СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАРЯДА ВВ
EXPLOSIVE CHARGE FORMATION METHOD

Изобретение относится к горной промышленности, строительству и к другим отраслям промышленности, а также к военному делу, где возможно использование оболочек для формирования зарядов взрывчатых веществ.
Одной из наиболее опасных операций при выполнении взрывных работ является операция размещения ВВ в зарядной выработке, в которой уже находятся средства его взрывания (инициирования), чувствительность которых к механическим, химическим, электрическим и прочим воздействиям обычно гораздо выше, чем у ВВ основного заряда. Поэтому было бы логично размещать в заряде средства взрывания в самый последний момент или приводить их в боевое состояние непосредственно перед взрывом, например за несколько минут. Это можно было бы сделать, располагая боевики в зарядной выработке сверху ВВ основного заряда, однако такое возможно только при отсутствии материала забойки, которая значительно - до 30% (в зависимости от назначения взрыва и используемых ВВ) - может повышать эффект взрыва. На забойку большого количества скважин, например на блоке, требуется достаточно много времени, при этом сбрасывать материал забойки на боевик, расположенный сверху ВВ основного заряда, весьма опасно. К тому же из практики известно, что расположение боевика в верхней части скважины неэффективно, т.к. это, как и отсутствие забойки в конструкции заряда, значительно снижает эффективность взрыва.
На взгляд авторов, обеспечить формирование боевика в заряде в самый последний момент, т.е. непосредственно перед взрывом, можно, применив жидкие ВВ (ЖВВ).
К настоящему времени наиболее широкое применение в отечественной промышленности нашло ЖВВ на основе диазота тетраоксида (амила) с жидким нефтепродуктом, известное из истории как панкластит Тюрпена [1].
Анализ содержания российских патентов показал, что имеется довольно большое количество технических предложений по формированию зарядов ЖВВ непосредственно на местах производства взрывных работ. Такой способ формирования зарядов несомненно имеет большие преимущества по сравнению с применением штатных ВВ заводского изготовления, т.к. позволяет избежать затрат на транспортировку опасных грузов и содержание складов взрывчатых материалов, а также снизить степень аварийных рисков, связанных с этим.
Технические решения, представленные в патентах, можно систематизировать, в основном, по следующим основным направлениям:
- формирование зарядов путем заливки жидких ВВ в оболочку с размещением в ней до или после заливки ЖВВ средств взрывания (патенты RU 2066837, RU 2149861) или путем раздельной подачи взрывобезопасных компонентов в оболочку с дальнейшим их смешением в ней, т.е. непосредственно в местах взрывания (патенты RU 2086906, RU 2138469);
- компоненты ЖВВ размещаются внутри одной оболочки (емкости, объеме, капсуле и т.п.), но раздельно (бинарные заряды), а их соединение (смешение) происходит непосредственно на месте путем удаления разными способами перегородок или других преград (мембран и пр.), препятствующих их преждевременному смешению (патенты RU 2135439, RU 2148572, RU 2174110);
- горючий компонент представлен в твердом агрегатном состоянии, а окислитель, например диазота тетраоксид, заливается и заполняет свободное пространство внутри (между частицами) горючего компонента при стехиометрическом соотношении используемых компонентов (патент RU 2144911).
Приведенные в указанных патентах варианты технических решений имеют много положительных сторон, однако обладают и рядом недостатков, связанных с безопасностью производства работ, недостаточной надежностью, а также сложностью их исполнения, и, возможно, поэтому на сегодняшний день на взрывных работах они практически не применяются. Более детально отмеченные недостатки указанных способов представлены ниже.
Наиболее близким к предлагаемому способу из аналогов является способ, описанный в патенте RU 2149861 (прототип) - «Заряд ВВ, содержащий основной заряд ВВ и средства его взрывания, включающие промежуточный детонатор (ПД) и средство инициирования (СИ), отличающийся тем, что ВВ ПД необходимой массы образовано из двух или нескольких жидких, порознь невзрывоопасных компонентов, смешиваемых в заданном соотношении в корпусе ПД непосредственно на месте его подрыва, а в качестве СИ ВВ ПД используют погружаемые в жидкое ВВ ПД инициаторы детонации, содержащие в своем корпусе ВВ или чувствительные составы, например ЭД, КД, ДШ, либо взрывобезопасные СИ, например Квазар-СВ».
