RU2524829C2

RU2524829C2 - Charge

Info

Publication number: RU2524829C2
Application number: RU2013100497/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Субботин; Владимир Александрович Грабовец; Борис Владимирович Иоффе
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара"
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2014-08-10
Also published as: RU2013100497A

Abstract

FIELD: blasting operations.

SUBSTANCE: charge consists of a powerful explosive of high density, located along the length of the structure, and has an axial channel. Explosive decomposition of the charge is carried out by the electric detonator and the additional detonator in the mode of overpressed detonation. The axial channel of the charge in its cross-section has an axisymmetric ellipsoidal shape, at that the height of the axial channel is 1.3÷2 times greater than its width. Point initiation is carried out by the electric detonator in the centre of the additional detonator with the weight of 20÷161 g depending on the size of the charge. The shape of the additional detonator tracks the shape of the end of the charge, at that the charge is additionally provided with an insert of the explosive which is located in the opposite end of the charge from the additional detonator. The insert shape tracks the cross-section of the axial channel of the charge.

EFFECT: significant simplification of manufacturing technology of the charge, increase in overall characteristics which enable to use the charge in boreholes, wells and ammunition on the basis of high-power blasting explosive, increase in the degree of explosive fragmentation of the environment.

3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к подрывным зарядам высокой мощности и предназначено для проведения взрывных работ при разрушении крепких пород шпуровыми и скважинными зарядами, а также для повышения эффективности осколочно-фугасного действия боеприпасов.The invention relates to subversive charges of high power and is intended for blasting when destroying hard rocks with borehole and borehole charges, as well as to increase the efficiency of high-explosive fragmentation of ammunition.

Кроме того, на многих объектах газотранспортных предприятий проводится замена газоперекачивающих агрегатов (ГПА) на более мощные. Оставшиеся после них железобетонные фундаменты 30-40-летней давности имеют высокую прочность и железную арматуру. Выполнение частичного или полного демонтажа таких фундаментов требует использования высокодетонационных шпуровых зарядов.In addition, gas pumping units (GPU) are being replaced by more powerful ones at many facilities of gas transmission enterprises. The reinforced concrete foundations 30-40 years old remaining after them have high strength and iron reinforcement. Partial or complete dismantling of such foundations requires the use of highly detonated hole charges.

Бурение шпуров с такой арматурой представляет тяжелую технологическую операцию. Расстояние между шпурами, как правило, составляет (0,4…0,5) м. В качестве шпурового заряда используют мощное взрывчатое вещество (ВВ) - аммонал скальный №3 («Перечень взрывчатых материалов, оборудования и приборов взрывного дела, допущенных к применению в Российской Федерации. Серия 13. Выпуск 2 / Колл. авт. - М.: ФГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2004. - С.6). Однако его использование не всегда решает поставленную задачу, что делает работу трудоемкой и дорогостоящей, а иногда невыполнимой.Drilling holes with such fittings is a difficult technological operation. The distance between the holes, as a rule, is (0.4 ... 0.5) m. A powerful explosive substance (explosive) is used as a blast hole — rock ammonal No. 3 (“The list of explosive materials, equipment and explosive devices approved for use in the Russian Federation. Series 13. Issue 2 / Coll. ed. - M .: FSUE Scientific and Technical Center for Safety in Industry of the Gosgortekhnadzor of Russia, 2004. - P.6). However, its use does not always solve the task, which makes the work time-consuming and expensive, and sometimes impossible.

Известен заряд (патент №2235965 РФ «Заряд», МПК F42B 3/00, авторы Калашников В.В., Вологин М.Ф., Лаптев Н.И. и др.; заявитель и патентообладатель НИИ проблем конверсии и высоких технологий СамГТУ). Заряд состоит из сегментов, комбинация которых представляет цилиндрическую поверхность, и корпуса. Каждый сегмент имеет тонкостенную оболочку с постоянным поперечным сечением по всей длине и изготовлен путем прокатки трубной заготовки, которая заполнена порошкообразным взрывчатым веществом. Сегменты содержат мощное ВВ гексоген.Known charge (patent No. 2235965 of the Russian Federation "Charge", IPC F42B 3/00, authors Kalashnikov V.V., Vologin M.F., Laptev N.I. et al .; applicant and patent holder of the Research Institute for Conversion Problems and High Technologies of Samara State Technical University) . The charge consists of segments, the combination of which represents a cylindrical surface, and the body. Each segment has a thin-walled shell with a constant cross-section along the entire length and is made by rolling a tube stock, which is filled with powder explosive. Segments contain powerful explosive RDX.

