EA031896B1

EA031896B1 - System and method of blasting

Info

Publication number: EA031896B1
Application number: EA201291199A
Authority: EA
Inventors: Ричард Джон Гудридж; Родни Уэйн Эпплби; Дэвид Олаф Джонсон; Томас М Миллер
Original assignee: Орика Интернэшнл Пте Лтд
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2019-03-29
Also published as: MX2012012819A; JP2016173229A; PE20130833A1; EP2567183B1; BR112012028028A2; US20130098257A1; CL2012003109A1; BR112012028028B1; JP2013528774A; JP6356721B2; AP2012006589A0; ZA201208254B; ES2767255T3; EA201291199A1; AU2011249881B2; CA2798112A1; CO6630195A2; EP2567183A2; US20200049476A1; PT2567183T

Abstract

Инициирующее устройство для инициации заряда взрывчатого вещества, содержащее приемопередатчик для приема беспроводных управляющих сигналов, схему управления для обработки беспроводных управляющих сигналов, принятых приемопередатчиком, и источник света, выполненный с возможностью инициации заряда взрывчатого вещества и который активируется схемой управления.An initiating device for initiating an explosive charge, comprising a transceiver for receiving wireless control signals, a control circuit for processing wireless control signals received by the transceiver, and a light source configured to initiate an explosive charge and which is activated by the control circuit.

Description

Настоящее изобретение относится к устройству для инициации заряда взрывчатого вещества, к системе подрыва, содержащей такое устройство и к способу подрыва с использованием такого устройства.The present invention relates to a device for initiating an explosive charge, to a blasting system containing such a device and to a blasting method using such a device.

Изобретение может быть особенно полезно при проведении коммерческих взрывных работ, например, в горнодобывающей отрасли и при бурении нефтяных и газовых скважин.The invention can be especially useful when conducting commercial blasting operations, for example, in the mining industry and when drilling oil and gas wells.

Уровень техникиState of the art

При проведении коммерческих взрывных работ обычно требуется инициировать насыпное или упакованное взрывчатое вещество в соответствии с заранее определенным проектом взрыва, который определяет время и последовательность инициации отдельных зарядов при взрыве. В этом контексте насыпное или упакованное взрывчатое вещество выполняет работу по дроблению скальной породы и т.д. - это рабочий или основной заряд взрывчатого вещества. Этот заряд взрывчатого вещества обычно инициируется путем подрыва меньшего заряда взрывчатого вещества, который неизменно является оболочечным зарядом в форме детонатора, выполненного как картридж. Детонатор имеет сигнальную связь с оборудованием управления подрывом, которое отвечает за его срабатывание. До сих пор существует потребность улучшения характеристик коммерческих взрывных работ за счет создания методик подрыва и используемых компонентов. Настоящее изобретение призвано внести свой вклад в удовлетворение этой потребности.When carrying out commercial blasting operations, it is usually required to initiate a bulk or packaged explosive in accordance with a predetermined explosion design, which determines the time and sequence of initiation of individual charges in an explosion. In this context, bulk or packaged explosive performs rock crushing, etc. - this is the working or main explosive charge. This explosive charge is usually initiated by detonating a smaller explosive charge, which is invariably a shell charge in the form of a detonator made as a cartridge. The detonator has a signal connection with the blast control equipment, which is responsible for its operation. There is still a need to improve the performance of commercial blasting by creating blasting techniques and the components used. The present invention is intended to contribute to this need.

Раскрытие изобретенияDisclosure of Invention

Соответственно, в одном варианте настоящего изобретения предлагается инициирующее устройство для инициации заряда взрывчатого вещества, которое содержит приемопередатчик для приема беспроводных управляющих сигналов;Accordingly, in one embodiment of the present invention, there is provided an initiating device for initiating an explosive charge, which comprises: a transceiver for receiving wireless control signals;

схему управления для обработки беспроводных управляющих сигналов, принятых приемопередатчиком; и источник света, подходящий для инициации заряда взрывчатого вещества и активируемый схемой управления.a control circuit for processing wireless control signals received by the transceiver; and a light source suitable for initiating an explosive charge and activated by a control circuit.

При использовании такое инициирующее устройство будет оперативно соединено с зарядом взрывчатого вещества, способного к инициации источником света. Поэтому в другом варианте предлагается взрывное устройство, содержащее инициирующее устройство по настоящему изобретению и соединенный с ним заряд взрывчатого вещества, при этом заряд взрывчатого вещества адаптирован для инициации источником света.In use, such an initiating device will be operatively connected to a charge of an explosive capable of being initiated by a light source. Therefore, in another embodiment, an explosive device is provided comprising an initiating device of the present invention and an explosive charge connected thereto, wherein the explosive charge is adapted to be initiated by a light source.

Согласно настоящему изобретению также предлагается способ подрыва, в котором используется инициирующее устройство по настоящему изобретению, и система взрыва, содержащая инициирующее устройство и соединенное с ним оборудование управления подрывом.The present invention also provides a blasting method that uses an initiating device of the present invention and an explosion system comprising an initiating device and connected blasting control equipment.

Как будет описано ниже, настоящее изобретение соединяет способность беспроводной связи со световой инициацией заряда взрывчатого вещества. Считается, что такая комбинация может дать существенное улучшение существующих методик и компонентов для проведения взрывных работ.As will be described below, the present invention combines the ability of wireless communication with the light initiation of an explosive charge. It is believed that such a combination can provide a significant improvement in existing techniques and components for blasting.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Инициирующее устройство, используемое в настоящем изобретении содержит приемопередатчик, функцией которого является прием беспроводных коммуникационных сигналов, отправляемых с оборудования управления подрывом. Таким образом, устройством можно управлять дистанционно без необходимости в выполнении физических соединений (например проводами) для передачи управляющих сигналов, требуемых при взрывных работах. Предпочтительно приемопередатчик обладает способностью двухсторонней связи так, чтобы перед инициацией взрыва можно было проводить диагностику и проверку состояния. Использование беспроводной связи во взрывных работах известно, и приемопередатчики, которые могут использоваться в настоящем изобретении, известны и доступны, либо они могут быть изготовлены путем адаптации известных компонентов.The initiating device used in the present invention comprises a transceiver, the function of which is to receive wireless communication signals sent from subversion control equipment. Thus, the device can be controlled remotely without the need for physical connections (such as wires) to transmit control signals required during blasting. Preferably, the transceiver is capable of two-way communication so that diagnostics and status checks can be performed before initiating an explosion. The use of wireless communications in blasting is known, and the transceivers that can be used in the present invention are known and available, or they can be made by adapting known components.

Инициирующее устройство также содержит схему управления. Основной ее функцией является обработка беспроводных управляющих сигналов, принимаемых приемопередатчиком и при получении соответствующего управляющего сигнала, активация соединенного источника света. На практике такая схема управления будет, вероятно, выполнять дополнительные функции и реагировать на разные управляющие сигналы, принимаемые приемопередатчиком.The initiating device also contains a control circuit. Its main function is the processing of wireless control signals received by the transceiver and upon receipt of the corresponding control signal, the activation of the connected light source. In practice, such a control circuit will probably perform additional functions and respond to different control signals received by the transceiver.

Схема управления типично будет содержать какой-либо механизм синхронизации, чтобы обеспечить возможность точного управления активацией источника света при получении приемопередатчиком команды ОГОНЬ. Схема управления неизменно будет выполнена в форме интегральной схемы. Такие схемы хорошо известны. Они используются, например, в электронных детонаторах для управления функциональностью детонатора и инициацией по времени. Таким образом, специалистам известны конструкции и компоненты, применяемые в таких схемах.The control circuit will typically comprise some kind of synchronization mechanism to enable precise control of the activation of the light source when the FIRE command is received by the transceiver. The control circuit will invariably be in the form of an integrated circuit. Such schemes are well known. They are used, for example, in electronic detonators to control detonator functionality and time initiation. Thus, those skilled in the art are aware of the structures and components used in such schemes.

