ЗАРЯД ЛИТОЙ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ВЗРЫВАНИЯ

Полезная модель относится к зарядам литым для промышленного взрывания, в том числе предназначена к использованию для сейсмических и других геофизических работ, при температуре от минус 50°С до плюс 50°С. Заряды могут применяться для ведения взрывных работ при инициировании от электродетонаторов типа ЭД-8, ЭДС, ЭДПР, ЭДКЗ и других средств взрывания, подобных им по инициирующей способности, разрешенных Ростехнадзором.
Известны прессованные гидроизолированные тротиловые шашки (заряды) с центральным каналом [ОСТ 84-1367-76], используемые в качестве взрывчатых материалов (ВМ) при сейсмических и других видах геофизических работ на земной поверхности, а так же в качестве промежуточных детонаторов при проведении открытых взрывных работ горного и негорного характера.
Известна тротило-гексогеновая шашка ТГФ - 850Э, содержащая сквозной канал и гнездо, входные отверстия которых соединены выемкой [Свидетельство на полезную модель RU №3642 U1, 27.12.95].
Для увеличения сферы применения используется шашка-детонатор ТГФ - 850П, содержащая сквозной канал и гнездо, входные отверстия которых соединены выемкой, изготовленная методом заливки смесевого взрывчатого материала в оболочку из полимерного материала, имеющая скругленные внутрь кромки, заходящие за торцевые части изделия и два кольцевых выступа на цилиндрической поверхности [Свидетельство на полезную модель RU №12238 U1, 03.06.99].
Наиболее близкой полезной моделью (прототипом) того же назначения к заявляемой полезной модели по совокупности признаков является заряд литой в полимерном корпусе для промышленного взрывания, содержащий взрывчатый материал (ВМ), гнездо, сопряженное с корпусом днище, на котором расположено ушко с отверстием для крепления заряда, отверстие на корпусе для прохождения взрывной магистрали, которое расположено с противоположной стороны от днища корпуса, и крышку, погруженную в корпус, имеющий с двух сторон резьбы, каждая из которых предназначена для завинчивая зарядов друг с другом, при этом заряд дополнительно снабжен вкладышем, основной взрывчатый материал - литой тротил или смесь литого тротила с полидисперсным гранулотолом диаметром не более 16 мм.
В смеси литого тротила с полидисперсным гранулотолом содержится гранулотола 10-50 мас. %.
Толщина корпуса равна 1,1-1,5 мм, диаметр отверстия для прохождения взрывной магистрали равен 8-10 мм.
Ушко для крепления заряда имеет отверстие диаметром 5-7 мм.
Гнездо имеет диаметр 8-9,5 мм и глубину во вкладыше 30-70 мм, а крышка имеет отверстие, совпадающее с отверстием гнезда [Полезная модель к патенту RU №139608 U1, 20.04.2014].
Существенным недостатком прототипа является ограниченный гарантированный объем (масса) полной детонации ВМ заряда, изготовленного в промышленных условиях.
Технической задачей настоящего предложения является создание такого заряда, который гарантированно обеспечивает полную детонацию ВМ заряда увеличенного объема (массы) по отношению к прототипу, изготовленных в промышленных условиях.
В предлагаемой полезной модели заряд литой в полимерным корпусе, выполненный с резьбами с двух сторон, с возможностью завинчивания зарядов друг с другом, содержащий основной взрывчатый материал, ограниченный внешним диском в торце заряда и сопряженным с корпусом внутренним диском внутри корпуса, внутри взрывчатого материала выполнено гнездо, сопряженное с внутренним диском, на части корпуса в области резьбы за пределами взрывчатого материала выполнено отверстие для прохождения взрывной магистрали, заряд снабжен вкладышем, размещенным на гнезде, при этом гнездо выполнено с оболочкой, внутренний диск выполнен полимерным, сопряженным с корпусом заряда с помощью замка, с возможностью фиксации внутреннего диска по высоте корпуса, вкладыш выполнен пентолитовым и размещен на оболочке гнезда с зазором по отношению к внутреннему диску.
Пентолитовый вкладыш выполнен в виде усеченного конуса с наименьшим диаметром со стороны внутреннего диска.
Пентолитовый вкладыш размещен с зазором по отношению к внутреннему диску, который составляет до 50 мм включительно, глубина гнезда во вкладыше 20-80 мм, масса вкладыша 37-80 г.
Наибольший диаметр пентолитового вкладыша, выполненного в виде усеченного конуса, больше наименьшего диаметра до 15% включительно.
Внешний диск выполнен из бумаги, картона или полимерного материала.
В качестве основного взрывчатого материала заряд содержит литой тротил или смесь литого тротила с полидисперсной тротиловой твердой фазой, в виде кусков, гранул, чешуек или их смеси, диаметром не более 18,5 мм, в количестве от 6-52 мас. %.