Данному техническому решению характерны следующие недостатки. Прокатка сегментов не позволяет получить высокую и равномерную плотность гексогена по длине сегмента. Резка концов сегментов для обеспечения необходимой длины заряда опасна и может привести к взрыву гексогена при защемлении его кристаллов в металлической трубной заготовке. Технология изготовления данного заряда сложна, что обуславливает его высокую стоимость.This technical solution is characterized by the following disadvantages. Rolling segments does not allow to obtain a high and uniform density of RDX along the length of the segment. Cutting the ends of the segments to ensure the required charge length is dangerous and can lead to the explosion of RDX when pinching its crystals in a metal tube. The manufacturing technology of this charge is complex, which leads to its high cost.

В качестве прототипа выбран линейный заряд-транслятор, взрывное разложение которого протекает в режиме пересжатой детонации (Физика взрыва / Под ред. Л.П.Орленко - Изд. 3-е, переработанное. В 2 т. T.1. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002, с.468-469).As a prototype, a linear charge-translator was chosen, the explosive decomposition of which proceeds in the mode of compressed detonation (Explosion Physics / Ed. By L.P. Orlenko - 3rd Edition, revised. In 2 vol. T.1. - M .: FIZMATLIT, 2002, p. 468-469).

Режимы пересжатой детонации, значительно повышающие взрывные показатели, возникают в любом ВВ, когда на него воздействует тело, например метаемая металлическая пластина или продукты взрыва (ПВ) более мощного ВВ со скоростью, большей, чем скорость нормального режима самого ВВ. Было отмечено, что ударом стальной пластины пересжатая детонация возбуждается в литом тротиле. При этом пересжатый режим распространяется только на один радиус заряда (Воскобойников И.М., Афанасенков А.Н. О пересжатой детонации. // Взрывное дело, №75/32. - М.: Недра, 1975, с.21-35).Compressed detonation modes, which significantly increase explosive indicators, occur in any explosive when it is exposed to a body, for example, a metal plate being thrown or products of an explosion of a more powerful explosive with a speed greater than the normal mode of the explosive itself. It was noted that the impact of a steel plate overdriven detonation is excited in molten TNT. In this case, the overcompressed mode applies only to one radius of the charge (Voskoboinikov I.M., Afanasenkov A.N. On overcompressed detonation. // Explosive business, No. 75/32. - M .: Nedra, 1975, p.21-35) .

Линейный заряд-транслятор состоит из высокоплотной взрывчатой сердцевины, заключенной между внешней и внутренней оболочками, и центрального канала, выполненного в виде окружности. Он содержит внешнюю алюминиевую оболочку и внутреннюю - медную. После их центрации в зазор засыпается мелкодисперсное взрывчатое вещество, например гексоген или октоген, которое уплотняется путем развальцовки медной оболочки. Центральный канал линейного заряда-транслятора заполняется водой. Заряд-транслятор инициируется миниатюрными электродетонатором и переходным составом - дополнительный детонатор. При этом скорость детонации возрастает до (10÷12) км/с, т.е. на (20÷40)%. Устойчивое распространение детонации обеспечивается при выполнении условия для толщины слоя ВВ (0,1÷0,2) мм.The linear charge-translator consists of a high-density explosive core, enclosed between the outer and inner shells, and a central channel made in the form of a circle. It contains an outer aluminum shell and an inner copper shell. After they are centered, a finely dispersed explosive substance, for example RDX or HMX, is poured into the gap, which is compacted by expanding the copper shell. The central channel of the linear charge-translator is filled with water. The charge-translator is initiated by a miniature electric detonator and a transitional composition - an additional detonator. In this case, the detonation velocity increases to (10 ÷ 12) km / s, i.e. by (20 ÷ 40)%. A stable propagation of detonation is ensured when the conditions for the explosive layer thickness (0.1 ÷ 0.2) mm are met.