Инициирующее устройство также содержит источник света, функцией которого является инициация заряда взрывчатого вещества, в которое или на которое направлен источник света. Источник света, используемый в конкретном устройстве, выбирается на основе типа инициируемого заряда взрывчатого вещества - правильное сочетание источника света и заряда взрывчатого вещества играет важную роль для реализации настоящего изобретения. Типично, заряд взрывчатого вещества каким-либо образом сенсибилизируют для того, чтобы его можно было инициировать данным источником света. Источник светаThe initiating device also contains a light source, the function of which is to initiate the charge of the explosive into which or to which the light source is directed. The light source used in a particular device is selected based on the type of explosive charge initiated — the correct combination of the light source and explosive charge plays an important role in implementing the present invention. Typically, the explosive charge is sensitized in some way so that it can be initiated by a given light source. Light source

- 1 031896 может быть направлен непосредственно в/на заряд взрывчатого вещества, или свет от источника может подаваться к заряду взрывчатого вещества по соответствующему волноводу, например по оптоволокну, или непосредственным облучением, с помощью фокусирующей линзы или без нее.- 1 031896 can be directed directly at / on the explosive charge, or light from the source can be supplied to the explosive charge through an appropriate waveguide, for example via optical fiber, or by direct irradiation, with or without a focusing lens.

Важным отличительным признаком настоящего изобретения является то, что каждое инициирующее устройство имеет собственный источник света и при использовании оно обычно устанавливается в скважину (или в шахту и т.п.). Источником света управляет схема управления устройства. Устройство находится под управлением (беспроводной) системы управления оборудования управления подрывом, но в остальном устройство является автономным. Это значит, например, что единую команду на подрыв можно послать на множество инициирующих устройств и эти устройства смогут осуществить подрыв независимо, в соответствии с задержкой, запрограммированной в цепи подрыва. Это позволит улучшить управление и надежность. Такая конструкция также позволяет получить фронт горения в поле взрыва, в котором конкретное инициирующее устройство или устройства было инициировано (светом), в то время как другие инициирующие устройства находятся в процессе выдержки до (световой) инициации.An important distinguishing feature of the present invention is that each initiating device has its own light source and, when used, it is usually installed in a well (or in a shaft, etc.). The light source is controlled by a device control circuit. The device is under the control of a (wireless) blasting control system, but otherwise the device is autonomous. This means, for example, that a single blast command can be sent to many initiating devices and these devices will be able to blast independently, in accordance with the delay programmed in the blast circuit. This will improve management and reliability. This design also allows to obtain a combustion front in the explosion field in which a particular initiating device or devices was initiated (by light), while other initiating devices are in the process of holding to (light) initiation.

Такая система должна отличаться от системы, в которой используется один (централизованный) источник света для подачи света по индивидуальным оптоволоконным кабелями к множеству точек требуемой инициации. Такая конструкция допускает лишь грубое регулирование, поскольку для инициации множества событий инициирования используется один источник света, и этот источник света может быть либо включен, либо выключен. Для управления передачей света по индивидуальным оптоволоконным кабелям потребовались бы оптические переключатели, что усложняет работу и повышает издержки. В системе такого типа могут возникнуть проблемы с надежностью, поскольку существует вероятность повреждения оптоволоконных кабелей при детонации расположенных рядом зарядов до или во время передачи света по таким оптоволоконным кабелям. Подход, используемый в настоящем изобретении свободен от таких недостатков.Such a system should be different from a system that uses a single (centralized) light source to supply light via individual fiber optic cables to multiple points of the required initiation. This design allows only coarse regulation, since a single light source is used to initiate a plurality of initiation events, and this light source can either be turned on or off. Optical switches would be required to control the transmission of light over individual fiber optic cables, which complicates work and increases costs. This type of system may cause reliability problems, since there is a possibility of damage to the fiber optic cables when detonation of adjacent charges before or during the transmission of light through such fiber optic cables. The approach used in the present invention is free from such disadvantages.

В варианте настоящего изобретения инициирующее устройство содержит один приемопередатчик и множество соединенных схем управления и источников света. В этом варианте приемопередатчик выполнен с возможностью управлять множеством независимых схем управления и источников света, соединенных с этими схемами управления. Это позволяет в один шпур закладывать множество управляющих устройств (и источников света), и все схемы управления поддерживают связь с одним приемопередатчиком. Это позволяет каждой схеме управления и каждому источнику света инициировать соответствующий заряд взрывчатого вещества с независимой задержкой, в то же время поддерживая фронт горения. Другими словами, такой вариант позволяет осуществлять многоярусную загрузку шпура, используя один приемопередатчик, при этом здесь следует отметить, что скважинные компоненты (схемы управления и источники света) имеют независимое питание. В этом варианте приемопередатчик может быть расположен на поверхности на уровне земли, хотя, в зависимости от характера беспроводных команд, отправляемых на приемопередатчик, его можно располагать и под землей, в шпуре.In an embodiment of the present invention, the initiating device comprises one transceiver and a plurality of connected control circuits and light sources. In this embodiment, the transceiver is configured to control a plurality of independent control circuits and light sources connected to these control circuits. This allows you to lay down many control devices (and light sources) in one hole, and all control circuits communicate with one transceiver. This allows each control circuit and each light source to initiate a corresponding explosive charge with an independent delay, while at the same time supporting the combustion front. In other words, this option allows multi-tiered borehole loading using a single transceiver, and it should be noted here that the downhole components (control circuits and light sources) are independently powered. In this embodiment, the transceiver can be located on a surface at ground level, although, depending on the nature of the wireless commands sent to the transceiver, it can also be located underground in a hole.

Согласно настоящему изобретению беспроводные управляющие сигналы отправляют с оборудования управления подрывом на приемопередатчик инициирующего устройства. Для обеспечения соответствующей передачи и приема управляющих сигналов можно использовать один или более механизм.According to the present invention, wireless control signals are sent from the blasting control equipment to the transceiver of the initiating device. To ensure appropriate transmission and reception of control signals, one or more mechanisms may be used.

В одном варианте может потребоваться физически расположить приемопередатчик так, чтобы беспроводные управляющие сигналы можно было принимать непосредственно. Например, в этом случае может потребоваться установить приемопередатчик на вершине шпура. В этом случае связь может осуществляться с использованием стандартной радиочастотной системы передачи и стандартного протокола.In one embodiment, it may be necessary to physically position the transceiver so that wireless control signals can be received directly. For example, in this case, you may need to install the transceiver on top of the hole. In this case, communication can be carried out using a standard radio frequency transmission system and a standard protocol.

В другом варианте приемопередатчик можно установить под землей, а беспроводные управляющие сигналы передавать сквозь грунт как низкочастотные сигналы. Низкочастотная связь широко применяется в горнодобывающей отрасли и уже существует некоторое количество таких систем управления подрывом.In another embodiment, the transceiver can be installed underground, and wireless control signals can be transmitted through the ground as low-frequency signals. Low-frequency communications are widely used in the mining industry and there are already a number of such blasting control systems.

Дополнительную возможность может дать радиосеть от приемопередатчика до точки, в которой можно принимать управляющие сигналы. Например, если инициирующее устройство расположено в скважине, радиосеть может проходить от приемопередатчика по всей протяженности скважины до поверхности.An additional opportunity can be given by the radio network from the transceiver to the point at which control signals can be received. For example, if the initiating device is located in the well, the radio network may extend from the transceiver over the entire length of the well to the surface.

В еще одном варианте настоящего изобретения непосредственная связь между оборудованием управления подрывом и одним или более инициирующим устройством не нужна. В этом варианте используется прямая связь между этими компонентами за счет формирования маломощной сети, в которой одно или более инициирующих устройств работают как ретранслятор беспроводного управляющего сигнала на конкретное инициирующее устройство, если даже это устройство находится вне радиуса действия или по иным причинам не может принять беспроводной управляющий сигнал непосредственно. В этом варианте одно или более инициирующих устройств, не предназначенных для срабатывания по беспроводному управляющему сигналу, ретранслируют этот сигнал на одно или более инициирующих устройств, предназначенных для срабатывания по этому сигналу. Следует понимать, что в этом варианте инициирующие устройства также выполнены с возможностью передавать беспроводные управляющие сигналы. Формирование такой сети двухсторонней связи позволяет увеличить расстояние, на которомIn yet another embodiment of the present invention, direct communication between the blasting control equipment and one or more triggering devices is not needed. This option uses direct communication between these components due to the formation of a low-power network in which one or more initiating devices act as a repeater of the wireless control signal to a specific initiating device, even if this device is not within range or for other reasons cannot accept the wireless control signal directly. In this embodiment, one or more triggering devices not intended to be triggered by a wireless control signal relay this signal to one or more triggering devices intended to be triggered by this signal. It should be understood that in this embodiment, the initiating devices are also configured to transmit wireless control signals. The formation of such a two-way communication network allows you to increase the distance at which

- 2 031896 осуществляется эффективный прием беспроводных управляющих сигналов. Такой подход описан в международной патентной публикации WO 2006/076777 Wireless detonator assemblies and corresponding networks, содержание которой включено в настоящее описание путем ссылки.- 2 031896 provides effective reception of wireless control signals. Such an approach is described in international patent publication WO 2006/076777 Wireless detonator assemblies and corresponding networks, the contents of which are incorporated herein by reference.

