RU2138760C1

RU2138760C1 - Detonating cap

Info

Publication number: RU2138760C1
Application number: RU98122199/02A
Authority: RU
Inventors: А.И. Шумский; Г.Г. Лютиков; В.К. Попов; Ю.Н. Ведерников; Д.Д. Ященков; В.А. Каталкина; М.В. Агеев; В.Л. Копнов; А.Г. Неклюдов; ков С.А. Поздн; С.А. Поздняков
Original assignee: ГНПП "Краснознаменец"
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 1999-09-27

Abstract

FIELD: blasting operations in mining, extractive industries and construction. SUBSTANCE: detonating cap has a sleeve accommodating an ignition cartridge, the main high-explosive charge and a sturdy envelope with an initiating charge of zircon. The relation between the total linear mass of the sleeve walls and envelope and the linear mass of the initiating charge exceed 1.7, and the relation between the length of the initiating charge and its height exceeds 1.1. EFFECT: enhanced reliability of functioning of detonating cap. 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области средств инициирования и может быть использовано при проведении взрывных работ. Практическое назначение состоит в инициировании зарядов взрывчатых веществ (шашек-детонаторов, взрывных патронов, детонирующего шнура и т.п.) мгновенно или с заданной временной задержкой. The invention relates to the field of initiating means and can be used in blasting operations. The practical purpose is to initiate explosive charges (detonator blocks, explosive cartridges, detonating cord, etc.) instantly or with a given time delay.

Известны капсюли-детонаторы ГОСТ 6254, в которых в качестве инициирующего заряда используется азид свинца - первичное взрывчатое вещество. Недостатком этих КД является высокая чувствительность к механическому воздействию, что обуславливает высокую опасность в обращении с ними при производстве, хранении, транспортировании и применении. GOST 6254 detonator capsules are known in which lead azide, the primary explosive, is used as the initiating charge. The disadvantage of these CDs is their high sensitivity to mechanical stress, which leads to a high risk of handling them during production, storage, transportation and use.

Известны детонаторы, в которых в качестве инициирующего заряда используются вторичные взрывчатые вещества, такие как ТЭН, октоген, гексоген (патент СССР N 1521291, F 42 B 3/10, F 42 C 19/08, 1989). Known detonators in which secondary explosives are used as an initiating charge, such as a heater, octogen, hexogen (USSR patent N 1521291, F 42 B 3/10, F 42 C 19/08, 1989).

Данные детонаторы отличаются малой чувствительностью к механическим воздействиям, однако надежность их функционирования сильно зависит от плотности инициирующего заряда и размеров частиц. Плотность заряда должна находиться в узком интервале, близком к значению насыпной плотности, что трудно обеспечить при массовом производстве. Размеры мелких частиц взрывчатого вещества инициирующего заряда, имеющего малую плотность, в процессе хранения детонаторов могут увеличиваться за счет агломерации. При этом изменяются параметры процесса перехода горения инициирующего заряда в детонацию. Длина участка перехода увеличивается, активная масса инициирующего заряда, срабатывающая в режиме стационарной детонации и инициирующая основной заряд детонатора, уменьшается. Это приводит к снижению надежности функционирования детонатора. These detonators are characterized by low sensitivity to mechanical stresses, however, the reliability of their operation strongly depends on the density of the initiating charge and particle size. The charge density should be in a narrow range close to the bulk density, which is difficult to ensure in mass production. The size of small particles of explosive of an initiating charge having a low density during storage of detonators can increase due to agglomeration. In this case, the parameters of the process of transition of combustion of the initiating charge to detonation change. The length of the transition section increases, the active mass of the initiating charge, which operates in the stationary detonation mode and initiates the main charge of the detonator, decreases. This leads to a decrease in the reliability of the detonator.

Следует также отметить, что процесс перехода горения в детонацию вторичных взрывчатых веществ даже при оптимальных значениях плотности и размеров частиц происходит на достаточно большом участке (длина участка перехода вместе с длиной активной части инициирующего заряда в известных конструкциях составляет 15-20 мм). Поэтому длина детонаторов с инициирующими зарядами из вторичных взрывчатых веществ существенно больше, чем аналогов, содержащих первичные взрывчатые вещества. Для них соответственно требуются гильзы большой длины - менее технологичные и более дорогие. It should also be noted that the transition of combustion to detonation of secondary explosives even at optimal density and particle sizes occurs in a sufficiently large area (the length of the transition area together with the length of the active part of the initiating charge in known constructions is 15-20 mm). Therefore, the length of detonators with initiating charges from secondary explosives is significantly greater than analogues containing primary explosives. For them, accordingly, long sleeves are required - less technological and more expensive.