Однако данный способ, как и способы, описанные в патентах, упомянутых выше, также не лишен недостатков, к которым в первую очередь относятся следующие:
- операция погружения средств инициирования в ЖВВ является опасной для персонала, т.к. при ее выполнении из ВВ на основе диазота тетраоксида активно выделяются токсичные оксиды азота, особенно при положительных температурах окружающей среды, когда выделение оксидов азота может происходить весьма интенсивно (фонтанировать), в связи с чем приходится работать в противогазе и других средствах индивидуальной защиты;
- средства инициирования вынуждены находиться долгое время (в горном производстве при подготовке массовых взрывов до нескольких недель) в ЖВВ, содержащем примеси азотистой и азотной кислот, т.е. является химически агрессивной средой, в которой, как показала практика, происходят разрушения практически всех известных, применяемых сегодня с ЖВB средств инициирования, в результате чего при производстве взрывных работ возникают отказы;
- операции по заряжанию скважины, в т.ч. ее забойка, выполняются при размещенном в заряде боевике, что также представляет серьезную опасность, например, из-за падения в скважину кусков породы и нанесения удара по коммуникациям взрывной сети (повреждение или инициирование взрывной сети, например, в случае использования ДШ).
Предлагаемое техническое решение позволяет избежать указанных недостатков и направлено на повышение безопасности выполнения технологических операций при производстве взрывных работ, связанных с обращением с токсичными ЖВВ и компонентами, из которых они формируются.
1. Технический результат достигается тем, что в заряде ВВ, содержащем основной заряд ВВ и средства его взрывания, включающие промежуточный детонатор (ПД), ВВ которого образовано из двух или нескольких жидких, порознь невзрывоопасных компонентов, смешиваемых в корпусе ПД непосредственно на месте его подрыва, и средство инициирования (СИ), погружаемое в жидкое ВВ ПД, в качестве которого используют инициаторы детонации, взрывобезопасные или содержащие ВВ, в качестве корпуса ПД используют оболочку с выходящими из нее трубами, которые проходят сквозь забойку и выходят из устья зарядной выработки, при этом горючее заливают в корпус ПД в момент размещения в зарядной выработке основного ВВ и забойки, а окислитель и инициатор вводят в корпус ПД через трубу непосредственно перед взрывом.
Вывод труб на поверхность разрушаемого объекта предоставляет возможность безопасно располагать и дублировать линии СИ, причем по параллельным каналам, а также легко и оперативно заменять СИ в случае их отказа.
Наличие второй трубы позволяет избежать воздушных пробок при заливке окислителя, его проливов и утечек, что часто имеет место при заливке окислителя или ЖВВ через одну трубу или одно отверстие в оболочке, т.е. наличие второй трубы, через которую выходят избыточный воздух и токсичные газы, позволяет значительно ускорить процесс заряжания взрывных скважин, шпуров и др. и обезопасить труд взрывников. Кроме того, в этом случае можно плотно соединять (скручивать между собой) сливной шланг (трубу) от емкости с окислителем с трубой заряжаемой оболочки. Вторую трубу можно использовать (рекомендуется) для отвода токсичных газов на нейтрализацию, надев на нее шланг, ведущий к соответствующему оборудованию.
Заливка окислителя в ПД в последний момент перед взрывом создает условия, при которых заряжаемый блок в течение всего времени заряжания находится в значительно более безопасном состоянии по сравнению с состоянием блока, при котором в каждой скважине находится боевик. При этом время на заливку окислителя составляет незначительную часть от общего времени подготовки блока. Так, например, если взять взрывной блок, в котором 500 скважин по 500 кг ВВ в каждой и общий объем ВВ составляет 250 т, то на зарядку такого блока в зависимости от средств механизации и трудовых ресурсов предприятия обычно требуется до 2-3-х недель. При массе ПД, равной 1 кг и 2 кг на одну скважину (ПД продублированы), общая масса окислителя на весь блок составит не более 1 т. Такое количество можно разместить в ПД непосредственно в день взрыва в течение 2-3 часов, не более, т.е. достаточно оперативно привести блок в боевое состояние.
