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.

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 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 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).

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 засыпают мелкодисперсное взрывчатое вещество, например гексоген или октоген, которые уплотняют путем развальцовки медной оболочки. Центральный канал линейного заряда-транслятора заполняют водой. 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 миниатюрный заряд-транслятор для разведения детонационных команд в бортовых системах пироавтоматики ракетно-космических объектов.

Однако данное техническое решение, представляющее собой заряд-транслятор, не может быть использовано для создания 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.

Технический результат изобретения - повышение степени взрывного дробления окружающей среды, значительное упрощение технологии изготовления заряда, снижение его стоимости, увеличение его габаритных характеристик, позволяющих использовать заряд в скважинах на основе высокомощного бризантного ВВ, а также для повышения его работоспособности.

Технический результат достигается тем, что заряд состоит из высокоплотного мощного взрывчатого вещества, размещенного по длине конструкции, имеющий осевой канал, взрывное разложение заряда осуществляют от источника инициирования и дополнительного детонатора в режиме пересжатой детонации, причем осевой канал заряда выполнен из четного количества зеркально расположенных друг относительно друга кумулятивных выемок таким образом, что в своем сечении они образуют взаимоперекрещивающиеся осесимметричные эллипсные формы, высота которых в 1,1-2 раза больше ширины, при этом по оси осевого канала расположено линейное взрывчатое вещество, усиливающее режим пересжатой детонации, точечное инициирование осуществляют в центре дополнительного детонатора, форма которого повторяет форму торца заряда, при этом заряд снабжен вставкой из взрывчатого вещества, которая размещена в противоположном от дополнительного детонатора конце заряда, форма вставки повторяет сечение осевого канала заряда, а ее выступающую часть используют для подсоединения аналогичного заряда.

Применение оптимального по весу дополнительного детонатора из мощного ВВ, повторяющего форму торца заряда, и расположение по его оси линейного взрывчатого вещества приводит к возрастанию скорости детонации 300 мм заряда до 18,5 км/с.

На Фиг. 1 представлен пример выполнения сборки заряда, а также технология выполнения экспериментальных работ с целью оптимизации конструкции заряда, на Фиг. 2 изображено сечение конструкции заряда, состоящего из 4-х отрезков ШКЗ, сложенных кумулятивными выемками вовнутрь, при этом 1 - отрезки ВВ, 2 - осевой канал заряда, 3 - линейное взрывчатое вещество, 4 - липкая лента, 5 - электродетонатор, 6 - соединительные провода, 7 - дополнительный детонатор, 8 - вставка из взрывчатого вещества для соединения зарядов, повторяющая сечение осевого канала, 9, 10 - ионизационные датчики, 11, 12 - разъемы, 13, 14 - коаксиальные кабели, 15 - прибор для измерения скорости детонации.

Для изготовления заряда используют шпуровой кумулятивный заряд ШКЗ. От бухты ВВ отрезают четыре отрезка 1 длиной, например, 300 мм, при этом от отрезков отделяют приклеенную кумулятивную облицовку. Далее отрезки ВВ 1 складывают и фиксируют по бокам, например, липкой лентой 4, с образованием осевого канала 2, выполненного из четного количества зеркально расположенных друг относительно друга кумулятивных выемок, образующих в своем сечении взаимоперекрещивающиеся осесимметричные эллипсные формы. По оси канала расположено линейное ВВ 3. Дополнительный детонатор 7 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 5 (ЭД-8Ж), как показано на Фиг. 1.

Скорость детонации измеряют с помощью прибора 15 OSCILLOSCOPE HEWLETT PACKARD марки 54600А. Точность прибора - 10 наносекунд. Измерение осуществляют при помощи ионизационных датчиков 9, 10. Толщина провода датчиков - 0,25 мм. Ионизационные датчики 9, 10 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 9, запускающие при детонации заряда прибор 15. Затем тщательно отмеряют еще 100 мм и аналогично устанавливают ионизационные датчики 10, останавливающие отсчет прибора при пробеге базового расстояния детонационной волной. Длина коаксиального кабеля 13, 14 марки RG-58 составляет 20 м. Для подсоединения ионизационных датчиков 9, 10 применяют разъемы 11, 12 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, 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 заряда с использованием дополнительного детонатора 7. 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. 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 35 ГПа и выше) в осесимметричном осевом канале ШКЗ возможно с использованием «обратной» кумуляции, которая происходит в данной конструкции заряда. При взрыве дополнительного детонатора происходит инициирование зеркально расположенных кумулятивных выемок по всей внутренней поверхности заряда. В результате, благодаря процессу обратной кумуляции, происходит резкий скачок давления, обусловленный соударением четырех кумулятивных струй, что приводит к пересжатой детонации рассматриваемого 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 линейным взрывчатым веществом 3, имеющим аномально высокую скорость детонации при обжатии его четырьмя кумулятивными струями заряда.

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

Мощность и дробящее действие описанного заряда ощутимо возрастет за счет увеличения детонационного давления, образуемого сходящимися сильными ударными волнами и продуктами детонации от «обратной» кумуляции, вследствие увеличения массы ВВ за счет придания описанной конструкции заряда цилиндрической формы.

Для придания цилиндрической формы заряду высокой мощности следует использовать традиционные технологии: экструзию, прессование (включая проходное) и литье.

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