Известен капсюль-детонатор по патенту РФ N 2104466 (F 42 D 3/10, F 42 C 19/08, 1996), принятый в качестве прототипа настоящего изобретения. В качестве инициирующего заряда в нем использован циркон - комплексное соединение соли кадмия с органическим лигандом брутто-формулы C₂H₁₈Cl₂N₁₂O₁₁Cd₁. Плотность заряда составляет 1,3-1,9 г/см³, масса заряда 80-200 мг. Капсюль-детонатор содержит гильзу и размещенные в ней узел воспламенения, инициирующий заряд и основной заряд из вторичного взрывчатого вещества.Known detonator capsule according to the patent of the Russian Federation N 2104466 (F 42 D 3/10, F 42 C 19/08, 1996), adopted as a prototype of the present invention. Zircon, a complex compound of cadmium salt with an organic ligand of the gross formula C ₂ H ₁₈ Cl ₂ N ₁₂ O ₁₁ Cd _{1, was} used as an initiating charge. The charge density is 1.3-1.9 g / cm ³ , the charge mass is 80-200 mg. The detonator capsule contains a sleeve and an ignition unit placed therein, initiating a charge and a main charge from a secondary explosive.

По уровню чувствительности к механическим и электрическим воздействиям (заряды статического электричества) циркон близок к ТЭНу. Вместе с тем он обладает способностью от простого начального импульса (луч огня) переходить от горения к детонации в широком интервале значений плотности. Процесс перехода горения в детонацию в цирконе мало зависит от размера частиц. Длина участка перехода горения в детонацию гораздо меньше (3-5 мм), чем у вторичных ВВ (таких, как ТЭН, гексоген, октоген). In terms of sensitivity to mechanical and electrical influences (charges of static electricity) zircon is close to the heater. At the same time, it has the ability to transfer from a simple initial impulse (a ray of fire) from combustion to detonation in a wide range of density values. The process of transition of combustion to detonation in zircon depends little on the size of the particles. The length of the transition from combustion to detonation is much shorter (3-5 mm) than for secondary explosives (such as TEN, RDX, HMX).

При использовании в качестве узла воспламенения ударно-волновой трубки в конструкции прототипа предусмотрена герметизирующая перегородка, размещенная в гильзе между узлом воспламенения и инициирующим зарядом. When used as a site of ignition of a shock wave tube in the design of the prototype provides a sealing wall located in the sleeve between the site of ignition and the initiating charge.

Недостатком прототипа является недостаточная надежность функционирования, связанная с его конструктивными особенностями. The disadvantage of the prototype is the lack of reliability associated with its design features.

Для реализации процесса перехода горения циркона в детонацию и инициирования основного заряда необходимо поддержание скорости нарастания давления до момента выхода процесса на режим детонации. Этому способствует размещение инициирующего заряда в оболочке. Оболочка ограничивает радиальный разлет продуктов срабатывания инициирующего заряда, что ведет к увеличению скорости нарастания давления в процессе перехода горения в детонацию, а также увеличению активной массы и удельного импульса, действующего на поверхность основного заряда. Чем прочнее и тяжелее оболочка, тем меньше скорость радиального разлета продуктов срабатывания инициирующего заряда, меньше длина участка перехода горения в детонацию, больше активная масса и удельный импульс и, соответственно, надежность инициирования основного заряда. Между тем, в КД-прототипе инициирующий заряд циркона размещается непосредственно в гильзе, то есть тонкостенной оболочке. Максимальный наружный диаметр гильз, использующихся в промышленных КД, составляет 7,5 мм, минимальный внутренний - 6,4 мм, толщина стенок до 0,5 мм. Увеличение наружного диаметра гильзы практически невозможно, так как влечет за собой изменение размеров посадочных мест под КД в промышленных детонаторах (шашках ТГФ-850Э, ТГ-900 и др.). To implement the process of transition of zircon combustion to detonation and initiation of the main charge, it is necessary to maintain the rate of pressure rise until the process reaches detonation mode. This contributes to the placement of the initiating charge in the shell. The shell limits the radial expansion of the triggering products of the initiating charge, which leads to an increase in the rate of increase in pressure during the transition of combustion to detonation, as well as an increase in the active mass and specific impulse acting on the surface of the main charge. The stronger and heavier the shell, the lower the radial expansion velocity of the products of the initiation of the initiation charge, the smaller the length of the section of the transition of combustion to detonation, the greater the active mass and specific impulse and, accordingly, the reliability of the initiation of the main charge. Meanwhile, in the CD prototype, the initiating charge of zircon is placed directly in the sleeve, that is, a thin-walled shell. The maximum outer diameter of the sleeves used in industrial CDs is 7.5 mm, the minimum internal is 6.4 mm, and the wall thickness is up to 0.5 mm. An increase in the outer diameter of the liner is almost impossible, since it entails a change in the size of the seats under the CD in industrial detonators (checkers TGF-850E, TG-900, etc.).

