RU2527985C1

RU2527985C1 - Electrical detonator

Info

Publication number: RU2527985C1
Application number: RU2013108302/03A
Authority: RU
Inventors: Захар Абрамович Горелик; Алексей Александрович Борисов; Алексей Анатольевич Щуцкий; Александр Борисович Сырцов; Игорь Владимирович Овчаров; Людмила Николаевна Симонова; Иван Юрьевич Сургутский
Priority date: 2013-02-25
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2014-09-10
Also published as: RU2013108302A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: electrical detonator has a casing containing an explosive charge in the form of weighed portions: an output charge made of a high-density secondary explosive and a triggering charge made of low-density deflagration explosive with an explosive jumper mounted on a plate with current leads. The trigger is the form of a semiconductor energy-converting device with stabilitrons.

EFFECT: improved performance, specifically efficiency, reliability and triggering speed of the electrical detonator, safer triggering of the electrical detonator from a static electric discharge.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области безопасных средств взрывания, а именно к низковольтным мостиковым электродетонаторам, и может быть использовано в качестве малогабаритного средства инициирования при проведении взрывных работ.The invention relates to the field of safe explosive means, namely to low-voltage bridge electric detonators, and can be used as a small-sized means of initiation during blasting.

Известен электродетонатор высоковольтный типа ЭДВ (Лурье А.И. Электрическое взрывание зарядов. - М.: Недра, 1973, с.50), содержащий металлическую гильзу, прессованный заряд вторичного взрывчатого вещества (ВВ), слабопрессованный заряд ТЭНа, пластмассовую пробочку с технологическим выступом, в которую вмонтированы медные выводные провода с взрывающимся мостиком. Детонатор обладает существенным недостатком: низкая чувствительность электродетонатора к инициирующему импульсу тока требует высокого напряжения, что ведет к увеличению габаритов взрывных приборов и ужесточает требования к электроустановкам по технике безопасности.Known high-voltage electric detonator type EDV (Lurie A.I. Electric explosion of charges. - M .: Nedra, 1973, p.50) containing a metal sleeve, a pressed charge of a secondary explosive (BB), a low-pressure charge of a heating element, a plastic plug with a technological protrusion into which copper output wires with an exploding bridge are mounted. The detonator has a significant drawback: the low sensitivity of the electric detonator to the initiating current pulse requires a high voltage, which leads to an increase in the size of explosive devices and toughens the requirements for electrical installations for safety.

Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является электродетонатор по а.с. №1746778 от 27.10.1988 г., МПК F42C 19/12, опубл.20.01.1995 г. Электродетонатор содержит гильзу с размещенным в ней зарядом ВВ, выполненным в виде выходной навески из вторичного взрывчатого вещества высокой плотности и инициирующей навески, сопряженной с инициатором, установленным на герметизирующей колодке с токовыводами.The closest and selected as a prototype is an electric detonator as.with. No. 1746778 dated 10.27.1988, IPC F42C 19/12, published on 01.20.1995. The electric detonator contains a sleeve with an explosive charge placed in it, made in the form of an output hinge from a high-density secondary explosive and an initiating hitch associated with the initiator mounted on a sealing block with current leads.

Однако электродетонатор, выбранный в качестве прототипа, обладает рядом существенных недостатков: так, в качестве инициирующего заряда взрывчатого вещества использован заряд низкоплотного вторичного взрывчатого вещества, что удлиняет стадию конвективного горения, увеличивая время срабатывания электродетонатора, и требует высоковольтного инициирования, что обусловлено использованием в качестве инициатора взрывающегося мостика, изготовление которого является технологически сложным.However, the electric detonator, selected as a prototype, has a number of significant drawbacks: for example, the charge of a low-density secondary explosive is used as the initiating charge of the explosive, which lengthens the stage of convective combustion, increasing the response time of the electric detonator, and requires high-voltage initiation, which is due to the use as an initiator exploding bridge, the manufacture of which is technologically complex.

