NO137975B

NO137975B - DEVICE FOR EXERCISING UNDERWATER BLASTING

Info

Publication number: NO137975B
Application number: NO743685A
Authority: NO
Inventors: Jeremy Charles Andrews; Gordon Brian Roger Shannon
Original assignee: Ici Ltd
Priority date: 1973-10-31
Filing date: 1974-10-14
Publication date: 1978-02-20
Also published as: IT1030765B; ES431551A1; FI56448B; ZA746617B; NO137975C; IN142426B; FI56448C; NO743685L; FI315974A; ZM15574A1

Description

Denne oppfinnelse angår en anordning for utførelse av undervanns-sprengning ved tenning av en eksplosiv ladning under vann under påvirkning av en sjokkbølge frembragt i vannet på et sted i avstand fra ladningen, hvilken anordning har form av en trykkdrevet anordning for utl-øsning av en elektrisk detonator hvorved detonatorer for flere i avstand fra hverandre plasserte sprengladninger kan utløses i en sprengrunde. This invention relates to a device for carrying out underwater detonation by igniting an explosive charge under water under the influence of a shock wave produced in the water at a location at a distance from the charge, which device has the form of a pressure-driven device for triggering an electrical detonator whereby detonators for several explosive charges placed at a distance from each other can be triggered in one explosive round.

Ved sprengnings operasjoner under vann så.som fjerning av klipper For blasting operations under water such as rock removal

fra sjøbunnen for kanal- og havneutgravningsoperasjoner,er den vanlige praksis å plassere ladningene i intervaller enten på sjøbunnen eller i borehull og så utløse ladningene. Ved enkelte operasjoner blir.eksplosivenes følsomhet brukt og intervallene blir valgt slik at bare en ladning behøver å bli utløst av en detonator, idet de resterende ladningene utløses ved indusert detonasjon. Denne metode krever svært følsomme eksplosiver som er uønsket farlige ved behandling på et fartøy til sjøs, og det er derfor mer vanlig å starte hver ladning med sin egen utløser som kan være en elektrisk sprengningsdetonator eller en enkel detonator med en overføringslinje av detoneringsnor. Dette med-fører lange forbindelseslinjer av elektriske ledninger eller deto-neringssnorer mellom en overflate-sprengestasjon og de plasserte ladninger, og disse linjer er det vanskelig å holde på plass uten at de blir sammenfloket. Med elektrisk ledende snorer kan feil utløsning skyldes feil forbindelse med energikilden, og for tid-lige tenninger kan forårsakes av uvedkommende elektrisitet, så from the seabed for canal and harbor dredging operations, the usual practice is to place the charges at intervals either on the seabed or in boreholes and then trigger the charges. In some operations, the sensitivity of the explosives is used and the intervals are chosen so that only one charge needs to be released by a detonator, the remaining charges being released by induced detonation. This method requires very sensitive explosives which are undesirably dangerous when handling on a vessel at sea, and it is therefore more common to initiate each charge with its own trigger which may be an electric blast detonator or a simple detonator with a transmission line of detonating cord. This entails long connecting lines of electrical wires or detonating cords between a surface detonation station and the placed charges, and these lines are difficult to keep in place without becoming entangled. With electrically conductive cords, incorrect triggering can be due to incorrect connection with the energy source, and premature ignitions can be caused by extraneous electricity, so

som lyn og elektromagnetisk stråling. Med detoneringsnor kan feil utløsning forårsakes av sammenfloking av snorene med tilhørende "cut-off" i enkelte deler av snoren. such as lightning and electromagnetic radiation. With detonating cords, incorrect release can be caused by entanglement of the cords with associated "cut-off" in certain parts of the cord.

