ПОДРЫВНОЙ 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. Сер. 13. Вып. 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 заполняется 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 подрывной заряд-транслятор, взрывное разложение которого протекает в режиме пересжатой детонации (Физика взрыва./Под ред. Л.П. Орленко. - Изд. 3-е, перераб. В 2 т. Т. 1. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002, с. 468-469).

Режимы пересжатой детонации, значительно повышающие взрывные показатели, возникают в любом ВВ, когда на него воздействуют 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 подрывной заряд-транслятор состоит из 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 засыпают мелкодисперсное взрывчатое вещество, например гексоген или октоген, которые уплотняют путем развальцовки медной оболочки. Центральный канал линейного подрывного заряда-транслятора заполняют водой. Подрывной заряд-транслятор инициируют миниатюрными электродетонатором и переходным составом - дополнительным детонатором. 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 собой миниатюрный подрывной заряд-транслятор для разведения детонационных команд в бортовых системах пироавтоматики ракетно-космических объектов.

Однако данное техническое решение, представляющее собой подрывной заряд-транслятор, не может быть использовано для создания подрывного заряда необходимой длины и диаметров. 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 взрывного дробления окружающей среды, значительное упрощение технологии изготовления подрывного заряда, снижение его стоимости, увеличение его габаритных характеристик, позволяющих использовать подрывной заряд в скважинах и боеприпасах на основе высокомощного бризантного ВВ, а также для повышения 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 в заряде взрывчатого вещества выполнен из четного количества зеркально расположенных относительно друг друга кумулятивных выемок с образованием взаимоперекрещивающихся осесимметричных эллипсных форм, высота которых в 1,1-2 раза больше ширины и составляет два фокусных расстояния зеркально расположенных кумулятивных выемок, при этом дополнительный детонатор размещен у торца заряда взрывчатого вещества и имеет форму, повторяющую форму торца заряда взрывчатого вещества, и выполнен с возможностью точечного инициирования в его центре, а в осевом канале заряда взрывчатого вещества с противоположного от дополнительного детонатора конца заряда взрывчатого вещества размещена вставка из взрывчатого вещества, имеющая форму, повторяющую форму сечения осевого канала заряда взрывчатого вещества с выступающей частью, обеспечивающей возможность его соединения с аналогичным подрывным зарядом.

Применение дополнительного детонатора из мощного ВВ, повторяющего форму торца заряда взрывчатого вещества и имеющего вес 164-240 г в зависимости от габаритов заряда, приводит к возрастанию скорости детонации 300 мм заряда до 10,3-13,5 км/с.

На Фиг. 1 представлен пример выполнения сборки подрывного заряда, а также технология выполнения экспериментальных работ с целью оптимизации конструкции подрывного заряда. На Фиг. 2 изображено сечение конструкции подрывного заряда, состоящего из 4-х отрезков ШКЗ, сложенных кумулятивными выемками вовнутрь, при этом 1 - отрезки ВВ, 2 - осевой канал заряда, 3 - липкая лента, 4 - электродетонатор, 5 - соединительные провода, 6 - дополнительный детонатор, 7 - вставка из взрывчатого вещества для соединения зарядов, повторяющая сечение осевого канала заряда взрывчатого вещества, 8, 9 - ионизационные датчики, 10, 11 - разъемы, 12, 13 - коаксиальные кабели, 14 - прибор для измерения скорости детонации.

Для изготовления подрывного заряда используют шнуровой кумулятивный заряд ШКЗ. От бухты ВВ отрезают четыре отрезка 1 длиной, например, 300 мм, при этом от отрезков отделяют приклеенную кумулятивную облицовку. Далее отрезки 1 складывают и фиксируют по бокам, например, липкой лентой 3, с образованием осевого канала 2, выполненного из четного количества зеркально расположенных относительно друг друга кумулятивных выемок с образованием взаимоперекрещивающихся осесимметричных эллипсных форм. Дополнительный детонатор 6 изготавливают из пластин, полученных из отрезков ШКЗ, таким образом, чтобы они полностью повторяли конфигурацию торца заряда, а также частично входили в канал. Вес дополнительного детонатора для получения максимальной скорости пересжатой детонации заряда подбирают экспериментально путем сложения скрепленных пластин. Точечное инициирование дополнительного детонатора осуществляют электродетонатором 4 (ЭД-8Ж), как показано на Фиг. 1.

