СИСТЕМА ИНИЦИИРОВАНИЯ СКВАЖИННОГО ЗАРЯДА "СИД"
SYSTEM OF "SID" BOREHOLE CHARGE INITIATION

Система инициирования скважинного заряда «СИД» может быть использована в горной промышленности и в строительстве для повышения надежности и эффективности инициирования скважинных зарядов взрывчатых веществ (ВВ) с низкой ударно-волновой чувствительностью.
Результаты последних экспериментов по замеру скорости детонации эмульсионных ВВ, ВВ типа «ANFO» и порохосодержащих, конверсионных ВВ в скважинных зарядах, проведенных с участием автора в 2005-2007 гг., подтвердили то, что в реальных условиях горных предприятий для инициирования ВВ с низкой ударно-волновой чувствительностью требуются гораздо более мощные (массивные) промежуточные детонаторы (ПД), чем шашки-детонаторы, которые предлагают сегодня заводы-изготовители [1, 2].
С момента использования в скважинных зарядах массивных систем инициирования, где в качестве дополнения к шашке-детонатору во время промышленных испытаний использовали патронированный «Гексонит ВП» (ТУ 7276-033-11692478-2004) массой до 30 кг, многим горным предприятиям Северо-Запада России удалось избежать проблем, которые возникали у них раньше при инициировании гранипоров заводскими шашками-детонаторами [3], при этом значительно улучшилось качество дробления горных пород и существенно снизилась доля негабаритных кусков породы после взрыва.
Красноармейский научно-исследовательский институт механизации в свое время разработал заряды водоустойчивые скважинные ЗВС-185 и ЗВС-215 (ТУ 84-501-53-86) в жестких полиэтиленовых оболочках (корпусах) цилиндрической формы диаметром соответственно 185 и 215 мм, наполненных ВВ, масса которого в заряде достигала 20 кг. Такие заряды можно было бы использовать для усиления стандартных ПД, но, к сожалению, в конструкции зарядов ЗВС не были предусмотрены места для расположения шашек-детонаторов и для коммуникаций системы инициирования, что создавало серьезные трудности при работе с данными зарядами. Кроме того, декларируемые разработчиками в ТУ 84-501-53-86 условия водоустойчивости предлагаемых зарядов и шашки-детонатора Т-400Г, рекомендуемой для их инициирования, были явно недостаточны для обеспечения их надежной детонации в гидрогеологических и горно-технологических условиях многих горных предприятий.
Некоторые американские исследователи видимо тоже пришли к пониманию того, что инициировать ВВ с низкой ударно-волновой чувствительностью следует более массивными ПД. В докладе, представленном на «Тридцать третьей конференции по применению взрывчатых веществ и технике взрывных работ», проходившей в январе 2007 г.в г. Нашвилл (США), сообщалось об использовании массивного ПД, упомянутого как «система инициирования направленного действия «CastMax™», для инициирования скважинных зарядов ANFO, тяжелых ANFO и эмульсионных ВВ [4]. Данный ПД представляет собой наполненный 10 кг ВВ пластиковый корпус, который защищает ВВ как от воздействия внешней среды, так и от расслоения вследствие длительного хранения. В конструкции ПД «CastMax™» предусмотрено место для размещения шашки-детонатора, которая может быть инициирована с помощью электронного детонатора или др. известных средств инициирования, для монтажа которых в центре корпуса ПД предусмотрены сквозные отверстия (вварены трубы). Высота (длина) и диаметр ПД соответственно составляют 432 и 219 мм.
Согласно полученным данным применение ПД «CastMax™» позволило обеспечить высокую скорость детонации во всех ВВ, которые были использованы американскими исследователями в экспериментах. Кроме того, опыт, проведенный в бассейне с водой, показал, что импульс ударного воздействия массивного ПД «CastMax™» гораздо медленнее затухает и может распространяться на гораздо большее расстояние по сравнению с импульсом, создаваемым пентолитовой шашкой. Поэтому система инициирования «CastMax™» является наиболее близкой к системе инициирования «СИД», заявляемой в качестве изобретения.
Задачей заявленного изобретения является повышение эффективности инициирования скважинных зарядов ВВ с низкой ударно-волновой чувствительностью.