For å unngå å føre en ledning eller en detoneringssnor fra hver ladning til overflaten, har det vært foreslått sprengningssys-temer hvor ladningene har vært påsatt slagfølsomme detonatorer som var utformet for å bli tent av sjokkbølgen overført gjennom vannet fra en tidligere eksplodert ladning. I et annet system hadde ladningene blitt påsatt detonatorer som var tilpasset for tenning av et ultrasonisk signal overført gjennom vannet. Disse såkalte "trådløse" systemer har av forskjellige grunner ikke vun-net innpass hos sprengningsoperatører på grunn av risikoen ved å bruke slagdetonatorer i stormfull sjø og utgiftene til det aktuel-le utstyr. To avoid running a wire or a detonating cord from each charge to the surface, detonation systems have been proposed where the charges have been fitted with shock-sensitive detonators designed to be ignited by the shock wave transmitted through the water from a previously exploded charge. In another system, the charges had been fitted with detonators adapted to ignite an ultrasonic signal transmitted through the water. For various reasons, these so-called "wireless" systems have not gained acceptance with blasting operators due to the risk of using impact detonators in stormy seas and the costs of the relevant equipment.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe It is an object of the present invention to provide

en forbedret anordning for detonering av flere ladninger i en sprengningsrunde som ikke krever elektriske ledninger eller tenn-overføringslinjer mellom de individuelle sprengningsladninger eller fra ladningene til en utløsestasjon. an improved device for detonating multiple charges in one blasting round which does not require electrical wiring or ignition transmission lines between the individual blasting charges or from the charges to a firing station.

Til grunn for denne oppfinnelse ligger den idé at utløsning av This invention is based on the idea that release of

en detonator for multiple sprengninger kan skje ved at bevegelsen av et element som beveger seg som følge av et sjokkbølgetrykk fra en detonert ladning, blir brukt for å etablere en elektrisk utløsestrøm gjennom et elektrisk tennelement i en detonator for utløsning av andre eksplosive ladninger som detonatoren er i kontakt med. a multiple blast detonator can be accomplished by the movement of an element moving as a result of a shock wave pressure from a detonated charge is used to establish an electrical trigger current through an electrical ignition element in a detonator for the release of other explosive charges that the detonator is in contact with.

Nærmere bestemt består de nye og særegne trekk ved anordningen ifølge oppfinnelsen i et forseglet, vanntett hus med et veggparti dannet av et belgelement som er deformerbart i avhengighet av det trykk som utøves mot huset av sjokkbølgen, et piezo-elektrisk transduserelement anbragt i huset slik at det kan sammentrykkes ved deformasjonen av belgelementet under påvirkning av sjokk-bølgen, og en elektrisk detonator med et tennhode som er elektrisk innkoblet i strømkretsen med det piezo-elektriske transduserelement, hvorved detonatoren blir utløst når belgelementet deformeres tilstrekkelig av det utvendige trykk til å bevirke at transduserelementet genererer den nødvendige spenning. More specifically, the new and distinctive features of the device according to the invention consist of a sealed, watertight housing with a wall section formed by a bellows element which is deformable depending on the pressure exerted against the housing by the shock wave, a piezoelectric transducer element placed in the housing so that it can be compressed by the deformation of the bellows element under the influence of the shock wave, and an electric detonator with an igniter electrically connected in circuit with the piezoelectric transducer element, whereby the detonator is triggered when the bellows element is deformed sufficiently by the external pressure to cause the transducer element generates the required voltage.

Det foretrekkes et belgelement som strekker seg innover i huset. Videre er belgelementet fortrinnsvis fylt med en væske, som eventuelt kan være gelaktig. Dette vil øke elementets reaksjons-hastighet overfor sjokkbølgen. A bellows element that extends into the house is preferred. Furthermore, the bellows element is preferably filled with a liquid, which may optionally be gel-like. This will increase the element's reaction speed to the shock wave.

Det foretrukne piezo-elektriske element er et piezo-elektrisk keramisk element, for eksempel et element av bly-zirkonat-titanat, barium-titanat, blymetaniobat eller bly-strontium-titanat-zirkonat. The preferred piezoelectric element is a piezoelectric ceramic element, for example an element of lead zirconate titanate, barium titanate, lead methaniobate or lead strontium titanate zirconate.

