УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ДЕТОНАЦИИ ЗАРЯДА ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к измерительной технике определения скорости детонации взрывчатых веществ и может быть использована при взрывных работах в производственных условиях и в научно-исследовательских целях.
Скорость детонации - одна из основных характеристик заряда взрывчатого вещества. Знание ее численного значения позволит управлять энергией взрыва при взрываний горных пород в различных горногеологических условиях и обеспечить качественное дробление взрываемых пород.
В настоящее время разработаны устройства для оценки скорости детонации, основанные на использовании различного типа хронографов, осциллографов и фоторегистров, служащих для измерения коротких промежутков времени.
Регистрация скоростей детонации фоторегистрами (оптическими приборами) основана на развертке световых явлений, возникающих при их распространении. Если процессы не сопровождаютсяс собственным свечением, то фоторегистр фиксирует изменения светового потока от некоторого постороннего источника света, вызванного исследуемым процессом (1, 2).
Известно устройство для определения скорости детонации взрывчатого вещества, основанного на электромагнитном эффекте - регистрации электромагнитных волн, излучаемых при распространении детонационной волны по заряду взрывчатого вещества (3). Испытуемый заряд размещается внутри полого цилиндра с одним открытым концом и инициируется с помощью детонатора. При распространении детонационной волны по заряду взрывчатого вещества вдоль продольной оси цилиндра излучение электромагнитных волн улавливается при помощи двух щелей, прорезанных в стенке цилиндра на фиксированном расстоянии друг от друга по ходу распространения детонационной волны и обработанных диэлектриком. Сигналы, наводимые на стенках щелей, через соответствующую электрическую схему подаются на входы осциллографа, на экране которого эти сигналы отображаются в виде импульсов положительной полярности; по расстоянию между импульсами при выбранном масштабе развертки определяют время прохождения детонационной волной расстояния между щелями в цилиндре. Зная расстояние между щелями (величину базы) и время прохождения детонационной волны по ней, рассчитывают скорость детонации. Недостатком устройства является его сложное конструктивное исполнение, сложность эксплуатации из-за сложности настройки щелей, основанной на взаимосвязи электромагнитного излучения детонации с частотой; низкой точности измерения времени распространения детонационной волны по показаниям осциллографа.
Известны устройства для измерения скорости детонации на основе хронографов и осциллографов различного типа, а также не требующий специальной аппаратуры - метод Дотриша и его варианты (4-6). Хронограф регистрирует промежуток времени, в течение которого процесс детонации или взрыва проходит через две или большее количество фиксированных точек (баз). Измерение по методу Дотриша (7), принятое авторами в качестве прототипа, основано на сравнении определяемой скорости детонации с заранее известной и принимаемой постоянной скоростью детонации детонирующего шнура, который в данном случае играет роль своеобразного хронографа. Скорость детонации взрывчатого вещества при этом рассчитывается как средняя скорость на заданной длине участка испытуемого заряда взрывчатого вещества. Метод Дотриша применим только в полигонных условиях на зарядах взрывчатых веществ ограниченной длины и диаметра. Недостатком метода Дотриша является также низкая точность определения из-за отсутствия знания точной скорости детонации детонирующего шнура, невозможность измерения скорости детонации заряда взрывчатого вещества в скважинах и на нескольких базах заряда взрывчатого вещества.
Технической задачей полезной модели являлась разработка устройства для определения скорости детонации заряда взрывчатого вещества, обладающего точностью, достаточной для практических целей, безопасностью, надежностью и простотой применения как в производственных условиях при ведении взрывных работ, так и в полигонных условиях.