Технический результат заключается в обеспечении безопасности при обращении с системой инициирования во всех технологических операциях.
Технический результат достигается тем, что в системе инициирования скважинного заряда (система), представляющей собой корпус из полимерного материала, состоящий из двух отсеков, в одном из которых находится ВВ, а во втором, расположенном в нижней части корпуса, шашка-детонатор для инициирования ВВ, расположенного в верхнем отсеке корпуса, снабженная трубопроводом для коммуникаций системы инициирования (КСИ) и рукояткой для переноски и опускания корпуса в скважину, согласно изобретению КСИ размещаются и крепятся между наружными сдвоенными вертикальными ребрами жесткости корпуса или внутри отдельной трубы меньшего диаметра, расположенной сбоку корпуса вдоль его длины, или внутри корпуса в сквозном отсеке, выполненном в виде двух пластин, соединенных под углом друг к другу и примыкающих к внутренней поверхности корпуса.
Корпус изготовлен из трубы круглого сечения с крышкой, закрывающей нижний отсек, снабженной подпружинивающими элементами для фиксации КСИ и прижатия шашек-детонаторов к верхнему отсеку корпуса.
Длина отдельной трубы меньшего диаметра, расположенной снаружи корпуса, больше длины корпуса за счет выступающих сверху и снизу концов длиной 2-4 диаметра трубы.
Нижний конец трубы обрезан под углом 25-45 градусов к вертикали с внешней стороны трубы, при этом на концах трубы имеются прорези (щели) на расстоянии 1-2 см от торцов трубы длиной не менее четырех диаметров, а шириной не менее полутора диаметра используемых волноводов или детонирующих шнуров, при этом нижняя прорезь (щель) расположена со стороны корпуса и находится в одной плоскости с центральными осями трубы и корпуса, а верхняя прорезь расположена под углом 90 градусов к нижней прорези или внутри кумулятивной выемки, расположенной в корпусе вертикально вдоль его боковой поверхности и направленной наружу.
Верхняя часть корпуса изготовлена в виде кумулятивной воронки, а рукоятка корпуса изготовлена в виде планки, или в виде креста, или в виде каркаса пирамиды, или в виде трапеции. Кроме того, ВВ, расположенное в верхней части корпуса, имеет скорость детонации выше скорости детонации ВВ скважинного заряда, но ниже скорости детонации шашек-детонаторов, расположенных в нижнем отсеке корпуса.
Система иллюстрируется чертежами. На фиг.1 представлен чертеж прототипа. На фиг.2 a, b представлен чертеж системы с ребрами жесткости для КСИ. На фиг.3 a, b - чертеж системы с трубой для КСИ. На фиг.4 a, b - чертеж с КСИ внутри корпуса системы. На фиг.5 a, b, c - чертеж корпуса системы с кумулятивной выемкой. На фиг.6 a, b, c - чертеж корпуса с крестовидной рукояткой. На фиг.7 a, b - чертеж корпуса с пирамидой.
На фиг.2 a, b представлен вариант системы, у которой на внешней стороне трубы 1 находятся вертикальные сдвоенные ребра жесткости 2, между которыми проходят КСИ, закрепляемые между ребрами с помощью специальных креплений, например резиновых колец, которые размещаются в горизонтальных пазах или выемках 3, сделанных в ребрах жесткости, и если необходимо, то и в корпусе. В верхнем отсеке располагается ВВ в жидком или твердом виде 4. Нижний отсек 5 закрывается крышкой 6, в которой имеются подпружинивающие элементы, фиксирующие КСИ и плотно прижимающие шашки-детонаторы к дну верхнего отсека. Рекомендуется, чтобы количество шашек-детонаторов в отсеке было не менее двух, т.е. система инициирования как минимум дублируется, что соответствует современным требованиям Ростехнадзора. В крышке нижнего отсека корпуса имеются сквозные отверстия 7 для КСИ (волноводы, электрические провода, детонирующий шнур с малой навеской ВВ), а также для проникновения в нижний отсек жидких ВВ, в случае их использования в скважинном заряде. Для обеспечения быстрого выхода воздуха из нижнего отсека в его боковой поверхности могут быть предусмотрены дополнительные отверстия или щели, которые следует располагать по окружности в верхней части и в крышке нижнего отсека корпуса.
