ПОРОХОВОЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к элементам зарядов промышленных взрывчатых веществ и может быть использована в горной, горнодобывающей и других областях промышленности.
Известно применение некондиционных артиллерийских порохов в качестве промышленных взрывчатых веществ /1,с. 185-186; 2,с. 132; 3,с. 108111; 4,с.129/, в частности, пироксилиновых орудийных порохов, имеющих следующий химический состав (в массовых процентах) /5,с.35/:
-пироксилин, содержащий 12.6-12.99% масс, азота 91-97
-спиртоэфирная смесь0.5-5
-дифениламин1
-влага1-2
Пороховые заряды собирают из пороховых элементов. Основной геометрической характеристикой порохового элемента служ:ит толщина свода. Под толщиной свода понимают наименьший из геометрических размеров элемента /6,с.343/.
Известные пороховые элементы, выполненные в форме пластинки, ленты, кольца с толщиной свода не более 0.3 мм /6,с.30 8-309/, а также цилиндрические - с одним или несколькими продо.льными, симметрично расположенными по сечению, каналами и толщиной свода до 2.5 мм /5,с.74; 6,с.343; 7; 8/.
Для цилиндрического одноканального порохового элемента под толщиной свода понимают то.лщину стенки цилиндра.
Ближайшим аналогом (прототипом), предлагаемого порохового элемента, является порох маркм 22/1 Тр для гаубицы 152 мм. Пороховые элементы этой марки пороха выполнены в виде цилиндра с одним каналом (трубки) из орудийного пироксилинового пороха, содержащего в пироксилине 12.6% масс, азота, и толщиной стенки цилиндра (свода) равной 2.15 мм /9,с. 113/.
Вещество порохового элемента имеет плотность 1580 .
Прототип характеризуется совокупностью признаков, сходных с совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели: имеют одинаковое назначение, геометрическую форму, изготавливаются из орудийного пороха с плотностью вещества элементов прототипа, находящейся в диапазоне плотностей вещества пороховых элементов заявляемой полезной модели, однако, отличающиеся между собой по толщине стенки (свода): для прототипа толщина стенки (свода) равна 2.15 мм, для заявляемой полезной модели эта величина имеет размер 3.5-4.5 мм.
Чyвcтвитe;vьнocть порохов к внешним воздействиям (механическим, тепловым и др.) зависит от химического состава вещества, физикомеханических, геометрических характеристик пороховых элементов.
Чувствительность взрывчатых веществ, в том числе и порохов, к взрывному импульсу оценивается минимальной массой взрывчатого вещества, необходимой для возбуждения детонации в данном заряде взрывчатого вещества (минимальный инициирующий заряд). Чем меньше эта величина, тем чувствительнее вещество /6,с.35/.
Известно /1,с. 186/, что чувствительность порохов к взрывному импульсу возрастает с увеличением содержания азота в пироксилине, с уменьшением ко.личества невзрывчатых компонентов в порохе (спиртоэфирной смеси, дифениламина, влаги) /6,с.28 2-284/, с уменьшением размеров пороховых элементов и плотности их вещества /1,с. 186/.
Желательно, чтобы используемые в промышленных взрывных работах взрывчатые вещества обладали способностью устойчиво детонировать от штатных средств взрывания (допущенных Госгортехнадзором к применению) типа электродетонатора ЭД-8 /10,с.59-77/, содержащего, например, 0.5 г гремучей ртути и 1.0 г гексогена. В этом случае обеспечивается необходимая надежность взрывания зарядов.
Известно, что пироксилиновые пороха не детонируют от средств взрывания типа электродетонатора ЭД-8 /6,с.328/. Их взрывание осуществляется при помощи дополнительного (промежуточного) детонатора из чувствительного, мощного взрывчатого вещества, массу которого для каждой партии пороха определяют опытным путем. При этом величина дополнительного детонатора достигает 10% от массы взрываемого порохового заряда /З.с. 109/. Поэтому из-за трудности обеспечения необходимой надежности взрывания применение порохов во взрывном деле носит ограниченный характер.
