Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОВОСПЛАМЕНИТЕЛЬ К ЭЛЕКТРОДЕТОНАТОРУ

Изобретение относится к области создания средств инициирования и воспламенения и может быть использовано при изготовлении безопасных электровоспламенителей (ЭВ) к электродетонаторам (ЭД) промышленного назначения, используемым в горнорудной, угледобывающей и других отраслях промышленности.

В настоящее время промышленные ЭД, широко используемые при проведении взрывных работ в горнорудной и угледобывающей промышленности, геофизических взрывов, обладают повышенной чувствительностью к внешним воздействиям (блуждающие токи, заряды статического электричества и др.), что заметно повышает стоимость добычи полезных ископаемых и ухудшает условия техники безопасности из-за возможных преждевременных взрывов зарядов.

В последние десятилетия опасность возникновения преждевременных взрывов сильно возросла. Это вызвано тем, что на объектах, на которых производится электровзрывание, стало значительно больше электрифицированных механизмов, а также в большом количестве применяются изделия из синтетических материалов (трубопроводы, шланги, транспортные ленты и др.), способные при определенных условиях накапливать электростатические заряды.

Электротяговые блуждающие токи и токи утечки из электрических установок при добыче полезных ископаемых могут достигать значения до 1 А (А.И. Лурье "Электрическое взрывание зарядов", М., Недра, 1973, с.210).

Таким образом, в настоящее время существует необходимость в создании ЭВ к ЭД с пониженной чувствительностью к блуждающим токам, зарядам статического электричества, а также с пониженной чувствительностью к механическим и тепловым воздействиям воспламенительной головки ЭВ. Это необходимо как для модернизации штатных ЭД, так и для создания нового поколения безопасных ЭД, не содержащих в своем составе инициирующих взрывчатых веществ.

Применение ЭВ связано с опасностью преждевременного срабатывания под воздействием блуждающих токов наводки или зарядов статического электричества. Для предупреждения этой опасности были предложены как различные типы воспламенительных составов, так и различные конструктивные решения ЭВ. Все известные способы защиты ЭД от зарядов статического электричества и блуждающих токов можно подразделить на две группы: предотвращение прохождения искрового разряда через состав воспламенительной головки ЭВ и исключение воспламенения состава при прохождении через мостик накаливания или разрядный промежуток внутри головки ЭВ.

К первой группе можно отнести различные способы изоляции воспламенительной головки от гильзы ЭД путем покрытия воспламенительной головки изолирующими лаками и эмалями или с помощью трубок и втулок (патент ЧССР 152844 от 15.04.74, кл. F 42 B 3/18), а также за счет нанесения электропроводного покрытия на головку воспламенителя, отводящего разряд от головки на провода ЭВ (патент Австрии 291076 от 15.10.70, кл. С 06 С 3/02).

Эти способы в определенной степени защищают головку ЭВ от разрядов статического электричества, однако не защищают от блуждающих токов (не увеличивают безопасный ток).

Ко второй группе способов защиты ЭД от зарядов статического электричества, а также от блуждающих токов можно отнести применение мостиков накаливания увеличенных диаметров (нихром, константан), шунтирования мостика накаливания вне воспламенительной головки с помощью отрезка проволоки (патент ЧССР 101556, кл. 78е³, 1961), а также применения воспламенительных составов с пониженной чувствительностью к тепловому импульсу.

Однако, как показывает анализ литературных данных, с помощью увеличения диаметра мостика накаливания, а также его шунтирования нельзя повысить безопасный ток до 0,8-1 А без существенного увеличения импульса воспламенения и уменьшения количества изделий, подрываемых в группах.

Известен ЭД с ЭВ, обладающим повышенной устойчивостью к зарядам статического электричества и блуждающим токам (патент США 3286628 от 22.11.66, кл. 102-28). Сущность изобретения заключается в использовании воспламенительных составов бор - окись свинца, бор - свинцовый сурик (В - Рb₃O₄), которые обладают высокими уровнями напряжения пробоя.

Недостатком является сложность конструкции изделия, поскольку состав является малогазовым, необходима новая конструкция ЭВ. Низкая чувствительность к тепловому импульсу воспламенительного состава требует большой энергии воспламенения, которая не может быть обеспечена взрывными приборами при групповом подрыве изделий.