Принципиальная схема конструкции заряда до момента заливки окислителя и размещения в оболочке ПД средств инициирования представлена на фиг.1, где: 1 - скважина (шпур), 2 - ВВ основного заряда, 3 - оболочка ПД с трубами, 4 - жидкий нефтепродукт, 5 - забойка, 6 - верхняя поверхность взрываемого блока или разрушаемого объекта.
В качестве средств инициирования могут быть использованы как штатные, допущенные Ростехнадзором, ЭД КДДШ или неэлектрические системы инициирования, так и безопасные средства взрывания, в которых не содержатся взрывчатые, пиротехнические или легковоспламеняющиеся вещества, т.е. аналогичные тем, которые упоминаются в патентах 2065559 RU (взрывобезопасное средство взрывания на основе взрывающегося проволочного мостика), 2066837 RU и 2174110 RU (взрывающаяся проволочка), 2093784 RU (с помощью полупроводящего разряда, возбуждаемого вдоль границы раздела жидкого ВВ и поверхности резистивного элемента) [2].
2. В принципе, оболочка с трубами может использоваться для основного заряда ВВ. Так, например, при заряжании взрывных скважин можно использовать оболочки цилиндрической формы, диаметр которых, как показал опыт исследователей России и США [3], должен составлять не более 75% от диаметра заряжаемой скважины.
Для того чтобы материал забойки не просыпался между стенками оболочки и зарядной выработки, в качестве первого слоя забойки (примерно 5-15% от общей длины забойки) следует применять кусковой материал (щебень, гравий, галька) с длиной ребра не менее 1/3 от величины, составляющей разницу между диаметром зарядной выработки и внешним диаметром оболочки заряда. Сбрасывание кускового материала забойки на оболочку опасений вызывать не может, т.к. забойка делается до заливки окислителя в оболочку и размещения в ней средств инициирования.
Принципиальная схема конструкции полностью снаряженного скважинного (шпурового) заряда представлена на фиг.2, где: 1 - скважина (шпур), 6 - верхняя поверхность взрываемого блока или разрушаемого объекта, 7 - оболочка заряда с трубами, 8 - ЖВВ, 9 - средства инициирования, 10 - забойка из кускового материала, 11 - мелкозернистая забойка.
В случае формирования ЖВВ, обладающего высокой чувствительностью, предлагается конструкция оболочки заряда, которая позволяет избежать прямых ударов окислителя, падающего с большой высоты на формируемое в оболочке ЖВВ. Предлагаемая конструкция оболочки заряда включает внутренние наклонные плоскости (скаты), которые могут располагаться внутри оболочки под углом от 25 до 65 градусов от вертикали. Назначение скатов состоит в том, чтобы исключить прямое падение окислителя на поверхность формируемого ЖВВ (удар), а также погасить скорость течения окислителя за счет изменения направления его течения при перекатывании с одного ската на другой. Скаты изготавливаются из того же материала, что и оболочка (пластик). Принципиальная схема конструкции оболочки со скатами представлена на фиг.3, где: 7 - оболочка заряда с трубами, 8 - ЖВВ (в процессе формирования), 12 - скаты, 13 - направление движения окислителя, указано стрелкой, 14 - труба, по которой подается окислитель, 15 - труба, через которую отводятся токсичные газы.
3. Возможно использование оболочки с трубами и для ЖВВ ПД и для ВВ основного заряда. В этом случае оболочка для ПД размещается внутри оболочки для основного заряда, при этом трубы оболочки ПД проходят внутри трубы или труб оболочки для основного заряда ВВ. Принципиальная схема данной конструкции заряда представлена на фиг.4, где: 1 - скважина (шпур), 2 - ВВ основного заряда, 3 - оболочка ПД с трубами, 6 - верхняя поверхность взрываемого блока или разрушаемого объекта, 7 - оболочка заряда с трубами (для ВВ основного заряда), 8 - ЖВВ, 9 - средство инициирования, 10 - забойка из кускового материала, 11 - мелкозернистая забойка.