Целью изобретения является уменьшение энергопотребления и габаритов электродетонатора, повышение быстродействия и чувствительности к инициирующему импульсу, удешевление технологии изготовления при сохранении безопасности в эксплуатации.The aim of the invention is to reduce the power consumption and dimensions of the electric detonator, increasing speed and sensitivity to the initiating pulse, cheaper manufacturing technology while maintaining safety in operation.

Это достигается тем, что в электродетонаторе, содержащем гильзу с размещенным в ней зарядом ВВ, выполненным в виде выходной навески из вторичного взрывчатого вещества высокой плотности и инициирующей навески, сопряженной с инициатором, установленным на герметизирующей колодке (корпусе), и токовыводы, согласно изобретению инициирующая навеска выполнена из дефлагрирующего взрывчатого вещества низкой плотности, а инициатор выполнен в виде полупроводникового энергопреобразующего устройства, снабженного интегрированными в него защитными стабилитронами, соединенными встречно.This is achieved by the fact that in an electric detonator containing a sleeve with an explosive charge placed in it, made in the form of an output sample from a high-density secondary explosive and an initiating sample coupled to an initiator mounted on a sealing block (case), and current leads according to the invention initiating the hitch is made of low-density deflagrating explosive, and the initiator is made in the form of a semiconductor energy-converting device equipped with a protective and zener diodes connected counterclockwise.

Кроме того, инициатор выполнен в виде мостика с соотношением сторон длина/ширина, находящимся в диапазоне от 1:5 до 1:6.In addition, the initiator is made in the form of a bridge with an aspect ratio of length / width, ranging from 1: 5 to 1: 6.

Технический результат заключается в том, что удалось уменьшить энергопотребление электродетонатора за счет исключения фазы конвективного горения, повысить быстродействие устройства за счет образования высокоскоростного процесса дефлаграционного превращения, быстро трансформирующегося в детонацию, и повысить чувствительность электродетонатора к инициирующему импульсу за счет компактирования токопроводящего слоя инициатора, сопровождающегося резким уменьшением его электрического сопротивления со значительным ростом тока, что обеспечивает режим взрывной диффузии материала мостика Дополнительным результатом является значительное удешевление технологии производства за счет изготовления полупроводникового энергопреобразующего устройства в едином технологическом цикле, применения в конструкции элементов, широко используемых в радиоэлектронной промышленности.The technical result consists in the fact that it was possible to reduce the power consumption of the detonator by eliminating the convective combustion phase, to increase the speed of the device due to the formation of a high-speed deflagration transformation process that quickly transforms into detonation, and to increase the sensitivity of the detonator to the initiating pulse due to the compaction of the conductive layer of the initiator, accompanied by a sharp a decrease in its electrical resistance with a significant increase in current, which is about provides an explosive diffusion mode of the bridge material. An additional result is a significant reduction in the cost of production technology through the manufacture of a semiconductor energy-converting device in a single technological cycle, the use in the design of elements widely used in the electronic industry.

Новые признаки (инициирующая навеска выполнена из дефлагрирующего взрывчатого вещества низкой плотности, инициатор выполнен в виде полупроводникового энергопреобразующего устройства, снабженного интегрированными в него защитными стабилитронами, соединенными встречно) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».New features (the initiating hitch is made of a low-density deflagrating explosive, the initiator is made in the form of a semiconductor energy converting device equipped with protective zener diodes integrated into it, connected in the opposite direction) are not revealed in technical solutions of a similar purpose. On this basis, we can conclude that the claimed invention meets the condition of "inventive step".

Изобретение проиллюстрировано следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.

На фиг.1 приведен общий вид электродетонатора.Figure 1 shows a General view of an electric detonator.

На фиг.2 приведена эквивалентная электрическая схема полупроводникового энергопреобразующего устройства.Figure 2 shows the equivalent circuit diagram of a semiconductor energy converting device.