Явным преимуществом применения сети инициирующих устройств для обеспечения передачи сигналов по полю взрыва является то, что если соединение с конкретным устройством теряется, можно использовать обходной маршрут связи вокруг потерянного соединения, тем самым сохраняя работоспособность. Система также может быть выполнена с возможностью диагностировать проблемы связи, что позволяет принять корректирующие меры. Это отличается от известных систем с непосредственной связью, где потеря одного канала связи обычно приводит к выходу из строя всей системы.A clear advantage of using a network of initiating devices to ensure signal transmission over the explosion field is that if the connection to a specific device is lost, you can use the bypass communication route around the lost connection, thereby maintaining operability. The system can also be configured to diagnose communication problems, which allows you to take corrective measures. This differs from the known systems with direct communication, where the loss of one communication channel usually leads to the failure of the entire system.

Другим преимуществом применения маломощной сети для облегчения передачи беспроводных управляющих сигналов является то, что такая сеть обладает потенциалом для двусторонней связи. В этом случае используют приемопередатчик, способный поддерживать двустороннюю связь. Это позволяет, например, инициирующему устройству отправлять информацию на оборудование управления подрывом о текущем состоянии сети устройств, а оборудованию управления подрывом передавать на отдельные инициирующие устройства протоколы синхронизации и команды на срабатывание. Таким образом, управление, синхронизацию и подрыв можно выполнять, используя дистанционную (беспроводную) систему с двусторонней связью, что позволяет взрывнику-оператору получать информацию о состоянии и характеристиках взрывной системы перед тем как выдать команду на взрыв. Это позволяет повысить безопасность взрывных работ. Другое преимущество заключается в том, что сеть имеет малую мощность и, следовательно, не создает помех другим коммуникационным системам, работающим на месте проведения взрывных работ. Далее, для эксплуатации сети малой мощности не требуется никаких особых разрешений.Another advantage of using a low-power network to facilitate the transmission of wireless control signals is that such a network has the potential for two-way communication. In this case, a transceiver capable of supporting two-way communication is used. This allows, for example, the initiating device to send information to the detonation control equipment about the current state of the device network, and to transmit the detonation control equipment to the individual initiating devices synchronization protocols and response commands. Thus, control, synchronization and detonation can be performed using a remote (wireless) system with two-way communication, which allows an explosive operator to receive information about the status and characteristics of an explosive system before issuing an explosion command. This improves the safety of blasting. Another advantage is that the network has low power and, therefore, does not interfere with other communication systems operating at the blasting site. Further, no special permissions are required to operate a low power network.

В инициирующем устройстве необходимо, чтобы приемопередатчик поддерживал связь со схемой управления. Эти два компонента могут быть объединены, например, в одном корпусе, или они могут быть отдельными узлами, но соответственно соединенными для передачи сигналов, например, по проводам, в беспроводном режиме, или с помощью оптических средств связи. Аналогично, схема управления должна поддерживать связь с источником света для активации источника света по мере необходимости. Схема управления и источник света могут быть расположены вместе, например, в одном корпусе, или отдельно друг от друга, но с соответствующим соединением. Инициирующее устройство также требует источника питания для работы приемопередатчика, схемы управления и источника света. Источник питания может быть физически соединен с устройством или его компонентом, но это не существенно. В этом случает необходимо выполнять требования и нормы техники безопасности, относящиеся к источникам питания для скважинного оборудования.In the initiating device, it is necessary for the transceiver to communicate with the control circuit. These two components can be combined, for example, in one housing, or they can be separate nodes, but respectively connected to transmit signals, for example, by wire, wirelessly, or using optical means of communication. Similarly, the control circuit must communicate with the light source to activate the light source as necessary. The control circuit and the light source can be located together, for example, in one housing, or separately from each other, but with the appropriate connection. The initiating device also requires a power source for the operation of the transceiver, control circuit and light source. The power source may be physically connected to the device or its component, but this is not essential. In this case, it is necessary to comply with the requirements and safety standards related to power supplies for downhole equipment.

Источник питания может иметь известную конструкцию, например он может быть низковольтным аккумулятором (размещенным вместе с компонентом источника света) или суперконденсатором, заряжаемым от аккумулятора. В последнем случае суперконденсатор можно заряжать с помощью аккумулятора, расположенного на поверхности, тогда как суперконденсатор является частью скважинного оборудования.The power source may be of a known design, for example, it may be a low voltage battery (housed with the light source component) or a supercapacitor recharged from the battery. In the latter case, the supercapacitor can be charged using a surface-mounted battery, while the supercapacitor is part of the downhole equipment.

В другом варианте один или более из компонентов устройства могут получать питание от менее известных средств. Например, можно использовать средства окружающей среды, такие как солнечную энергию. Могут существовать и другие средства, зависящие от того как настоящее изобретение будет реализовано на практике. Однако может возникнуть потребность в работе устройства по изобретению без необходимости известных источников питания, таких как аккумулятор.In another embodiment, one or more of the components of the device may receive power from lesser known means. For example, environmental media such as solar energy can be used. Other means may exist depending on how the present invention is practiced. However, it may be necessary to operate the device of the invention without the need for known power sources, such as a battery.

Из вышеизложенного понятно, что функциональные компоненты приемопередатчика и источник света могут быть физически разделены (управляющее устройство может быть соединено с любым из них). Таким образом, приемопередатчик можно расположить на уровне земли или над землей, а источник света (выполняющий запальную функцию устройства) находится рядом с взрывной цепью или на вершине взрывной цепи (рабочих взрывчатых веществ) в скважине. Это дает несколько преимуществ:From the foregoing, it is understood that the functional components of the transceiver and the light source can be physically separated (the control device can be connected to any of them). Thus, the transceiver can be located at ground level or above the ground, and the light source (performing the ignition function of the device) is located next to the blast chain or at the top of the blast chain (working explosives) in the well. This has several advantages:

упрощение конструкции для приема беспроводных управляющих сигналов, приемопередатчик можно использовать для передачи данных о характеристиках взрыва во время и, возможно, после взрыва; например, если передатчик и управляющее устройство соединены проводами, провод можно использовать для измерения VOD в скважине по изменению сопротивления, и передавать эту информацию назад в центр управления, можно уменьшить размеры скважинных компонентов, что дает преимущества для скважин небольшого диаметра; современные твердотельные лазеры имеют очень компактную конструкцию, как было указано, один приемопередатчик, например, расположенный на поверхности, может управлять активацией множества скважинных запальных устройств, за счет наличия множества точек вывода, что позволяет подсоединить множество устройств; это дает преимущество для скважин, в которых имеется множество детонаторов, например, для многоярусных скважин.simplification of the design for receiving wireless control signals, the transceiver can be used to transmit data about the characteristics of the explosion during and, possibly, after the explosion; for example, if the transmitter and the control device are connected by wires, the wire can be used to measure the VOD in the well by changing the resistance, and transmit this information back to the control center, the size of the downhole components can be reduced, which is advantageous for small diameter wells; modern solid-state lasers have a very compact design, as indicated, a single transceiver, for example, located on the surface, can control the activation of many downhole ignition devices, due to the presence of multiple output points, which allows you to connect multiple devices; this is advantageous for wells in which there are many detonators, for example, for multi-tiered wells.

Для инициации рабочего или основного заряда взрывчатого вещества согласно настоящему изобретению можно использовать заряд взрывчатого вещества, которое инициируется светом. В этом случае заряд инициируемого светом взрывчатого вещества является небольшим, но, тем не менее, эффективнымTo initiate a working or main explosive charge according to the present invention, an explosive charge that is initiated by light can be used. In this case, the light-initiated explosive charge is small, but nonetheless effective

- 3 031896 для детонации основного заряда взрывчатого вещества. В этом случае заряд инициируемого светом взрывчатого вещества может быть заключен в оболочку, как и обычный детонатор в форме картриджа.- 3 031896 for detonation of the main explosive charge. In this case, the charge of the light-initiated explosive can be enclosed in a shell, like a conventional cartridge-shaped detonator.

