WO2013125975A1

WO2013125975A1 - Капсюль - детонатор

Info

Publication number: WO2013125975A1
Application number: PCT/RU2012/000124
Authority: WO
Inventors: Александр Степанович БОГДАН; Виталий Викторович САЯПИН
Original assignee: Bogdan Aleksandr Stepanovich; Sayapin Vitalii Viktorovich
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2013-08-29
Also published as: EP2818823A1; EP2818823A4

Abstract

Предложен капсюль-детонатор, включающий корпус, в котором размещены воспламенитель, первичное взрывчатое вещество и вторичное взрывчатое вещество, расположенные таким образом, что воспламенитель воспламеняет первичное взрывчатое вещество, от которого в свою очередь детонирует вторичное взрывчатое вещество, электронный таймер задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества и средство инициации взрыва, связанное с названным средством задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества, при этом средство инициации взрыва содержит ударно-волновую трубку, один конец которой зафиксирован во входной части названного корпуса, цилиндрический стакан, установленный соосно с ударно-волновой трубкой, и направленный в ее сторону входом в его полость, при этом в полости названного цилиндрического стакана установлен магнитный якорь с возможностью его перемещения вдоль оси названного цилиндрического стакана, а с внешней стороны названный цилиндрический стакан охватывает катушка индуктивности.

Description

КАПСЮЛЬ - ДЕТОНАТОР

Область техники

Изобретение относится к средствам, предназначенным для проведения взрывов.

Предшествующий уровень техники

Современные технологии разработки горных массивов с помощью взрыва предусматривают так называемое короткозамедленное взрывание. Такая технология предусматривает поочередное взрывание заряженных скважин, набуренных в большом, специально подготовленном, горном массиве. Распространенным средством, обеспечивающим последовательность взрывов, являются капсюли- детонаторы с неэлектрическим инициированием - с помощью ударно-волноводной трубки с внутренним замедляющим элементом. В качестве такого элемента используется пиротехническая замедляющая трубка, которая и обеспечивает задержку взрывания. Капсюли с замедлением собираются в последовательную гирлянду - так называемую поверхностную сеть. Каждый капсюль располагается вблизи устья собственной скважины. После срабатывания первого детонатора, через время задержки, срабатывает второй, потом третий и т.д.. Инициирующий импульс в скважину передается с помощью скважинного детонатора, который соединен с поверхностным детонатором. Сработавший поверхностный детонатор передает инициирующий импульс внутрь скважинного детонатора, который в свою очередь инициирует скважинный заряд. Для того, чтобы первая взорвавшаяся скважина не разрушила поверхностную сеть, в скважинах также используются детонаторы с замедлением, причем, скважинное замедление превышает замедление поверхностных детонаторов.

Точность замедления с помощью пиротехнических средств невелика. Как правило, эта величина составляет ±10%. Невысокая точность внутрискважинного замедления может приводить к нарушению последовательности взрывов скважин. Это приводит к необходимости повышения удельного расхода взрывчатых материалов, к появлению, так называемых, негабаритов, устранение которых требует дополнительных и не малых расходов.

Практически единственной возможностью получить капсюли с высокой точностью срабатывания является переход на капсюли с электронным замедлением, имеющим существенно большую точность, чем капсюли с пиротехническим замедлением. Однако, представленные на рынке капсюли с электронным замедлением, такие как ЭДЭЗ, I-kon, Hot/QuickShot, Deltadet имеют свои недостатки. Во-первых, все они являются электрическими - в них инициирующий сигнал подаётся по электрическим проводам, из-за чего применение этих капсюлей требует более высокой квалификации взрывперсонала. Кроме того, требуется специализированное управляющее устройство, выполняющее программирование непосредственно на взрывной площадке, что требует переобучение взрывного персонала и изменение традиционных схем взрывания. Во-вторых, они имеют более высокую стоимость, превышающую в несколько раз стоимость капсюлей с пиротехническим замедлением. По этим причинам внедрение капсюлей-детонаторов с электронной задержкой происходит медленно. Чтобы капсюль мог быть быстро внедрён, он должен ничем не отличаться от традиционных капсюлей ни в плане монтажа сети и обращения с ним, ни в плане проектирования взрывных работ. Таким образом, в настоящий момент есть нужда в капсюле-детонаторе с электронным замедлением и неэлектрической системой инициирования.

