ПЕРФОРАТОРНЫЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к технологии буровзрывных работ и может быть применена в строительстве и промышленности для формирования полостей в скальных формациях и бетонных сооружениях, разрушения негабаритов, выполнения отверстий и каналов, а также в других технологических работах.
Формирование полостей под фундаменты, например мачтовых сооружений в скальных формациях или бетоне, которые могут выполняться с использованием кумулятивных зарядов, имеет особенности. С точки зрения минимизации времени для образования полости целесообразно использовать единичный кумулятивный заряд (КЗ), обладающий значительной мощностью пробития, то есть имеющий увеличенный заряд и диаметр корпуса. Однако в этом случае наблюдается сильное разуплотнение породы вне контура воздействия заряда - появление избыточной радиальной трещиноватости.
Известно большое число конструкций перфораторных модулей, объединяющих в едином корпусе несколько КЗ и имеющих соответствующие средства передачи детонации и инициирования. Так, из патента (FR 2566893, Prou, 03.01.1986) известен перфораторный модуль, содержащий три КЗ, размещенные в отверстиях основания, установленного на платформе посредством штанг. КЗ связаны со средствами инициирования для параллельного подрыва. Направление перфорации юстируется винтами платформы.
Из патента (US 6494139, Powell, 17.12.2002) известен перфораторный модуль для получения широких, глубоких и осесимметричных отверстий в бетоне. Модуль содержит цилиндрический корпус в форме стакана, открытая часть которого опирается на преграду. В отверстиях на дне стакана установлены три КЗ, подключенные к средству одновременного инициирования.
Известны и конструкции одиночных КЗ с повышенной эффективностью воздействия на преграду и пониженной фугасностью (RU 2254548 C1, Сидоров и др., 20.06.2005; RU 2277167 C1, Зоненко и др., 27.05.2006; RU 2303232 C2,
Зоненко и др., 20.07.2007), выполненные с оптимизацией параметров рельефа облицовки (см. С.И.Зоненко, Г.Г.Черный, Новый вид кумуляции энергии и импульса метаемых взрывом пластин и оболочек, ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, т. 390, №1, 2003, 46).
Наиболее близким аналогом является перфораторный модуль по патенту US 3347164, Baks et al., 17.10.1967. Он содержит установленные в корпусе центральный КЗ и по окружности вокруг него периферийные заряды, причем оси симметрии всех КЗ параллельны. Как известно, при работе традиционного КЗ с гладкой безрельефной облицовкой формируется тонкая неустойчивая струя и низкоскоростной пест. При одновременной работе таких зарядов в указанном устройстве ударные волны, идущие по преграде от центральной кумулятивной струи, дестабилизируют кумулятивные струи периферийных зарядов. В связи с этим предложено инициировать центральный КЗ с задержкой относительно периферийных КЗ. В этом случае интерференция ударных волн несколько уменьшается.
Обращаясь к упомянутым аналогам, в том числе и ближайшему, следует отметить их общий недостаток, связанный с алгоритмом инициирования. Осесимметричная перфорация обеспечивается либо одновременным подрывом всех КЗ, либо задержкой подрыва центрального КЗ относительно окружных. Это предопределено использованием в перфораторных модулях традиционных КЗ, формирующих при работе тонкие неустойчивые кумулятивные струи и низкоскоростные песты.
Задачей настоящей полезной модели является конструкция перфораторного модуля, обеспечивающего выполнение полости значительного объема в скальных и подобных им формациях искусственного происхождения, в т.ч. в бетоне, с зоной сильной радиальной трещиноватости внутри контура воздействия перфораторного модуля, и зоной слабой трещиноватости вне контура воздействия.