Anordningen blir fortrinnsvis anvendt ved den type sprengning, hvor en eller flere individuelle ladninger hver er påsatt en elektrisk detonator-anordning ifølge oppfinnelsen og en ytter-liggere sprengladning blir sprengt tilstrekkelig nær i det minste en av de nevnte individuelle ladninger for å overføre til deto-natoranordningen en tilstrekkelig sterk sjokkbølge til å utløse den elektriske detonator og sprenge ladningen. Selv om den ytterligere sprengladningen kan være en ladning plassert i et hvilket som helst trykkoverførende medium, er det fortrinnsvis en naboladning i en sprengerundemed flere ladninger bestående av de nevnte individuelle sprengladninger, som blir utløst fra en fjerntliggende sprengestasjon på vanlig måte. The device is preferably used in the type of detonation, where one or more individual charges are each attached to an electric detonator device according to the invention and a further explosive charge is detonated sufficiently close to at least one of the mentioned individual charges to transfer to the detonator the nator device a sufficiently strong shock wave to trigger the electric detonator and detonate the charge. Although the additional explosive charge may be a charge placed in any pressure-transmitting medium, it is preferably a neighboring charge in a multi-charge blast round consisting of the aforementioned individual explosive charges, which is fired from a remote blasting station in the usual manner.

Til nærmere forklaring av oppfinnelsen skal et eksempel på en detonatoranordning beskrives i det følgende under henvisning til tegningene, hvor: figur 1 viser en anordning ifølge oppfinnelse i aksielt snitt For further explanation of the invention, an example of a detonator device will be described in the following with reference to the drawings, where: figure 1 shows a device according to the invention in axial section

og and

figur 2 skjematisk viser et arrangement av ladninger i en Figure 2 schematically shows an arrangement of charges in a

undervannssprengningsrunde. underwater blast round.

Anordningen på figur 1 består av et rørformet hus 10 av metall og med et radielt perforert endestykke 11 skrudd inn i den ene ende og et aksielt perforert endestykke 12 fastholdt av en ring 13 og forseglet med en O-ring 14 av gummi i den annen ende. The device in Figure 1 consists of a tubular housing 10 made of metal and with a radially perforated end piece 11 screwed into one end and an axially perforated end piece 12 held by a ring 13 and sealed with a rubber O-ring 14 at the other end .

Et belgelement 15 av metall og fylt med en vannholdig gel 16 er ved omkretsen av sin åpne ende ved hjelp av et harpiksbindemiddel festet til endestykket 11 slik at det indre av belgelementet 15 står i forbindelse med den radielle perforering 17 i endestykket 11. A bellows element 15 made of metal and filled with an aqueous gel 16 is attached at the circumference of its open end by means of a resin binder to the end piece 11 so that the interior of the bellows element 15 is in connection with the radial perforation 17 in the end piece 11.

En elektrisk detonator 18 omfattende en basisladning 19, en primærladning 20, et elektrisk høyspenningstennhode 21 foret med silikongummi og plastisolerte elektriske ledninger 22 og 23, An electric detonator 18 comprising a base charge 19, a primary charge 20, a high voltage electric detonator 21 lined with silicone rubber and plastic insulated electric wires 22 and 23,

er ved hjelp av et harpiksbindemiddel montert i en aksiell bøs-sing 24 på endestykket 12. I huset 10 er det plassert et ambolt-element 25 som hviler på endestykket 12, £>g et sylindrisk keramisk piezo-elektrisk element 26 innkapslet i en hul plastbeholder 27 som presses mot elementet 25 ved hjelp av en fjær 28 plassert mellom beholderen 27 og endestykket 11. Beholderen 27 består av et sylindrisk, hult legeme, .med et innfelt., sylindrisk rom. 30 is mounted by means of a resin binder in an axial bushing 24 on the end piece 12. In the housing 10 there is placed an anvil element 25 which rests on the end piece 12, £>g a cylindrical ceramic piezoelectric element 26 encapsulated in a hollow plastic container 27 which is pressed against the element 25 by means of a spring 28 placed between the container 27 and the end piece 11. The container 27 consists of a cylindrical, hollow body, with a recessed, cylindrical space. 30