Известно детонирующее устройство, содержащее корпус и размещенные в нем последовательно заряд прессованного бризантного вещества, заряд бризантного вещества насыпной плотности, заряд инициирующего вещества и воспламенитель, который выполнен в виде металлической спирали, соединенной с электронным модулем, состоящим из блока детектирования, присоединенного к двухпроводной линии, зашунтированной первым и вторым диодами от центрального устройства, к первому выходу блока детектирования присоединена первая накопительная емкость, которая присоединена к первому входу микропроцессора с кварцевым генератором, подключенного также вторым входом из соединения первого и второго диодов к двухпроводной линии, ко второму выходу блока детектирования подключена вторая накопительная емкость, соединенная с последовательно включенными узлом воспламенения и первым ключом, точка соединения которых через делитель подключена к третьему входу микропроцессора, ко второй емкости подключен дополнительно второй ключ и управляющие входы обоих ключей соединены с первым и вторым выходами микропроцессора, причем микропроцессор имеет индивидуальный идентификационный номер, запрограммированный при изготовлении [Патент России Ν°2147365 МПК F42B3/18]. Требуемое время замедления программируется непосредственно перед взрывом, а точность задания временных интервалов ^"1 мс, в диапазоне от 0 до 20 с. Это устройство требует высокой квалификации взрывперсонала, так как предусматривают управление устройствами цифрового программирования и подрыва.

Известен капсюль-детонатор с электронной задержкой, содержащий корпус, в котором размещены воспламенитель, электронный узел задержки взрывания, первичное и вторичное взрывчатые вещества, узел инициирования и сенсор, размещенные перед электронным узлом задержки, причем сенсор выполнен с возможностью преобразования импульса от источника инициирования и передачи его электронному узлу задержки, который запрограммирован на определенное время задержки, к которого сенсор выполнен с возможностью включения электронного узла задержки в виде фотодатчика или термодатчика [Патент РФ Ν°2349867 МПК F42B3/10]. Время задержки у этого капсюля устанавливается при его изготовлении, что является его несомненным достоинством.

Основным недостатком этого капсюля - детонатора является то, что он работоспособен только при использовании гальванических источников питания. Названные гальванические источники питания имеют ограниченный температурный диапазон работы и короткий срок хранения, а капсюль - детонатор с постоянно активным источником питания опасен при транспортировке и ведении подготовительных работ.

Раскрытие изобретения

Изобретение решает задачу создания такого капсюля - детонатора, который, имеет высокую точность срабатывания, не активен до приведения его в рабочее состояние с помощью подачи на него инициирующего импульса, а потому не опасен при его хранении и транспортировке и имеет большой, практически ничем не ограниченный срок хранения.

Предлагаемый капсюль-детонатор включает корпус, в котором размещены воспламенитель, первичное взрывчатое вещество и вторичное взрывчатое вещество, расположенные таким образом, что воспламенитель воспламеняет первичное взрывчатое вещество, от которого детонирует вторичное взрывчатое вещество, электронный таймер задержки первичного взрывчатого вещества и средство инициации взрыва, связанное с названным средством задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества, при этом средство инициации взрыва содержит ударно-волновую трубку, один конец которой зафиксирован на входе в названный корпус, цилиндрический стакан, установленный соосно с ударно-волновой трубкой, и направленный в ее сторону входом в его полость, а в полости названного цилиндрического стакана установлен магнитный якорь с возможностью его перемещения вдоль оси названного цилиндрического стакана, причем с внешней стороны названный цилиндрический стакан охватывает катушка индуктивности.