Это устройство представляет миниатюрный заряд-транслятор для разведения детонационных команд в бортовых системах пироавтоматики ракетно-космических объектов.This device represents a miniature charge-translator for breeding detonation commands in on-board systems of pyroautomatics of rocket and space objects.

Однако данное техническое решение не может быть использовано для создания заряда необходимой длины и диаметров порядка 32÷36 мм и более. Кроме того, он сложен в изготовлении, дорог и, в силу конструктивных решений, не может быть использован даже для инициирования зарядов промышленного применения.However, this technical solution cannot be used to create a charge of the required length and diameters of the order of 32 ÷ 36 mm or more. In addition, it is difficult to manufacture, expensive and, due to design decisions, cannot be used even to initiate charges of industrial applications.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является значительное упрощение технологии изготовления заряда, снижение его стоимости, увеличение его габаритных характеристик, позволяющих использовать заряд в шпурах, скважинах и боеприпасах на основе высокомощного бризантного ВВ, а также повышение работоспособности и высокой степени взрывного дробления окружающей среды.The technical result of the present invention is a significant simplification of the technology for manufacturing a charge, reducing its cost, increasing its overall characteristics, allowing the use of a charge in boreholes, wells and ammunition based on high-power blasting explosives, as well as increasing the working capacity and high degree of explosive crushing of the environment.

Технический результат достигается тем, что заряд состоит из высокоплотного мощного взрывчатого вещества, размещенного по длине конструкции, имеет осевой канал, взрывное разложение заряда осуществляют от электродетонатора и дополнительного детонатора в режиме пересжатой детонации, при этом осевой канал заряда в своем сечении имеет осесимметричную эллипсную форму, причем высота осевого канала в 1,3÷2 раза больше его ширины, точечное инициирование осуществляют электродетонатором в центре дополнительного детонатора весом 20÷161 г в зависимости от габаритов заряда, форма дополнительного детонатора повторяет форму торца заряда, при этом заряд дополнительно снабжен вставкой из взрывчатого вещества, которая размещена в противоположном от дополнительного детонатора конце заряда, форма вставки повторяет сечение осевого канала заряда.The technical result is achieved in that the charge consists of a high-density powerful explosive substance placed along the length of the structure, has an axial channel, explosive decomposition of the charge is carried out from an electric detonator and an additional detonator in the mode of compressed detonation, while the axial charge channel in its cross section has an axisymmetric ellipse shape, moreover, the height of the axial channel is 1.3 ÷ 2 times greater than its width, the point initiation is carried out by an electric detonator in the center of an additional detonator weighing 20 ÷ 161 g, depending On the other hand, depending on the dimensions of the charge, the shape of the additional detonator follows the shape of the end of the charge, while the charge is additionally equipped with an explosive insert located at the opposite end of the charge from the detonator, the shape of the insert repeats the cross section of the axial charge channel.

Применение дополнительного детонатора из мощного ВВ, повторяющего форму торца заряда и имеющего вес 20÷161 г в зависимости от габаритов заряда, приводит к возрастанию скорости детонации 300 мм заряда до 10,3÷13,5 км/с, а при герметизации противоположного конца канала 30 мм пробкой из мощного ВВ, пересжатая скорость детонации возрастает до 22,82 км/с.The use of an additional detonator from a powerful explosive, repeating the shape of the end of the charge and having a weight of 20 ÷ 161 g, depending on the dimensions of the charge, leads to an increase in the detonation speed of 300 mm charge to 10.3 ÷ 13.5 km / s, and when sealing the opposite end of the channel 30 mm plug from a powerful explosive, the overdriven detonation velocity increases to 22.82 km / s.