Электродетонатор состоит (фиг.1) из гильзы 1, заряда ВВ, завальцованного в гильзу 1, и состоящего из выходной навески 2 из вторичного взрывчатого вещества высокой плотности, и инициирующей навески 3 из дефлагрирующего взрывчатого вещества низкой плотности (например, диперхлорат нитротетразолатопентаамминкобальта), герметизирующей колодки 4 (типа КТ-1), содержащей два электрических вывода 6 (токовыводы), с размещенной на ней пластиной 5 из диэлектрического материала (например, кремний), на которой сформированы (фиг.1 вид А) инициатор, являющийся полупроводниковым энергопреобразующим устройством, и защитные стабилитроны 8, электрически соединенные с контактными площадками 9, которые, в свою очередь, посредством проводников 10 связаны с электрическими выводами 6. Инициатор электродетонатора выполнен в виде мостика - перемычки 7, изготовленного путем легирования атомами фосфора пластиной 5 из диэлектрика (кремний), с соотношением сторон мостика (длина/ширина), находящимся в диапазоне от 1:5 до 1:6, объемом около 15000 мкм³ и омическим сопротивлением (1÷2) Ом.The electric detonator consists (Fig. 1) of a sleeve 1, an explosive charge rolled into a sleeve 1, and consisting of an output sample 2 of a high-density secondary explosive, and an initiating sample 3 of a low-density deflagrating explosive (for example, nitrotetrazolate-pentaammine-cobalt dipochlorate), which seals pads 4 (type CT-1), containing two electrical terminals 6 (current leads), with a plate 5 made of dielectric material (for example, silicon) placed on it, on which an initiator is formed (Fig. 1, view A) an energy-converting device, and protective zener diodes 8, electrically connected to the contact pads 9, which, in turn, are connected to the electrical leads 6 through the conductors 10. The initiator of the electric detonator is made in the form of a bridge-jumper 7 made by doping phosphorus atoms with a dielectric plate 5 of 5 (silicon), with the aspect ratio of the bridge (length / width) ranging from 1: 5 to 1: 6, with a volume of about 15,000 μm ³ and ohmic resistance (1 ÷ 2) Ohm.

Работа электродетонатора осуществляется следующим образом. При подаче электрического импульса на выводы 6 электродетонатора происходит компактирование токопроводящего слоя мостика-перемычки 7, сопровождающееся резким уменьшением его электрического сопротивления и, как следствие, значительным ростом тока, протекающего через мостик-перемычку 7, что приводит к взрывной диффузии элементов мостика-перемычки 7, сопровождающейся выбросом высокотемпературной плазмы, внедряющейся в инициирующую навеску 3 из дефлагрирующего взрывчатого вещества низкой плотности (процесс абляции).The operation of the electric detonator is as follows. When an electric pulse is applied to the terminals 6 of the detonator, the conductive layer of the bridge-jumper 7 is compacted, accompanied by a sharp decrease in its electrical resistance and, as a result, a significant increase in the current flowing through the bridge-jumper 7, which leads to explosive diffusion of the elements of the bridge-jumper 7, accompanied by the release of high-temperature plasma, introduced into the initiating sample 3 from deflagrating explosives of low density (ablation process).

В результате этого в навеске 3 из дефлагрирующего взрывчатого вещества низкой плотности, минуя стадию конвективного горения, развивается высокоскоростной процесс дефлаграционного (взрывного) превращения, быстро трансформирующийся в детонацию. Инициирующая навеска 3 из дефлагрирующего ВВ низкой плотности инициирует детонацию выходной навески 2 из высокоплотного вторичного ВВ, что обеспечивает формирование на выходе электродетонатора мощного импульса давления. Защитные стабилитроны 8, включенные встречно (фиг.2), образуют параллельный токовый канал, и при воздействии на электродетонатор разряда статического электричества снижают уровень тока, протекающего через мостик-перемычку 7 до безопасного значения, не вызывающего его задействования.As a result of this, in a sample of 3 of a low-density deflagrating explosive, bypassing the convective burning stage, a high-speed deflagration (explosive) conversion process develops that quickly transforms into detonation. The initiating hitch 3 from the low-density deflagrating explosive initiates detonation of the output hitch 2 from the high-density secondary explosive, which ensures the formation of a powerful pressure pulse at the output of the electric detonator. Protective zener diodes 8, included in the opposite direction (figure 2), form a parallel current channel, and when exposed to a discharge of static electricity, the level of current flowing through the bridge-jumper 7 to a safe value that does not cause its involvement.