Полость цилиндрического стакана может быть закрыта мембраной, к которой прикреплен магнитный якорь, например, приклеен, в целях предохранения от перемещения якоря при транспортировке, вибрационных воздействиях, ударах.

Полость цилиндрического стакана может быть закрыта фиксирующей шайбой из магнитомягкого материала, которая также предохраняет от перемещения якоря при транспортировке, вибрационных воздействиях, ударах.

В полости цилиндрического стакана может быть установлен вспомогательный магнит либо возвратная пружина.

Дно цилиндрического стакана может выполняться глухим либо иметь дренажные каналы.

Т

Сопротивление катушки индуктивности равно: R «— , где: Т - время яС

прохождения магнитным якорем внутренней полости стакана, охваченного с наружной стороны катушкой индуктивности, а С - ёмкость накопительных конденсаторов.

TR

Индуктивность катушки индуктивности: L »— , где: Г- время прохождения π

магнитным якорем внутренней полости стакана, охваченного с наружной стороны катушкой индуктивности, a R - сопротивление катушки индуктивности.

Средством задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества является электронный таймер задержки.

Электронный таймер задержки содержит накопительные конденсаторы, по меньшей мере, один из которых обеспечивает питанием его элементы, а, по меньшей мере, второй = обеспечивает питанием воспламенитель.

Накопительные конденсаторы заряжаются напряжением одного либо разных знаков, в зависимости от используемой схемы выпрямителя.

Предлагаемый капсюль-детонатор изображен на Рис1 и Рис2. На Рис. 1 изображен капсюль-детонатор с фиксацией магнитного якоря на фиксирующей мембране, а на Рис. 2 изображен капсюль-детонатор с фиксацией магнитного якоря на фиксирующей шайбе из магнитомягкого материала, где: 1 - корпус капсюля, 2 - ударно-волновая трубка, 3 - цилиндрический стакан, 4 - магнитный якорь, 5 - катушка индуктивности, 6 - средство задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества, 7 - воспламенитель, 8 - первичное взрывчатое вещество, 9 - вторичное взрывчатое вещество, 10 - фиксирующая мембрана, 11 - фиксирующая шайба.

Капсюль - детонатор работает следующим образом. Входным элементом капсюля - детонатора является ударно-волновая трубка 2. Она может представлять собой, например, пластиковую трубку с внешним диаметром приблизительно 3,5мм и внутренним диаметром приблизительно 1мм. На внутреннюю поверхность трубки нанесено путем напыления мелкодисперсное взрывчатое веществ, например, в количестве 10-20 миллиграмм на метр длины трубки. Когда трубку возбуждают с одного конца, вдоль ее оси начинает распространяться ударная волна со скоростью приблизительно 2000 м/сек. Возбуждать трубку можно посредством капсюля- детонатора, детонирующего шнура, либо специального пускового устройства. Когда ударная волна доходит до конца трубки, из нее выбрасывается струя раскаленных газов. Суммарная (тепловая плюс кинетическая) энергия такой струи приблизительно 1 - 2 Джоуля. Когда струя раскаленных газов из ударно-волновой трубки 2 врывается в корпус 1, она отрывает магнитный якорь 4 от фиксирующего элемента (мембраны 10, либо фиксирующей шайбы 11) и приводит его в движение. Исходно магнитный якорь закрепляется так, чтобы обеспечивалась его неподвижность. Например, он может быть закреплен на фиксирующей мембране с помощью клея, при этом сама фиксирующая мембрана также приклеена к кромке стакана. Также магнитный якорь может быть примагничен к фиксирующей шайбе, чтобы удерживаться в исходном состоянии.

Магнитный якорь, пролетая вдоль оси в полости цилиндрического стакана 4, наводит ЭДС в катушке индуктивности 5, охватывающей названный цилиндрический стакан 3 с внешней стороны.