Уменьшение внутреннего диаметра гильзы приводит к уменьшению диаметра основного заряда и снижению ударно-волнового воздействия КД в радиальном направлении. А так как конструкции посадочных мест под КД в шашках и применяемый на практике способ соединения КД с детонирующим шнуром (внахлест) предусматривают инициирование шашек и детонирующего шнура ударной волной, распространяющейся при детонации основного заряда КД в радиальном направлении, то при этом уменьшается надежность инициирования. A decrease in the inner diameter of the sleeve leads to a decrease in the diameter of the main charge and a decrease in the shock-wave action of the CD in the radial direction. And since the design of the seats for CDs in checkers and the practical method of connecting CDs with a detonating cord (lap) involve the initiation of checkers and a detonating cord by a shock wave propagating during detonation of the main CD charge in the radial direction, the reliability of initiation is reduced.

Следует также отметить, что в существующих схемах инициирования стенка гильзы, окружающая основной заряд по сути является инертной преградой, поэтому увеличение ее толщины само по себе снижает надежность инициирования. Кроме того, при утолщении стенок усложняется технология изготовления гильз и увеличивается их стоимость. It should also be noted that in existing initiation schemes, the liner wall surrounding the main charge is essentially an inert barrier, therefore, an increase in its thickness in itself reduces the reliability of initiation. In addition, with the thickening of the walls, the technology of manufacturing sleeves becomes more complicated and their cost increases.

При массе не более 200 мг и плотности не менее 1,3 г/см³ длина заряда циркона в гильзе с внутренним диаметром 6,4 мм не превышает 4,8 мм. Такие геометрические размеры инициирующего заряда в КД-прототипе являются не оптимальными.With a mass of not more than 200 mg and a density of at least 1.3 g / cm ^{3, the} length of the zircon charge in a sleeve with an inner diameter of 6.4 mm does not exceed 4.8 mm. Such geometric dimensions of the initiating charge in the CD prototype are not optimal.

Для осуществления процесса перехода горения циркона в детонацию необходим достаточно длинный линейный участок (не менее 3 мм). После выхода процесса на режим детонации для создания удельного импульса, воздействующего на поверхность основного заряда и вызывающего его инициирование, также требуется линейный участок инициирующего заряда, определяющий его активную массу. Поэтому при использовании циркона предпочтительны инициирующие заряды с длиной, превышающей диаметр. Конструкция КД-прототипа по существу исключает возможность оптимизации геометрических размеров инициирующего заряда. To carry out the process of transition of zircon combustion to detonation, a sufficiently long linear section (at least 3 mm) is required. After the process enters the detonation mode to create a specific impulse acting on the surface of the main charge and causing its initiation, a linear portion of the initiating charge, which determines its active mass, is also required. Therefore, when using zircon, initiating charges with a length exceeding the diameter are preferred. The design of the CD prototype essentially eliminates the possibility of optimizing the geometric dimensions of the initiating charge.

Экспериментальные исследования КД, изготовленных в соответствии с описанием КД - прототипа, снаряженных цирконом ТУ 75.13104.142-90 заводского производства с массой инициирующего заряда 200 мг показали, что требуемая высокая надежность срабатывания КД и инициирования им шашки ТГФ-850Э не достигается даже при очень мощном начальном инициирующем циркон импульсе, обеспечиваемом электровоспламенителем со значительной массой воспламенительного состава. Experimental studies of CDs manufactured in accordance with the description of CDs - prototypes equipped with factory-made zircon TU 75.13104.142-90 with an initiating charge mass of 200 mg showed that the required high reliability of CDs operation and their initiation of the THF-850E checker is not achieved even with very powerful the initial zircon initiating pulse provided by an electric igniter with a significant mass of igniter composition.

