ПАТРОН ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА С ГЕРМЕТИЧНЫМ УСТРОЙСТВОМ ВВОДА КАПСЮЛЯ-ДЕТОНАТОРА, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭТОГО ПАТРОНА И ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭТОГО ПАТРОНА
EXPLOSIVE CARTRIDGE WITH TIGHT DETONATING CAP INPUT DEVICE, METHOD OF MAKING SAID CARTRIDGE AND APPLIANCE FOR MAKING SAID CARTRIDGE

Изобретение относится к производству патронов предохранительных взрывчатых веществ для горных взрывных работ в подземных выработках и шахтах, опасных по взрыву пыли и газов.
Современные эмульсионные (ЭВВ) и водногелевые (ВГВВ) промышленные взрывчатые вещества (ВВ), изготавливаемые в условиях предприятий, ведущих взрывные работы, в зависимости от рецептуры, могут быть как восприимчивыми к инициирующему импульсу от первичных средств инициирования (капсюль-детонатор, детонирующий шнур и т.п.), так и не восприимчивыми к первичным средства инициирования, и, в следствие этого, требующие для возбуждения детонации применения промежуточных детонаторов (далее - ПД, «бустеров», «боевиков» - изделий из взрывчатых веществ, чувствительных к первичным средствам инициирования, и взрывчатых веществ, передающих детонационный импульс к основному инициируемому заряду).
Для повышения безопасности применения ЭВВ и ВГВВ необходима замена ПД, традиционно изготавливаемых из твердых взрывчатых веществ (тротил, тротил-гексогеновыми или пентолитовыми и т.п.), на промежуточные детонаторы, изготовляемые из подобных (ЭВВ и ВГВВ) взрывчатых веществ, изготовляемых на местах применения. Это позволит сократить перевозки ПД по авто- и железным дорогам общего пользования, сократить количество хранимых ПД на стационарных складах взрывчатых материалов предприятий, ведущих взрывные работы, что в целом повысит уровень промышленной безопасности.
Восприимчивые к первичным средствам инициирования ЭВВ и ВГВВ (далее - вещества класса 1.1), по специфике своего рецептурного состава имеют более высокую стоимость в сравнении с ЭВВ и ВГВВ, не чувствительными к первичным средствам инициирования (далее - вещества класса 1.5). Для снижения стоимости взрывных работ основной заряд ЭВВ и ВГВВ формируют из веществ класса 1.5, а для ПД, который, как правило, составляет менее 1% массы основного заряда, используют ЭВВ и ВГВВ класса 1.1.
Известен патрон предохранительного эмульсионного взрывчатого вещества класса 1.1, включающий оболочку и размещенное в ней предохранительное эмульсионное взрывчатое вещество, содержащее эмульсию «вода в масле», состоящую из окислительной и топливной фаз, стеклянные микросферы и пламегаситель, в качестве оболочки он содержит цилиндрическую полимерную оболочку с торцами, герметизированными при помощи металлических или полимерных клипс или при помощи импульсной сварки, в качестве эмульсионного предохранительного взрывчатого вещества эмульсионное предохранительное взрывчатое вещество, полученное путем смешивания эмульсии «вода в масле» до однородности с 3,5-5,0 мас. % стеклянных микросфер от массы эмульсии, добавления к полученной смеси пламегасителя в количестве 5-10 мас. % от массы этой смеси и механического перемешивания до однородности смеси, при этом в качестве эмульсии «вода в масле» эмульсионное предохранительное взрывчатое вещество содержит эмульсию «вода в масле», состоящую из 93,3 мас. % окислительной фазы, содержащей 75 мас. % аммиачной селитры, 15,04 мас. % кальциевой селитры и 9,96 мас. % воды, и 6,7 мас. % топливной фазы, состоящей из 37,5 мас. % парафина, 37,5 мас. % минерального масла и 25 мас. % эмульгатора, в качестве стеклянных микросфер - микросферы из натриевого стекла с размером частиц от 50 до 400 мкм, а в качестве пламегасителя - хлористый аммоний с размером частиц от 20 до 400 мкм (RU 98065, F42B 3/00, опубл. 27.09.2010).