Указанная техническая задача была решена разработкой устройства и его варианта для определения скорости детонации зарядов взрывчатых веществ, состоящего из проводника детонационного импульса и хронографа, которое дополнительно содержит соединительный кабель, в качестве хронографа - цифровой одно- или многоинтервальный электронный измеритель времени,
- вариант 1 - для определения скорости детонации зарядов в оболочке при полигонных испытаниях -
- в качестве проводника детонационного импульса содержит волноводы неэлектрической системы взрывания равной длины, введенные в заряд взрывчатого вещества перпендикулярно его продольной оси на фиксированных расстояниях друг от друга; в качестве датчиков используются электроконтактные датчики, срабатывающие на «замыкание», размещаемые внутри каналов волноводов на их концах на заданном расстоянии друг от друга и подсоединенные через электрический кабель к цифровому одно- или многоинтервальному электронному измерителю времени, запуск и остановка которого осуществляется сигналами от датчиков, замыкающихся при контакте с высокотемпературными продуктами взрыва фронта детонационной волны, проходящими внутри волновода,
- вариант 2 - для определения скорости детонации зарядов взрывчатых веществ в скважине -
- в качестве проводника детонационного импульса содержит детонирующие шнуры равной длины, помещенные в изолирующие оболочки и введенные в заряд взрывчатого вещества параллельно его продольной оси, и волноводы неэлектрической системы взрывания равной длины, соединенные с детонирующим шнуром за пределами заряда взрывчатого вещества на фиксированных расстояниях друг от друга; в качестве датчиков используются электроконтактные датчики, срабатывающие на «замыкание», размещаемые внутри каналов волноводов на их концах на заданном расстоянии друг от друга и подсоединенные через электрический кабель к цифровому одно- или многоинтервальному электронному измерителю времени, находящемуся за границей опасной зоны, запуск и остановка которого осуществляется сигналами от датчиков, замыкающихся при контакте с высокотемпературными продуктами взрыва фронта детонационной волны, проходящими внутри волновода,
а скорость детонации заряда взрывчатого вещества для вариантов 1 и 2 рассчитывается, исходя из длины базы и промежутка времени, определяемого электронным измерителем времени при срабатывании электроконтактных датчиков на заданной базе, по формуле:
,
где:
BB
D - скорость детонации заряда взрывчатого вещества, м/с;
BB
L - длина участка заряда взрывчатого вещества (база) между центрами установки волноводов, м;
Δτ - интервал времени срабатывания двух смежных электроконтактных датчиков на концах волноводов, установленных на измерительной базе, с.
В качестве электронного измерителя времени могут использоваться различные типы одноканальных промышленных электроносчетных частотомеров или специальных программируемых цифровых измерителей времени с кварцевым генератором, например ZBS-10.
Разработка 2-х вариантов устройства по определению скорости детонации заряда взрывчатого вещества обуславливается многообразием его использования: на зарядах взрывчатых веществ ограниченных габаритов в полигонных условиях и в промышленных условиях на карьерах на скважинных зарядах взрывчатых веществ.
Скорость детонации взрывчатого вещества предлагаемым устройством можно определять на одной или нескольких участках (базах), расположенных вдоль продольной оси заряда.
В заряд может быть введено несколько волноводов равной длины на фиксированных одинаковых расстояний между ними. Проводники детонационного импульса должны иметь одинаковую длину, измеренную с точностью до 1 мм.
Соединительный кабель между электроконтактными датчиками и цифровым электронным измерителем времени выбирается такой длины, чтобы обеспечить размещение измерителя и его пуск за границей опасной зоны.
Первая измерительная база в заряде взрывчатого вещества устанавливается на расстоянии не менее двух диаметров заряда от места инициирования заряда взрывчатого вещества.
В варианте 2 в качестве проводника детонационного импульса используется совместно детонирующий шнур с навеской инициирующего вещества 6-12 г/м в изолирующей оболочке с открытым концом для исключения его воздействия на соседние детонирующие шнуры и взрывчатое вещество с волноводом, чтобы обеспечить возможность срабатывания электроконтактных датчиков от детонационного сигнала и передачи его электронному измерителю времени.
Волноводы не размещаются в изолирующей оболочке, т.к. они не имеют бокового эффекта передачи детонации. Соединение детонирующих шнуров с волноводами осуществляется путем вязки «морским узлом» или накладкой друг на друга с последующим скреплением их клеящейся или изоляционной лентой.
Сущность полезной модели поясняется фиг.1, 2.
Фиг.1 - схема устройства по варианту 1:
а) схема определения скорости детонации заряда взрывчатого вещества на одной измерительной базе с двумя волноводами;
б) схема определения скорости детонации заряда взрывчатого вещества на трех измерительных базах с четырьмя волноводами.
Фиг.2 - схема устройства по варианту 2.
Обозначения:
1 - цифровой электронный многоинтервальный измеритель времени;
2 - лицевая панель (цифровой экран электронного измерителя времени);
3 - взрывчатое вещество заряда;
4 - инициирующее средство;
5 - волноводы;
2
6 - электроконтактные датчики на «замыкание», например, двухжильные медные провода в эмалевой изоляции с поперечным сечением диаметром 0,70-0,80 мм, введенные через прокол (отверстие) в канал волновода, по которому распространяется при взрыве ударная волна;
7 - многожильный кабель;
8 - индикаторные светодиоды, показывающие значения времен прохождения детонационного процесса между базами при срабатывании электроконтактных датчиков;
9, 10 - функциональные кнопки («пуск», «стоп»);
11 - детонирующий шнур;
12 - изоляционная оболочка детонирующего шнура;
13 - место соединения детонирующего шнура с волноводом;
14 - скважина;
15 - забойка из инертного материала;
16 - полимерная оболочка заряда взрывчатого вещества.
