ЗАРЯД ПОДРЫВНОЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ

Полезная модель относится к взрывателям ударного действия, в частности к зарядам подрывным промышленным, в том числе предназначена к использованию с системой неэлектрического инициирования, а также инициируется от электродетонаторов, детонирующих шнуров, капсюлей-детонаторов. Применяется для надежного и безопасного подрыва скважинных и других зарядов малочувствительных промышленных взрывчатых веществ (ВВ), в том числе эмульсионных ВВ, при взрывных работах на земной поверхности.
Известны литые тротиловые заряды цилиндрической формы со сквозным каналом по оси заряда, изготавливаемые с прессованной тротиловой шашкой, применяемые в качестве взрывчатых материалов на дневной поверхности [Заряды литые тротиловые для сейсмических работ. Технические условия ОСТ 84-1367-76].
Также известна шашка-детонатор для промышленного взрывания, содержащая сквозной канал и изготовленная методом заливки из смесевого взрывчатого материала (ВМ), включающего тротил, дополнительно снабжена гнездом диаметром 8-9 мм и глубиной 95-120 мм от торца шашки, межосевое расстояние между каналом и гнездом составляет 20-60 мм, а входные отверстия канала и гнезда соединены выемкой глубиной 6-30 мм; выемка разделена в нижней части скругленной перемычкой; ось сквозного канала совпадает с осью шашки [Свидетельство на полезную модель RU №3642 от 27.12.1995].
Наиболее близкой полезной моделью того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является шашка-детонатор для промышленного взрывания, содержащая смесь твердого дисперсного бризантного компонента и литого тротила, выполненного со сквозным каналом и гнездом, входные отверстия которых соединены выемкой, полимерной оболочкой и полимерного диска с торца, где выполнено только отверстие сквозного канала, а взрывчатый материал дополнительно содержит мононитротолуол при следующем соотношении компонентов, мас. %:
твердый дисперсный бризантный компонент
25-72
мононитротолуол
0,4-5,1
тротил
остальное до 100
- при этом размер частиц твердого дисперсного бризантного компонента не более 1,4 мм. Взрывчатый материал в качестве твердого дисперсного бризантного (высокоэнергетического) компонента содержит гексоген или ТЭН [Полезная модель RU 164061 U1, 20.08.2016], которую можно принять за прототип.
Однако широко известно, что во время взрывчатого превращения тротила образуется газовая вредность в больших объемах.
При создании предлагаемой полезной модели ставилась задача получить такой заряд подрывной промышленный (шашку-детонатор литую), во время взрывчатого превращения которого образуется газовая вредность в уменьшенных объемах по сравнению с прототипом.
Для достижения такого технического результата предлагается заряд подрывной промышленный, состоящий из взрывчатого материала, включающего тротил, в полимерном корпусе с выполненными гнездом с полимерной оболочкой и сквозным каналом, входные отверстия которых соединены выемкой, и с торца, где выполнено только отверстие сквозного канала, расположена крышка, при этом сквозной канал и выемка выполнены с полимерными оболочками, а полимерная оболочка выемки соединена с полимерными оболочками гнезда, сквозного канала и с полимерным днищем корпуса, причем взрывчатый материал содержит высокоэнергетический компонент в количестве от 7 до 76 мас. %, общая массовая доля влаги и летучих веществ в тротиле не более 2,1 мас. %. Размер частиц высокоэнергетического компонента не более 1,5 мм. Взрывчатый материал в качестве высокоэнергетического компонента содержит гексоген или ТЭН или их смеси.
Массовая доля влаги в тротиле не более 2,0 мас. %.
В качестве тротила заряд содержит литой тротил или смесь литого тротила с полидисперсной тротиловой твердой фазой в виде кусков, гранул или чешуек, или их смесей с размером не более 19 мм с суммарным содержанием во взрывчатом материале совместно с частицами высокоэнергетического компонента не более 77 мас. %.