В случае применения в качестве воспламенительного элемента ударно-волновой трубки, создающей более кратковременный инициирующий импульс, надежность срабатывания КД уменьшается. In the case of using a shock wave tube as an igniter, creating a shorter initiating pulse, the reliability of the CD operation decreases.

Наихудшие результаты получены при размещении между воспламенительным элементом и зарядом циркона пиротехнических замедляющих составов. Продукты сгорания последних не содержат существенной газовой фазы, необходимой для создания высокого давления на поверхность инициирующего заряда. Его воспламенение осуществляется за счет теплопроводности высокотемпературной конденсированной фазы продуктов сгорания замедляющего состава. В этих условиях длина участка перехода горения в детонацию увеличивается. The worst results were obtained when placed between the igniter and the zircon charge of pyrotechnic retarders. The combustion products of the latter do not contain a significant gas phase necessary to create high pressure on the surface of the initiating charge. Its ignition is due to the thermal conductivity of the high-temperature condensed phase of the combustion products of the retardant composition. Under these conditions, the length of the transition from combustion to detonation increases.

Цель настоящего изобретения состоит в повышении надежности функционирования КД с инициирующим зарядом из циркона и подобных ему по взрывчатым свойствам взрывчатым веществам. The purpose of the present invention is to increase the reliability of the operation of the CD with an initiating charge of zircon and similar explosive properties of explosives.

Поставленная цель достигается тем, что инициирующий заряд из циркона размещается в прочной высокоплотной оболочке с отверстиями на торцах, при этом отношение линейной массы (массы единицы длины) стенок оболочки и гильзы к линейной массе инициирующего заряда должно быть более 1,7, а отношение длины инициирующего заряда к его диаметру более 1,1. This goal is achieved in that the initiating charge of zircon is placed in a durable high-density shell with holes at the ends, while the ratio of the linear mass (unit length) of the walls of the shell and sleeve to the linear mass of the initiating charge should be more than 1.7, and the ratio of the length of the initiating charge to its diameter of more than 1.1.

На чертеже представлен общий вид заявляемой конструкции КД. The drawing shows a General view of the claimed design CD.

КД содержит гильзу 1, в которой размещается воспламенительный элемент 2, оболочка 3 с инициирующим зарядом 4 и основной заряд вторичного взрывчатого вещества 5. Между воспламенительным элементом 2 и оболочкой 3 имеется воздушная камера 6. The CD contains a sleeve 1, in which the igniter element 2, the shell 3 with the initiating charge 4, and the main charge of the secondary explosive 5 are placed. There is an air chamber 6 between the ignition element 2 and the shell 3.

Основной заряд 5 может частично располагаться в оболочке 3. The main charge 5 may be partially located in the shell 3.

Для создания замедления при срабатывании КД в его конструкцию могут входить заряды пиротехнических составов, размещающиеся между инициирующим зарядом 4 и воспламенительным элементом 2. To create a delay when the CD is triggered, its design may include charges of pyrotechnic compositions located between the initiating charge 4 and the igniter 2.

Работает КД следующим образом. При срабатывании воспламенительного элемента 2 поток высокотемпературных газообразных продуктов, сформированный в камере 6, через отверстие в оболочке 3 воспламеняет инициирующий заряд 4. Горение последнего переходит в стационарную детонацию и вызывает детонацию основного заряда 5, который инициирует соединенный с КД элемент взрывной цепи (детонирующий шнур, шашку-детонатор). The CD works as follows. When the igniter element 2 is triggered, the flow of high-temperature gaseous products formed in the chamber 6 through the hole in the shell 3 ignites the initiating charge 4. The combustion of the latter passes to stationary detonation and causes detonation of the main charge 5, which initiates the explosive circuit element connected to the CD (detonating cord, detonator checker).

