УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ДЕТОНАЦИОННОЙ ВОЛНЫ
DETONATION WAVE FORMATION DEVICE

Изобретение относится к области взрывных работ и может быть использовано при разработке устройств формирования взрывной волны заданной формы в зарядах взрывчатых веществ (ВВ).
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение синхронности возникновения детонационного фронта в подрываемом заряде ВВ путем его одновременного (с минимальной разновременностью) подрыва с помощью многоточечного инициирующего устройства с сохранением габаритов или с минимальным их увеличением.
Из предшествующего уровня техники известны устройства формирования детонационной волны в заряде ВВ, направленные на решение данной задачи. Например, известно устройство по патенту US 3430563 (F42B 3/02, опубл. 04.03.1969), которое содержит пластину гибкого инертного эластомера, имеющего форму матрицы и детонационную разводку в виде плоского листа гибкого ВВ, запрессованного в матрицу таким образом, что образует решетку ВВ, состоящую из компланарных полос прямоугольного сечения с общим для всех полос началом. Лист гибкого ВВ, включая общую для всех полос точку, располагается в толще пластины из эластомера между ее поверхностями. Полосы ВВ имеют одинаковую длину, ширину и высоту, при этом от конца каждой из них отходит участок, образующий выступ, расположенный под прямым углом к поверхности пластины из эластомера. Конец этого участка полосы расположен заподлицо с поверхностью пластины. В результате получается ряд концевых участков детонационной разводки, разнесенных равномерно по одной из поверхностей пластины гибкого инертного эластомера. При подаче детонационного импульса на общую для всей решетки точку, заряд ВВ детонирует одновременно в большом количестве точек, в которых он выходит на поверхность пластины из эластомера.
Для получения синхронного детонационного фронта в подрываемом заряде ВВ необходимо равномерное расположение выходов детонационной разводки по поверхности подрываемого заряда и равенства длин компланарных полос ВВ, кроме того, необходимо выполнение условия по обеспечению стабильности срабатывания концевых участков. Следует отметить, что эти условия при использовании данной конструкции выполнены быть не могут, а значит, имеет место разновременность, вплоть до отказа срабатывания отдельных элементов.
Из предшествующего уровня техники известно другое устройство, с помощью которого осуществляют формирование детонационной волны в заряде ВВ, направленное на решение указанной выше задачи и частично устраняющее недостатки предыдущего аналога (патент RU 2135935, опубл. 27.08.1999). Известное устройство включает заряд ВВ, средство инициирования, детонационную разводку, выполненную в инертной матрице. Детонационная разводка представляет собой систему детонационных каналов прямоугольного сечения с общим входом, участками, расположенными вдоль поверхности матрицы, и несколькими выходами (концевыми участками). Для повышения синхронизации детонационного фронта необходимо соблюдать условие равенства времен передачи детонационного импульса к поверхности заряда, чтобы минимизировать разновременность прихода детонационных импульсов к выходам детонационной разводки - концевым участкам, расположенным под углом к поверхности матрицы.
Однако несмотря на то что детонационная разводка в отличие от вышерассмотренного аналога проложена в каналах матрицы, недостаток данного аналога связан с тем, что бывает трудно согласовать равномерность распределения выходов детонационной разводки и равнодлинность ее каналов, но даже при достижении этого, синхронный детонационный фронт в подрываемом заряде ВВ может быть не сформирован.
Известно другое устройство формирования детонационной волны (RU 2542804, F42B 3/10, 27.02.2013), содержащее две матрицы из инертного материала с сетью детонационных каналов, состоящих из участков, расположенных вдоль поверхности матриц и участков, расположенных в сквозных отверстиях. Каналы разных матриц задействуются от разных начальных точек инициирования, при этом конфигурации сети каналов матриц выполнены подобными. Один из участков сети детонационных каналов первой матрицы, расположенный в одном из ее сквозных отверстий, служит для задействования начальной точки инициирования второй матрицы, а сквозные отверстия второй матрицы, отходят от отверстий под концевые участки каналов первой матрицы и соединены друг с другом попарно, образуя каналы инициирования вдоль поверхности матрицы, прилегающей к поверхности подрываемого заряда ВВ. При штатном подрыве начальных точек инициирования каналов обеих матриц детонация распространяется по сетям каналов и отверстий первой и второй матриц и входит в каналы инициирования с разных сторон. Столкновение детонационных волн в каналах инициирования создает локальные зоны повышенного давления, достаточного для инициирования детонации в прилегающем основном заряде ВВ, обеспечивая близкое к одновременному инициирование входов инициирующих каналов. Достигается повышение надежности срабатывания.