Оболочка гнезда выполнена в виде усеченного конуса.
Толщина корпуса предлагаемого заряда 0,6-1,7 мм, крышка выполнена из бумаги, картона или полимерного материала толщиной 0,06-2,2 мм, внутренний диаметр гнезда от 7,7 до 9,8 мм, глубина от 70 до 130 мм; толщина оболочки гнезда от 0,6 до 1,1 мм, внутренний диаметр сквозного канала от 15 до 17 мм, толщина оболочки сквозного канала, от 0,7 до 1,2 мм.
Взрывчатый материал содержит пара-мононитротолуола концентрацией от 0,1 до 1,7 мас. % сверх 100 или содержит смесь мононитротолуолов или смесь мононитротолуолов с динитротолуолами от 0,2 до 2,3 мас. % сверх 100, содержащие пара-мононитротолуол более 35 мас. %.
Заряд подрывной промышленный поясняется рисунками Фиг. 1 и Фиг. 2. Заряд, Фиг. 1, состоящий из взрывчатого материала 12, включающего тротил, в полимерном корпусе 1 с выполненными гнездом 7 с полимерной оболочкой 6 и сквозным каналом 10, входные отверстия которых соответственно 5 и 8 соединены выемкой 4, и с торца, где выполнено только отверстие сквозного канала 10, расположена крышка 11; при этом сквозной канал 10 и выемка 4 выполнены соответственно с полимерными оболочками 9 и 3, а полимерная оболочка 3 выемки 4 соединена монолитно соответственно с полимерными оболочками 6 и 9 гнезда 7, сквозного канала 10 и с полимерным днищем 2 корпуса 1, причем взрывчатый материал 12 содержит высокоэнергетический компонент 14, Фиг. 2, в количестве от 7 до 76 мас. %, общая массовая доля влаги и летучих веществ в тротиле не более 2,1 мас. %. Размер частиц высокоэнергетического компонента 14 не более 1,5 мм. Взрывчатый материал 12 в качестве высокоэнергетического компонента 14 содержит гексоген или ТЭН (пентаэритриттетранитрат), или их смеси. Массовая доля влаги в тротиле не более 2,0 мас. %.
Заряд в качестве тротила содержит литой тротил 13 или смесь литого тротила 13 с полидисперсной тротиловой твердой фазой в виде кусков 15, гранул 16 или чешуек 17, или их смесей с размером не более 19 мм с суммарным содержанием во взрывчатом материале совместно с частицами высокоэнергетического компонента 14 не более 77 мас. %.
Оболочка 6, Фиг. 1, гнезда 7 выполнена в виде усеченного конуса.
1
2
3
4
Толщина δ корпуса 1 равна 0,6-1,7 мм, крышка 11 выполнена из бумаги, картона или полимерного материала толщиной δ, равной 0,06 - 2,2 мм, внутренний диаметр d гнезда 7 от 7,7 до 9,8 мм, глубина Н от 70 до 130 мм, толщина δ оболочки 6 гнезда 7 от 0,6 до 1,1 мм, внутренний диаметр D сквозного канала 10 от 15 до 17 мм, толщина δ оболочки 9 сквозного канала от 0,7 до 1,2 мм.
Взрывчатый материал 12 содержит пара-мононитротолуол (пара-МНТ) концентрацией от 0,1 до 1,7 мас. % сверх 100 или содержит смесь мононитротолуолов (МНТ) или смесь МНТ с динитротолуолами (ДНТ) от 0,2 до 2,3 мас. % сверх 100, содержащие пара-МНТ более 35 мас. %.
Если во взрывчатом материале (ВМ) содержание высокоэнергетического компонента равно 7 мас. %, то концентрация тротила составит величину 100-7=93 мас. %. Определим снижение газовой вредности во время взрывчатого превращения ВМ, содержащего влагу (воду) в тротиле с долей 0,06 мас. % (в прототипе тротил влагу не содержит).