Возникшее напряжение снимается с выводов катушки индуктивности и подается на средство задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества 6. Примерная осциллограмма напряжения на выводах катушки индуктивности приведена на Рис. 7. На Рис. 3 изображен капсюль-детонатор с фиксацией магнитного якоря на фиксирующей шайбе из магнитомягкого материала и содержащий дополнительный магнит 12 полости цилиндрического стакана 3. Магнитный якорь и вспомогательный магнит ориентированы одноименными полюсами друг к другу. В случае отрыва магнитного якоря при транспортной тряске от фиксирующей шайбы вспомогательный магнит возвращает якорь в исходное положение.

На Рис. 4 изображен капсюль- детонатор с дренажным каналом 13, который препятствует сжиманию воздуха перед якорем, что увеличивает скорость якоря а, в итоге, - ЭДС катушки индуктивности.

На Рис. 5 изображен капсюль-детонатор с фиксацией магнитного якоря на фиксирующей шайбе из магнитомягкого материала и содержащий возвратную пружину 14 в полости стакана 3. Возвратная пружина играет ту же роль, что и вспомогательный магнит - возвращает магнитный якорь в исходное положение в случае его отрыва от фиксирующей шайбы в результате встрясок при транспортировании капсюля.

В ряде случаев целесообразно разделить корпус детонатора на две части. В одной из частей размещается стакан с катушкой и магнитным якорем, в другой размещается электронный таймер с воспламенителем. Между собой части связаны гибким электрическим кабелем 15, как изображено на Рис.6.

На Рис. 8 приведена схема электронного таймера задержки, который может использоваться в предлагаемом детонаторе в качестве средства задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества, где: 7 - воспламенитель, 16 - выводы, идущие к катушке индуктивности, 17 - электронный ключ, 18 - микропроцессор, С1 - первый накопительный конденсатор, С2 - второй накопительный конденсатор, D1 - первый выпрямительный диод, D2 - второй выпрямительный диод. При такой схеме выпрямления конденсатор С1 заряжается положительным напряжением, а конденсатор С2 отрицательным.

На Рис. 9 приведена схема электронного таймера задержки, который может использоваться в предлагаемом детонаторе в качестве средства задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества, где: 7 - воспламенитель, 16 - выводы, идущие к катушке индуктивности, 17 - электронный ключ, 18 - микропроцессор, С1 - первый накопительный конденсатор, С2 - второй накопительный конденсатор, Dl, D2, D3, D4 -выпрямительные диоды. Пары диодов Dl, D2 и D3, D4 образуют два выпрямительных полумоста. При такой схеме выпрямления конденсаторы С1 и С2 заряжаются положительным напряжением.

На Рис. 10 приведена схема электронного таймера задержки, который также может использоваться в предлагаемом детонаторе в качестве средства задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества, где: 7 - воспламенитель, 16 - выводы, идущие к катушке индуктивности, 17 - электронный ключ, 18 - микропроцессор, С1 - первый накопительный конденсатор, С2 - второй накопительный конденсатор, Dl, D2, D3, D4 -выпрямительные диоды. При такой схеме выпрямления конденсаторы С1 и С2 заряжаются положительным напряжением. Эта схема дополнена бустерным диодом D5. Использование бустерного диода увеличивает энергетику воспламенителя.

При выполнении средства задержки воспламенения в виде электронного таймера задержки, приведенного на Рис. 8, напряжение с выводов катушки индуктивности 16 подается через выпрямительные диоды D1 и D2 на накопительные конденсаторы С1 и С2. Конденсатор С1 через диод D1 заряжается положительной полуволной напряжения с выводов катушки индуктивности. Конденсатор С2 через диод D2 заряжается отрицательной полуволной напряжения с выводов катушки индуктивности. Индуктивность катушки и её сопротивление выбраны такими, чтобы

L Т

выполнялось соотношение: — « RC «— , где L - индуктивность катушки; R -

R π

сопротивление катушки; С - ёмкость накопительных конденсаторов; Т - время пролёта катушки индуктивности магнитным якорем. Индуктивность задаётся числом витков катушки, сопротивление задается выбором диаметра провода, а ёмкость накопительных конденсаторов - энергетическими требованиями воспламенителя.