Также известен патрон предохранительного эмульсионного взрывчатого вещества класса 1.1, включающий оболочку и размещенное в ней предохранительное эмульсионное взрывчатое вещество, содержащее эмульсию «вода в масле», состоящую из окислительной и топливной фаз, стеклянные микросферы и пламегаситель, в качестве оболочки он содержит цилиндрическую полимерную трубку, один торец которой открыт для заполнения взрывчатым веществом и имеет внутри буртик, а другой, герметизированный торец, выполнен с возможностью соединения с открытым торцом аналогичного второго патрона фиксатором в виде наружной поперечной канавки для возможности взаимодействия с буртиком внутри открытого торца второго патрона после установки в его оболочку пробки, используемой после заполнения оболочки эмульсионным предохранительным взрывчатым веществом, полученным путем смешивания эмульсии «вода в масле» до однородности с 3,5-5,0 мас. % стеклянных микросфер от массы эмульсии, добавления к полученной смеси пламегасителя в количестве 5-10 мас. % от массы этой смеси и механического перемешивания до однородности смеси, при этом эмульсия «вода в масле» состоит из 93,3 мас. % окислительной фазы, содержащей 75,18 мас. % аммиачной селитры, 10,45 мас. % натриевой селитры и 14,37 мас. % воды, и 6,7 мас. % топливной фазы, состоящей из 20,0 мас. % парафина, 40,0 мас. % минерального масла и 40,0 мас. % эмульгатора, в качестве стеклянных микросфер - микросферы из натриевого стекла с размером частиц от 50 до 400 мкм, а в качестве пламегасителя - хлористый аммоний с размером частиц от 20 до 400 мкм, а в центре пробки имеется зона минимально возможной толщины - для прокалывания и ввода детонатора (RU 101167, F42B 3/00, опубл. 05.10.2010). Принято в качестве прототипа для заявленного устройства.
Из этого же источника известен способ изготовления этого патрона.
В этом патенте описан процесс изготовления ПЭВВ периодического (порционного) типа. Порции исходных компонентов отмеряют весовым методом. Только так можно выдержать строгую пропорцию между компонентами (качество смешения в потоке недостаточно по причине возможных пульсаций в поточном дозировании компонентов).
Сначала готовят окислительную фазу при температуре +80°C. Кроме того, готовят топливную фазу при температуре 80°C. Затем проводят эмульгирование окислительной и топливной фаз (при соотношении 93,3% окислительная фаза +6,7% топливная фаза) с получением эмульсии типа «вода в масле». В полученную эмульсию добавляют 3,5 мас. % стеклянных микросфер с размером частиц от 50 до 400 микрон. Перемешивают смесь до однородного состояния (однородность контролируют измерением плотности образцов, взятых из разных точек объема смеси), что, примерно, составляет 10-15 минут. После этого к полученной смеси эмульсии со стеклянными микросферами добавляют 5 мас. % пламегасителя - хлористого аммония с размером частиц от 20 до 400 микрон. Перемешивают смесь до однородного состояния (однородность контролируют измерением плотности образцов, взятых из разных точек объема смеси), что, примерно, составляет 10-15 минут. Готовую смесь подают в винтовой насос и производят заполнение оболочек патронов (оболочка патрона представляет собой полимерную трубку из полиэтилена, полипропилена, полистирола, полихлорвинила и т.п. материала с одним открытым торцом, через который происходит наполнение ПЭВВ трубки) с частотой вращения рабочего органа насоса не более 300 об/мин. Режим заполнения оболочек патронов подбирается экспериментально, исходя из конкретных условий производства с обеспечением минимального механического воздействия на состав ПЭВВ и для сохранения нужной степени сенсибилизации ПЭВВ (микросферы не должны разрушаться).
После заполнения патрона ПЭВВ его открытый торец трубки внутри герметизируется пробкой, удерживающейся внутри как за счет трения, так и упором в буртик. А в центре пробки имеется зона минимально возможной толщины - для прокалывания и ввода детонатора. Принято в качестве прототипа для заявленного способа.
Указанные ПД имеют ряд недостатков, ограничивающих их применение:
- затруднена сенсибилизация ЭВВ и ВГВВ способом химической газогенерации - при протекании химической реакции газогенерации выделяющиеся газы будут увеличивать давление внутри загерметизированного ПД, что может вызвать разрыв оболочки патрона,
- введение внутрь ПД первичных средств инициирования влечет необходимость нарушения целости наружной оболочки ПД (для введения капсюля-детонатора внутрь оболочки необходимы проколы, надрезы оболочки), вследствие чего может происходить выдавливание ВВ из ПД и уменьшение массы ПД, что приведет к недостаточной мощности ПД и, как следствие, к возможному отказу детонации основного инициируемого заряда ВВ 1.5.
Кроме того, выступившее за пределы оболочки ВВ может вступить в нежелательный контакт с разрушаемыми горными породами, от чего или преждевременно химически разложиться, или преждевременно взорваться. Выступившее за пределы оболочки ВВ может подвергнуться размыванию водой, находящейся внутри пробуренных шпуров и скважин, отчего потерять восприимчивость к детонации.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной долговечности и надежности, в сохранении свойств патрона за счет исключения прокалывания оболочки при установке детонатора и снижения негативного воздействия повышения давления внутри оболочки патрона.