В этом случае доля воды в предлагаемом составе будет равна: 93×0,06/100=0,0558 мас. % или 0,0558/100=0,000558 (кг воды)/(кг ВМ).
Этим количеством воды замещается тротил в прототипе 0,000558 (кг тротила прототипа)/(кг ВМ).
Во время взрывчатого превращения тротила (гранулотола) образуется газовая вредность в количестве, равном 275 л/(кг тротила) [Л.В. Корнеева и др. Производство промышленных взрывчатых веществ и материалов для горных предприятий // Горный журнал, №10, 2003 - с. 33. Таблица 1, 5-я строчка сверху]. Значительная газовая вредность образуется из-за окисления тротила при контакте тротила с окружающей средой (воздухом).
В прототипе тротил ничем не защищен от контакта с воздухом через свободные поверхности сквозного канала, выемки и гнезда, что способствует окислению тротила.
Величина 0,000558 (кг тротила прототипа)/(кг ВМ) во время взрывчатого превращения образует объем газовой вредности, равный 275×0,000558=0,15 (л газовой вредности)/(кг ВМ).
3
В предлагаемом заряде сквозной канал, выемка и гнездо выполнены с полимерными оболочками (тротил не окисляется, он защищен от контакта с кислородом воздуха). Поэтому для предлагаемого заряда по сравнению с прототипом уменьшается объем газовой вредности на величину, равную значению 0,15 (л газовой вредности)/(кг ВМ) или 0,15 (м газовой вредности)/(т ВМ).
Аналогично определим, что во время взрывчатого превращения предлагаемого заряда по сравнению с прототипом при замещении тротила водой с концентрацией воды:
3
- 2,0 мас. % в тротиле получим уменьшение объема газовой вредности, содержащего 93 мас. % тротила во ВМ, на величину, равную значению 5,1 (м газовой вредности)/(т ВМ);
3
- 2,0 мас. % в тротиле получим уменьшение объема газовой вредности, содержащего 86 мас. % тротила во ВМ, на величину, равную значению 4,7 (м газовой вредности)/(т ВМ);
3
- 0,06 мас. % в тротиле получим уменьшение объема газовой вредности, содержащего 50 мас. % тротила во ВМ, на величину, равную значению 0,08 (м газовой вредности)/(т ВМ);
3
- 2,0 мас. % в тротиле получим уменьшение объема газовой вредности, содержащего 50 мас. % тротила во ВМ, на величину, равную значению 2,8 (м газовой вредности)/(т ВМ);
Если в предлагаемом заряде концентрация высокоэнергетического компонента во ВМ равна 7 мас. %, то концентрация тротила составит величину 100-7=93 мас. %. Определим снижение объема газовой вредности заряда во время взрывчатого превращения ВМ, содержащего общую (суммарную) массовую долю влаги (воды) и летучих веществ (при их соотношении 50/50) в тротиле, равную 0,06 мас. %.
В этом случае доля воды во взрывчатом материале равна величине 93×0,06×0,5/100=0,03 мас. % или 0,03/100=0,0003 (кг воды)/(кг ВМ).
Этим количеством воды замещается тротил в прототипе 0,0003 (кг тротила прототипа)/(кг ВМ).
Величина 0,0003 (кг тротила прототипа)/(кг ВМ) во время взрывчатого превращения образует объем газовой вредности, равный значению 275×0,0003=0,08 (л газовой вредности)/(кг ВМ).
3
Поэтому замена тротила водой в предлагаемом заряде уменьшает объем газовой вредности на 0,08 (л газовой вредности)/(кг ВМ) или 0,08 (м газовой вредности)/(т ВМ) по сравнению с прототипом.