На фиг.1 представлен пример выполнения сборки заряда, а также технология выполнения экспериментальных работ с целью оптимизации конструкции заряда. Заряд состоит из отрезка ШКЗ-4 (ШКЗ-6) 1, дополнительного детонатора 2, электродетонатора ЭД-8Ж 3, липкой ленты 4, канала осесимметричной эллипсной формы 5, вставки из ВВ 6. Экспериментальные работы проводились с помощью ионизационных датчиков 7, 8, коаксиальных кабелей 9, 10 марки RG-58, осциллографа 11 OSCILLOSCOPE HEWLETT PACKARD марки 54600А, разъемов 12, 13 марки RG-5812.Figure 1 presents an example of the implementation of the charge assembly, as well as the technology for performing experimental work in order to optimize the design of the charge. The charge consists of the ShKZ-4 (ShKZ-6) 1 segment, an additional detonator 2, an ED-8Zh 3 electric detonator, an adhesive tape 4, an axisymmetric elliptical channel 5, an insert of explosives 6. The experimental work was carried out using ionization sensors 7, 8, coaxial cables 9, 10 of the brand RG-58, the oscilloscope 11 OSCILLOSCOPE HEWLETT PACKARD brand 54600A, connectors 12, 13 of the brand RG-5812.

На фиг.2 изображено сечение конструкции заряда, состоящего из 2-х отрезков ШКЗ-4, сложенных кумулятивными выемками вовнутрь.Figure 2 shows a cross section of the structure of the charge, consisting of 2 pieces of ShKZ-4, folded cumulative recesses inward.

На фиг.3 изображено сечение конструкции заряда, состоящего из 2-х отрезков ШКЗ-6, сложенных кумулятивными выемками вовнутрь.Figure 3 shows a cross section of the structure of the charge, consisting of 2 pieces of ShKZ-6, folded cumulative recesses inward.

Для изготовления заряда (фиг.1), сечение которого показано на фиг.2, использован шнуровой кумулятивный заряд ШКЗ-4. Для этого от бухты ВВ отрезают два отрезка 1 длиной, например, 300 мм, отделяют приклеенную кумулятивную облицовку. Далее два отрезка ВВ 1 складывают и фиксируют по бокам, например, липкой лентой 4, при этом между ними формируется осевой канал 5 осесимметричной эллипсной формы. Дополнительный детонатор 2 изготавливают из пластин, полученных из отрезков ШКЗ-4 таким образом, чтобы они полностью повторяли конфигурацию торца заряда. Вес дополнительного детонатора для получения максимальной скорости пересжатой детонации заряда подбирают экспериментально путем сложения скрепленных пластин ВВ. Точечное инициирование дополнительного детонатора осуществлют электродетонатором 3 (ЭД-8Ж).For the manufacture of a charge (Fig. 1), the cross section of which is shown in Fig. 2, a ShKZ-4 cord shaped charge is used. For this, two sections 1 of a length, for example, 300 mm, are cut from the explosive bay, the glued cumulative lining is separated. Next, two segments BB 1 are folded and fixed on the sides, for example, with adhesive tape 4, while an axial channel 5 of an axisymmetric elliptical shape is formed between them. An additional detonator 2 is made of plates obtained from the ShKZ-4 segments so that they completely repeat the configuration of the end face of the charge. The weight of the additional detonator in order to obtain the maximum speed of the overcompressed charge detonation is selected experimentally by adding the bonded explosive plates. The point initiation of an additional detonator is carried out by an electric detonator 3 (ED-8ZH).

Аналогичным образом изготавливают заряд из ШКЗ-6, эллипсное осесимметричное сечение которого показано на фиг.3.In a similar manner, a charge is made from ShKZ-6, the ellipse axisymmetric section of which is shown in Fig. 3.