Указанный технический результат для устройства достигается тем, что в патроне взрывчатого вещества с герметичным устройством ввода капсюля-детонатора, представляющем собой трубчатую оболочку из полимерного материала с герметизированными торцами, внутри которой размещено эмульсионное или водногелевое промышленное взрывчатое вещество, а также детонатор, трубчатая оболочка выполнена гибкой, при этом с одного герметизированного торца в теле трубчатой оболочки сформировано вытянутое вдоль оболочки продолговатой формы углубление для размещения детонатора, сформированное вдавливанием торцевой части трубчатой оболочки внутрь этой оболочки.
Указанный технический результат достигается тем, что приспособление для изготовления патрона взрывчатого вещества с герметичным устройством ввода капсюля-детонатора, представляющее собой стаканообразный элемент с высотой стенки не более длины патрона, в данной части которого выполнено по крайне мере одно сквозное отверстие и закреплен трубчатый шток, направленный в сторону открытого торца этого стаканообразного элемента и выполненный длиной не менее длины капсюля-детонатора.
Указанный технический результат для способа достигается тем, что в способе изготовления патрона взрывчатого вещества с герметичным устройством ввода капсюля-детонатора, заключающемся в герметизации одного из торцов трубчатой оболочки из полимерного материала, заполнении ее полости со стороны открытого торца эмульсионным или водногелевым промышленным взрывчатым веществом с последующей герметизацией открытого торца, а затем закрепляют детонатор, для трубчатой оболочки используют гибкий полимерный материал, при этом перед заполнением полости трубчатой оболочки из гибкого материала в эту оболочку со стороны открытого торца вводят штуцер дозирующего устройства и размещают оболочку со стороны ее герметизированного торца в стаканообразном элементе с упиранием этого торца в закрепленный на донной части этого элемента трубчатый шток, а затем производят заполнение полости трубчатой оболочки эмульсионным или водногелевым промышленным взрывчатым веществом, при котором происходит обхват стенкой трубчатой оболочки трубчатого штока для образования втянутой в полость оболочки выемки для последующего размещения в ней капсюля-детонатора.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 изображен общий вид патрона в сборе с капсюлем-детонатором и волноводом;
фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, продольный разрез;
фиг. 3 - приспособление для формования полости под капсюль-детонатор;
фиг. 4 - трубчатая оболочка;
фиг. 5 - герметизация трубчатой оболочки с одного торца (конца);
фиг. 6 - закрепление открытого конца трубчатой оболочки на штуцере дозирующего устройства;
фиг. 7 - установка трубчатой оболочки со стороны герметизированного конца в приспособление;
фиг. 8 - надавливание оболочки на трубчатый шток приспособления;
фиг. 9 - показано положение герметизированного конца трубчатой оболочки в приспособлении с образованием полости для капсюля-детонатора;
фиг. 10 - показан процесс заполнения трубчатой оболочки предохранительным взрывчатым веществом;
фиг. 11 - показан процесс извлечения штуцера дозирующего устройства из трубчатой оболочки;
фиг. 12 - показан процесс герметизации трубчатой оболочки после вывода из нее штуцера дозирующего устройства;
фиг. 13 - показан процесс извлечения заполненной трубчатой оболочки из приспособления;
фиг. 14 - продольный разрез трубчатой оболочки, извлеченной из приспособления.
Согласно настоящего изобретения рассматривается новая конструкция патрона взрывчатого вещества с герметичным устройством ввода капсюля-детонатора, применяемого для горных взрывных работ в подземных выработках и шахтах, опасных по взрыву пыли и газов. Этот патрон может рассматриваться как промежуточный детонатор (ПД) для предохранительных взрывчатых веществ для зарядов, не восприимчивыми к первичным средствам инициирования, и, в следствие этого, требующих для возбуждения детонации применения промежуточных детонаторов.
