RU2787751C1

RU2787751C1 - Initiator

Info

Publication number: RU2787751C1
Application number: RU2022103616A
Authority: RU
Inventors: Сергей Валентинович Баталов; Игорь Владимирович Овчаров; Вадим Миратович Хасанов; Анатолий Васильевич Потапов; Николай Анатольевич Пхайко; Николай Александрович Цепилов
Filing date: 2022-02-11
Publication date: 2023-01-12

Abstract

FIELD: mining industry.

SUBSTANCE: invention relates to initiating devices, namely, initiators with low initiation energy and can be used as part of non-electric detonation systems with electronic detonators with an exact time delay during blasting operations in the mining industry. The device consists of a sleeve, a liner rolled into the sleeve, made of metal with an explosive charge pressed into it in the form of an output attachment from a high-density secondary explosive (for example, octogen, penthrite, BTF), an intermediate attachment conjugated with it from a high-density deflagrating explosive (for example, diperchlorate (5-nitrotetrazolato)-cobalt (III) pentaamine) and an initiating attachment made of a low-density deflagrating explosive (for example, diperchlorate (5-nitrotetrazolato)-cobalt (III) pentamine) in contact with the initiator, mounted on a block with low thermal conductivity, glued into the sleeve. The initiator is made in the form of alternating metal layers and deposited on the pad and made in the form of nanolaminate structures (for example, Ni/Al, Ti/B or CuO/Al) oriented parallel to the axis of the sleeve to ensure the emergence and development of the process of self-propagating high-temperature synthesis (SHS).

EFFECT: increase in the efficiency of activation, reliability and safety of the initiating device.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к инициирующим устройствам, а именно к инициирующим устройствам с низкой энергией инициирования и может быть использовано в составе неэлектрических систем взрывания с электронными детонаторами с точной временной задержкой при производстве взрывных работ в добывающей промышленности.The invention relates to initiating devices, namely to initiating devices with low initiation energy and can be used as part of non-electric blasting systems with electronic detonators with precise time delay in blasting operations in the mining industry.

Известно инициирующее устройство, которое описано в патенте №145077, МПК F42B 3/10, опубл. 06.12.2004 г., содержащее диэлектрическую положку с низкой теплопроводностью, на одной стороне которой сформирован нагревательный тонкопленочный резистивный элемент, соединенный с контактами, и взрывчатое вещество.Known initiating device, which is described in patent No. 145077, IPC F42B 3/10, publ. 12/06/2004, containing a dielectric substrate with low thermal conductivity, on one side of which a heating thin-film resistive element connected to contacts is formed, and an explosive.

Недостатком известного инициирующего устройства является низкая надежность работы, т.к. нагревательный тонкопленочный резистивный элемент имеет непосредственный контакт с диэлектрической подложкой, поэтому большое количество тепловой энергии рассеивается в подложке, а не используется на нагрев взрывчатого вещества.A disadvantage of the known initiating device is the low reliability of operation, tk. the heating thin-film resistive element has direct contact with the dielectric substrate, so a large amount of thermal energy is dissipated in the substrate, and is not used to heat the explosive.

Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа предлагаемого изобретения является инициирующее устройство, которое описано в патенте на изобретение №2706151, МПК F42B 3/10, F42C 19/12 опубл. 14.11.2019 г., содержащее гильзу с вкладышем, в котором размещен заряд взрывчатого вещества (ВВ), выполненный в виде навесок выходной из вторичного ВВ высокой плотности, сопряженной с ней промежуточной навеской из дефлагрирующего ВВ высокой плотности, которая, в свою очередь, граничит с инициирующей навеской из дефлагрирующего ВВ низкой плотности, сопряженной с инициатором, расположенным на колодке с низкой теплопроводностью и выполненным в виде резистивного слоя, нанесенного на нее. Вещество, из которого выполнена выходная навеска, а именно вторичное ВВ известно из Краткого энциклопедического словаря/под ред. Б.П. Жукова, изд. 2-2, испр. - М, Янус К., 2000, 596 стр. в разделе «Энергетические конденсированные системы» стр. 82, абзац 2, а сведения о высокоплотных вторичных ВВ изложены в учебном пособии В.Ф Жилина, В.Л. Збарского и Н.В. Юдина «Малочувствительные взрывчатые вещества», М., РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2008 г, стр. 50 (абзац 2)-51 (таблица 3.1) и в статье Е.Ю. Орлова, Н.А. Орлова, В.Ф. Жилина и др., М, «Недра», 1975 г., стр. 24 и 73. Что касается дефлагрирующего ВВ, то оно известно из статьи В.А. Баймлера, А.Н. Иванова, С.Н. Киселева, И.В. Овчарова, 14-я научно-техническая конференция «Молодежь в науке», Саров, 2015, а сведения о его низкой плотности и высокой плотности описаны в статье А.Н. Иванова, А.Б. Сырцова, С.Н. Киселева и др. Физика горения и взрыва, 2017, т.53, №3 стр. 126.The closest and selected as a prototype of the present invention is the initiating device, which is described in the patent for invention No. 2706151, IPC F42B 3/10, F42C 19/12 publ. November 14, 2019, containing a sleeve with an insert, in which an explosive charge (HE) is placed, made in the form of hinges of the outlet from the high-density secondary explosive, an intermediate hinge of a high-density deflagrating explosive associated with it, which, in turn, borders with an initiating sample of a low-density deflagrating explosive coupled with an initiator located on a block with low thermal conductivity and made in the form of a resistive layer deposited on it. The substance from which the output sample is made, namely the secondary explosive, is known from the Concise Encyclopedic Dictionary / ed. B.P. Zhukov, ed. 2-2, rev. - M, Janus K., 2000, 596 pages in the section "Energy condensed systems" p. 82, paragraph 2, and information about high-density secondary explosives is presented in the textbook by V.F Zhilin, V.L. Zbarsky and N.V. Yudin "Low sensitive explosives", M., RKhTU im. DI. Mendeleev, 2008, pp. 50 (paragraph 2)-51 (table 3.1) and in the article by E.Yu. Orlova, N.A. Orlova, V.F. Zhilina et al., M, "Nedra", 1975, pp. 24 and 73. As for the deflagrating explosive, it is known from the article by V.A. Baimler, A.N. Ivanova, S.N. Kiseleva, I.V. Ovcharova, 14th Scientific and Technical Conference "Youth in Science", Sarov, 2015, and information about its low density and high density is described in the article by A.N. Ivanova, A.B. Syrtsova, S.N. Kiseleva and others. Physics of combustion and explosion, 2017, v.53, No. 3 p. 126.

Недостатком известного инициирующего устройства является то, что инициатор выполнен в виде мостика накаливания, из-за чего уменьшается площадь контакта с инициирующей навеской ВВ, что приводит к снижению эффективности поджигания ВВ, и, как следствие, к увеличению времени работы детонатора.The disadvantage of the known initiating device is that the initiator is made in the form of an incandescent bridge, due to which the contact area with the initiating charge of the explosive decreases, which leads to a decrease in the efficiency of ignition of the explosive, and, as a result, to an increase in the operating time of the detonator.

Задача настоящего изобретения заключается в повышении эффективности, надежности и безопасности работы инициирующего устройства.The objective of the present invention is to improve the efficiency, reliability and safety of the initiating device.

Технический результат заключается в том, что удалось повысить надежность работоспособности устройства за счет процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в механизме работы инициатора, позволяющего значительно увеличить долю тепловой энергии для нагрева взрывчатого вещества, уменьшения энергоемкости инициирующего устройства при переходе к низковольтному инициированию за счет выполнения ВВ в виде определенного сочетания навесок из вторичного ВВ высокой плотности и дефлагрирующего ВВ высокой и низкой плотностей и инициатора, работающего в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) процесса, характеризующегося высокой температурой протекания реакции и высокой скоростью энерговыделения. Повышение эффективности работы инициирующего устройства удалось достичь за счет увеличения площади контакта тонкопленочного инициатора с инциирующей навеской. Повышение безопасности инициирующего устройства обусловлено отсутствием в конструкции инициирующего взрывчатого вещества (ИВВ).The technical result lies in the fact that it was possible to increase the reliability of the device performance due to the process of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) in the initiator operation mechanism, which makes it possible to significantly increase the share of thermal energy for heating the explosive, reduce the energy intensity of the initiating device during the transition to low-voltage initiation due to the execution of explosives in the form of a certain combination of weights of high-density secondary explosive and high- and low-density deflagrating explosives and an initiator operating in the self-propagating high-temperature synthesis (SHS) process mode, characterized by a high reaction temperature and a high energy release rate. An increase in the efficiency of the initiating device was achieved by increasing the contact area of the thin-film initiator with the initiating charge. Increasing the safety of the initiating device is due to the absence of an initiating explosive (IVV) in the design.