Скорость детонации измеряют с помощью прибора 11 OSCILLOSCOPE HEWLETT PACKARD марки 54600А. Точность прибора - 10 наносекунд. Измерение осуществляют при помощи ионизационных датчиков 7, 8. Толщина провода датчиков составляет 0,25 мм. Ионизационные датчики 7, 8 на пуск и остановку прибора находятся под напряжением 1,5 В, а провода в ВВ размещают друг от друга на расстоянии не более 1 мм, при этом база измерения составлет 100 мм и находится в средней части заряда. Для этого от начала 300 мм заряда отмеряют штангенциркулем 100 мм и устанавливают ионизационный датчик 7, запускающий при детонации заряда прибор 11. Отмеряют еще 100 мм и аналогично устанавливают ионизационный датчик 8, останавливающий отсчет прибора 11 при пробеге базового расстояния детонационной волной. Длина коаксиального кабеля 9, 10 марки RG-58 составляет 20 м. Для подсоединения ионизационных датчиков 7, 8 применяют разъемы 12, 13 марки RG-58. На каждый вид эксперимента выполняют не менее 3-х измерений.The detonation speed is measured using an 11 OSCILLOSCOPE HEWLETT PACKARD 54600A. The accuracy of the device is 10 nanoseconds. The measurement is carried out using ionization sensors 7, 8. The thickness of the sensor wire is 0.25 mm. The ionization sensors 7, 8 for starting and stopping the device are 1.5 V, and the wires in the explosives are placed at a distance of no more than 1 mm from each other, while the measurement base is 100 mm and is in the middle part of the charge. To do this, from the beginning, 300 mm of charge is measured with a 100 mm caliper and an ionization sensor 7 is installed, which starts the device 11 when detonating the charge. Another 100 mm is measured and an ionization sensor 8 is similarly installed, which stops the reading of the device 11 when the detonation wave travels the base distance. The length of the coaxial cable 9, 10 of the RG-58 brand is 20 m. To connect the ionization sensors 7, 8, connectors 12, 13 of the RG-58 brand are used. For each type of experiment, at least 3 measurements are performed.

Результаты исследований зависимости скорости детонации зарядов от конфигурации канала и способа инициирования приведены в Таблице 1.The results of studies of the dependence of the rate of detonation of charges on the configuration of the channel and the initiation method are shown in Table 1.

Анализ результатов п.1, п.2 и п.3, представленных в Таблице 1, показывает, что скорости детонации отрезков ШКЗ с облицовками соответствуют техническим условиям ТУ 84-988-99 - 7,9 км/с. Незначительное повышение скорости детонации ШКЗ-4 и ШКЗ-6 по п.2 и п.3 Таблицы 1 связано с инициированием отрезка ВВ параллельно оси заряда. Согласно п.4 и п.5 соударение кумулятивных струй, образованных при синхронном инициировании зарядов параллельно соединенными электродетонаторами ЭД-8Ж не повышает скорость детонации ШКЗ-4 и ШКЗ-6 («Перечень взрывчатых материалов, оборудования и приборов взрывного дела, допущенных к применению в Российской Федерации. Серия 13.Выпуск 2 / Колл. авт. - М.: ФГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2004. - С.33).An analysis of the results of Claims 1, 2 and 3, presented in Table 1, shows that the detonation velocities of the ShKZ sections with facings correspond to the technical conditions of TU 84-988-99 - 7.9 km / s. A slight increase in the detonation speed of ShKZ-4 and ShKZ-6 according to claim 2 and claim 3 of Table 1 is associated with the initiation of an explosive segment parallel to the charge axis. According to p. 4 and p. 5, the impact of the cumulative jets formed during the simultaneous initiation of charges by parallel-connected electric detonators ED-8ZH does not increase the detonation speed of ShKZ-4 and ShKZ-6 (“The list of explosive materials, equipment and explosive devices approved for use in Of the Russian Federation. Series 13. Issue 2 / Coll. Ed. - M .: FSUE Scientific and Technical Center for Safety in Industry of the Gosgortekhnadzor of Russia, 2004. - P.33).

Получение высоких параметров скользящей ударной волны (до 29 ГПа и выше) в осесимметричных каналах ШКЗ возможно с использованием «обратной» кумуляции, которая происходит при конструкции заряда, изображенного на фиг.1, фиг.2, фиг.3. В указанных конструкциях при взрыве дополнительного детонатора боковые поверхности заряда инициируются в 1,3÷2 раза быстрее верхних и нижних.Obtaining high parameters of a moving shock wave (up to 29 GPa and above) in axisymmetric channels of the ShKZ channel is possible using the "reverse" cumulation, which occurs when the design of the charge shown in figure 1, figure 2, figure 3. In these structures, when an additional detonator is detonated, the lateral surfaces of the charge are initiated 1.3–2 times faster than the upper and lower ones.