Особенности предлагаемого устройства для определения скорости детонации:
- применение датчиков на «замыкание», установленных по волноводу на заданных расстояниях;
- применение заряда в оболочке с установленными по нему волноводами известной длины на фиксированном расстоянии между ними;
- применение одно- или многоинтервального электронного измерителя времени;
- для варианта 2 - применение в качестве проводника детонационного импульса детонирующего шнура с навеской инициирующего вещества 6-12 г/м в изолирующей оболочке совместно с волноводом.
Предлагаемое устройство содержит заряд взрывчатого вещества в оболочке (в варианте 2 - в скважине), на одном из концов которого устанавливается инициирующее средство 4, состоящее из промежуточного детонатора и/или злектродетонатора. Допускается производить инициирование заряда неэлектрическим детонатором. В испытуемый заряд взрывчатого вещества вводится перпендикулярно или параллельно продольной оси заряда волноводы 5 одинаковой длины на одинаковом расстоянии друг от друга. Расстояние от инициирующего средства до первого волновода берется не менее двух диаметров заряда для обеспечения стационарного процесса детонации взрывчатого вещества на измерительных базах. На свободных концах волноводов устанавливаются электроконтактные датчики на «замыкание» 6, каждый из которых через кабель 7 подсоединяется к цифровому электронному измерителю времени 1. Проволочные электроконтактные датчики вводятся в канал волновода таким образом, чтобы фронт ударной волны проходил через место их установки. Электроконтактные датчики представляют собой пару скрученных между собой медных проводов в эмалевой изоляции, разомкнутых на конце. При подаче напряжения на провода ток через них не проходит, т.к. концы проводов разомкнуты. При прохождении через датчики фронта ударной волны распространяющегося по волноводу вследствие сильной ионизации газов искровой промежуток датчика становится токопроводящим и в цепи возникает ток, подающий управляющий импульс напряжения для срабатывания электронного измерителя времени.
Порядок работы.
2
1
1
2
B
BB
Заряд взрывчатого вещества в оболочке 3 со средством инициирования 4 (промежуточным детонатором) размещается на взрывной площадке испытательного полигона или в скважине 14 на карьере. Со стороны средства инициирования 4 взрывчатого вещества 3 заряда на расстоянии не менее двух диаметров от него устанавливается первый волновод 5 известной длины. На фиксированном расстоянии по заряду устанавливается второй волновод такой же длины. На концах волноводов устанавливаются электроконтактные проволочные датчики, которые вводятся внутрь полого канала волновода. Длина волновода и расстояние между ними измеряются с точностью до 1 мм. В варианте 2 во взрывчатом веществе заряда параллельно его оси устанавливается детонирующий шнур в изолирующей оболочке, скрепленный с волноводом. С помощью средства инициирования возбуждается детонация заряда взрывчатого вещества. Детонация заряда взрывчатого вещества после участка разгона (не менее 2-х диаметров заряда) выходит на устойчивый стационарный режим с максимальной скоростью детонации. Детонация заряда взрывчатого вещества в месте встречи с первым волноводом вызывает его детонацию с распространением по волноводу ударной волны. Фронт детонационной волны, двигаясь по заряду взрывчатого вещества, возбуждает ударную волну во втором волноводе. Ударные волны, проходя по волноводу с одной стороны, и по заряду и волноводу с другой стороны, замыкают поочередно датчики, установленные на концах волноводов. Сигналы от датчиков поступают на электронный измеритель времени - фиксируется разница во времени их срабатывания (Δτ): Δτ=τ-τ, где τ - время прохождения ударной волны по первому волноводу; τ - время прохождения детонационной волны по участку заряда взрывчатого вещества и ударной волны по второму волноводу. На панели цифрового электронного измерителя времени фиксируется интервал времени замыкания между двух электроконтактных датчиков (Δτ). Для волноводов одинаковой длины L и известной длины участка заряда взрывчатого вещества L между ними (базы), по измеренному времени срабатывания электроконтактных датчиков рассчитывается скорость детонации заряда взрывчатого вещества по вышеприведенной формуле.
BB
B
BB
При использовании многоинтервального электронного измерителя времени определение скорости детонации взрывчатого вещества может производится одновременно на нескольких базах (участках) заряда, размещаемых вдоль его длины. В этом случае волноводы одинаковой длины размещаются на фиксированных (одинаковых) расстояниях, равных принятой величине измерительной базы L. Электроконтактные датчики вводятся внутрь концов волноводов и через многожильный кабель подключаются к соответствующему каналу цифрового электронного измерителя времени. При срабатывании электроконтактных датчиков измеритель определяет время протекания детонационного процесса по заряду взрывчатого вещества на каждой базе. При одинаковой длине волноводов L и измерительных баз L, скорость детонации определяется по вышеприведенной формуле.