Патрон взрывчатого вещества (фиг. 1 и 2) с герметичным устройством ввода капсюля-детонатора 1 представляет собой трубчатую оболочку 2 из гибкого полимерного материала (отрезок полимерного рукава - фиг. 4). Оболочка выполняется с герметизированными торцами 3 и 4. Внутри гибкой оболочки размещено эмульсионное или водногелевое промышленное взрывчатое вещество 5. При этом с одного герметизированного торца в теле трубчатой оболочки сформировано вытянутое вдоль оболочки продолговатой формы углубление 6 (выемка) для размещения капсюля-детонатора 1. Это углубление (выемка) сформировано вдавливанием торцевой части трубчатой оболочки внутрь этой оболочки в направлении вдоль ее длины. После размещения детонатора (капсюля детонатора) гибкая проводная подводка 7 (провода для подачи электроимпульса или волновод неэлектрической системы инициирования) от капсюля-детонатора прокладывается вокруг оболочки снаружи нее методом связывания или обвязывания для исключения соскакивания подводки с тела оболочки патрона.
Таким образом, исключена необходимость нарушения целости наружной оболочки ПД при введении капсюля-детонатора внутрь оболочки. Капсюль-детонатор размещается во внутреннюю полость, сформированную в процессе заполнения оболочки ПД взрывчатым веществом. Предназначенные для заполнения патронов ЭВВ и ВГВВ, сенсибилизированные способом химической газогенерации, не будут разрушать оболочку ПД возникающим избыточным давлением, возникающим при газовыделении в процессе химической газогенерации. Давление внутри оболочки ПД будет сбрасываться за счет увеличения объема ПД при сокращении объема внутренней сформированной полости.
Также исключены реакции ВВ с разрушаемыми горными породами и водой. Это исключает потерю восприимчивость к детонации.
Для изготовления такого патрона с наружно устанавливаемым в теле оболочки детонатором используется приспособление (фиг. 3), представляющее собой стаканообразный элемент 8 с высотой стенки не более длины изготавливаемого патрона, в донной части 9 которого выполнено по крайне мере одно сквозное отверстие 10 и закреплен трубчатый шток 11, направленный в сторону открытого торца этого стаканообразного элемента и выполненный длиной не менее высоты детонатора. Сквозное отверстие и полость в штоке используются для вывода воздуха при размещении в стаканообразном элементе гибкой оболочки и при извлечении из устройства оболочки после дозирования в нее ВВ.
С использованием данного приспособления можно реализовать новый способ изготовления патрона взрывчатого вещества с герметичным устройством ввода капсюля-детонатора.
Этот способ заключается в герметизации одного из торцов трубчатой оболочки из полимерного материала, заполнении ее полости со стороны открытого торца эмульсионным или водногелевым промышленным взрывчатым веществом с последующей герметизацией открытого торца, а затем закрепляют детонатор. Для трубчатой оболочки используют гибкий полимерный материал. Перед заполнением полости трубчатой оболочки из гибкого материала в эту оболочку со стороны открытого торца вводят штуцер дозирующего устройства и размещают оболочку со стороны ее герметизированного торца в стаканообразном элементе с упиранием этого торца в закрепленный на донной части этого элемента трубчатый шток. А затем производят заполнение полости трубчатой оболочки эмульсионным или водногелевым промышленным взрывчатым веществом, при котором происходит обхват стенкой трубчатой оболочки трубчатого штока для образования втянутой в полость оболочки выемки для последующего размещения в ней детонатора.
Ниже рассматриваются некоторые практические моменты реализации способа. Один торец полимерного рукава герметизируется клипсой или сваркой (фиг. 5). Получается рукавная заготовка. Открытый торец рукавной заготовки одевают на штуцер 12 дозирующего устройства 13 (например, шестеренного насоса) (фиг. 6).
Формируют внутреннюю полость - углубление 6 или выемку, вдавливая трубчатым штоком 11 формующей насадки (приспособления) рукавную заготовку внутрь штуцера дозирующего устройства (фиг. 8 и 9).
Включают дозирующее устройство. Масса ВВ заполняет оболочку, причем сохраняется внутренняя полость, сформированная трубчатым штоком (фиг. 9 и 10).
По завершении дозирования в оболочку заданного количества ВВ работа дозирующего устройства прекращается.
Заполненную ВВ оболочку снимают со штуцера дозирующего устройства (фиг. 11).
Герметизируют (клипсуют или сваривают) оставшийся открытый торец полимерного рукава (фиг. 12).
Снимают с патрона формующую насадку со штоком (фиг. 13 и 14). Трубчатая конструкция штока 11, а также отверстие 10 в донной части формующей насадки уравновешивают давление внутри сформированной полости с атмосферным, что облегчает процесс извлечения ПД из формующей насадки.
Готовый патрон (фиг. 14) используется для хранения и транспортировки и для установки в ее углубление 6 капсюля-детонатора 1 при изготовлении промежуточного детонатора (ПД).
Настоящее изобретение промышленно применимо и может быть использовано для безопасного проведения взрывных работ в подземных выработках и шахтах, опасных по взрыву пыли и газов.