Свет можно подавать в картридж непосредственно или по оптоволокну.Light can be fed directly into the cartridge or via fiber.

В другом варианте для детонации основного заряда взрывчатого вещества используется заряд инициируемого светом взрывчатого вещества, но в конструкции отсутствует детонатор. В этом случае заряд инициируемого светом взрывчатого вещества находится в непосредственном контакте по меньшей мере с частью основного заряда или эти два заряда могут быть разделены мембраной, которая не влияет на детонацию основного заряда взрывчатого вещества. Такой подход описан в международной патентной публикации WO 2008/113108 Initiation of explosives materials, содержание которой включено в настоящее описание путем ссылки. В этой публикации оговаривается использование оптоволокна для передачи света, но согласно настоящему изобретению это не является существенным признаком.In another embodiment, to detonate the main explosive charge, a light-initiated explosive charge is used, but there is no detonator in the design. In this case, the light-initiated explosive charge is in direct contact with at least a portion of the main charge, or the two charges can be separated by a membrane that does not affect the detonation of the main explosive charge. Such an approach is described in international patent publication WO 2008/113108 Initiation of explosives materials, the contents of which are incorporated herein by reference. This publication stipulates the use of optical fiber for light transmission, but according to the present invention this is not an essential feature.

Соответственно, в этом варианте настоящего изобретения предлагается бездетонаторная система подрыва, содержащая рабочий заряд взрывчатого вещества, оболочечный заряд взрывчатого вещества и инициирующее устройство по настоящему изобретению, в котором инициирующее устройство выполнено с возможностью подавать свет на оболочечный заряд взрывчатого вещества, а оболочечный заряд взрывчатого вещества выполнен с возможностью инициации этим светом, и в которой инициация оболочечного заряда взрывчатого вещества приводит к инициации рабочего взрывчатого вещества.Accordingly, in this embodiment of the present invention, there is provided a detonation-free detonation system comprising an explosive charge, a shell explosive charge, and an initiating device of the present invention, wherein the initiating device is configured to supply light to the shell explosive charge and the shell explosive charge with the possibility of initiation by this light, and in which the initiation of a shell charge of explosive leads to the initiation of a working of explosives.

Согласно этому варианту рабочий заряд взрывчатого вещества инициируется детонацией оболочечного заряда взрывчатого вещества. В свою очередь, инициация оболочечного заряда вызывается облучением заключенного в оболочку взрывчатого вещества соответствующим источником света. Таким образом, рабочее взрывчатое вещество инициируется без применения традиционного устройства детонатора.According to this embodiment, the explosive charge is initiated by detonation of the shell charge of the explosive. In turn, the initiation of a shell charge is caused by irradiation of an explosive substance enclosed in a shell with an appropriate light source. Thus, a working explosive is initiated without the use of a traditional detonator device.

Согласно этому варианту настоящего изобретения облучение оболочечного заряда осуществляется до тех пор, пока не возникнет его воспламенение. Оболочечный заряд и рабочий заряд расположены относительно друг друга так, что детонация оболочечного заряда приводит к инициации рабочего заряда. В варианте настоящего изобретения часть оболочечного заряда и часть рабочего заряда могут находиться в непосредственном контакте. Однако в других вариантах это может быть несущественно, если требуемое оперативное соотношение между зарядами сохраняется. Например, в некоторых вариантах заряды могут быть разделены мембраной и т.п. В этом случае мембрана и т.п. может использоваться для облегчения производства, и мембрана (и т.п.) не влияет на детонацию рабочего заряда.According to this embodiment of the present invention, the shell charge is irradiated until ignition occurs. The shell charge and the working charge are located relative to each other so that the detonation of the shell charge leads to the initiation of the working charge. In an embodiment of the present invention, part of the shell charge and part of the working charge may be in direct contact. However, in other embodiments, this may not be significant if the desired operational relationship between charges is maintained. For example, in some embodiments, charges may be separated by a membrane and the like. In this case, the membrane, etc. can be used to facilitate production, and the membrane (etc.) does not affect the detonation of the working charge.

Рабочий заряд используемого взрывчатого вещества по существу также является вторичным взрывчатым веществом. Система подрыва по настоящему изобретению, таким образом, может не содержать первичных взрывчатых веществ. Взрывчатое вещество рабочего заряда может быть таким же, что и взрывчатое вещество заряда, инициируемого светом, или другим. Когда эти заряды содержат одно и то же взрывчатое вещество, настоящее изобретение можно реализовать путем заключения части массы взрывчатого вещества в оболочку.The working charge of the explosive used is essentially also a secondary explosive. The blasting system of the present invention, therefore, may not contain primary explosives. The explosive substance of the working charge may be the same as the explosive substance of a charge initiated by light, or another. When these charges contain the same explosive, the present invention can be implemented by enclosing a portion of the mass of the explosive in a shell.

Важным аспектом настоящего изобретения является способ заключения заряда взрывчатого вещества в оболочку, поскольку было обнаружено, что геометрия оболочки является критической для детонации рабочего взрывчатого вещества. Так, оболочечный заряд взрывчатого вещества следует заключать в оболочку так, чтобы поддерживалось начальное воспламенение и в последующем обеспечивалась возможность распространения [фронта горения] до полной детонации. Для реализации этого варианта настоящего изобретения можно использовать различные средства заключения в оболочку (геометрию и материалы).An important aspect of the present invention is a method for enclosing an explosive charge in a shell, since it has been found that the geometry of the shell is critical for the detonation of a working explosive. So, the shell charge of the explosive should be enclosed in a shell so that the initial ignition is maintained and subsequently the possibility of propagation of the [combustion front] to complete detonation is ensured. To implement this embodiment of the present invention, various enclosing means (geometry and materials) can be used.

В одном варианте оболочечный заряд взрывчатого вещества можно заключить в удлиненный трубчатый элемент. Обычно он имеет круглое сечение, хотя это не обязательно. Когда используется удлиненный трубчатый элемент, внутренний диаметр трубчатого элемента должен быть больше критического диаметра оболочечного заряда. Когда заряд взрывчатого вещества заключен в прочную оболочку, например, когда оболочка выполнена из металла, внутренний диаметр трубчатого элемента может до 3 раз превышать критический диаметр для заключаемого в оболочку взрывчатого вещества.In one embodiment, the shell charge of the explosive can be enclosed in an elongated tubular element. It usually has a circular cross section, although this is not necessary. When an elongated tubular member is used, the inner diameter of the tubular member must be greater than the critical diameter of the shell charge. When the explosive charge is enclosed in a strong shell, for example, when the shell is made of metal, the inner diameter of the tubular element can be up to 3 times the critical diameter for the explosive enclosed in the shell.

Типичный трубчатый элемент круглого сечения, полезный для настоящего изобретения, имеет внутренний диаметр приблизительно 2-5 мм, например 3 мм, и длину до приблизительно 110 мм, например от 20 до 110 мм. Длина трубчатого элемента, необходимого для сопряжения оболочечного заряда взрывчатого вещества меняется в зависимости от типа взрывчатого вещества. Например, для пентаэритритола тетранитрата (PETN) минимальная длина трубчатого элемента будет 90 мм (для внутреннего диаметра приблизительно 3 мм).A typical circular cross-sectional element useful for the present invention has an inner diameter of about 2-5 mm, for example 3 mm, and a length of up to about 110 mm, for example from 20 to 110 mm. The length of the tubular element necessary for pairing the shell charge of the explosive varies depending on the type of explosive. For example, for pentaerythritol tetranitrate (PETN), the minimum length of the tubular element will be 90 mm (for an internal diameter of approximately 3 mm).

Средства оболочки могут иметь другую геометрию. Примерами материалов, подходящих для средства оболочки являются металлы и металлические сплавы, например, алюминий и сталь, и высокопрочные полимерные материалы.Shell tools may have a different geometry. Examples of materials suitable for the sheathing agent are metals and metal alloys, for example, aluminum and steel, and high strength polymeric materials.

Для иллюстрации ниже настоящее изобретение описывается на примере оболочки в форме трубчатого удлиненного элемента круглого сечения.To illustrate below, the present invention is described by the example of a shell in the form of a tubular elongated element of circular cross section.