Оболочка гнезда выполнена в виде усеченного конуса с входным наибольшим диаметром и оболочка гнезда выполнена монолитно с внутренним диском.
Пентолитовый вкладыш содержит ТЭН в количестве 30-69 мас. %, остальное тротил до 100 мас. % включительно, толщина корпуса 0,5-1,7 мм; диаметр отверстия для прохождения взрывной магистрали 8-13 мм, внутренний диаметр гнезда заряда 7,7-12,0 мм, глубина гнезда заряда 69-130 мм.
Внутренний диск сопряжен с гнездом, оболочка которого выполнена из полимерного материала толщиной 0,5-1 мм, пентолитовый вкладыш выполнен без внешней оболочки или выполнен с внешней оболочкой из бумаги или полимерного материала, при этом внутренний диск имеет локальные мембраны, расположенные напротив торца пентолитового вкладыша, толщиной 0,31-0,61 мм.
Основной взрывчатый материал и взрывчатый материал пентолитового вкладыша дополнительно содержат пара-мононитротолуол в количестве 0,1-1,6 мас. %, сверх 100, или содержат смесь мононитротолуолов или смесь мононитротолуолов с динитротолуолами, содержащую пара-мононитротолуол более 38 мас. %, - 0,2-2,2 мас. %, сверх 100 мас. %.
Согласно практическому применению прототипа гарантирована его полная детонация ВМ массой 1000 г.
Для предлагаемого заряда гарантированно обеспечивается полная детонация ВМ увеличенного объема (массы) по отношению к прототипу.
1
Предлагаемая полезная модель поясняется рисунками: Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4 и Фиг. 5. Заряд литой в полимерном корпусе 1, Фиг. 1, выполненный с резьбами 7 и 10 с двух сторон, с возможностью завинчивания зарядов друг с другом, содержащий основной ВМ 2, ограниченный внешним диском 8 в торце заряда и сопряженным с корпусом 1 внутренним диском 14 внутри корпуса 1, внутри ВМ 2 выполнено гнездо 3, сопряженное с внутренним диском 14, на части корпуса 1 в области резьбы 10 за пределами ВМ 2 выполнено сквозное отверстие 9 для прохождения взрывной магистрали, заряд снабжен вкладышем 6. При этом гнездо 3 выполнено с оболочкой 4, внутренний диск 14 выполнен полимерным, сопряженным с корпусом 1 заряда с помощью замка А, представляющего собой прерывистые вогнутые ребра 11, Фиг. 2, выступ 12 ободка 13 полимерного внутреннего диска 14 с локальными мембранами 15, Фиг. 5, обеспечивающего герметичность сопряжения выступа 12 и ободка 13 внутреннего диска 14 с корпусом 1 заряда и фиксацию внутреннего диска 14 по высоте корпуса 1. Вкладыш 6, Фиг. 1, выполнен пентолитовым и размещен на оболочке 4 гнезда 3 с зазором H по отношению к внутреннему диску 14.
уск
4
1
2
уск
4
Пентолитовый вкладыш 6, Фиг. 3, выполнен в виде усеченного конуса (уск) с наименьшим диаметром d со стороны внутреннего диска. Зазор H, Фиг. 1, составляет до 50 мм включительно, глубина Н гнезда во вкладыше 20-80 мм, масса вкладыша 37-80 г. Наибольший диаметр d пентолитового вкладыша 6, Фиг. 3, выполненного в виде усеченного конуса, больше наименьшего диаметра d до 15% включительно.
Внешний диск 8, Фиг. 1, выполнен из бумаги, картона или полимерного материала.
В качестве основного ВМ 2 заряд содержит литой тротил 16, Фиг. 4, или смесь литого тротила 16 с полидисперсной тротиловой твердой фазой, в виде кусков 17, гранул 18, чешуек 19 или их смеси, диаметром не более 18,5 мм в количестве от 6-52 мас. %.
3
Оболочка 4, Фиг. 1, гнезда 3 выполнена в виде усеченного конуса с входным наибольшим диаметром d и оболочка 4 гнезда 3 выполнена монолитно с внутренним диском 14.
уск
0
1
3
Пентолитовый вкладыш 6 и 6 содержит ТЭН в количестве 30-69 маc. %, остальное тротил до 100 маc. % включительно, толщина 5 корпуса 0,5-1,7 мм; диаметр D сквозного отверстия для прохождения взрывной магистрали 8-13 мм, внутренний диаметр d гнезда 3 заряда 7,7-12,0 мм, глубина Н гнезда заряда 69-130.
1
Внутренний диск 14 сопряжен с гнездом 3, снабженным оболочкой 4 из полимерного материала толщиной (δ) 0,5-1 мм, пентолитовый вкладыш 6 выполнен без внешней оболочки или выполнен с внешней оболочкой 5 из бумаги или полимерного материала, при этом внутренний диск 14, Фиг. 5, имеет локальные мембраны 15, расположенные напротив торца пентолитового вкладыша толщиной (h) 0,31-0,61 мм.