Как только появляется напряжение на конденсаторе С1, включается микропроцессор 18 и начинает отсчет заранее заданного при изготовлении устройства времени задержки, по истечении которого микропроцессор открывает электронный ключ 17, воспламеняя при этом воспламенитель 7. Электрическая энергия конденсаторов расходуется на работу таймера при отсчете им задержки, а также для воспламенения воспламенителя. Время задержки может составлять от 10 до 10000 мс. Воспламенитель 7 поджигает первичное взрывчатое вещество 8, горение которого менее чем за 50мкс переходит в детонацию. Детонационная волна первичного взрывчатого вещества возбуждает вторичное взрывчатое вещество 9. Происходит его взрыв и процесс заканчивается.

При выполнении средства задержки воспламенения в виде электронного таймера задержки, приведенного на Рис. 9, работа капсюля-детонатора происходит аналогичным образом. Отличие заключается в том, что благодаря использованию выпрямительных полумостов Dl, D2 и D3, D4 накопительные конденсаторы заряжаются одним знаком - положительным. Это упрощает схему электронного ключа.

На Рис. 10 приведен еще один вариант средства задержки воспламенения, отличающейся от предыдущего наличием дополнительного бустерного диода D5. Этот диод при срабатывании электронного ключа перепускает оставшийся заряд конденсатора С1 в цепь воспламенителя, увеличивая его энергетику и, тем самым - надежность срабатывания.

Описанная конструкция капсюля-детонатора позволяет получать высокую точность при его срабатывании, причем это касается как взрывании с коротким интервалом замедления, так и взрывания с большим интервалом замедления. Его погрешность времени замедления не превышает 10 мс и он полностью готов к эксплуатации после изготовления. Кроме того, в покое - при хранении, транспортировке и выполнении подготовительных работ перед осуществлением взрыва, капсюль детонатор не активен. В рабочее состояние он приходит только при подаче на него инициирующего импульса, потому он не опасен при его хранении и транспортировке и имеет практически неограниченный срок хранения.

Краткое описание фигур чертежей

На Рис. 1 изображен капсюль-детонатор с фиксацией магнитного якоря на фиксирующей мембране.

На Рис. 2 изображен капсюль-детонатор с фиксацией магнитного якоря на фиксирующей шайбе из магнитомягкого материала.

На Рис. 3 изображен капсюль-детонатор с фиксацией магнитного якоря на фиксирующей шайбе из магнитомягкого материала и содержащий дополнительный магнит в полости стакана.

На Рис. 4 изображен капсюль- детонатор с фиксацией магнитного якоря на фиксирующей шайбе из магнитомягкого материала и содержащий дренажные каналы. На Рис. 5 изображен капсюль-детонатор с фиксацией магнитного якоря на фиксирующей шайбе из магнитомягкого материала и содержащий возвратную пружину в полости стакана.

На Рис.6 изображен вариант капсюля- детонатора с разделенным корпусом детонатора на две части.

На Рис. 7 изображена примерная осциллограмма напряжения на выводах катушки индуктивности приведена.

На Рис. 8 приведена схема электронного таймера задержки.

На Рис. 9 приведена схема электронного таймера задержки.

На Рис. 10 приведена схема электронного таймера задержки.

Позиции на рисунках обозначают следующие детали:

1 - корпус капсюля,

2 - ударно-волновая трубка,

3 - цилиндрический стакан,

4 - магнитный якорь,

5 - катушка индуктивности,

6 - средство задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества,

7 - воспламенитель,

8 - первичное взрывчатое вещество,

9 - вторичное взрывчатое вещество,

10 - фиксирующая мембрана,

11 - фиксирующая шайба.