Недостаток данного решения связан с тем, что невозможно точно обеспечить формирование локальных зон повышенного давления посередине инициирующего канала, что приводит к асинхронности и разновременности срабатывания устройства.
Известно еще одно устройство формирования детонационной волны на заданной геометрической поверхности (патент US 3896731, 29.07.1975), выбранное в качестве ближайшего аналога. Устройство содержит многослойную матрицу из инертного материала, слои которой расположены друг над другом, и размещенную в матрице детонационную разводку в виде сети каналов, включающую участки, расположенные вдоль поверхностей слоев, и участки, расположенные под углом к этим поверхностям. Верхний слой матрицы включает общий входной участок детонационной разводки, от которого отходят участки, расположенные вдоль поверхности слоя, заканчивающиеся участками, расположенными под углом к поверхности слоя, размещенные в сквозных отверстиях. В предпочтительном варианте, верхний слой матрицы включает четыре концевых участка, нижележащий - шестнадцать, следующий за ним - пятьдесят два, а самый нижний слой матрицы включает только участки, расположенные в сквозных отверстиях, представляющие собой алюминиевые колпачки с запрессованным ВВ. Участки детонационной разводки нижнего слоя матрицы являются концевыми участками всей детонационной разводки и количество их соответствует количеству концевых участков предыдущего слоя. Детонационная разводка выполнена из детонирующих шнуров, которые соединены в определенную конфигурацию с помощью соединительных деталей, например, торцевых муфт. Устройство обеспечивает одновременную передачу детонационного импульса от начальной точки инициирования к ВВ, размещенному во множестве сквозных отверстий нижней матрицы.
Недостатком ближайшего аналога является то, что при применении четырехслойной матрицы в результате срабатывания каналов детонационной разводки верхнего слоя матрицы формируются ударные волны, которые могут достичь поверхности ВВ каналов детонационной разводки промежуточных слоев матриц одновременно с приходом на них детонационного сигнала, что приводит к образованию газодинамических зазоров между отдельными элементами и подрываемым зарядом и может привести к отказу прохождения детонационных сигналов по каналам промежуточных слоев матрицы, в конечном результате это может привести к асинхронности срабатывания устройства. Кроме того, формирование детонационной волны на определенной геометрической поверхности происходит через стенку алюминиевых колпачков, в которые запрессовано ВВ и которые установлены в сквозных отверстиях нижнего слоя матрицы, в результате чего формируется задержка инициирования детонации под проекцией колпачка, что приводит к асинхронности срабатывания устройства. Следует также отметить, что выполнение детонационной разводки из детонирующих шнуров приводит к усложнению изготовления из-за применения большого количества соединительных деталей.
Техническим результатом, достигаемым заявляемым изобретением, является повышение синхронности срабатывания устройства при повышении технологичности изготовления.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве формирования детонационной волны, включающем многослойную инертную матрицу с детонационной разводкой в виде заполненных взрывчатым веществом (ВВ) сети каналов, верхний слой которой включает общий входной участок детонационной разводки, а нижний - концевые участки, расположенные в сквозных отверстиях, выполненных в этом слое, кроме того верхний слой включает участки, расположенные вдоль поверхности слоя, и участки, расположенные в сквозных отверстиях, выполненных в нем, новым является то, что нижний слой матрицы включает участки детонационной разводки, расположенные вдоль его поверхности, при этом к нижнему слою матрицы примыкает подслой из ВВ, контактирующий с поверхностью ВВ концевых участков детонационной разводки, причем сквозные отверстия нижнего слоя выполнены с шагом l, который выбран из следующего соотношения:
з
к
l≥2Δ+D+Δ, где
з
Δ - толщина слоя матрицы под участком детонационной разводки, расположенным вдоль поверхности слоя;
D - диаметр сквозного отверстия;
к
Δ - ширина участка детонационной разводки, расположенного вдоль поверхности слоя матрицы.
Выполнение нижнего слоя матрицы с участками детонационной разводки, расположенными вдоль его поверхности, позволяет выполнить детонационную разводку со множеством концевых участков, при этом использовать только два инертных слоя. В этом случае при срабатывании каналов детонационной разводки верхнего слоя матрицы формируются ударные волны, которые достигают поверхности ВВ каналов детонационной разводки нижнего слоя матрицы раньше прихода на них детонационного сигнала, что не препятствует прохождению детонационных сигналов по каналам этого слоя матрицы и приводит к синхронности срабатывания устройства.