В верхней части корпуса имеются ручка 8 для его переноски и опускания в скважину, а также отверстие одно или несколько 9, которые закрываются после заливки или засыпки ВВ в верхнюю часть корпуса. Способ размещения ВВ в корпусе может быть и другим, для чего, например, верхняя часть корпуса изготавливается без отверстий - герметичной. Перед наполнением корпус переворачивается на 180 градусов (вверх дном), т.е. верхняя часть корпуса используется как дно емкости, в которой размещается ВВ (до определенного уровня). После этого в корпусе устанавливается и закрепляется перегородка, разделяющая верхний и нижний отсеки корпуса. В зависимости от свойств ВВ (водоустойчивость, текучесть) и конкретных условий применения системы определяются и обеспечиваются требования герметизации ВВ в верхнем отсеке корпуса.
В центральной части корпуса нет сквозных отверстий (труб) для КСИ, как это сделано в американской конструкции, что существенно упрощает технологию изготовления корпуса и снижает его стоимость.
На фиг.3 a, b представлен вариант системы с корпусом без наружных ребер жесткости, а КСИ, с целью их защиты, прокладываются внутри дополнительной трубы 10 меньшего диаметра, прикрепленной сбоку вертикально вдоль корпуса. При этом внутренний диаметр дополнительной трубы должен быть не менее 4-х диаметров волновода или детонирующего шнура, которые используются совместно с системой «СИД». Труба имеет длину больше длины корпуса системы, при этом выступает с каждой стороны (сверху и снизу) на 2-4 диаметра трубы. Нижний конец трубы обрезан по углом 25-45 градусов к вертикали с внешней стороны. На выступающих концах трубы имеются две прорези (щели) 11 длиной не менее четырех диаметров и шириной не менее полутора диаметров используемых волноводов или детонирующих шнуров. Нижняя прорезь (щель) располагается со стороны корпуса и ориентирована (направлена) на его центральную ось, т.е. в противоположную сторону от среза трубы. Верхняя прорезь расположена под углом 90 градусов к нижней прорези (в любую сторону), т.е. перпендикулярно к радиусу трубы корпуса, который соединяется с точкой касания корпуса и трубы. Расстояние от краев прорезей (щелей), ближних к торцам трубы, до торцов трубы составляет 1-2 см. Такая конструкция дополнительной трубы сделана для того, чтобы исключить защемление КСИ между деталями корпуса и кусками породы, падение которых нередко имеет место при заряжании скважин.
На фиг.4 a, b представлена система, у которой КСИ располагаются внутри корпуса (трубы) в кумулятивной выемке, находящейся внутри корпуса и направленной наружу 12, при этом выемка расположена в корпусе вертикально по всей его длине вдоль его боковой поверхности. Для повышения эффективности проработки подошвы взрываемого уступа корпус следует устанавливать в скважине на ее уровне (на уровне линии СПП). Кумулятивная выемка системы должна быть сфокусирована строго в направлении линии СПП, т.е. в сторону боковой поверхности уступа. Для выполнения точной ориентировки в скважине ручка корпуса системы изготавливается трапецеидальной формы 13, что позволяет ею управлять с поверхности уступа от устья скважины путем использования двух шнуров (веревок).
На фиг.5 a, b, c представлен вариант системы, у которой верхняя часть корпуса изготовлена в виде кумулятивной воронки 14 конической или другой формы. Применение кумулятивной воронки обеспечивает фокусировку ударной волны в сторону основного скважинного заряда, который при обратном инициировании располагается сверху. Рукоятка корпуса в зависимости от степени требуемой защиты кумулятивной воронки изготавливается разного вида: в виде горизонтально расположенной планки или трубки 15 вверху кумулятивной воронки, или в виде креста 16, расположенного, как и планка, вверху кумулятивной воронки в горизонтальной плоскости (фиг.6 a, b, c); или в виде полой пирамиды 17 с требуемым количеством ребер, упирающихся по окружности в верхнюю часть кумулятивной воронки (фиг.7 a, b). Увеличение числа элементов в рукоятке корпуса, например ребер в пирамиде, повышает безопасность, помехоустойчивость системы и обеспечивает эффективность детонации системы, т.к. вероятность попадания кусков породы в кумулятивную выемку в процессе заряжания скважины при этом значительно снижается.