Оболочка 3 по сути обеспечивает локальное утолщение гильзы 1 в зоне размещения инициирующего заряда 4. Это позволяет улучшить условия протекания процесса перехода горения инициирующего заряда 4 в детонацию, увеличить создаваемый им удельный импульс, воздействующий на поверхность основного заряда 5, и, тем самым, повысить надежность инициирования последнего. Радиальное ударно-волновое воздействие, возникающее при детонации основного заряда 5 и определяющее инициирующую способность КД, при этом не изменяется, так как не изменяется ни диаметр основного заряда 5, ни толщина стенок в области его размещения в КД. Надежность функционирования конструкции КД в целом возрастает. The shell 3 essentially provides a local thickening of the sleeve 1 in the zone of placement of the initiating charge 4. This improves the conditions of the process of transition of the combustion of the initiating charge 4 into detonation, increases the specific impulse created by it, which affects the surface of the main charge 5, and thereby increase the reliability initiating the latter. The radial shock wave action arising from the detonation of the main charge 5 and determining the initiating ability of the CD does not change, since neither the diameter of the main charge 5 nor the wall thickness in the region of its location in the CD changes. The reliability of the design of the CD as a whole increases.

Надежность функционирования заявляемой конструкции КД увеличивается также за счет определенных соотношений между линейной массой стенок оболочки 3 и гильзы 1 и линейной массой инициирующего заряда 4 и между длиной и диаметром инициирующего заряда 4. Данные соотношения определены экспериментальным путем. В экспериментах оценивалась зависимость инициирующей способности КД от массы (m), плотности (p), диаметра (d), длина (l), линейной массы (m_л) инициирующего заряда 4 и линейной массы стенок (M_л) гильзы 1 и оболочки 3. Под удовлетворительной характеристикой инициирующей способности понималось безотказное полное (по свинцовой пробе) срабатывание КД. Плотность инициирующего заряда 4 варьировалась в диапазоне 1,50-1,80 г/см³, соответствующем давлениям прессования, используемым на практике при групповом снаряжении КД. Наружный диаметр гильзы 1 составлял 7 мм.The reliability of the claimed design of the CD increases also due to certain ratios between the linear mass of the walls of the shell 3 and the sleeve 1 and the linear mass of the initiating charge 4 and between the length and diameter of the initiating charge 4. These ratios are determined experimentally. In the experiments, the dependence of the initiating ability of the CD on the mass (m), density (p), diameter (d), length (l), linear mass (m _l ) of the initiating charge 4 and the linear mass of the walls (M _l ) of the sleeve 1 and shell 3 was estimated A satisfactory characteristic of initiating ability was understood as failure-free complete (in lead test) CD operation. The density of the initiating charge 4 was varied in the range of 1.50-1.80 g / cm ³ corresponding to the pressing pressures used in practice for group equipment CD. The outer diameter of the sleeve 1 was 7 mm.

Отношение M_л/m_л > 1,7 выбрано из результатов, приведенных в таблице 1. Оно характеризует инерционные свойства стенок гильзы 1 и оболочки 3, а также косвенно - их прочность. Чем больше соотношение M_л/m_л, тем меньше радиальный разлет продуктов срабатывания инициирующего заряда 4 и выше надежность инициирования основного заряда 5. При малых значениях отношения M_л/m_л скорость нарастания давления в процессе срабатывания инициирующего заряда 4 оказывается недостаточной для выхода процесса на режим стационарной детонации.The ratio M _l / m _l > 1.7 is selected from the results shown in table 1. It characterizes the inertial properties of the walls of the sleeve 1 and the shell 3, and also indirectly their strength. The larger the ratio M _l / m _l , the smaller the radial expansion of the products of the initiation of the initiation charge 4 and the higher the reliability of the initiation of the main charge 5. For small values of the ratio M _l / m _{l, the} rate of increase in pressure during the operation of the initiating charge 4 is insufficient for the process to reach stationary detonation mode.

Отношение l/d > 1,1 выбрано из результатов, приведенных в таблице 2. При меньших значениях этого отношения надежность функционирования КД снижается несмотря на достаточно значительную массу инициирующего заряда 4. The ratio l / d> 1.1 is selected from the results shown in table 2. With lower values of this ratio, the reliability of the operation of the CD decreases despite the rather significant mass of the initiating charge 4.

Claims

A detonator capsule containing a sleeve and an ignition unit placed therein, a main charge of a blasting explosive and an initiating gross charge of zircon of the formula C ₂ H ₁₈ Cl ₂ N ₁₂ O ₁₁ Cd ₁ , characterized in that a durable shell with holes at the ends in which the initiating charge is placed, the ratio of the total linear mass of the walls of the liner and shell to the linear mass of the initiating charge is more than 1.7, and the ratio of the length of the initiating charge to its diameter is more than 1.1.