Аналогично определим, что во время взрывчатого превращения предлагаемого заряда по сравнению с прототипом при замещении тротила водой с общей (суммарной) массовой долей влаги (воды) и летучих веществ (при их соотношении 50/50):
3
- 0,12 мас. % в тротиле получим уменьшение объема газовой вредности ВМ, содержащего 86 мас. % тротила, на величину, равную значению 0,14 (м газовой вредности)/(т ВМ);
3
-2,1 мас. % в тротиле получим уменьшение объема газовой вредности ВМ, содержащего 86 мас. % тротила, на величину, равную значению 2,5 (м газовой вредности)/(т ВМ) по отношению к прототипу.
3
- 0,06 мас. % в тротиле получим уменьшение объема газовой вредности ВМ, содержащего 50 мас. % тротила, на величину, равную значению 0,04 (м газовой вредности)/(т ВМ);
3
- 0,12 мас. % в тротиле получим уменьшение объема газовой вредности ВМ, содержащего 50 мас. % тротила, на величину, равную значению 0,08 (м газовой вредности)/(т ВМ);
3
- 2,1 мас. % в тротиле получим уменьшение объема газовой вредности ВМ, содержащего 50 мас. % тротила, на величину, равную значению 1,44 (м газовой вредности)/(т ВМ);
3
- 2,1 мас. % в тротиле получим уменьшение объема газовой вредности ВМ, содержащего 24 мас. % тротила, на величину, равную значению 0,69 (м газовой вредности)/(т ВМ);
Массовая доля воды (влаги) в тротиле определяется экспериментально любым известным методом. Общую (суммарную) долю воды (влаги) и летучих веществ в тротиле можно определить следующим методом. Измельчается 9-11 г тротила, затем помещается ровным слоем в сухой чистый стаканчик и взвешивается в граммах с точностью до четвертого десятичного знака. Стаканчик с тротилом сушат в сушильном шкафу в течение 2,5 часа при температуре от 60 до 65°С. По окончании сушки стаканчик с тротилом закрывают крышкой, охлаждают в эксикаторе в течение 40 - 50 минут и взвешивают в граммах с точностью до четвертого десятичного знака. Общую массовую долю влаги и летучих веществ вычисляют с учетом массы навески тротила, массы стаканчика с тротилом до сушки и после сушки.
3
3
3
3
Средний размер (диаметр) частиц высокоэнергетического компонента у прототипа 1,4/2=0,7 мм, объем в виде сферы π0,7/6=0,18 мм, а у предлагаемого заряда средний размер частиц - равен 1,5/2=0,75 мм, объем π0,75/6=0,22 мм. Следовательно, средний объем частиц высокоэнергетического компонента у предлагаемого заряда больше среднего объема частиц прототипа на 100(0,22-0,18)/0,22=18%. Данный показатель очень важен, так как температуры взрыва компонентов различны. Тротил имеет температуру взрыва 3100°С, гексоген 3400°С, ТЭН 3900°С [Л.В. Дубнов и др. Промышленные взрывчатые вещества. 3-е издание, переработанное и дополненное. М., «НЕДРА», 1988, с. 49, 15-18 строчки сверху]. Высокоэнергетические компоненты (гексоген и ТЭН) имеют температуру взрыва больше, чем у тротила. А чем больше температура взрыва компонентов и большего размера их частицы, тем с более увеличенной скоростью происходит взрывчатое превращение ВМ, содержащих тротил, и, как следствие, меньше образуется объем газовой вредности.
Тротиловая твердая фаза (куски, гранулы или чешуйки, или их смеси), находящаяся во ВМ снижает расслаиваемость высокоэнергетических компонентов с расплавом тротилом во время производства зарядов, что в дальнейшем во время взрывчатого превращения ВМ уменьшает объем образования газовой вредности. Тротиловая твердая фаза содержит в своем объеме поры, заполненные газом (воздухом). Во время прохождения детонационной волны через поры, газ сжимается с повышением температуры. Повышенная температура способствует увеличению скорости взрывчатого превращения ВМ. А увеличенная скорость взрывчатого превращения ВМ дополнительно приводит к уменьшению объема газовой вредности.