Перед заявляемой полезной моделью поставлена задача создания такого конструктивного выполнения порохового элемента из некондиционных орудийных порохов, которое позволило бы обеспечить детонацию зарядов из таких пороховых элементов от средств взрывания типа электродетонатора
ЭД-8 без использования дополнительного (промежуточного) детонатора.
Поставленная задача решается конструктивным выпо.лнением порохового элемента в виде цилиндра с одним продо.льным каналом и толщиной стенки (свода) 3.5-4.5 мм, изготовленного прессованием состава до плотности 14001580 , содержащего в % масс.:
-пироксилин, содер:жащий 12.6% масс, азотане менее 92.5
-спиртоэфирная смесь0.5-4.0
-дифениламин1.0-2.0
Это позволяет повысить чувствительность порохового элемента к взрывному импульсу до уровня, обеспечивающего возбуждение детонации в пороховом элементе от средств взрывания типа электродетонатора ЭД-8 за счет увеличения толщины стенки цилиндра (свода) по сравнению с прототипом, тем самым достичь требуемую во взрывном деле надежность взрывания пороховых зарядов и, следовательно, широко применять некондиционные орудийные пороха. При этом решается проблема экономически и экологически целесообразной утилизации некондиционных порохов.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид порохового элемента в продольном разрезе; на фиг. 2 представлен общий вид сборки по оценке чувствительности пороховых элементов к взрывному импульсу для зарядов, сформированных укладкой пороховых элементов торцами друг к другу; на фиг. 3 представлен общий вид сборки по оценке чувствительности пороховых элементов к взрывному импульсу для зарядов со свободной засыпкой пороховых элементов.
Пороховой элемент (фиг. 1) выполнен в виде цилиндра 1 с каналом 2 из пороховой массы 3. Толщина стенки цилиндра образована наружной поверхностью цилиндра и поверхностью канала и равна 3.5-4.5 мм.
Сборка по оценке чувствительности пороховых элементов к взрывному импульсу для зарядов, сформированных укладкой пороховых элементов торцами друг к другу (фиг. 2) состоит из картонного цилиндрического корпуса 4, пороховых элементов 5, электродетонатора 6, свинцовой пластинысвидетеля 7, основания 8.
Сборка по оценке чувствительности пороховых элементов к взрывному импульсу для зарядов со свободной засыпкой пороховых элементов (фиг.З) состоит из картонного цилиндрического корпуса 9, пороховых элементов 5, электродетонатора 6, подставки 10, детонирующего шнура 11, земляной площадки 12.
Пороховые элементы могут использоваться известными методами /3,с.145150/ в качестве промышленных взрывчатых веществ во взрывных работах путем размещения необходимого их количества в объеме и/или на поверхности взрываемой конструкции или среды с последующим взрыванием их от штатных средств взрывания.
Для оценки возможного осуществления технического результата, обеспечиваемого заявляемой полезной моделью, авторами проведен анализ и экспериментальное исследование по определению влияния различных факторов к взрывному импульсу от электродетонатора ЭД-8. В качестве варьируемых факторов были выбраны следующие параметры зарядов: толщина стенки (свода) порохового элемента, плотность вещества, массовое содержание азота в пироксилине, дифениламина и влаги, отношение диаметра канала к толщине стенки цилиндра, способа сборки заряда - укладкой пороховых элементов торцами вплотную друг к другу в виде длинной одноканальной трубки, или свободной засыпкой пороховых элементов.
В качестве функции отклика было выбрано наличие или отсутствие устойчивой детонации заряда из пороховых элементов, возбуждаемых взрывом электродетонатора ЭД-8.
Для проведения испытаний по схеме, изображенной на фиг. 2, пороховые элементы снаряжались в корпус 4, выполненный из картона толщиной 0.5 мм, соосно торцами вплотную друг к другу так, чтобы их общая длина была не менее 600 мм. Сверху на пороховые элементы устанавливался электродетонатор 6, служ:ивший источником взрывного импу.льса. Заряд устанавливался на свинцовую пластину-свидетель 7, лежавшую на основании 8, и проводилось взрывание путем подсоединения проводов электродетонатора к источнику тока.