Указанный технический результат достигается тем, что в инициирующем устройстве, содержащем гильзу с вкладышем, в котором размещен заряд взрывчатого вещества, выполненный в виде выходной навески из вторичного взрывчатого вещества высокой плотности, сопряженной с ней промежуточной навеской из дефлагрирующего взрывчатого вещества высокой плотности, которая, в свою очередь, граничит с инициирующей навеской из дефлагрирующего взрывчатого вещества низкой плотности, сопряженной с инициатором, выполненным в виде резистивного слоя, нанесенного на колодку из материала с низкой теплопроводностью, согласно изобретению, резистивный слой образован из чередующихся металлических слоев, выполненных в виде наноламинатных структур и ориентированных параллельно оси гильзы.The specified technical result is achieved by the fact that in the initiating device, containing a sleeve with an insert, in which an explosive charge is placed, made in the form of an outlet sample of a high-density secondary explosive, an intermediate sample of a high-density deflagrating explosive associated with it, which, in in turn, borders on the initiating sample of a low-density deflagrating explosive, coupled with an initiator made in the form of a resistive layer deposited on a block of a material with low thermal conductivity, according to the invention, the resistive layer is formed from alternating metal layers made in the form of nanolaminate structures and oriented parallel to the axis of the sleeve.

Кроме того, с целью обеспечения возникновения и развития СВС-процесса чередующиеся металлические слои выполнены из титана и алюминия, или никеля и алюминия, или титана и бора, или из оксида меди и алюминия (Ti/Al (Ni/Al, Ti/B или CuO/Al).In addition, in order to ensure the emergence and development of the SHS process, alternating metal layers are made of titanium and aluminum, or nickel and aluminum, or titanium and boron, or copper and aluminum oxide (Ti/Al (Ni/Al, Ti/B or CuO/Al).

Кроме того, с целью использования инициирующего устройства при лазерном инициировании, колодка выполнена из оптически прозрачного материала.In addition, in order to use the initiating device for laser initiation, the block is made of an optically transparent material.

Кроме того, с целью использования инициирующего устройства при механическом и огневом инициировании, колодка выполнена из прочного пористого материала.In addition, in order to use the initiating device for mechanical and fire initiation, the block is made of a durable porous material.

Кроме того, с целью использования инициирующего устройства при электрическом инициировании, колодка выполнена из диэлектрического материала с токовыводами.In addition, in order to use the initiating device for electrical initiation, the block is made of a dielectric material with current leads.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленной полезной модели, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели.The analysis of the state of the art carried out by the applicant, including searching through patent and scientific and technical sources of information and identifying sources containing information about analogues of the claimed invention, made it possible to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all essential features of the claimed utility model, and the definition from the list of identified analogues of the prototype, as the analogue closest in terms of set of features, made it possible to identify a set of distinctive features that are significant in relation to the technical result perceived by the applicant in the claimed object, set forth in the formula of the utility model.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under the current legislation.

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного технического уровня техники.To verify the compliance of the claimed invention with the condition of inventive step, the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that coincide with the features of the claimed invention that are distinctive from the prototype, the results of which show that the claimed invention does not follow for a specialist explicitly from the known technical level of technology.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень».Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step".

Техническое решение проиллюстрировано на чертеже, где на фиг. 1 изображен общий вид инициирующего устройства; на фиг.2 показано выполнение чередующихся металлических слоев параллельно оси гильзы.The technical solution is illustrated in the drawing, where in Fig. 1 shows a general view of the initiating device; figure 2 shows the implementation of alternating metal layers parallel to the axis of the sleeve.