Внутренние закругленные поверхности заряда образуют кумулятивные потоки ударных волн и продуктов детонации, которые, двигаясь к оси заряда, успевают сжать ударную волну и продукты детонации от дополнительного детонатора. Подтверждением данного механизма являются п.6, п.7 и п.8 Таблицы 1, в которых приведена зависимость скоростей пересжатой детонации от веса дополнительного детонатора. Наилучший эффект наблюдают при больших соотношениях высоты осесимметричного эллипсного канала к его поперечному сечению. Так, ШКЗ-4 имеет пересжатую скорость детонации 13,435 км/с (соотношение равно 2), а ШКЗ-6 - 10,83 км/с (соотношение равно 1,3).The internal rounded surfaces of the charge form cumulative flows of shock waves and detonation products, which, moving towards the axis of the charge, manage to compress the shock wave and detonation products from an additional detonator. Confirmation of this mechanism are p. 6, p. 7 and p. 8 of Table 1, which shows the dependence of the speeds of the detonated detonation from the weight of the additional detonator. The best effect is observed with large ratios of the height of the axisymmetric ellipse channel to its cross section. Thus, the ShKZ-4 has an oversized detonation velocity of 13.435 km / s (the ratio is 2), and the ShKZ-6 has 10.83 km / s (the ratio is 1.3).

Наибольшую скорость пересжатой детонации наблюдают в случае, если осевой канал 5 закрыт вставкой 6, выполненной из мощного ВВ, которая расположена в противоположной стороне от дополнительного детонатора, при этом ее форма повторяет сечение осевого канала. Такая рекордная скорость пересжатой детонации - 22,82 км/с получена впервые.The highest speed of over-detonation is observed if the axial channel 5 is closed by an insert 6 made of a powerful explosive, which is located on the opposite side from the additional detonator, while its shape repeats the cross section of the axial channel. Such a record speed of over-compressed detonation - 22.82 km / s was obtained for the first time.

Подрывной заряд высокой мощности может быть изготовлен из промышленных взрывчатых материалов ШКЗ-4 и ШКЗ-6, нашедших широкое применение для частичного демонтажа сверхпрочных фундаментов с целью установки на них после реконструкции более современных ГПА.High-power subversive charge can be made of industrial explosive materials ShKZ-4 and ShKZ-6, which are widely used for partial dismantling of heavy-duty foundations with the aim of installing more modern GPUs on them after reconstruction.

Для придания подрывному заряду внешней округлой формы можно использовать традиционные технологии: экструзию, прессование (включая проходное) и литье. В этом случае мощность и дробящее действие заряда ощутимо возрастет за счет увеличения детонационного давления внутри осесимметричного эллипсного канала, образующегося сходящимися сильными ударными волнами и продуктами детонации от «обратной» кумуляции, вследствие увеличения массы ВВ на боковых поверхностях заряда.To give the subversive charge an external rounded shape, you can use traditional technologies: extrusion, extrusion (including passing) and casting. In this case, the power and crushing effect of the charge will significantly increase due to an increase in detonation pressure inside the axisymmetric ellipse channel formed by converging strong shock waves and detonation products from “backward” cumulation, due to an increase in the mass of explosives on the side surfaces of the charge.

Таким образом, предложен подрывной заряд, которым можно регулировать мощность взрыва на месте работ.Thus, a subversive charge is proposed that can be used to control the power of the explosion at the place of work.

Claims

The charge, consisting of a high-density powerful explosive material located along the length of the structure, having an axial channel, explosive decomposition of the charge is carried out from the electric detonator and an additional detonator in the mode of compressed detonation, characterized in that the axial channel of the charge in its cross section has an axisymmetric elliptical shape, and the height of the axial the channel is 1.3 ÷ 2 times its width, the point initiation by the electric detonator is carried out in the center of the additional detonator, the shape of which follows the shape of the end of the charge, p In this case, the charge is equipped with an explosive insert, which is located at the opposite end of the charge from the detonator, the shape of the insert repeats the cross section of the axial charge channel.