайными напряжениями, токами, электростатическим разрядом и просто ошибками людей.

Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что взрывные устройства 101(1), 101(2),..., 101(n) могут быть размещены в любой конфигурации, которую пользователь считает подходящей для решения задачи сейсмической разведки. Например, множество взрывных устройств может быть размещено последовательно, одно за другим, а последовательно соединенные взрывные устройства могут быть расположены параллельно друг другу. Специалистам в данной области техники также должно быть понятно, что концепция настоящего изобретения может быть использована в модуле детонатора, предназначенном для выполнения скважинных работ, например для подрыва скважинного перфоратора, кумулятивной торпеды, устройства с движущим зарядом или другого скважинного устройства.