Если чувствительность испытуемых пороховых элементов оказывалась достаточной, то в заряде возбуждалась устойчивая детонация, которая проходила от места инициирования по всему заряду до свинцовой пластинысвидетеля. При этом продукты детонации делали пробоину в пластинесвидетеле. В случае отсутствия пробоины после испытания считалось, что устойчивая детонация не возбудилась, т.е. произошел отказ.
Для проведения испытаний по схеме, изображенной на фиг. 3, заряд собирался свобадной засыпкой пороховых элементов 5 в картонный цилиндрический корпус 9, имеющий то.лщину стенки 1.0 мм и внутернний диаметр 50 мм, длину - 800 мм. Через отверстие в днище вводи.ли внутрь заряда на глубину 100 мм один конец детонирующего шнура 11. С другого торца корпуса вводился электродетонатор 6, служивший источником взрывного импульса. Собранный заряд укладывался на подставку 10, располагавшуюся на земляной площадке 12. Свободный конец детонирующего шнура 11 закапывался в землю и служил свидетелем детонации. Провода электродетонатора подсоединялись к источнику тока и проводилось взрывание. Если в испытуемом заряде возбуждалась устойчивая детонация, то она проходила от электродетонатора по заряду и возбуждала детонацию детонирующего шнура, в результате чего на месте участка детонирующего шнура, закопанного в зем.лю, образовывалась воронка выброса. Если воронка отсутствовала, считалось, что произошел отказ.
Для каждой комбинации уровней факторов проводилось по 5 параллельных опытов. Если хотя бы в одном опыте из пяти происходил отказ, значение отказ присваивалось опыту в целом как для схемы опыта по фиг. 2, так и для схемы опыта по фиг. 3.
Для испытаний был выбран наименее чувствительный к взрывному импульсу состав, а именно, содержащий максимальное количество невзрывчатых компонентов (дифениламина, спиртоэфирной смеси, влаги) и минимальное количество азота в пироксилине пороха с целью оценки минимального значения толщины стенки (свода) порохового элемента, необходимого для возбуждения в нем устойчивой детонации от средств взрывания типа электродетонатор ЭД-8.
Вещество порохового элемента имело следующие характеристики по составу, % масс.:
-пироксилин, содержащий 12.6% масс.азота92.5
-спиртоэфирная смесь (растворитель)4.0
-дифениламин2.0
-влага1.5
Плотность порохового элемента ворьировалась на двух уровнях 1400 и
1580 кг/м-. Толщина стенки (свода) порохового элемента исследовалась в диапазоне от 2.5 до 4.5 мм. Отношение диаметра канала к толщине стенки (свода) изменялось от 0.3 до 2.0. Длина порохового элемента во всех опытах была постоянной и равнялась 15 мм.
Значение уровней факторов и соответствующие результаты опытов по схемам фиг. 2 и фиг. 3 представлены в табл. 1.
Таблица 1
Результаты испытаний No Толщина стенки Отношение и/и (свода) поро- диаметра кахового элемен- нала к толщита, мм.не стенки
(свода)по схеме по схеме по схеме по схеме 1.2.50.3 2.2.52.0 3.3.50.3 4.3.52.0 5.4.50.3 6.4.52.0
фиг. 2 фиг. 3 фиг. 2 фиг. 3 Плотность вещества порохового элемента оо 1400 кг/м 1580 кг/м отказ отказ отказ отказ отказ отказ отказ отказ детонация детонация детонация детонация детонация детонация детонация детонация детонация детонация детонация детонация детонация детонация детонация детонация
При плотности вещества менее 1400  пороховой элемент не удовлетворяет требованиям по прочностным характеристикам.
По результатам проведенных опытов следует ожидать /I.e. 186/, что пороховые элементы цилиндрической формы с одним продольным каналом с
ПЛОТНОСТЬЮ меньше 1580 кг/м из пироксилиновой массы, содерлсащей в % масс.:
-пироксилина с содержанием
азота более 12.6% масс.более 92.5
-спиртоэфирная смесь (растворитель)менее 4.0
-дифениламинменее 2.0
-влагименее 1.5 долж;ны устойчиво детонировать от электродетонатора ЭД-8.
