Результат интеллектуальной деятельности: ЗАРЯД

Изобретение относится к подрывным зарядам высокой мощности и предназначено для проведения взрывных работ при разрушении крепких пород шпуровыми и скважинными зарядами, а также для повышения эффективности осколочно-фугасного действия боеприпасов.

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 высокодетонационных 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 М.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.

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. T.1. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002, с.468-469).

Режимы пересжатой детонации, значительно повышающие 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 самого ВВ. Было отмечено, что ударом стальной пластины пересжатая детонация возбуждается в литом тротиле. При этом пересжатый режим 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).

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 миниатюрными электродетонатором и переходным составом - дополнительный детонатор. При этом скорость детонации возрастает до (10÷12) км/с, 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 значительное упрощение технологии изготовления заряда, снижение его стоимости, увеличение его габаритных характеристик, позволяющих использовать заряд в шпурах, скважинах и боеприпасах на основе высокомощного бризантного ВВ, а также повышение работоспособности и высокой степени взрывного дробления окружающей среды.

Технический результат достигается тем, что заряд состоит из высокоплотного мощного взрывчатого вещества, размещенного по длине конструкции, имеет осевой канал, взрывное разложение заряда осуществляют от электродетонатора и дополнительного детонатора в режиме пересжатой детонации, при этом осевой канал заряда в своем сечении имеет осесимметричную эллипсную форму, причем высота осевого канала в 1,3÷2 раза больше его ширины, точечное инициирование осуществляют электродетонатором в центре дополнительного детонатора весом 20÷161 г в зависимости от габаритов заряда, форма дополнительного детонатора повторяет форму торца заряда, при этом заряд дополнительно снабжен вставкой из взрывчатого вещества, которая размещена в противоположном от дополнительного детонатора конце заряда, форма вставки повторяет сечение осевого канала заряда.

Применение дополнительного детонатора из мощного ВВ, повторяющего форму торца заряда и имеющего вес 20÷161 г в зависимости от габаритов заряда, приводит к возрастанию скорости детонации 300 мм заряда до 10,3÷13,5 км/с, а при герметизации противоположного конца канала 30 мм пробкой из мощного ВВ, пересжатая скорость детонации возрастает до 22,82 км/с.

На фиг.1 представлен пример выполнения сборки заряда, а также технология выполнения экспериментальных работ с целью оптимизации конструкции заряда. Заряд состоит из отрезка ШКЗ-4 (ШКЗ-6) 1, дополнительного детонатора 2, электродетонатора ЭД-8Ж 3, липкой ленты 4, канала осесимметричной эллипсной формы 5, вставки из ВВ 6. Экспериментальные работы проводились с помощью ионизационных датчиков 7, 8, коаксиальных кабелей 9, 10 марки RG-58, осциллографа 11 OSCILLOSCOPE HEWLETT PACKARD марки 54600А, разъемов 12, 13 марки RG-5812.

На фиг.2 изображено сечение конструкции заряда, состоящего из 2-х отрезков ШКЗ-4, сложенных кумулятивными выемками вовнутрь.

На фиг.3 изображено сечение конструкции заряда, состоящего из 2-х отрезков ШКЗ-6, сложенных кумулятивными выемками вовнутрь.

Для изготовления заряда (фиг.1), сечение которого показано на фиг.2, использован шнуровой кумулятивный заряд ШКЗ-4. Для этого от бухты ВВ отрезают два отрезка 1 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 ШКЗ-4 таким образом, чтобы они полностью повторяли конфигурацию торца заряда. Вес дополнительного детонатора для получения максимальной скорости пересжатой детонации заряда подбирают экспериментально путем сложения скрепленных пластин ВВ. Точечное инициирование дополнительного детонатора осуществлют электродетонатором 3 (ЭД-8Ж).

Аналогичным образом изготавливают заряд из ШКЗ-6, эллипсное осесимметричное сечение которого показано на фиг.3.

Скорость детонации измеряют с помощью прибора 11 OSCILLOSCOPE HEWLETT PACKARD марки 54600А. Точность прибора - 10 наносекунд. Измерение осуществляют при помощи ионизационных датчиков 7, 8. Толщина провода датчиков составляет 0,25 мм. Ионизационные датчики 7, 8 на пуск и остановку прибора находятся под напряжением 1,5 В, а провода в ВВ размещают друг от друга на расстоянии не более 1 мм, при этом база измерения составлет 100 мм и находится в средней части заряда. Для этого от начала 300 мм заряда отмеряют штангенциркулем 100 мм и устанавливают ионизационный датчик 7, запускающий при детонации заряда прибор 11. Отмеряют еще 100 мм и аналогично устанавливают ионизационный датчик 8, останавливающий отсчет прибора 11 при пробеге базового расстояния детонационной волной. Длина коаксиального кабеля 9, 10 марки RG-58 составляет 20 м. Для подсоединения ионизационных датчиков 7, 8 применяют разъемы 12, 13 марки RG-58. На каждый вид эксперимента выполняют не менее 3-х измерений.

Результаты исследований зависимости скорости детонации зарядов от конфигурации канала и способа инициирования приведены в Таблице 1.

Анализ результатов п.1, п.2 и п.3, представленных в Таблице 1, показывает, что скорости детонации отрезков ШКЗ с облицовками соответствуют техническим условиям ТУ 84-988-99 - 7,9 км/с. Незначительное повышение скорости детонации ШКЗ-4 и ШКЗ-6 по п.2 и п.3 Таблицы 1 связано с инициированием отрезка ВВ параллельно оси заряда. Согласно п.4 и п.5 соударение кумулятивных струй, образованных при синхронном инициировании зарядов параллельно соединенными электродетонаторами ЭД-8Ж не повышает скорость детонации ШКЗ-4 и ШКЗ-6 («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 возможно с использованием «обратной» кумуляции, которая происходит при конструкции заряда, изображенного на фиг.1, фиг.2, фиг.3. В указанных конструкциях при взрыве дополнительного детонатора боковые поверхности заряда инициируются в 1,3÷2 раза быстрее верхних и нижних.

Внутренние закругленные поверхности заряда образуют кумулятивные потоки ударных волн и продуктов детонации, которые, двигаясь к оси заряда, успевают сжать ударную волну и продукты детонации от дополнительного детонатора. Подтверждением данного механизма являются п.6, п.7 и п.8 Таблицы 1, в которых приведена зависимость скоростей пересжатой детонации от веса дополнительного детонатора. Наилучший эффект наблюдают при больших соотношениях высоты осесимметричного эллипсного канала к его поперечному сечению. Так, ШКЗ-4 имеет пересжатую скорость детонации 13,435 км/с (соотношение равно 2), а ШКЗ-6 - 10,83 км/с (соотношение равно 1,3).

Наибольшую скорость пересжатой детонации наблюдают в случае, если осевой канал 5 закрыт вставкой 6, выполненной из мощного ВВ, которая расположена в противоположной стороне от дополнительного детонатора, при этом ее форма повторяет сечение осевого канала. Такая рекордная скорость пересжатой детонации - 22,82 км/с получена впервые.

Подрывной заряд высокой мощности может быть изготовлен из промышленных взрывчатых материалов ШКЗ-4 и ШКЗ-6, нашедших широкое применение 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 заряда ощутимо возрастет за счет увеличения детонационного давления внутри осесимметричного эллипсного канала, образующегося сходящимися сильными ударными волнами и продуктами детонации от «обратной» кумуляции, вследствие увеличения массы ВВ на боковых поверхностях заряда.

Таким образом, предложен подрывной заряд, которым можно регулировать мощность взрыва на месте работ.