Схема определения скорости детонации заряда взрывчатого вещества на трех измерительных базах при использовании заявляемого устройства приведена на фиг.1б.
Примеры определения скорости детонации заряда взрывчатого вещества с использованием предлагаемого устройства.
Пример №1 (фиг.1a) - определение скорости детонации заряда взрывчатого вещества.
B
B
BB
BB
При определении скорости детонации заряда взрывчатого вещества на одной измерительной базе при известной скорости детонации волновода использовался волновод со скоростью детонации 1900 м/с неэлектрической системы взрывания «Коршун». Проведены два опытных взрыва на полигоне. Использовались длины волноводов: 1) L=15,58 м, и 2) L=31,48 м. На концах каждого из волноводов устанавливались по одному электроконтактному датчику на «замыкание», подсоединенному многожильным кабелем соответственно к цифровому электронному измерителю времени. Длина участка заряда взрывчатого вещества (база) между центрами установки волноводов принималась 1) L=0,35 м и 2) L=0,40 м соответственно для первого и второго опытов. Диаметр испытуемого заряда взрывчатого вещества d=0,10 м. заряд размещался в полиэтиленовой оболочке. В качестве взрывчатого вещества использовался гранулит РП. Расстояние от средства инициирования до центра установки 1-го волновода 0,25 м.
Скорость детонации заряда взрывчатого вещества рассчитана по формуле: .
Результаты определения скорости детонации заряда взрывчатого вещества представлены в табл.1.
Таблица 1.
№ опыта
Показатели
L<sub>B</sub>., м
L<sub>BB</sub>, м
Δτ, с
D<sub>BB</sub>, м/с
Среднее значение D<sub>BB</sub>, м/с
1
15,58
0,350
0,0095196
2100
2212,5±12,5
2
31,48
0,400
0,0003778
2125
Пример №2 - определение скорости детонации заряда взрывчатого вещества в скважине на карьере на двух измерительных базах при известной скорости детонации волновода.
Диаметр скважины - 0,25 м, длина заряда - 10 м, длина забойки - 7 м, база 1 м, взрывчатое вещество гранулит РП. Боевик устанавливался на дне скважины, на расстоянии 1,5 м от боевика по высоте вдоль оси заряда размещался 1-ый детонирующий шнур длиной 11 м; на расстоянии 1 м от места установки 1-го детонирующего шнура по высоте вдоль оси заряда размещался 2-ой детонирующий шнур длиной 11 м, а затем на расстоянии 1 м от места установки 2-го детонирующего шнура по высоте вдоль оси заряда размещался 3-ий детонирующий шнур длиной 11 м. Каждый из детонирующих шнуров соединялся «морским узлом» с волноводом длиной 100 м, на концах которых вставлялись электроконтактные датчики, которые многожильным кабелем длиной 100 м подсоединялись к цифровому электронному измерителю времени ZBS-10.
Скорость детонации заряда взрывчатого вещества рассчитана по формуле: .
Результаты определения скорости детонации заряда взрывчатого вещества представлены в табл.2.
Таблица 2.
№ опыта
Показатели
L<sub>B</sub>, м
L<sub>BB</sub>, м
Δτ, с
D<sub>BB</sub>, м/с
Среднее Значение D<sub>BB</sub>, м/с
1
100,00
1,000
0,0002632
3800
3815±15
100,00
1,000
0,0002611
3830
Предлагаемое устройство определения скорости детонации взрывчатого вещества обеспечивает заявляемый технический результат:
- точность, простота определения скорости детонации заряда взрывчатого вещества за счет использования электроконтактных датчиков и цифровых электронных измерителей времени;
- безопасность работы за счет использования волновода со скоростью детонации ~2000 м/с, не имеющего воздушной волны и не оказывающего механического воздействия на окружающую среду. Это позволяет увеличить длину измерительной линии и размещать цифровой электронный измеритель времени и производить подрыв заряда за границей опасной зоны по действию взрыва;
- для варианта 2 - точность, быстрота и безопасность определения скорости детонации заряда взрывчатого вещества на карьере, что позволяет рассчитать параметры зарядов взрывчатого вещества, планировать и управлять энергией взрыва при ведении взрывных работ.
Предлагаемое устройство прошло промышленную проверку по определению скоростей детонации зарядов взрывчатых веществ, производимых на местах ведения взрывных работ, а также поставляемых заводами-изготовителями взрывчатых материалов в полигонных и производственных условиях карьера, что позволяет оптимизировать параметры зарядов и условия взрыва на карьерах.
Источники информации
1 АС СССР №389294
2 Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. «Промышленные взрывчатые вещества», М., «Недра», 1988.
3 Патент РФ №3852994
4 АС СССР №297924
5 Патент США №3572095
6 АС СССР №743395
7 ГОСТ 3250-