Выполнение подслоя из ВВ, примыкающего к нижнему слою матрицы и контактирующего с поверхностью ВВ концевых участков детонационной разводки, позволяет сформировать передаваемый основному заряду ВВ инициирующий импульс, достаточный для его надежного инициирования без увеличения количества ВВ в концевых участках, в этом случае детонационные волны будут сталкиваться друг с другом между проекциями концевых участков, увеличивая амплитуду давления и обеспечивая синхронизацию фронта.
Выполнение сквозных отверстий нижнего слоя с определенным минимальным шагом l было выбрано экспериментально, что позволило увеличить количество и равномерность распределения концевых участков по поверхности подслоя без увеличения на концевые участки детонационной разводки негативного влияния продуктов химического превращения, выделяемых при прохождении детонационного импульса по участкам детонационной разводки, расположенным вдоль поверхности матрицы.
На фиг. 1, 2 схематично представлено заявляемое устройство в двух проекциях, где: 1- источник инициирования; 2 - верхний слой матрицы; 3 - нижний слой матрицы; 4 - подслой; 5 - участки детонационной разводки, размещенные в верхнем слое; 6 - участки детонационной разводки, размещенные в нижнем слое.
з
к
Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить устройство формирования детонационной волны в заряде ВВ с плоской поверхностью, включающее инертную двухслойную матрицу с детонационной разводкой, которая имеет один общий входной участок и 256 концевых участков, а также средство инициирования, в качестве которого использован электродетонатор, детонационно-связанный с общим входом детонационной разводки. Детонационная разводка представляет собой сеть каналов, выполненных в двух слоях матрицы и заполненных ВВ. Каждый слой матрицы включает участки разводки, выполненные вдоль поверхности слоев, и участки, расположенные в сквозных отверстиях. Участки, расположенные в сквозных отверстиях нижнего слоя матрицы, являются концевыми участками детонационной разводки и распределены по нижней поверхности матрицы, со стороны размещения подслоя ВВ, который выполнен толщиной 1,8 мм. При этом выходы детонационной разводки распределены равномерно по поверхности подслоя с шагом l=6×6 мм. Участки детонационных разводки, расположенные по поверхности слоев матрицы, выполнены шириной 1,2 мм, диаметр концевых участков равен 2 мм. Толщина слоя матрицы под участком детонационной разводки, расположенным вдоль поверхности слоя (запирающий слой) 1 мм. Таким образом, выполняется экспериментально выбранное соотношение: l≥2Δ+D+Δ (для данной конструкции минимальный шаг l составляет 5,2×5,2 мм). Конструкция заявляемого устройства по сравнению с ближайшим аналогом более технологична и проста. Был изготовлен опытный образец, который показал возможность достижения заявляемого технического результата.
Работа заявляемого устройства заключается в следующем.
Матрицу, состоящую из двух слоев 2, 3 накладывают на подрываемый заряд ВВ и общий вход детонационной разводки 5 соединяют с электродетонатором 1. При подаче импульса от электродетонатора 1 на общий вход детонационной разводки, импульс распространяется сначала по участкам 5, выполненным вдоль поверхности слоя 2, а затем через участки, размещенные в сквозных каналах слоя 2. Далее импульс передается на запальные зоны участков детонационной разводки 6, выполненных в слое 3, и распространяется вдоль поверхности слоя и по участкам, расположенным в сквозных отверстиях слоя 3. При срабатывании каналов детонационной разводки верхнего слоя матрицы формируются ударные волны, которые достигают поверхности ВВ каналов детонационной разводки нижнего слоя матрицы раньше прихода на них детонационного сигнала, что не препятствует прохождению детонационных сигналов по каналам этого слоя матрицы и приводит к синхронности срабатывания устройства. Детонационный импульс практически одновременно достигает выходов детонационной разводки, равномерно размещенных по поверхности подслоя 4. Выполнение матрицы двухслойной позволяет увеличить количество выходов детонационной разводки, расстояние между которыми, выбранное экспериментальным путем, позволяет избежать негативного влияния продуктов химического превращения, выделяемых при прохождении импульса по участкам детонационной разводки. В подслое 4 детонационные волны сталкиваются друг с другом между проекциями концевых участков, увеличивая амплитуду давления и уменьшая асимметрию на фронте детонационной волны. Форма фронта детонационной волны, полученная на поверхности подрываемого заряда от выходов детонационной разводки, соответствует форме подрываемого заряда при обеспечении синхронности его возникновения в подрываемом заряде ВВ.
Таким образом, реализация предлагаемого изобретения позволяет инициировать подрываемый заряд ВВ с минимальным уровнем начальной асимметрии.