Для проверки указанного эффекта на одном из пороховых заводов России была изготовлена опытная партия пороховых элементов в количестве одной тонны со следующими характеристиками по компонентному составу в % масс.:
-пироксилина с содержанием 13% масс азота95.5
-спиртоэфирной смеси (растворителя)2.2
-дифениламина1.8
-влаги0.5
Пороховые элементы имели следующие геометрические характеристики: наружный диаметр - 12.57 мм, диаметр канала - 4.83 мм, длина - 23.2 мм, толщина стенки - 3.87 мм. Плотность пороховых элементов составляла 1500 кг/м.
В результате проведенных испытаний были определены взрывчатые характеристики пороховых элементов, приведенные в табл. 2, где для сравнения представлены взрывчатые характеристики аммонита No 6ЖВ/11, с. 120-121, с. 267-291/, широко используемого промышленного взрывчатого вещества. -9Критический диаметр, мм в насыпном виде заряд составлен из состыкованных торцами один к другому элементов Чувствительность к детонирует от детонатора КД взрывному импульсу Скорость детонации, м/с при плотности заряда  1000-1200 кг/м  700-720 кг/м Чувствительность к удару, мм нилсний предел в приборчике No 2 и грузе 10 кг Чувствительность к трению,МПа давление прижатия: нижний предел верхний предел
Таблица 2. 103601350 капсюля- детонирует от капсюля-М8, ЭД-8 детонатора KA-N8, ЭД-8 0-4800 5700-5900
Сравнителъный анализ данных табл, 2 позволяет рекомендовать к применению пороховые элементы в качестве нового промышленного взрывчатого вещества.
Использование заявляемой полезной модели позволит достичь следующих дополнительных результатов:
-обеспечение загрузки мощностей пороховых производств при выпуске пороховых элементов для взрывных работ путем переработки некондиционных порохов на период отсутствия заказов от потребителей основной продукции;
-возможность быстрого и беззатратного перехода от выпуска основной продукции на выпуск пороховых элементов для взрывных работ и обратно;
-персонал производства не теряет навыков, необходимых для выпуска основной продукции;
-пороховые элементы в отличие от порошкообразных промышленных взрывчатых веществ не пылят, не слеживаются, обладают сыпучестью, чем обеспечивается простота заряжания при ведении взрывных работ.
1.Б.Я. Светлов, Н.Е. Яременко, Теория и свойства промышленных взрывчатых веществ. Изд. 3, перераб. и допол. Недра, М., 1973, 208 с.
2.А.Ф. Суханов, Б.Н. Кутузов, Разрушение горных пород взрывом. Изд. 2, перераб. и допол., Недра, М., 1983, 344 с.
3.А.Т. Казаков, Методика и техника взрывных работ при сейсморазведке. Изд. 5, перераб. и допол., Недра, М., 1987, 296 с.
4.Б.Н. Кутузов, Взрывные работы. Недра, М., 1974, 368 с.
5.Пороха, ракетные твердые топлива и взрывчатые вещества. Изд. Мин. обороны СССР, 1992, 202 с.
6.М.А. Будников, Н.А. Левкович, И.В. Быстров и др. Взрывчатые вещества и пороха. Гос. изд. оборонной промышленности, М., 1955, 364 с.
7.Патент Великобритании No 1575120, МПК СО6 В 25/18, 1980.
8.Патент США No 3000721, М.Кл. СО6 В 5/00, 1961.
9.М.Е. Серебряков, Физический закон горения во внутренней баллистике. Оборонгиз, М., 1940, 215с.
10.Справочник взрывника. Б.Н. Кутузов, В.М. Скоробогатов, И.Е.Ерофеев и др., под общей редакц. Б.Н. Кутузова, М., Недра, 1988, 551 с.
11.А.В. Дубнов, Н.С. Бахаревич, АИ. Романов, Промышленные взрывчатые вещества, Недра, М., 1973, 319с.
ЛИТЕРАТУРА