- 4 031896- 4 031896

Типично, рабочий заряд взрывчатого вещества находится в (непосредственном) контакте с частью оболочечного заряда взрывчатого вещества. Когда оболочечный заряд взрывчатого вещества является удлиненным трубчатым элементом, требуемый контакт может быть создан через конец трубчатого элемента, в котором заключено взрывчатое вещество (этот конец удален от того конца трубчатого элемента, в который по оптоволокну подается свет лазера). Когда применяются оболочки с другой геометрией, важно, чтобы по меньшей мере часть оболочечного заряда взрывчатого вещества находилась в контакте с рабочим взрывчатым веществом.Typically, the explosive charge is in (direct) contact with a portion of the shell charge of the explosive. When the shell charge of the explosive is an elongated tubular element, the required contact can be created through the end of the tubular element in which the explosive is enclosed (this end is removed from the end of the tubular element into which laser light is fed through the optical fiber). When shells with a different geometry are used, it is important that at least part of the shell charge of the explosive is in contact with the working explosive.

В варианте настоящего изобретения для передачи света от источника света на оболочечный заряд взрывчатого вещества может использоваться оптоволокно. Это можно получить, создав контакт, или путем внедрения одного (обнаженного) конца оптоволокна в оболочечный заряд взрывчатого вещества. Таким образом, один конец оптоволокна можно вставить в конец трубчатого элемента, в котором заключен заряд взрывчатого вещества. Оптоволокно обычно имеет диаметр от 50 до 400 мкм.In an embodiment of the present invention, optical fiber may be used to transmit light from the light source to the shell charge of the explosive. This can be obtained by creating a contact, or by introducing one (naked) end of the optical fiber into the shell charge of the explosive. Thus, one end of the optical fiber can be inserted into the end of the tubular element in which the explosive charge is enclosed. Optical fiber typically has a diameter of from 50 to 400 microns.

В сопутствующем варианте настоящего изобретения обнаженный конец оптоволокна можно расположить рядом, но не в контакте с (внешней поверхностью) оболочечного заряда взрывчатого вещества. Было обнаружено, что наличие зазора (или воздуха) между концом (обнаженного) оптоволокна и оболочечным зарядом взрывчатого вещества влияет на теплоперенос на оболочечный заряд взрывчатого вещества и, следовательно, на величину задержки между моментом прохождения света от лазера по оптоволокну и моментом инициации заключенного в оболочку взрывчатого вещества. Более конкретно, считается, что зазор работает как изолятор, который обеспечивает эффективный теплоперенос к заключенному в оболочку взрывчатому веществу, минимизируя/устраняя эффекты обратной проводимости.In a related embodiment of the present invention, the exposed end of the optical fiber can be positioned adjacent to, but not in contact with (the outer surface) of the shell charge of the explosive. It was found that the presence of a gap (or air) between the end of the (naked) fiber and the shell charge of the explosive affects the heat transfer to the shell charge of the explosive and, therefore, the delay between the moment of passage of light from the laser through the fiber and the moment of initiation of the enclosed in the shell explosive. More specifically, it is believed that the gap acts as an insulator that provides efficient heat transfer to the explosive enclosed in the shell, minimizing / eliminating the effects of reverse conductivity.

Предпочтительно, обнаженный конец оптоволокна расположен на небольшом расстоянии от поверхности заключенного в оболочку взрывчатого вещества в трубчатом элементе. Типично, это небольшое расстояние составляет от 5 мкм до 5,0 мм.Preferably, the exposed end of the optical fiber is located at a small distance from the surface of the enclosed explosive in the tubular element. Typically, this small distance is from 5 μm to 5.0 mm.

Оптоволокно имеет обычную конструкцию и содержит слой покрытия. Его можно удалить на одном конце оптоволокна, когда оптоволокно позиционируют относительно взрывчатого вещества, заключенного в трубчатый элемент. Характеристики оптоволокна подбирают, помимо прочего, на основе длины волны света, излучаемого лазером и подаваемого на заключенное в оболочку взрывчатое вещество. Например, такая длина волны типично составляет от 780 до 1450 мм.The fiber has a conventional construction and contains a coating layer. It can be removed at one end of the optical fiber when the optical fiber is positioned relative to an explosive enclosed in a tubular element. The characteristics of the optical fiber are selected, inter alia, based on the wavelength of the light emitted by the laser and supplied to the explosive enclosed in the shell. For example, such a wavelength typically ranges from 780 to 1450 mm.

Обнаженный конец оптоволокна обычно удерживают в соответствующем положении относительно заключенного в оболочку взрывчатого вещества с помощью подходящего соединителя. Для захвата обнаженного конца оптоволокна и предотвращения утечки газа можно использовать уплотнительное кольцо.The exposed end of the optical fiber is usually held in position relative to the enclosed explosive with a suitable connector. An O-ring can be used to trap the exposed end of the fiber and prevent gas leakage.

В других вариантах нет необходимости использовать оптоволокно для передачи света от источника света на оболочечный заряд взрывчатого вещества. Такую конструкцию можно спроектировать и производить более экономично. В одном таком варианте можно передавать свет непосредственно от источника света на оболочечный заряд взрывчатого вещества. Здесь выход источника света будет расположен очень близко к оболочечному заряду взрывчатого вещества или даже касаться его. Например, окно лазерного диода может быть установлено рядом с оболочечным зарядом взрывчатого вещества или в контакте с ним. В другом варианте можно использовать линзу для фокусировки света от источника света на заряде взрывчатого вещества. Например, можно заменить окно лазерного диода на (сапфировую) линзу, которая фокусирует свет от этого диода на взрывчатом веществе. Такой подход может повысить эффективность.In other embodiments, it is not necessary to use optical fiber to transmit light from the light source to the shell charge of the explosive. This design can be designed and manufactured more economically. In one such embodiment, it is possible to transmit light directly from the light source to the shell charge of the explosive. Here, the output of the light source will be located very close to the shell charge of the explosive or even touch it. For example, the window of a laser diode can be installed next to or in contact with the shell charge of an explosive. In another embodiment, you can use the lens to focus the light from the light source on the explosive charge. For example, you can replace the window of a laser diode with a (sapphire) lens that focuses the light from this diode on an explosive. This approach can increase efficiency.

Рабочий заряд взрывчатого вещества, который нужно детонировать, обычно приводят в (непосредственный) контакт по меньшей мере с частью оболочечного заряда взрывчатого вещества. Типично, такой контакт возникает на конце трубчатого элемента, в котором заключено взрывчатое вещество, который удален от конца трубчатого элемента, соединенного с оптоволокном. В зависимости от формы, в которой существует заряд взрывчатого вещества, этот заряд также может окружать трубчатый элемент, в котором заключено взрывчатое вещество. Другими словами, трубчатый элемент может быть вставлен в заряд взрывчатого вещества.The explosive charge to be detonated is usually brought into (direct) contact with at least a portion of the shell charge of the explosive. Typically, such contact occurs at the end of a tubular element in which an explosive is contained, which is remote from the end of the tubular element connected to the optical fiber. Depending on the form in which the explosive charge exists, this charge may also surround the tubular element in which the explosive is contained. In other words, the tubular element can be inserted into the explosive charge.

В сопутствующем варианте заряд взрывчатого вещества, который следует инициировать, имеет форму инициатора, например, пентолитового инициатора. В этом случае оболочечный заряд взрывчатого вещества, предпочтительно, пентаэритритола тетранитрата (PETN) или пентолита, заключают в удлиненный трубчатый элемент, который вставляют в инициатор. Инициатор может иметь соответствующую конструкцию, позволяющую разместить в нем трубчатый элемент. Таким образом, трубчатый элемент можно установить и закрепить в инициаторе в соответствующей скважине, как и в случае с инициаторами, приводимыми в действие детонаторами. В противном случае в этом варианте можно использовать известные инициаторы.In a concomitant embodiment, the explosive charge to be initiated has the form of an initiator, for example, a pentolite initiator. In this case, the shell charge of the explosive, preferably pentaerythritol tetranitrate (PETN) or pentolite, is enclosed in an elongated tubular element that is inserted into the initiator. The initiator may have a corresponding design, allowing to place a tubular element in it. Thus, the tubular element can be installed and secured in the initiator in the corresponding well, as is the case with initiators driven by detonators. Otherwise, known initiators can be used in this embodiment.