Технических сложностей в изготовлении данной конструкции в условиях современного производства нет, хотя на первый взгляд она может показаться громоздкой.
Положительным моментом данной конструкции является то, что внутри оболочки основного заряда может располагаться горючее как жидкого, так и твердого агрегатного состояния. Примеры двухкомпонентных смесей со стехиометрическим соотношением твердого горючего и жидкого окислителя (диазота тетраоксид) представлены в патенте RU 2144911. Этот список несложно дополнить, воспользовавшись формулой расчета кислородного баланса [4], однако при выборе компонентов необходимо учитывать их химическую совместимость.
4. Вывод труб оболочки ПД или основного заряда из устья скважины предоставляет возможность исключить из технологии операцию по погружению средств инициирования непосредственно в ЖВВ. Данная операция может выполняться только с применением средств индивидуальной защиты, в т.ч. поэтому на производстве ее относят к числу особо опасных.
После заполнения жидким ВВ труб до верху, закрытия их пробкой или перегибания и завязывания и т.п. средства взрывания (инициирования) можно расположить снаружи труб, на поверхности разрушаемого блока (объекта). В этом случае заряды инициируются только при помощи поверхностной взрывной сети, в т.ч. с возможностью использовать различные приемы взрывания, например замедление между отдельными скважинными зарядами или рядами скважин. Вторые трубы оболочек рекомендуется использовать для контроля полноты заполнения оболочек (сообщающиеся сосуды), для чего трубы рекомендуется изготавливать из прозрачных или полупрозрачных материалов. Такой контроль удобен при использовании оболочек сложной формы, когда трудно заранее точно определить (рассчитать) необходимое количество ЖВВ. Кроме того, возможно размещение средств инициирования на обеих трубах одной оболочки, что повышает надежность инициирования зарядов за счет дублирования. В качестве средств инициирования могут быть использованы любые средства инициирования, которые должны обеспечить надежную передачу детонации жидкому ВВ через стенку трубы. На взгляд авторов, в этом случае наиболее удобным СИ является ДШ, который удобно наматывать вокруг трубы, а необходимое количество его витков легко определить опытным путем непосредственно на месте, т.к. их число может зависеть от многих факторов, в т.ч.: тип, марка и качество ЖВВ, толщина и характеристики материала оболочки (трубы), марка, качество и величина навески ДШ и пр.
Принципиальная схема данной конструкции заряда представлена на фиг.5, где: 1 - скважина (шпур), 3 - оболочка ПД с трубами, 5 - забойка, 6 - верхняя поверхность взрываемого блока или разрушаемого объекта, 8 - ЖВВ, 16 - пробка, 17 - ДШ (вариант), 18 - шашка-детонатор с ЭД (вариант).
5. Для повышения качества дробления или выброса горных пород, грунтов и пр., т.е. для повышения эффективности взрывных работ, можно использовать забойку повышенной прочности, для формирования которой специально использовать материалы, прочность которых со временем увеличивается, а взрыв производится тогда, когда забойка достигнет заданной, расчетной прочности. В качестве забойки могут использоваться различные связующие материалы, такие как цемент и смеси на его основе, различные смолы, а также быстросхватывающиеся материалы, которые увеличивают время сопротивления (вылета) забойки, что значительно повышает поршневое действие взрыва.
6. При производстве взрывных работ в зимнее время, а также в зонах вечной мерзлоты прочность забойки может быть увеличена за счет ее естественного промерзания.
Расположение коммуникаций взрывной сети в трубах, расположенных внутри забойки, препятствует их повреждению при длительном хранении, в течение которого могут возникать напряжения и происходить подвижки отдельных слоев забойки вследствие процессов ее промерзания. В практике известны случаи разрыва коммуникаций взрывной сети, например линий ДШ, при промерзании, обледенении скважин.