12 - дополнительный магнит,

13 - дренажный канал,

14 - возвратная пружина,

15 - гибкий электрический кабель,

16 - выводы, идущие к катушке индуктивности,

17 - электронный ключ,

18 - микропроцессор,

С1 - первый накопительный конденсатор,

С2 - второй накопительный конденсатор,

D1 - первый выпрямительный диод,

D2 - второй выпрямительный диод, D3 - третий выпрямительный диод,

D4 - четвертый выпрямительный диод,

D5 - бустерный диод.

Промышленная применимость

Предлагаемый капсюль - детонатор может использоваться в горнорудной, строительной промышленности, военном деле и других отраслях человеческой деятельности, где необходимо проведение взрывных работ.

Claims

Формула изобретения

1. Капсюль- детонатор, включающий корпус, в котором размещены воспламенитель, первичное взрывчатое вещество и вторичное взрывчатое вещество, расположенные таким образом, что воспламенитель воспламеняет первичное взрывчатое вещество, от которого в свою очередь детонирует вторичное взрывчатое вещество, электронный таймер задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества и средство инициации взрыва, связанное с названным средством задержки воспламенения первичного взрывчатого вещества, характеризующийся тем, что средство инициации взрыва содержит ударно-волновую трубку, один конец которой зафиксирован во входной части названного корпуса, цилиндрический стакан, установленный соосно с ударно-волновой трубкой, и направленный в ее сторону входом в его полость, при этом в полости названного цилиндрического стакана установлен магнитный якорь с возможностью его перемещения вдоль оси названного цилиндрического стакана, а с внешней стороны названный цилиндрический стакан охватывает катушка индуктивности.

2. Капсюль- детонатор по п.1, характеризующийся тем, что полость цилиндрического стакана закрыта мембраной, к которой прикреплен магнитный якорь.

3. Капсюль- детонатор по п.1, характеризующийся тем, что полость цилиндрического стакана закрыта фиксирующей шайбой из магнитомягкого материала.

4. Капсюль-детонатор по п.З, характеризующийся тем, что в полости цилиндрического стакана установлен вспомогательный магнит.

5. Капсюль-детонатор по п.1, характеризующийся тем, что в днище цилиндрического стакана выполнены дренажные отверстия.

6. Капсюль- детонатор по п.1, характеризующийся тем, что в корпусе цилиндрического стакана размещена возвратная пружина.

7. Капсюль-детонатор по п.1, характеризующийся тем, что в корпус капсюля разделен на две части, связанные гибким электрическим кабелем, в одной из частей располагается цилиндрический стакан с магнитным якорем и катушкой индуктивности, а в другой размещен электронный таймер с воспламенителем.

8. Капсюль- детонатор по п.1, характеризующийся тем, что

Т

сопротивление катушки индуктивности равно: R «— , где: Т - время прохождения яС

магнитным якорем внутренней полости стакана, охваченного с наружной стороны катушкой индуктивности, а С - емкость накопительных конденсаторов.

9. Капсюль-детонатор по п.1, характеризующийся тем, что индуктивность катушки индуктивности равна: L «— , где: / - время прохождения π

10. Капсюль-детонатор по п.1, характеризующийся тем, что средством задержки воспламенения первичного взрьшчатого вещества является электронный таймер задержки.

11. Капсюль-детонатор по п.10, характеризующийся тем, что электронный таймер задержки содержит накопительные конденсаторы, по меньшей мере, один из которых обеспечивает питанием его элементы, а, по меньшей мере, второй обеспечивает питанием воспламенитель.

12. Капсюль- детонатор по п.11, характеризующийся тем, что накопительные конденсаторы заряжаются напряжением разного знака: один положительным, другой отрицательным.

13. Капсюль-детонатор по п.12, характеризующийся тем, что для зарядки накопительных конденсаторов используются два выпрямительных диодных полумоста.

14. Капсюль- детонатор по п.11, характеризующийся тем, что электронный таймер задержки содержит бустерный диод, соединяющий накопительные конденсаторы.