Известно электровоспламенительное устройство (патент США 345045 от 17.06.69, кл. F 42 C 11/00), которое содержит мостик накаливания с сопротивлением 0,3-1,0 Ом, окруженный воспламенительным составом насыпной плотности. Состав содержит от 10 до 90% магния, от 90 до 10% двуокиси теллура и от 1 до 30% инертного диэлектрического полимера. Воспламенительное устройство имеет безопасный ток 1 А при мощности импульса 1 Вт в течение 5 минут. Недостатком является использование высокотоксичного дефицитного компонента воспламенительного состава - окиси теллура (ТеO₂). К недостаткам также следует отнести использование состава в насыпном виде и высокую энергию задействования, которую практически не обеспечить при групповом подрыве.

Наиболее близким к заявляемому ЭВ для ЭД являются ЭВ согласно ОСТ 84-1380-76 (Щукин Ю. Г, Лютиков ГГ. , Поздняков З.Г "Средства инициирования промышленных взрывчатых веществ", М., "Недра", 1996, с.51) как с эластичным креплением мостика накаливания ЭВ-Э, так и с жестким креплением мостика накаливания ЭВ-Ж. ЭВ состоит из воспламенительного состава, нанесенного на мостик накаливания (нихром, 30 мкм), головка воспламенителя по поверхности покрыта токопроводным составом на основе окиси железа в нитролаке. С обоих концов мостик соединен с выводными проводами, проходящими (без изоляции) через пробку, изготовленную из полиэтилена с токопроводными добавками. Пробка вставляется в открытый конец ЭД. В случае жесткого крепления мостика накаливания (ЭВ-Ж) используется каркас, к выводным латунным полоскам которого припаен мостик накаливания. Каркас заключен вместе с выводными проводами, которые припаяны или приварены к ножкам контактных полосок каркаса, в такую же пробку (полупроводниковая пробка), как в случае ЭВ-Э.

В качестве воспламенительного состава используется состав: бертолетова соль - роданистый свинец (49,5:49,5) с добавкой 1% свинцового сурика или бертолетова соль - роданистый свинец (50:47) с добавкой 3% хромата свинца (Щукин Ю.Г, Лютиков Г.Г., Поздняков З.Г. "Средства инициирования промышленных взрывчатых веществ", М., "Недра", 1996, с.23). Перед нанесением на мостик накаливания состав замешивается на нитролаке и наносится на мостик накаливания способом окунания с последующей сушкой и с последующим нанесением на воспламенительную головку токопроводного покрытия.

Недостатком данной конструкции ЭВ для ЭД является малый безопасный ток (0,2 А), который не гарантирует безопасность изделия в эксплуатации. Также следует отметить, что данный ЭВ для ЭД обладает недостаточной защитой от зарядов статического электричества, высокой чувствительностью к механическим воздействиям, что во многом связано с использованием высокочувствительного воспламенительного состава.

Кроме того, данный ЭВ в конструкции КД обладает малым временем передачи.

Известно (А.И. Лурье "Электрическое взрывание зарядов" М., Недра, 1973, с. 22), что увеличение времени передачи или токопроводности мостика накаливания является одним из путей повышения надежности группового подрыва. Под временем передачи ЭВ понимают время от воспламенения до выброса форса огня из головки воспламенителя, а у ЭД мгновенного действия - до взрыва ЭД.

Целью настоящего изобретения является создание ЭВ для ЭД, обеспечивающего повышение безопасного тока не менее 1 А, увеличение времени передачи (токопроводности мостика накаливания), повышение защиты ЭД с данным ЭВ от зарядов статического электричества и уменьшение чувствительности к механическим и тепловым воздействиям воспламенительной головки ЭВ. Предлагаемый ЭВ в конструкции ЭД должен, кроме того, обеспечивать надежное срабатывание последовательных групп ЭД, надежно работать от отечественных взрывных машинок, изготовление ЭВ должно осуществляться на действующих технологических линиях производств России.

Настоящая цель достигается тем, что в ЭВ в качестве мостика накаливания (диаметром 30 мкм) используется молибден, а в качестве воспламенительного состава состав следующей рецептуры: перхлорат калия - 40-80%; бор (аморфный) - 10-30%; дополнительный окислитель - 10-30%; связующие - 1,5-2,5% сверх 100%, где в качестве дополнительного окислителя могут быть использованы следующие соединения: двуокись свинца (РbO₂), свинцовый сурик (Рb₃O₄), окись свинца (II) (РbО), хромат свинца (РbCrO₄), а для ЭВ малотоксичных, не содержащих в продуктах сгорания высокотоксичных соединений свинца, могут быть использованы окись висмута (Bi₂O₃), хромат бария (ВаСrO₄), окись меди (СuО). Введение того или иного окислителя в состав позволяет изменять тепловую чувствительность состава и время срабатывания.