Перфораторный модуль включает установленные в каркасе центральный и по окружности вокруг него периферийные кумулятивные заряды, имеющие корпуса и конические облицовки, оси которых параллельны, а открытые основания расположены в одной плоскости, и средства передачи детонации, инициатор и опорные элементы. Модуль отличается тем, что каркас представляет монолитную конструкцию с гнездами для крепления
кумулятивных зарядов и образованными в ней каналами для размещения детонирующих шнуров. Каждый кумулятивный заряд имеет рельефное тиснение на открытой к основанию поверхности конической облицовки, а на противоположной стороне корпуса - промежуточный детонатор. Средства передачи детонации, включающие детонирующие шнуры и шашку взрывчатого вещества, выполнены с возможностью опережающего подрыва центрального заряда по отношению к периферийным. При этом промежуточный детонатор центрального заряда подсоединен к инициатору через шашку, которая детонирующими шнурами связана с промежуточными детонаторами периферийных зарядов.
Модуль может характеризоваться и тем, что рельефное тиснение конической облицовки имеет форму многоугольников, равномерно расположенных поясами по окружностям, параллельным основанию.
Модуль может характеризоваться также тем, что опорные элементы выполнены в форме штанг, одним концом закрепленных в каркасе, длина которых выбрана из условия обеспечения оптимального фокусного расстояния.
Модуль может характеризоваться, кроме того, тем, что опорные элементы выполнены в форме втулок, одним концом закрепленных в каркасе с зазором вне контура корпусов периферийных зарядов, длина втулок выбрана из условия обеспечения оптимального фокусного расстояния, а прочностные характеристики - из условия экранирования зоны действия периферийных зарядов от продуктов детонации центрального заряда.
Модуль может характеризоваться и тем, что каркас выполнен монолитным из пластических масс, а также тем, что кумулятивные заряды установлены и закреплены в каркасе в производственных условиях.
Технический результат - создание единого канала при взрыве нескольких КЗ за счет опережающего подрыва центрального КЗ по отношению к периферийным КЗ. Дополнительный технический результат состоит в снижении времени подготовки к инициированию на месте работ за счет высокой производственной готовности конструкции модуля.
В основе полезной модели лежит следующий механизм действия. При работе КЗ с облицовками, имеющими определенное рельефное тиснение, пробитие осуществляется кумулятивными ударниками-стержнями. Интерференция ударных волн в преграде не снижает эффективности пробития
таких КЗ. Более того, для интенсификации процесса трещинообразования и, соответственно, разрушения преграды целесообразно специально создавать сильную интерференцию ударных волн. Срабатывающий первым центральный заряд формирует в преграде отверстие, вокруг которого создается область концентрации напряжений, благоприятная для зарождения трещин, задания направления их развития и последующего разрушения преграды. Соответственно, действие центрального КЗ усиливает пробитие преграды окружными КЗ, срабатывающими с небольшим запаздыванием относительно центрального, а сами КЗ снабжены упорядоченным рельефом на облицовке. Кроме того, разнесение времени срабатывания центрального и окружных зарядов увеличивает суммарное время воздействия, в результате чего большее количество энергии взрыва переходит в работу по разрушению преграды.
Существо полезной модели поясняется на чертежах, где на:
фиг.1 схематично представлена конструкция модуля с внутренним размещением детонирующего шнура в корпусе (разрез вертикальной плоскостью);
фиг.2 - то же, что на фиг.1 - разрез горизонтальной плоскостью;
фиг.3 - конструкция модуля с внешним размещением детонирующего шнура и цилиндрическими экранами-опорами (разрез вертикальной плоскостью);
фиг.4 - вариант выполнения рельефного тиснения.
Модуль (фиг.1-3) содержит в каркасе 10 центральный 12 и по окружности вокруг него периферийные 14 КЗ. Каждый заряд имеет корпус 16, коническую облицовку 18. Оси всех КЗ 14, 16 параллельны, а открытые основания 20 расположены в одной плоскости.
Каждый КЗ имеет рельефное тиснение 22 на открытой к основанию поверхности конической облицовки 18, заряд взрывчатого вещества 24, размещенный между облицовкой 18 и корпусом 16. На противоположной открытому основанию 20 тыльной стороне корпуса 16 в отверстии 26 запрессован промежуточный детонатор 28 конусной формы. Тыльная часть КЗ выполнена плоской.