som er lukket ved den ene ende og et fleksibelt plastdeksel omfattende en tynn, fleksibel plate 31 med en nedadstikkende, ring-formet kant 32. Kanten 32 er anbragt med glidepasning i åpningen til rommet 30 og virker som føring for platen 31. Plateformede metallelektroder 33 og 34 svarende i tverrsnittdimensjoner til elementet 26, er plassert ved hver sin ende av det keramiske element 26 og i direkte kontakt med dette. Elementet 26 og elektrodene er tettsluttende innkapslet i det rom som dannes av legemet 29 og dekslet. Elektrodene 33 og 34 er elektrisk forbundet med de respektive ledninger 22 og 23, mens legemet 29, kanten 32 og amboltelementet 25 er utformet med trange passasjer som vist på tegningsfiguren, for å oppta de isolerte ledninger. Den indre flate av endestykket 12 er utformet med en utsparing 3 5 for å oppta overskytende lengde eller koblinger i ledningene 22 og 23 med sikte på å lette sammenstillingen. which is closed at one end and a flexible plastic cover comprising a thin, flexible plate 31 with a downwardly projecting, ring-shaped edge 32. The edge 32 is placed with a sliding fit in the opening of the space 30 and acts as a guide for the plate 31. Plate-shaped metal electrodes 33 and 34 corresponding in cross-sectional dimensions to the element 26, are placed at each end of the ceramic element 26 and in direct contact with it. The element 26 and the electrodes are hermetically encapsulated in the space formed by the body 29 and the cover. The electrodes 33 and 34 are electrically connected to the respective leads 22 and 23, while the body 29, the edge 32 and the anvil element 25 are designed with narrow passages as shown in the drawing, to accommodate the insulated leads. The inner surface of the end piece 12 is designed with a recess 35 to accommodate excess length or connections in the wires 22 and 23 with a view to facilitating assembly.

Basis for belgelementet 15 er en flat metallplate 36 som under drift under påvirkning av rask kompresjon av gelen 16, leverer et hammerslag mot platen 31 og sammentrykker det keramiske element 26. I anordninger som skal brukes under forhøyet trykk, er platen 36 plassert slik at den ved atmosfæretrykk ligger i avstand fra den fleksible plate 31, men når anordningen settes i sin arbeidsstilling og belgelementet 15 er uttrukket, hviler platen 36 på platen 31. Derved er anordningen sikker med hen-syn til for tidlig tenning ved tilfeldig bevegelse av belgelementet 15 ved atmosfæretrykk og blir først armert når anordningen utsettes for det ønskede arbeidstrykk. The basis for the bellows element 15 is a flat metal plate 36 which, during operation under the influence of rapid compression of the gel 16, delivers a hammer blow against the plate 31 and compresses the ceramic element 26. In devices to be used under elevated pressure, the plate 36 is positioned so that it at atmospheric pressure is at a distance from the flexible plate 31, but when the device is placed in its working position and the bellows element 15 is extended, the plate 36 rests on the plate 31. Thereby, the device is safe with regard to premature ignition by random movement of the bellows element 15 at atmospheric pressure and is only reinforced when the device is exposed to the desired working pressure.

Ved sammenstilling av anordningen blir endestykket 11 med belgelementet 15 festet på dette, skrudd inn i den ene ende av huset 10 og de øvrige elementer blir innsatt fra den motsatte ende. Det er hensiktsmessig at beholderen 27, det keramiske element 26 og de tilhørende elektriske forbindelser er sammensatt som en enhet mens endestykket 12 og. detonatoren 18 utgjør en annen enhet, idet de isolerte ledninger fra disse enheter så blir sammenkoblet elektrisk. When assembling the device, the end piece 11 with the bellows element 15 is attached to it, screwed into one end of the housing 10 and the other elements are inserted from the opposite end. It is appropriate that the container 27, the ceramic element 26 and the associated electrical connections are assembled as a unit while the end piece 12 and. the detonator 18 constitutes another unit, as the insulated wires from these units are then electrically connected together.

Ved bruk blir anordningen plassert med sin detonator i en sprengladning og omgitt av et trykkoverførende medium. Entrykk-sjokkbølge blir frembragt i det trykkoverførende medium og trykk-bølgen gjennom perforeringene 17 forårsaker forlengelse eller utvidelse av belgelementet 15. Platen 36 avgir et hammerslag som sammentrykker det keramiske element 26 mot amboltelementet 25. Derved blir det generert en spenning mellom elektrodene 33 og 34 og det flyter strøm i tennhodet 21, slik at dette blir utløst og detonatorladningene 19 og 2 0 samt sprengladningen eksploderer. In use, the device is placed with its detonator in an explosive charge and surrounded by a pressure transmitting medium. A single pressure shock wave is produced in the pressure transmitting medium and the pressure wave through the perforations 17 causes the extension or expansion of the bellows element 15. The plate 36 emits a hammer blow which compresses the ceramic element 26 against the anvil element 25. Thereby a voltage is generated between the electrodes 33 and 34 and current flows in the detonator 21, so that this is triggered and the detonator charges 19 and 20 as well as the explosive charge explode.