В качестве связующего могут быть использованы фторкаучук (например СКФ-26), коллоксилин, бутадиен-нитрильные каучуки (например, СКН-18, СКН-40, СКН-26) и смеси бутадиен-нитрильного каучука с коллоксилином, например, СКН-40 - коллоксилин с соотношением 1:1-1:4. Растворы бутадиен-нитрильных каучуков с высоким содержанием акрилонитрила являются совместимыми с растворами нитроцеллюлозы при определенных соотношениях в зависимости от содержания акрилонитрила в каучуке (Полимерные смеси. Под редакцией Д. Пола и С. Ньюмена, издательство "Мир", М., 1981, т.1, с.47).

Сравнительные характеристики составов для заявляемого ЭВ представлены в табл.1.

Из данных, приведенных в табл.1 видно, что заявляемый состав (составы) обладает большей температурой горения (Т_m) при максимальной скорости реакции, объемом газообразных продуктов, большей силой (f) и термической стойкостью (более высокие Т_всп), меньшей чувствительностью к механическим воздействиям, особенно к трению.

В табл.2 приведены рецептуры воспламенительного состава, используемого в ЭВ с изменением процентного содержания ингредиентов. ЭВ, на мостик которого нанесена соответствующая рецептура состава с использованием вышеперечисленных связующих, работоспособен и отвечает значению безопасного тока I_б≥1 А и импульсу воспламенения (К_в) от 15 до 30 мс А² в широком интервале изменения процентного соотношения ингредиентов, приведенных в табл.2. При изменении процентного содержания ингредиентов время срабатывания ЭВ изменяется от 3 до 8 мс.

Выбор молибдена в качестве мостика накаливания обеспечивает наиболее благоприятное соотношение между значением безопасного тока и импульсом воспламенения. Эти соотношения могут быть получены при использовании в качестве мостика накаливания также других чистых металлов: платины, тантала, вольфрама. Однако платина и тантал очень дефицитные и дорогостоящие металлы, что касается вольфрама, то его недостатком является хрупкость, ломкость, снижение своей прочности после нагрева. Поэтому молибден является наиболее оптимальным металлом для мостиков накаливания с малым удельным сопротивлением (ρ₂₀ = 0,057 Ом•мм²/м) и достаточно высокой зависимостью от температуры ( = 0,11 Ом•мм²/м). Он имеет высокую температуру плавления (Т_пл= 2620^oС), что обеспечивает большее время токопроводности (живучести) мостика накаливания. Заявляемый ЭВ с молибденовым мостиком накаливания, на который нанесен указанный выше воспламенительный состав, обеспечивает безопасный ток (I_б) 1,0 А, импульс воспламенения (К_в) составляет 16-25 мс • А², тогда как импульс плавления (К_пл) составляет более 35-40 мс • А², что обеспечивает высокую надежность срабатывания ЭВ в группе.

В табл.3 приведены основные характеристики заявляемого ЭВ и прототипа.

Как видно из табл.3, заявляемый ЭВ обладает безопасным током 1 А, увеличенным временем передачи (более 3 мс), уменьшенной чувствительностью головки ЭВ к механическим воздействиям, а также пониженной чувствительностью электровоспламенительной головки к тепловым воздействиям, что связано с более высокой термостойкостью воспламенительного состава (см. табл.1). В табл. 3 также представлен ЭВ с молибденовым мостиком накаливания диаметром 30 мкм, на который нанесен штатный состав (бертолетова соль - роданистый свинец - свинцовый сурик). Данный ЭВ не обеспечивает безопасный ток 1 А, время передачи на уровне штатного ЭВ. Кроме того, этот ЭВ обладает высокой чувствительностью к механическим воздействиям (к удару).

Групповой подрыв ЭД с заявляемым ЭВ осуществляли при последовательном соединении ЭД (типа ЭД-3-Н) от взрывной машинки КВП-2/200 при сопротивлении магистрали 10 Ом при максимальной длине выводных проводников ЭД (длина проводников L=2700÷4350 мм).

Количество изделий группового подрыва составило не менее 220 шт., что соответствует количеству изделий при прочих равных условиях одновременно подрываемых со штатным электровоспламенителем (прототипом).

ЭД с предлагаемым ЭВ надежно выдерживает воздействие электростатического разряда напряжением 25 кВ, как между головкой и любым из проводов, так и при прямом разряде на мостик накаливания через резистор 0,5 кОм. Включение резистора в разрядную цепь обеспечивает безопасность при напряжении разряда 25 кВ от конденсатора емкостью 2500 пФ.