При работе по любому из предложенных вариантов должны соблюдаться меры промышленной и экологической безопасности. Для этого на вторую, контрольную, трубу следует надевать шланг, через который отводить оксиды азота и другие токсичные газы для нейтрализации в специальное оборудование или для прогона через щелочные (содовые) растворы или воздушные фильтры и пр. Приемы нейтрализации токсичных газов хорошо известны в химическом производстве, поэтому на данном вопросе не останавливаемся.
7. В военном деле оболочки с трубами могут использоваться для создания фугасов, управляемых или неуправляемых наземных и морских мин, которые в виде минных полей можно, например, располагать вдоль государственной границы или, в случае военных действий, во втором, третьем и/или последующих эшелонах обороны, а также в акваториях. Для этого оболочки следует заблаговременно расположить (разместить в грунте или в водоеме) в нужных местах, замаскировать, оснастить средствами осколочного, кумулятивного или другого поражения и залить в них горючее. Подготовленные оболочки в случае реальной угрозы нападения (наступления) войск вероятного противника могут быть легко и оперативно приведены в боевое положение (фугасы, мины), для чего через трубу следует залить окислитель и ввести средство инициирования (в случае подготовки управляемого фугаса или минного поля). В случае использования оболочки под неуправляемые мины после заливки окислителя на трубы надеваются взрыватели нажимного, натяжного или другого действия, которые после срабатывания должны обеспечить надежное инициирование ЖВВ, расположенное в оболочке. Для повышения надежности срабатывания мины взрыватели устанавливаются на каждой (в каждой) трубе.
В качестве инициатора в составе мины, снаряженной ЖВВ, сформированным в результате смешения жидкого нефтепродукта с диазота тетраоксидом, может быть использован эвтектический сплав К и Na. Данный сплав в нормальных температурных условиях находится в жидком состоянии. При его попадании в ЖВВ (смесь жидкого нефтепродукта с диазота тетраоксидом) происходит взрыв.
Принципиальная схема конструкции предлагаемой наземной мины представлена на фиг.6, где: 8 - ЖВВ, 19 - корпус мины (оболочка с трубами); 20 - накольное устройство, 21 - пружины или т.п., 22 - емкость с инициатором (эвтектический сплав К и Na), 23 - нажимная платформа треугольной формы.
Принцип срабатывания мины состоит в следующем: нажим (наезд) на нажимную платформу вызывает давление на емкость с инициатором, которая, опускаясь вниз, сжимает пружины и разрушается накольным устройством, которое должно быть жестко закреплено в трубе (или на трубе), вследствие чего эвтектический сплав К и Na стекает по трубе (падает) вниз, и попадая в ЖВВ, вызывает взрыв последнего.
Мощность такой мины может превосходить мину, начиненную тротилом, в 1,3-1,45 раза при равных массах ВВ.
Предлагаемые для снаряжения мин и фугасов компоненты: керосин и диазота тетраоксид в нормальных условиях могут храниться до 10 лет и более. Эвтектический сплав К и Na при длительном хранении должен находиться под слоем инертного вещества (газа). Срок его хранения определяется конкретными условиями хранения, так, например, под слоем обезвоженного керосина он может храниться до 4 лет.
Литература
1. Паскаль П. Взрывчатые вещества, пороха, боевые газы. - Л.: ГОСХИМТЕХИЗДАТ, Ленинградское отд. 1932.
2. Карабанов Ю.Ф., Ващенко В.И., Мушников В.А. Безопасный способ электрического инициирования зарядов жидких взрывчатых веществ. Безопасность труда в промышленности, 1996, №12, с.47-49.
3. Добрынин И.А. Массивный промежуточный детонатор - необходимая «вторая ступень» в системе инициирования скважинных зарядов ПВВ с низкой ударно-волновой чувствительностью. Сб. трудов VII международной научно-технической конференции «Комплексная утилизация обычных видов боеприпасов», М.: Изд. дом «Оружие и технологии», 2007, с.258-262.
4. Горная энциклопедия в пяти томах, том 3, М.: Советская энциклопедия, 1987, с.24.