Средства передачи детонации представляют собой отрезки детонирующих шнуров 30 и шашку 32 взрывчатого вещества, выполнены с возможностью опережающего подрыва центрального заряда по отношению к периферийным. Для этого промежуточный детонатор 28 центрального КЗ 12 подсоединен к инициатору 34 через шашку 32, которая детонирующими шнурами 30 связана с промежуточными детонаторами 28 периферийных КЗ 14.
Каркас 10 представляет монолитную конструкцию с гнездами 36 для крепления КЗ и образованными в ней каналами 40 для размещения детонирующих шнуров 30, закрытых при необходимости пробками 41. При этом шнуры 30 могут находиться в канале 40 как полностью, так и частично (фиг.3), в зависимости от реализуемого запаздывания при подрыве периферийных зарядов 14 по отношению к центральному 12, определяемого длиной шнуров 30.
На фиг.4 укрупненно показана форма рельефного тиснения 22 облицовки 18, выполненной из металла, например, меди. Тиснение может иметь форму многоугольников (трапеций 221, квадратов 222, треугольников 223 и др. фигур), равномерно расположенных по поясам (окружным слоям) 23, параллельным основанию 20. Форма и размер фигур по смежным поясам 23, а также ширина самих поясов могут варьироваться. В настоящем описании топология упорядоченного рельефного тиснения не описывается и может быть выполнена по одному из известных вариантов. При изготовлении конусной облицовки путем сворачивания сектора необходимо следить, чтобы равномерность рельефа соблюдалась по каждому окружному слою - поясу 23.
Перфораторный модуль имеет опорные элементы 50 для установки на преграде и обеспечения заданного фокусного расстояния. Они могут быть выполнены в форме штанг 51, одним концом закрепленных в каркасе 10, длина которых выбрана из условия обеспечения оптимального фокусного расстояния, определенная в результате пристрелочных испытаний. Опорные элементы могут быть выполнены в форме втулок 52 (трубчатых элементов), одним концом закрепленных в каркасе 10 с зазором вне контура корпусов периферийных зарядов. Длина втулок 52 выбрана из условия обеспечения оптимального фокусного расстояния, а прочностные характеристики - из условия экранирования зоны действия периферийных зарядов от продуктов
детонации центрального заряда. Конструктивные параметры могут быть подобраны или рассчитаны на основании экспериментальных данных.
Патентуемая конструкция предусматривает выполнение каркаса монолитным или ячеистым из пластических масс, в том числе и вспененных, по известной технологии, обычно применяемой в технике для облегчения и снижения расхода материала при сохранении прочности.
Конструкция каркаса позволяет обеспечить высокую готовность модуля: заряды могут быть установлены и закреплены в каркасе в производственных условиях и в нем же транспортироваться на место работ.
Устройство работает следующим образом. Перфоратор снаряжается инициатором 34 и производится подрыв. Сначала срабатывает шашка 32, затем промежуточный детонатор 28 и подрывается центральный КЗ 12. Одновременно с этим детонация распространяется по детонирующим шнурам 30 к периферийным КЗ 14 и подрывает их с заданной величиной запаздывания (10-50 мкс). Срабатывающий первым центральный КЗ формирует в преграде отверстие, по форме приближающееся к цилиндру, вокруг которого создается область концентрации напряжений, благоприятная для зарождения трещин. Дальнейшую работу по разрушению завершают периферийные КЗ 14. Разновременность срабатывания центрального и окружных КЗ увеличивает суммарное время воздействия взрыва на преграду. В результате большее количество энергии взрыва переходит в работу по разрушению преграды.
Испытания показали, что патентуемый перфораторный модуль при калибре КЗ, равном 80 мм, массе ВВ - 150 г позволяет, при однократном инициировании, получать полости глубиной до 1,5 м как по бетону, так и по скальной породе, при обеспечении слабой трещиноватости вне контура воздействия. Диаметр пробитий - до 300 мм.