На чертежах введены следующие обозначения:The following designations are introduced in the drawings:

1 - вкладыш;1 - insert;

2 - выходная навеска;2 - output hinge;

3 - промежуточная навеска;3 - intermediate hitch;

4 - инициирующая навеска;4 - initiating sample;

5 - гильза;5 - sleeve;

6 - инициатор;6 - initiator;

7 - колодка с низкой теплопроводностью;7 - block with low thermal conductivity;

8 - слой титана;8 - titanium layer;

9 - слой алюминия.9 - aluminum layer.

Инициирующее устройство состоит из гильзы 5 (фиг. 1),The initiating device consists of a sleeve 5 (Fig. 1),

завальцованного в гильзу 5 вкладыша 1, выполненного металлическим с запрессованным в него зарядом ВВ в виде выходной навески 2 из вторичного ВВ высокой плотности (например, октоген, ТЭН, БТФ), сопряженной с ней промежуточной навески 3 из дефлагрирующего взрывчатого вещества высокой плотности (например, диперхлорат (5-нитротетразолато)-пентааммин кобальта (III)) и инициирующей навески 4 из дефлагрирующего взрывчатого вещества низкой плотности (например, диперхлорат (5-нитротетразолато)-пентааммин кобальта (III)), контактирующей с инициатором 6, установленным на колодку 7 с низкой теплопроводностью, вклеенной в гильзу 5. Инициатор 6 выполнен в виде чередующихся металлических слоев 8 и 9, нанесенных на колодку 7 и выполненных на основе наноламинантных структур (например, Ni/Al, Ti/B или CuO/Al), ориентированных параллельно оси гильзы (фиг. 2) для обеспечения возникновения и развития процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС).liner 1, rolled into the sleeve 5, made of metal with an explosive charge pressed into it in the form of an output charge 2 from a high-density secondary explosive (for example, octogen, heating element, BTF), an intermediate charge 3 associated with it from a high-density deflagrating explosive (for example, cobalt (III) diperchlorate (5-nitrotetrazolato)-pentaammine) and an initiating sample 4 from a low-density deflagrating explosive (for example, cobalt (III) diperchlorate (5-nitrotetrazolato)-pentaammine) in contact with the initiator 6 installed on the block 7 s low thermal conductivity, glued into the sleeve 5. The initiator 6 is made in the form of alternating metal layers 8 and 9 deposited on the block 7 and made on the basis of nanolaminate structures (for example, Ni/Al, Ti/B or CuO/Al), oriented parallel to the axis of the sleeve (Fig. 2) to ensure the emergence and development of the process of self-propagating high-temperature synthesis (SHS).

Работа устройства осуществляется следующим образом. При лазерном инициировании лазерный импульс (ЛИ) фокусируют на инициатор 6 через оптически прозрачную колодку 7 с низкой теплопроводностью (например, кварцевого стекла), посредством системы фокусировки возбуждают процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). При механическом воздействии (удар, накол) или огневом инициировании используют колодку 7 с низкой теплопроводностью из прочного пористого материала (например, фторопласт), в случае электрического инициирования используют колодку для возбуждения СВС процесса, позволяющего значительно увеличить долю тепловой энергии для нагрева взрывчатого вещества. Затем происходит инициирование навески 4 из дефлагрирующего взрывчатого вещества низкой плотности и последовательное срабатывание последующих навесок: промежуточной 3 из дефлагрирующего взрывчатого вещества высокой плотности и выходной 2 из вторичного взрывчатого вещества высокой плотности.The operation of the device is as follows. During laser initiation, a laser pulse (LI) is focused on the initiator 6 through an optically transparent block 7 with low thermal conductivity (for example, quartz glass), the process of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) is excited by means of a focusing system. In case of mechanical action (impact, prick) or fire initiation, a block 7 with low thermal conductivity is used from a durable porous material (for example, fluoroplastic), in the case of electrical initiation, a block is used to initiate the SHS process, which makes it possible to significantly increase the share of thermal energy for heating the explosive. Then the charge 4 is initiated from a low-density deflagrating explosive and successive actuation of subsequent charges: intermediate 3 from a high-density deflagrating explosive and output 2 from a high-density secondary explosive.