Альтернативно в другом сопутствующем варианте настоящего изобретения пентолитовый инициатор может загружаться вокруг соответствующего трубчатого элемента. В этом случае настоящее изобретение можно реализовать, используя инициатор, состоящий из одной детали, содержащей оболочку/кожух и интегрально сформированный трубчатый элемент, входящий в полость, образованную оболочкой/кожухом. Затем оболочку/кожух и трубчатый элемент можно заполнить подходящим взрывча- 5 031896 тым веществом (взрывчатыми веществами).Alternatively, in another related embodiment of the present invention, the pentolite initiator may be charged around the corresponding tubular element. In this case, the present invention can be implemented using an initiator consisting of one part comprising a shell / casing and an integrally formed tubular element included in the cavity formed by the shell / casing. The sheath / casing and tubular element can then be filled with a suitable explosive (explosives).

Эти варианты настоящего изобретения, относящиеся к инициатору, могут найти практическое применение в сейсморазведке, где (пентолитовые) инициаторы используют для генерирования сигналов (ударных волн) для анализа для определения геологических характеристик в поисках залежей нефти и газа. Этот вариант настоящего изобретения, таким образом, может применяться в сейсморазведке.These initiator related embodiments of the present invention may find practical application in seismic exploration, where (pentolite) initiators are used to generate signals (shock waves) for analysis to determine geological characteristics in search of oil and gas deposits. This embodiment of the present invention can thus be used in seismic exploration.

Заряд рабочего взрывчатого вещества также может принимать форму отрезка детонационного шнура. В этом случае конец детонационного шнура обычно находится в непосредственном контакте по меньшей мере с частью оболочечного заряда взрывчатого вещества. Для поддержания при эксплуатации такого контакта можно использовать любое подходящее удерживающее средство или соединитель. Помимо инициации детонационного шнура, этот детонационный шнур можно использовать известным способом. Мгновенная детонация детонационного шнура во множестве шпуров может дать преимущества при взрывных работах на предварительно расколотых породах или взрывных работах по периметру туннеля. В другом варианте сам детонационный шнур может использоваться для подрыва инициатора, например, инициатора, содержащего взрывчатое вещество в форме эмульсии. В этом случае один конец детонационного шнура будет внедрен во взрывчатое вещество инициатора, а второй конец будет доступен для инициации светом по настоящему изобретению.The charge of the working explosive can also take the form of a segment of a detonation cord. In this case, the end of the detonation cord is usually in direct contact with at least part of the shell charge of the explosive. To maintain such contact during operation, any suitable holding means or connector may be used. In addition to initiating the detonation cord, this detonation cord can be used in a known manner. The instant detonation of the detonation cord in a variety of holes can give advantages during blasting on previously crushed rocks or blasting around the perimeter of the tunnel. In another embodiment, the detonation cord itself can be used to undermine an initiator, for example, an initiator containing an explosive in the form of an emulsion. In this case, one end of the detonation cord will be embedded in the explosive of the initiator, and the second end will be accessible for initiation by the light of the present invention.

В другом варианте оболочечный и рабочий заряды взрывчатых веществ могут содержать взрывчатое вещество в форме эмульсии. Для этого можно использовать известные взрывчатые вещества в форме эмульсии. В этом варианте часть взрывчатого вещества в форме эмульсии может быть заключена в подходящем удлиненном трубчатом элементе и погружена/внедрена в эмульсию рабочего заряда. В этом варианте (и во всех других) характер и размеры оболочки можно подбирать для оптимизации реализации изобретения.In another embodiment, the shell and working explosive charges may contain an explosive in the form of an emulsion. To do this, you can use known explosives in the form of an emulsion. In this embodiment, part of the explosive in the form of an emulsion can be enclosed in a suitable elongated tubular element and immersed / embedded in the emulsion of the working charge. In this embodiment (and in all others), the nature and dimensions of the shell can be selected to optimize the implementation of the invention.

В другом варианте заряд взрывчатого вещества, инициируемого светом, может сам по себе быть адекватным для достижения требуемого взрыва. Например, заряд взрывчатого вещества, размещенный в устройстве соответствующей конфигурации, может быть адекватным для перфорации обсадной колонны при разведке нефти и газа.In another embodiment, the charge of an explosive initiated by light may itself be adequate to achieve the desired explosion. For example, an explosive charge placed in a device of an appropriate configuration may be adequate for perforating the casing during oil and gas exploration.

Заряд взрывчатого вещества, инициируемого светом, и источник света подбирают на основе требуемого результата и эти два компонента требуется соответствующим образом спарить. Примерами источника света, которые можно использовать, являются твердотельные лазеры, лазерные диоды, светоизлучающие диоды и другие электронные источники света. Желательными характеристиками источника света являются компактность конструкции и низкое потребление энергии. Для настоящего изобретения может подойти лазер мощностью, например, 1-10 Вт. Длина волны лазера может лежать в ближнем инфракрасном диапазоне, что является предпочтительным, но можно использовать и другие длины волн. Для проведения и фокусировки света, выводимого лазером, может потребоваться оптоволокно и/или линза, однако предпочтительным является непосредственное облучение заряда взрывчатого вещества, что упрощает общую конструкцию.The explosive charge initiated by the light and the light source are selected based on the desired result and these two components must be mated accordingly. Examples of light sources that can be used are solid-state lasers, laser diodes, light emitting diodes, and other electronic light sources. The desired characteristics of the light source are its compact design and low energy consumption. A laser with a power of, for example, 1-10 watts may be suitable for the present invention. The laser wavelength may lie in the near infrared range, which is preferred, but other wavelengths may be used. Optical fiber and / or a lens may be required to conduct and focus the light emitted by the laser, however, direct exposure to the explosive charge is preferred, which simplifies the overall design.

Обычно инициируемое светом взрывчатое вещество является вторичным взрывчатым веществом, таким как пентаэритритол тетранитрата (PETN), тетрил, гексаген, октоген, пентолит и т.п. При использовании предпочтение отдается пентаэритритолу тетранитрата (PETN) или пентолита. Однако заряд взрывчатого вещества может быть известным взрывчатым веществом в форме эмульсии, таким как взрывчатое вещество типа эмульсии масла в воде и водно-гелевые взрывчатые вещества.Typically, a light-initiated explosive is a secondary explosive such as pentaerythritol tetranitrate (PETN), tetryl, hexagen, octogen, pentolite and the like. In use, pentaerythritol tetranitrate (PETN) or pentolite is preferred. However, the explosive charge may be a known emulsion explosive, such as an oil-in-water emulsion explosive and water-gel explosives.

В зависимости от характеристик источника света и заряда взрывчатого вещества может возникнуть необходимость дополнения заряда взрывчатого вещества теплопроводной средой для улучшения подачи световой энергии, излучаемой источником света на заряд взрывчатого вещества. Типично теплопроводной средой является светопоглощающий материал, который имеет полосу поглощения, в которую входит длина волны используемого света. К примеру теплопроводной среды относятся сажа, углеродные нанотрубки, наноалмазы и лазерные красители. Такие материалы известны и коммерчески доступны.Depending on the characteristics of the light source and the explosive charge, it may be necessary to supplement the explosive charge with a heat-conducting medium to improve the supply of light energy emitted by the light source to the explosive charge. A typical heat-conducting medium is a light-absorbing material that has an absorption band that includes the wavelength of the light used. Examples of a heat-conducting medium include carbon black, carbon nanotubes, nanodiamonds and laser dyes. Such materials are known and commercially available.

В варианте настоящего изобретения можно использовать известный фотографический импульсный осветитель (вспышку) для инициации заряда взрывчатого вещества. Например, известны неочищенные одностенные углеродные нанотрубки, которые можно заставить воспламениться при попадании на них света от стандартной фотовспышки. Считается, что это происходит из-за окисления наночастиц железа, являющихся катализаторами и присутствующих на концах или на поверхности нанотрубок.In an embodiment of the present invention, a known photographic flashlight (flash) can be used to initiate an explosive charge. For example, untreated single-walled carbon nanotubes are known that can be made to ignite when light is incident on them from a standard flash. It is believed that this is due to the oxidation of iron nanoparticles, which are catalysts and are present at the ends or on the surface of nanotubes.