Если содержание высокоэнергетического компонента меньше величины 7,0 мас. %, то энергия взрыва увеличивается не значительно, а если - больше 76 мас. %, то усложняется технология снаряжения зарядов. Когда доля влаги (воды) в тротиле больше 2,0 мас. %, то в зимних условиях Крайнего Севера из-за кристаллизации воды возможно образование больших трещин в литых ВМ. Размер частиц высокоэнергетического компонента более 1,5 мм приводит к существенному расслаиванию их с расплавом тротила, что приводит к дополнительному образованию объема вредных газов, во время взрывчатого превращения зарядов.
В случае если тротиловая твердая фаза имеет размер более 19 мм и ее суммарное содержание во взрывчатом материале совместно с частицами высокоэнергетическими компонентами более 77 мас. %, то усложняется технология заливки ВМ заряда.
Если толщина корпуса заряда меньше 0,6 мм, то корпус имеет недостаточную прочность, а если - больше 1,7 мм, то расходуется лишний полимерный материал. Крышка толщиной менее 0,06 мм не технологична в работе, а - более 2,2 мм приводит к избыточному расходу материала. Внутренний диаметр гнезда менее 7,7 мм и глубина - менее 70 мм не обеспечивает полное установление капсюля-детонатора в гнездо, а -диаметр более 9,8 мм и глубина - более 130 мм создает лишний свободный объем между поверхностью капсюля-детонатора и ближайшей поверхностью ВМ. Толщина оболочки гнезда менее 0,6 мм существенно уменьшает ее прочность, а - более 1,1 мм приводит к снижению импульса от капсюля-детонатора к ВМ, что приводит к дополнительному образованию объема вредных газов.
Диаметр сквозного канала менее 15 мм не позволяет установить достаточное количество детонирующих шнуров (ДНТ), а - более 17 мм значительно увеличивает свободное пространство между поверхностью ДТП и ВМ. Толщина оболочки сквозного канала менее 0,7 мм существенно уменьшает ее прочность, а - более 1,2 мм приводит к дополнительному расходу полимерного материала.
Согласно техническому регламенту Таможенного союза [TP ТС 028/2012 «О безопасности взрывчатых веществ и изделий на их основе». Решение Евразийской экономической комиссии №57 от 20.07.2012. Статья 4 п. 1] изготавливаемые взрывчатые вещества должны маркироваться: а) с целью обнаружения их путем введения маркирующих веществ, обеспечивающих дистанционное обнаружение техническими или иными средствами. Содержание пара-МНТ (маркирующего вещества) в предлагаемом заряде связано с выполнением TP ТС 028/2012, направленного на борьбу с терроризмом.
В случае если концентрация пара-МНТ во ВМ меньше 0,1 мас. % сверх 100 мас. % (меньше 0,2 мас. % смеси МНТ или смеси МНТ с ДНТ, содержащих пара-МНТ более 35 мас. %, сверх 100 мас. %), то сложно будет обнаружить ВМ дистанционным способом для обеспечения успешной борьбы с терроризмом. А если концентрация пара-МНТ во ВМ больше 1,7 мас. % сверх 100 мас. % (больше 2,3 мас. % смеси МНТ или смеси МНТ с ДНТ, содержащих пара-МНТ более 35 мас. %, сверх 100 мас. %), то заряд значительно увеличится по себестоимости.
Обобщенные данные заявки приведены в таблице «Уменьшение объема газовой вредности, которая образуется во время взрывчатого превращения предлагаемого заряда по сравнению с прототипом».
3
Как видно из таблицы, у предлагаемого заряда по сравнению с прототипом во время взрывчатого превращения уменьшается объем газовой вредности до 5,1 м/(т ВМ).
Следовательно, заряд для промышленного применения превосходит прототип и достигнута поставленная задача: предложить такой заряд, во время взрывчатого превращения которого образуется газовая вредность в уменьшенных объемах по сравнению с прототипом.
Заряды подрывные промышленные по требованию заказчика могут изготавливаться с массой ВМ от 75 г до 4000 г.