I den undervannssprengrunde som er illustrert ,på figur 2, er anordninger 40 i henhold til denne oppfinnelse nedsenket i en sprengladning 41 i form av vandig slurry plassert i borehull 42 In the underwater blasting round illustrated in Figure 2, devices 40 according to this invention are immersed in an explosive charge 41 in the form of aqueous slurry placed in borehole 42

i fjellgrunn 43 under vann 44. Belgelementet blir da fylt med slurry-eksplosiv. I et annet borehull 42a er den eksplosive ladning 41 ladet med en konvensjonell elektrisk detonator 45 som ved hjelp av elektriske isolerte ledninger 4 6 er forbundet med en elektrisk strømkilde i en fjerntliggende avfyringsstasjon 47 over vannflaten. Når detonatoren 45 utløses og ladningen 41a eksploderer, vil den resulterende sjokkbølge som overføres gjennom fjellgrunnen og slurry-eksplosivet, bevirke slik kompresjon av det flytende materiale i belgelementet i anordningen for den neste eller tilstøtende eksplosive ladning 41, at detonatoren i denne anordning blir utløst og ladningen eksploderer. Sjokk-bølgen fra denne eksplosjon vil så bli overført til anordningen i den neste ladning og denne eksploderer. På tilsvarende måte vil det bli bevirket detonering av alle anordninger som befin- in rock bed 43 under water 44. The bellows element is then filled with slurry explosive. In another borehole 42a, the explosive charge 41 is charged with a conventional electric detonator 45 which is connected by means of electric insulated wires 46 to an electric current source in a remote firing station 47 above the water surface. When the detonator 45 is triggered and the charge 41a explodes, the resulting shock wave transmitted through the bedrock and the slurry explosive will cause such compression of the liquid material in the bellows element of the device for the next or adjacent explosive charge 41 that the detonator in this device is triggered and the charge explodes. The shock wave from this explosion will then be transferred to the device in the next charge and it explodes. In a similar way, the detonation will be caused of all devices found

ner seg tilstrekkelig nær en eksploderende ladning til å motta en tilstrekkelig sterk trykk- eller sjokkbølge. get close enough to an exploding charge to receive a sufficiently strong pressure or shock wave.

Claims

1. Device for carrying out underwater blasting by igniting an explosive charge under water under the influence of a shock wave produced in the water at a location at a distance from the charge, characterized by a sealed, watertight housing (10) with a wall portion formed by a bellows element (15) which is deformable depending on the pressure exerted against the housing by the shock wave, a piezoelectric transducer element (26) arranged in the housing so that it can be compressed by the deformation of the bellows element under the influence of the shock wave, and an electric detonator (18) with an igniter head (21) which is electrically connected in the circuit with the piezoelectric transducer element, whereby the detonator is triggered when the bellows element is sufficiently deformed by the external pressure to cause the transducer element to generate the required voltage.

2. Device according to claim 1, characterized in that the piezo-electric element (26) is placed between an anvil element (25) connected to the housing and a hammer element (36) connected to the main part of the bellows element, and that opposite surfaces of the piezo -electric element close to the anvil element and the hammer element respectively, is connected in the circuit with the igniter head (21) and the electric detonator.

3. Device according to claim 2, characterized in that the hammer element is positioned so that a predetermined deformation of the bellows element is required, which deformation is greater than any deformation caused by normal handling, to compress the piezoelectric transducer element sufficiently to trigger the detonator.

4. Device according to one of claims 1-3, characterized in that the bellows element (15) extends into the housing.

5. Device according to claim 4, characterized in that the bellows element is filled with a liquid (16) which can optionally be gel-like.