Реакция инициации вспышкой проходит не особенно бурно, поскольку, вероятно, реагируют лишь небольшие участки нанотрубок. Однако если смешать наночастицы магния и/или наночастицы железа с наночастицами железа, может возникнуть более интенсивная и бурная реакция с выделением существенного количества теплоты. Типично, размер частиц железа и магния составляет от 2 до 4000 мкм, но предпочтительно он составляет порядка 6-100 мкм. Реакция может быть термитной реакцией со сформированным оксидом. Дополнительная теплота, связанная с такой реакцией, может позволить инициировать заряд взрывчатого веществ с добавленными нанотрубками или смесью наночастиц железа и магния. Такой же эффект можно получить, используя вместо фотовспышки светоизлучающий диод высокой интенсивности или лазер.The flash initiation reaction is not particularly violent, since only small sections of nanotubes are likely to react. However, if magnesium nanoparticles and / or iron nanoparticles are mixed with iron nanoparticles, a more intense and violent reaction can occur with the release of a significant amount of heat. Typically, the particle size of iron and magnesium is from 2 to 4000 microns, but preferably it is about 6-100 microns. The reaction may be a thermite reaction with a formed oxide. The additional heat associated with such a reaction may allow the initiation of an explosive charge with added nanotubes or a mixture of iron and magnesium nanoparticles. The same effect can be obtained by using a high-intensity light emitting diode or a laser instead of a flash.

Таким же способом в оболочечный заряд взрывчатого вещества можно добавлять другие присадки,In the same way, other additives can be added to the shell charge of the explosive

- 6 031896 служащие источником теплоты и принимающие активное участие в реакциях детонации. Такие материалы включают нитрированные наноматериалы, кремниевую нанопроволоку, и другие светочувствительные виды топлива. Количество таких материалов может составлять 10 вес.% от оболочечного заряда взрывчатого вещества. Такие материалы можно использовать вместе со средой теплопереноса или отдельно. Применение одной или более сред теплопереноса и/или светочувствительных материалов позволяет добиться детонации при энергии облучения, порядок величины которой меньше, чем когда такая среда и/или материалы не используются.- 6 031896 serving as a source of heat and taking an active part in detonation reactions. Such materials include nitrated nanomaterials, silicon nanowires, and other photosensitive fuels. The amount of such materials may be 10 wt.% Of the shell charge of the explosive. Such materials can be used in conjunction with a heat transfer medium or separately. The use of one or more heat transfer media and / or photosensitive materials allows detonation at irradiation energy, the order of magnitude of which is less than when such a medium and / or materials are not used.

Настоящее изобретение также относится к способу подрыва с использованием инициирующего устройства по настоящему изобретению. В этом случае источник света устройства находится в оперативном соединении с зарядом взрывчатого вещества, который выполнен с возможностью инициации светом, приходящим от источника света, используемого в устройстве. Способ содержит этап, на котором передают беспроводной сигнал соответствующей команды, который принимает приемопередатчик и обрабатывает схема управления. Схема управления активирует источник света, что приводит к инициации заряд взрывчатого вещества. Этот заряд взрывчатого вещества обычно соединен с соответствующим рабочим зарядом взрывчатого вещества и инициирует его.The present invention also relates to a blasting method using an initiating device of the present invention. In this case, the light source of the device is in operative connection with the explosive charge, which is configured to initiate light coming from the light source used in the device. The method comprises the step of transmitting the wireless signal of the corresponding command, which the transceiver receives and processes the control circuit. The control circuit activates a light source, which leads to the initiation of an explosive charge. This explosive charge is usually connected to and initiates the corresponding explosive charge.

Согласно настоящему изобретению предлагается система подрыва, содержащая инициирующее устройство в соответствии с настоящим изобретением и оборудование управления подрывом, выполненное с возможностью передачи беспроводных управляющих сигналов на устройство.The present invention provides a blasting system comprising an initiating device in accordance with the present invention and blasting control equipment configured to transmit wireless control signals to the device.

Настоящее изобретение может найти применение в нефтегазовой промышленности. К возможным задачам в этой области относятся применение при завершении нефтяных и газовых скважин, особенно при инициации взрывчатых веществ при перфорации скважин. Перфораторы применяются на конечной стадии создания скважины (при завершении скважины) нефтяной или газовой скважины для разрушения бетонной (или выполненной из других материалов) обсадки скважины, уложенной во время проходки скважины. Другой целью перфоратора является дробление породы, удерживающей нефть для стимуляции потока нефти и/или газа. Эту операцию можно выполнять независимо от того, цела обсадка скважины или нет. Перфорацию нефтяных и газовых скважин обычно выполняют специалисты специализирующихся на этих работах сервисных компаний, хотя возможны и другие варианты.The present invention may find application in the oil and gas industry. Possible tasks in this area include the use at the completion of oil and gas wells, especially when initiating explosives during perforation of wells. Perforators are used at the final stage of creating a well (at the completion of a well) of an oil or gas well to destroy the concrete (or made of other materials) casing of the well laid during the drilling of the well. Another purpose of the hammer drill is to crush the oil holding rock to stimulate the flow of oil and / or gas. This operation can be performed regardless of whether the casing is intact or not. Perforation of oil and gas wells is usually carried out by specialists of service companies specializing in these works, although other options are possible.

Наличие первичного взрывчатого вещества (помимо прочего) в запальной цепочке перфоратора означает, что когда на рабочей платформе нефтяной или газовой скважины сформирована цепочка взрывчатых веществ, некоторые виды работ должны быть остановлены, что приводит к существенному снижению производительности скважины. Удаление первичных взрывчатых веществ из этой среды дает не только существенное повышение безопасности, характерной для вторичных (по сравнению с первичными) взрывчатых веществ, но и существенную экономическую выгоду. Настоящее изобретение позволяет осуществлять непосредственную фотоинициацию вторичных взрывчатых веществ, что устраняет опасность и позволяет продолжать проведение существенно более широкой номенклатуры работ.The presence of a primary explosive substance (among other things) in the ignition chain of a perforator means that when a chain of explosives is formed on the working platform of an oil or gas well, some types of work must be stopped, which leads to a significant decrease in well productivity. The removal of primary explosives from this medium provides not only a significant increase in the safety characteristic of secondary (as compared to primary) explosives, but also a significant economic benefit. The present invention allows direct photoinitiation of secondary explosives, which eliminates the danger and allows the continuation of a significantly wider range of works.

Другой задачей, решаемой в рамках нефтегазовой отрасли, является сейсморазведка нефти и газа. Взрывчатые вещества являются важным источником сейсмической энергии, которая используется для исследования подземных геологических образований, способных содержать нефть и газ. При сейсморазведке один или множество зарядов взрывчатого вещества опускают на заранее определенную глубину (например в коротких скважинах) наборами заранее определенной конфигурации. Кроме того устанавливают набор сейсмоприемников (или других измерительных устройств) для измерения отраженной (а также, в некоторых случаях, прямой) сейсмической энергии. Затем взрывчатые вещества инициируют, регистрируют данные о полученной (включая фоновую) сейсмической энергии, и выполняют анализ для визуализации релевантных геологических признаков.Another problem solved within the framework of the oil and gas industry is oil and gas seismic exploration. Explosives are an important source of seismic energy, which is used to study underground geological formations that can contain oil and gas. In seismic surveys, one or many explosive charges are lowered to a predetermined depth (for example, in short wells) with sets of a predetermined configuration. In addition, a set of seismic receivers (or other measuring devices) is installed to measure reflected (and, in some cases, direct) seismic energy. Then explosives initiate, record data on the received (including background) seismic energy, and perform analysis to visualize relevant geological features.