Скорость детонации измеряют с помощью прибора 14 OSCILLOSCOPE HEWLETT PACKARD марки 54600А. Точность прибора - 10 наносекунд. Измерение осуществляют при помощи ионизационных датчиков 8, 9. Толщина провода датчиков - 0,25 мм. Ионизационные датчики 8, 9 на пуск и остановку прибора должны находиться под напряжением 1,5 В, а провода в ВВ размещают друг от друга на расстоянии не более 1 мм, при этом база измерения составляла 100 мм и находилась в средней части заряда. Для этого от начала 300 мм заряда отмеряют штангенциркулем 100 мм и устанавливают ионизационные датчики 8, запускающие при детонации подрывного заряда прибор. Затем тщательно отмеряют еще 100 мм и аналогично устанавливают ионизационные датчики 9, останавливающие отсчет прибора 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 3-х измерений.

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

Анализ результатов п. 1, представленных в Таблице 1, показал, что скорости детонации отрезков ШКЗ с облицовками соответствуют техническим условиям ТУ 84-988-99 - 7,9-8,0 км/с. Незначительное повышение скорости детонации ШКЗ по п. 2 Таблицы 1 связано с инициированием подрывного заряда с использованием дополнительного детонатора 6. Согласно п. 2 соударение кумулятивных струй, образованных при синхронном инициировании зарядов ШКЗ, не приводит к получению пересжатой детонации. («Перечень взрывчатых материалов, оборудования и приборов взрывного дела, допущенных к применению в Российской Федерации. Сер. 13. Вып. 2 / Колл. авт. - М: ФГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2004, с. 33).

Получение высоких параметров скользящей ударной волны (до 35 ГПа и выше) в осесимметричном осевом канале ШКЗ возможно с использованием «обратной» кумуляции, которая происходит в данной конструкции подрывного заряда. При взрыве дополнительного детонатора происходит инициирование зеркально расположенных кумулятивных выемок по всей внутренней поверхности подрывного заряда. В результате, благодаря процессу обратной кумуляции, происходит резкий скачок давления, обусловленный соударением четырех кумулятивных струй, что приводит к пересжатой детонации рассматриваемого подрывного заряда.

Подтверждением данного механизма являются пп. 3-6 Таблицы 1, в которых приведены зависимости скоростей пересжатой детонации от веса дополнительного детонатора. Наилучший эффект наблюдается при большем весе дополнительного детонатора. Наибольшая скорость пересжатой детонации наблюдается в случае, если происходит инициирование всей поверхности зеркально расположенных кумулятивных выемок, отстоящих друг от друга на двух фокусных расстояниях.

Предлагаемый подрывной заряд высокой мощности был изготовлен из промышленного взрывчатого материала ШКЗ, нашедшего широкое применение для разрушения сверхпрочных фундаментов.

Для придания округлой формы кумулятивным выемкам в осесимметричном осевом канале подрывного заряда высокой мощности следует использовать традиционные технологии: экструзию, прессование (включая проходное) и литье. В этом случае мощность и дробящее действие подрывного заряда ощутимо возрастет за счет увеличения детонационного давления, образующегося сходящимися сильными ударными волнами и продуктами детонации от «обратной» кумуляции, вследствие увеличения массы ВВ на боковых поверхностях подрывного заряда.

Таким образом, предложен подрывной заряд, обладающий высокой степенью взрывного дробления, при этом мощность взрыва можно регулировать на месте работ.