Примером конкретного выполнения является инициирующееAn example of a specific implementation is the initiating

устройство, которое состоит из гильзы 5, завальцованного в нее металлического вкладыша 1, с запрессованным в него зарядом ВВ, состоящим из выходной навески 2 из вторичного ВВ высокой плотности (тетранитропентаэритрит (ТЭН) плотностью 1,57…1,60 г/см), сопряженной с ней промежуточной навески 3 из дефлагрирующего взрывчатого вещества высокой плотности (диперхлорат (5-нитротетразолато)-пентааммин кобальта (III)) с плотностью 1,57…1,60 г/см) и инициирующей навески 4 из дефлагрирующего взрывчатого вещества низкой плотности (диперхлорат (5-нитротетразолато)-пентааммин кобальта (III)) с плотностью 1,45…1,55 г/см). В гильзу 5 вклеена оптически прозрачная колодка 7 из кварцевого стекла при лазерном инициировании, на ней размещен инициатор 6, выполненный в виде чередующихся металлических слоев 8 из титана и 9 из алюминия на основе наноламинантных структур, и ориентированных параллельно оси гильзы (см. фиг. 2). В качестве чередующихся металлических слоев инициатора 6 экспериментально опробованы сочетания металлов Ni/Al, Ti/B, CuO/Al, и экспериментально проверена работоспособность устройства при использовании колодки 7 из прочного пористого материала в случае механического или огневого инициирования, и из диэлектрического материала с токовыводами в случае электрического инициирования.a device that consists of a sleeve 5, a metal insert 1 rolled into it, with an explosive charge pressed into it, consisting of an outlet sample 2 of a high-density secondary explosive (tetranitropentaerythritol (PETN) with a density of 1.57 ... 1.60 g / cm), an intermediate charge 3 of a high-density deflagrating explosive (cobalt (III) diperchlorate (5-nitrotetrazolato)-pentaammine) with a density of 1.57 ... 1.60 g / cm 3) and an initiating charge 4 of a low density deflagrating explosive ( diperchlorate (5-nitrotetrazolato)-pentaammine cobalt (III)) with a density of 1.45 ... 1.55 g/cm). An optically transparent block 7 made of quartz glass is glued into the sleeve 5 during laser initiation, an initiator 6 is placed on it, made in the form of alternating metal layers 8 of titanium and 9 of aluminum based on nanolaminate structures, and oriented parallel to the axis of the sleeve (see Fig. 2 ). Combinations of metals Ni/Al, Ti/B, CuO/Al were experimentally tested as alternating metal layers of the initiator 6, and the operability of the device was experimentally tested using pad 7 made of a durable porous material in the case of mechanical or fire initiation, and made of a dielectric material with current leads in case of electrical initiation.

Использование данного изобретения позволит повысить эффективность задействования, надежность и безопасность инициирующего устройства;The use of this invention will improve the efficiency of engagement, reliability and safety of the initiating device;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью выше описанных конструктивных решений, а именно получено инициирующее устройство с улучшенными характеристиками;- for the claimed invention in the form as it is described in the claims, the possibility of its implementation with the help of the above-described design solutions is confirmed, namely, an initiating device with improved characteristics is obtained;

- инициирующее устройство, воплощенное в заявленном изобретении, при его осуществлении способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем достигаемого технического результата.- the initiating device embodied in the claimed invention, in its implementation, is capable of achieving the achieved technical result seen by the applicant.

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

Claims

1. An initiating device containing a sleeve with an insert, in which an explosive charge is placed, made in the form of an output hinge of a high-density secondary explosive, associated with it by an intermediate hinge of a high-density deflagrating explosive, which, in turn, borders on the initiating a sample of a low-density deflagrating explosive coupled with an initiator made in the form of a resistive layer deposited on a block made of a material with low thermal conductivity, characterized in that the resistive layer is formed from alternating metal layers made in the form of nanolaminate structures and oriented parallel to the sleeve axis.

2. The initiating device according to claim 1, characterized in that the alternating metal layers are made of titanium and aluminum, or nickel and aluminum, or titanium and boron, or copper oxide and aluminum (Ti / Al (Ni / Al, Ti / B or CuO/Al).

3. The initiating device according to claim 1, characterized in that the block is made of an optically transparent material.

4. The initiating device according to claim 1, characterized in that the block is made of a durable porous material.

5. The initiating device according to claim 1, characterized in that the block is made of a dielectric material with current leads.