ВВ, размещаемое в корпусе, должно иметь скорость детонации ниже скорости детонации ВВ шашек-детонаторов, но не ниже скорости детонации ВВ, которым заряжена скважина, т.е. по своим взрывчатым характеристикам занимает промежуточное положение. Выполнение данного условия необходимо для того, чтобы обеспечить поступательное изменение параметров в инициируемых ВВ и обеспечить в них наиболее эффективную передачу детонации, т.к. передача детонации между ВВ с сильно различающимися характеристиками недостаточно эффективна.
В корпусе может располагаться несколько видов ВВ, при этом их следует располагать независимо от марок (типов, видов) слоями в строгой последовательности, т.е. при условии, что скорость нормальной детонации ВВ, расположенных в соседних слоях, различается не менее чем на 5%, при этом скорость нормальной детонации ВВ в слое, расположенном выше, должна быть ниже скорости нормальной детонации ВВ, расположенного в нижнем слое. Использование данного способа расположения ВВ позволяет обеспечить наиболее плавные переходы детонационного процесса от одного ВВ к другому, что обеспечивает наименьшие энергетические потери на переходных стадиях.
Изучение опыта российских и американских исследователей показало, что наиболее приемлемый размер внешнего диаметра корпуса системы должен составлять ориентировочно 72-75% от диаметра заряжаемой скважины. Диаметр скважин на крупных российских карьерах составляет в основном около 250 мм, поэтому для таких условий могут выпускаться корпусы системы «СИД» с внешним диаметром 180-185 мм при длине, зависящей от массы снаряженного корпуса, которая ограничивается физическими возможностями взрывников и нормами охраны труда. Отсюда понятно, что внутренний (полезный) объем корпуса может быть достаточно просторным и пригодным для размещения в нем не только известных промышленных ВВ, но и достаточно крупных фрагментов утилизируемых боеприпасов. В результате этого можно будет избежать дополнительных операций по дроблению и измельчению боеприпасов, которые являются наиболее опасными, трудоемкими и энергоемкими.
Принцип работы системы инициирования по всем вариантам практически одинаков и заключается в том, что на поверхности уступа взрывной машинкой или стартовым устройством инициируются КСИ, которые передают требуемый импульс электрическим или неэлектрическим детонаторам, находящимся в нижнем отсеке системы, которые инициируют шашки-детонаторы, которые, в свою очередь, инициируют ВВ, находящиеся в верхнем отсеке системы, а те, обеспечивая мощный и продолжительный импульс, инициируют основной скважинный заряд.
Использованная литература
1. Добрынин И.А. Результаты экспериментов по измерению скорости детонации ПВВ в скважинных зарядах на горных предприятиях. Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых. Материалы V Международной научно-практической конференции. М.: МГГРА, 2006, с.71.
2. Добрынин И.А. Зависимость скорости детонации и начального давления продуктов детонации скважинного заряда ЭВВ от мощности промежуточного детонатора. Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых. Материалы 3 Международной научной школы молодых ученых и специалистов. 27-30 ноября 2006 г. - М.: ИПКОН РАН, 2006, с.46-47.
3. Добрынин А.А., Додух В.Г., Добрынин И.А. Измерение скорости детонации гранипоров БП-1 и ФМ в скважинных зарядах при проведении массовых взрывов. Комплексная утилизация обычных видов боеприпасов. Сб. докладов VI Международной научно-технической конференции «Комплексная утилизация обычных видов боеприпасов», М., Изд. дом «Оружие и технологии», 2005, с.284-290.
4. Art Madsen, Stafan Rose. Optimizing Cast Blasting Efficiency Using ANFO With Liners. «Proceedings of the thirty-third annual conference on Explosives and blasting technique», January 28-31, 2007, Nashville, Tennesse USA, Volume I, p.59-72.