Наборы зарядов взрывчатых веществ обычно бывают довольно большими, по 10, 100 или даже 1000 отдельных зарядов. Эти заряды устанавливают относительно небольшие бригады, и между закладкой первого и последнего зарядов может пройти довольно много времени, в результате готовые к взрыву заряды довольно долго остаются в коротких скважинах. Дополнительные задержки могут быть вызваны технической деятельностью в области, окружающей место разведки, включая, помимо прочего, создание запальной цепочки, создание набора измерительных устройств или проведение других видов работ. Еще одним источником задержек могут являться другие проблемы, связанные с распределением персонала/оборудования, погода и другие сезонные проблемы. Все эти (и другие, не указанные) задержки приводят к относительно длительному времени ожидания взрывчатых веществ, т.е., времени между закладкой и инициацией. При сейсморазведке время ожидания может быть больше, чем при большинстве других видов взрывных работ и в этом контексте исключение первичных взрывчатых веществ является особенно предпочтительным.Sets of explosive charges are usually quite large, 10, 100 or even 1000 individual charges. These charges are established by relatively small teams, and quite a lot of time can pass between the laying of the first and last charges, as a result, the charges ready for an explosion remain in short wells for a rather long time. Additional delays may be caused by technical activities in the area surrounding the reconnaissance site, including but not limited to the creation of an ignition chain, the creation of a set of measuring devices, or other types of work. Another source of delays may be other problems related to the distribution of personnel / equipment, weather and other seasonal problems. All these (and other, not specified) delays lead to a relatively long waiting time for explosives, i.e., the time between bookmarking and initiation. With seismic exploration, the waiting time may be longer than with most other types of blasting, and in this context, the exclusion of primary explosives is particularly preferred.

Как указано выше, настоящее изобретение позволяет исключить использование первичных взрывчатых веществ. Одним из преимуществ в отношении безопасности при сейсморазведке является то, что общая чувствительность к детонации не специализированными средствами существенно снижается. Это является преимуществом во время сейсморазведки, поскольку снижает вероятность случайной детонации. Это также важно после сейсморазведки, поскольку известно, что определенная часть заложенных зарядов не детонирует. Эта часть может составлять до 10% в зависимости от условий на месте, но обыч- 7 031896 но она существенно меньше. Из-за опасностей, связанных с извлечением несработавших зарядов, многие из них оставляют на месте и бросают. Наличие высокочувствительных первичных взрывчатых веществ в этих установленных зарядах означает, что удар или другое событие может привести к случайной детонации неопределенным воздействием. Шансы на такое развитие событий существенно снижаются, если использовать настоящее изобретение, чтобы устранить первичные взрывчатые вещества.As indicated above, the present invention eliminates the use of primary explosives. One of the safety benefits of seismic exploration is that the overall detonation sensitivity by non-specialized means is significantly reduced. This is an advantage during seismic exploration, as it reduces the likelihood of accidental detonation. This is also important after seismic exploration, since it is known that a certain part of the embedded charges does not detonate. This part can be up to 10%, depending on the conditions in place, but usually 7 031896 but it is much smaller. Due to the dangers associated with the recovery of failed charges, many of them are left in place and thrown. The presence of highly sensitive primary explosives in these established charges means that an impact or other event may lead to accidental detonation by an undetermined effect. The chances of such a development are significantly reduced if the present invention is used to eliminate primary explosives.

Несмотря на сниженную чувствительность вторичных взрывчатых веществ к широкому перечню воздействий, система фотоинициации срабатывает только в ответ на конкретные воздействия. Зарекомендовавшие себя безопасные системы для генерирования таких воздействий существуют и включают помимо прочего, электронные системы, способные генерировать сигналы на поджиг, на отсутствие поджига, и на перевод в безопасное состояние. Крайне маловероятно, что сигнал на поджиг будет случайно сгенерирован в среде заброшенного заряда.Despite the reduced sensitivity of secondary explosives to a wide range of effects, the photoinitiation system only works in response to specific effects. Proven safe systems for generating such effects exist and include, but are not limited to, electronic systems capable of generating ignition signals, no ignition signals, and transfer to a safe state. It is extremely unlikely that the ignition signal will be randomly generated in an abandoned charge environment.

Другое преимущество устранения первичных взрывчатых веществ относится к охране окружающей среды, поскольку многие применяемые первичные взрывчатые вещества содержат высокотоксичные и стойкие к воздействию окружающей среды соединения. Одним примером тому является широкое применение в детонаторах азида свинца - азид является высокотоксичным ядом, а свинец является признанным загрязнителем окружающей среды, который не разлагается никакими естественными процессами. Хотя многие вторичные взрывчатые вещества классифицируются как стойкие загрязнители, существуют природные механизмы их естественного эффективного разложения, при этом сообщалось о широком применении биологического разложения всех вторичных взрывчатых веществ.Another advantage of eliminating primary explosives relates to environmental protection, since many primary explosives used contain highly toxic and environmentally resistant compounds. One example of this is the widespread use of lead azide in detonators - azide is a highly toxic poison, and lead is a recognized environmental pollutant that is not decomposed by any natural processes. Although many secondary explosives are classified as persistent pollutants, there are natural mechanisms for their natural effective decomposition, and widespread biodegradation of all secondary explosives has been reported.

Специалистам должно быть понятно, что в изобретение можно внести различные изменения, не выходящие за пределы объема изобретения.Those skilled in the art will appreciate that various changes can be made to the invention without departing from the scope of the invention.

В настоящем описании и в приложенной формуле, если контекст не требует иного, слово содержит и его варианты, такие как содержащий и содержащие, следует понимать как включение указанного объекта или этапа или группы объектов или этапов, но без исключения любого другого объекта, этапа, группы объектов или этапов.In the present description and in the attached formula, unless the context requires otherwise, the word contains its variants, such as containing and containing, it should be understood as the inclusion of the indicated object or stage or group of objects or stages, but without exception of any other object, stage, group objects or stages.

Ссылки в настоящем описании на любые предшествующие публикации (или на содержащуюся в них информацию) или на любые известные сведения, не являются и не должны считаться подтверждением или допущением, или любой формой предположения, что эта предшествующая публикация (или содержащаяся в ней информация) или известные сведения образуют часть общеизвестных общих сведений в области техники, к которой относится настоящее описание.References in the present description to any previous publications (or to the information contained in them) or to any known information are not and should not be construed as confirmation or assumption, or any form of assumption that this previous publication (or the information contained therein) or the information forms part of the well-known general information in the field of technology to which the present description relates.

Claims

CLAIM

1. An initiating device for initiating an explosive charge containing a transceiver for receiving wireless control signals;

a light source suitable for initiating an explosive charge; and a control circuit associated with the light source, wherein the control circuit (i) is configured to process the wireless control signals received by the transceiver, and (ii) comprises a synchronization mechanism to enable accurate control of the activation of the light source when the transceiver receives an ignition command, wherein the light source (i) is activated by the control circuit and (ii) emits light directly on / in the explosive charge, and the explosive charge is a secondary explosive substance.

2. The device according to claim 1, in which the transceiver is configured to receive only wireless control signals.

3. The device according to claim 1, in which the transceiver is made with the possibility of two-way communication.

4. The device according to claim 1, in which the control circuit has additional functionality and responds to various wireless control signals received by the transceiver.

5. The device according to claim 1, containing one transceiver and a plurality of control circuits and light sources connected to it, wherein each light source is activated by one control circuit.

6. A detonation-free detonation system containing a working explosive charge;

explosive shell charge, which is a secondary explosive; and an initiating device according to any one of claims 1 to 5, wherein the initiating device is configured to supply light to the shell charge of the explosive, and the shell charge of the explosive is configured to be initiated by this light, and the initiation of the shell charge of the explosive causes the initiation of a working charge explosive.

7. A blasting system comprising an initiating device according to any one of claims 1 to 5 and blasting control equipment configured to transmit wireless control signals to the device.

8. The method of blasting using the initiating device according to any one of claims 1 to 5, the method comprising the step of transmitting the FIRE wireless control signal to the device, receiving the control signal by means of a transceiver, and processing the control signal

- 8 031896 through the control circuit and activate the light source through the control circuit, thereby causing the initiation of an explosive charge.

9. The method according to claim 8, in which they send one wireless fire control signal to a set of initiating devices, said devices then igniting independently in accordance with the delay programmed in the control circuit of the respective devices.

10. The method of claim 8, in which one transceiver receives a wireless control signal and a plurality of associated control circuits process the control signal and activate a plurality of associated light sources.

11. The method of claim 8, wherein the transceiver is physically positioned so that wireless control signals can be received directly using standard radio frequency systems and transmission protocols.

12. The method of claim 8, wherein the transceiver is located below ground level and the wireless control signals are transmitted through the ground by means of low frequency signals.

13. The method of claim 8, wherein the antenna system extends from the transceiver to a point at which wireless control signals can be received.

14. The method according to claim 8, in which a low-power network is formed in which one or more initiating devices act to relay the wireless control signal to a specific initiating device, even if this device is out of range or for other reasons cannot directly accept the wireless control signal.