При задействовании электродетонатора от конденсатора емкостью 20 мкФ, заряженного до напряжения 18 В, и аккумуляторном задействовании при напряжении U=11,5 В, время срабатывания электродетонатора существенно ниже, чем у прототипа.When using an electric detonator from a capacitor with a capacity of 20 μF, charged to a voltage of 18 V, and battery operation at a voltage of U = 11.5 V, the response time of the electric detonator is significantly lower than that of the prototype.

Универсальность задействования электродетонатора при его малом энергопотреблении обеспечивается, определенным экспериментально, оптимальным соотношением геометрических размеров мостика-перемычки 7 (длина/ширина в диапазоне от 1:5 до 1:6, при объеме около 15000 мкМ³) и степенью легирования (омическое сопротивление мостика (1-2) Ом).The universality of activating the electric detonator with its low power consumption is ensured by experimentally determined optimal ratio of the geometric dimensions of the bridge-jumper 7 (length / width in the range from 1: 5 to 1: 6, with a volume of about 15000 μM ³ ) and the degree of doping (ohmic resistance of the bridge ( 1-2) Ohm).

Использование данного изобретения позволит повысить эффективность задействования, надежность и быстродействие электродетонатора, а значительное снижение энергопотребления в совокупности с высокой технологичностью позволяет использовать его в системах группового подрыва в горнодобывающей и нефтегазовой отраслях промышленности.The use of this invention will improve the efficiency of activation, reliability and speed of the electric detonator, and a significant reduction in energy consumption in combination with high technology allows it to be used in group blasting systems in the mining and oil and gas industries.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates that when using the invention the following set of conditions:

- в электродетонаторе, предназначенном для инициирования при проведении взрывных работ, улучшены эксплуатационные характеристики, а именно эффективность и быстродействие срабатывания электродетонатора, снижено его энергопотребление, повышена безопасность за счет исключения возможности срабатывания электродетонатора от разряда статического электричества, значительно повышена технологичность изготовления;- in the electric detonator, designed to initiate blasting operations, improved operational characteristics, namely the efficiency and speed of operation of the electric detonator, reduced its energy consumption, increased safety by eliminating the possibility of the electric detonator being triggered by a static electricity discharge, significantly improved manufacturing processability;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных конструктивных решений, а именно получен электродетонатор с улучшенными характеристиками за счет исключения из процесса инициирования дефлагрирующего ВВ стадии конвективного горения и ускорения стадии дефлаграции, предшествующей детонационному превращению в дефлагрирующем ВВ низкой плотности.- for the claimed invention in the form described in the claims, the possibility of its implementation using the above-described structural solutions is confirmed, namely, an electric detonator with improved characteristics is obtained by eliminating the convective burning stage from the initiation process of a deflagrating explosive and accelerating the deflagration stage prior to detonation transformation into a deflagrating low-density explosive.

Таким образом, электродетонатор, воплощенный в заявленном изобретении, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.Thus, the electric detonator embodied in the claimed invention, when implemented, is capable of achieving the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Claims

1. An electric detonator containing a sleeve with an explosive charge placed in it, made in the form of an output hitch from a high-density secondary explosive and an initiating hitch coupled to an initiator mounted on a sealing block, and current leads, characterized in that the initiating hitch is made of a deflagrating explosive low-density substances, and the initiator is made in the form of a semiconductor energy-converting device equipped with zener diodes, included in the opposite direction.

2. The electric detonator according to claim 1, characterized in that the initiator is made in the form of a bridge with an aspect ratio of length / width in the range 1: 5 ÷ 1: 6.