Основной взрывчатый материал 2 и взрывчатый материал пентолитового вкладыша 6 дополнительно содержат пара-мононитротолуол в количестве 0,1-1,6 маc. %, сверх 100, или содержат смесь мононитротолуолов или смесь мононитротолуолов с динитротолуолами, содержащую пара-мононитротолуол более 38 мас. %, - от 0,2 до 2,2 мас. %, сверх 100 мас. %.
1
2
2
Зазор H, Фиг. 1, более 50 мм усложняет изготовление оболочки 4 гнезда 3. Глубина Н гнезда 3 во вкладыше 6 менее 20 мм не обеспечивает устойчивости вкладыша во время сборки заряда, глубина Н - более 80 мм усложняет изготовление вкладыша. Масса вкладыша 6 менее 37 г может полностью не сдетонировать ВМ 2 заряда массой более 500 г, а масса вкладыша - более 80 г существенно увеличивает стоимость заряда.
уск
4
Наибольший диаметр d, Фиг. 3, пентолитового вкладыша 6, выполненного в виде усеченного конуса, более 15% наименьшего диаметра d усложняет изготовление вкладыша.
Содержание полидисперсной тротиловой твердой фазы (куски 17, Фиг. 4, гранулы 18, чешуйки 19 или их смеси) в смеси с литым тротилом 16 менее 6 мас. % существенно не влияет на время затвердевания литого тротила 16, а при - более 52 мас. % и диаметре твердой фазы более 18,5 мм усложняется заполнение корпуса 1, Фиг. 1, заряда ВМ.
уск
0
1
3
3
При количестве ТЭНа в пентолитовом вкладыше 6 и 6 менее 30 мас. % существенно уменьшается энергия взрыва вкладыша, а - при более 69 мас. % увеличивается сложность его производства. Толщина δ корпуса 1 менее 0,5 мм не обеспечивает прочностные характеристики его, а - более 1,7 мм приводит к дополнительному расходу полимерного материала. Диаметр D отверстия 9 для прохождения взрывной магистрали менее 8 мм не позволяет свободно пройти электродетонатору через него, а - более 13 мм уменьшает жесткость корпуса 1 в месте его нахождения. Внутренний диаметр d гнезда 3 менее 7,7 мм не позволяет поместить средства взрывания (электродетонатор, капсюль-детонатор) внутрь его, а диаметр d гнезда более 12,0 мм не желателен, так как увеличивает объем заряда, незаполненный ВМ. Глубину Н гнезда 3 более 130 мм сложно изготовить.
1
Толщина δ, Фиг. 1, оболочки 4 гнезда 3 менее 0,5 мм не обеспечивает жесткость оболочки, а - более 1 мм снижает импульс от первичного детонатора к пентолитовому вкладышу 6. Локальные мембраны толщиной менее 0,31 мм не обеспечивают их прочность, а более 0,61 мм снижают импульс передачи детонации от заряда к заряду.
уск
Если основной ВМ 2 и ВМ пентолитового вкладыша 6 и 6 содержат пара-МНТ менее 0,1 мас. %, сверх 100 мас. %, (аналогично, если - содержат смесь МНТ или смесь МНТ с ДНТ менее 0,2 мас. %, сверх 100 мас. %, содержащего пара-МНТ более 38 мас. %), то сложно обеспечить дистанционное обнаружение ВМ заряда, а если содержат пара-МНТ более 1,6 мас. %, сверх 100 мас. %, (аналогично, если - содержат смесь МНТ или смесь МНТ с ДНТ более 2,2 мас. %, сверх 100 мас. %, содержащего пара-МНТ более 38 мас. %), то существенно возрастает себестоимость заряда.
3
2
2
2
ц
2
1
2
1
1
1
1
1
2
1
2
1
Определим массу ВМ цилиндрического пентолитового вкладыша 6 плотностью 1,58 г/см. Внешний диаметр вкладыша d=2,8 см, высота Н=8,7 см. Глубина гнезда ВМ вкладыша равна сумме величин глубины Н=6,9 см гнезда 3 и толщины оболочки δ=1 мм (0,1 см), Н+δ=6,9+0,1=7 см. Наименьший диаметр гнезда ВМ вкладыша равен сумме величин диаметра d=7,7 мм (0,77 см) гнезда 3 и двух толщин δ оболочки гнезда 3, d+2δ=0,77+2×0,1=0,97 см. Наибольший диаметр гнезда ВМ вкладыша равен сумме d=0,95 см гнезда 3 и двух толщин δ оболочки гнезда 3, d+2δ=0,95+2×0,1=1,15 см. Масса ВМ цилиндрического пентолитового вкладыша равна: {(1/4)π×2,8×8,7-(1/3)π×7[(1,15/2)+(1,15/2)(0,97/2)+(0,97/2)]}1,58=75 г.
1
ц
Если пентолитовый вкладыш 6, Фиг. 1, размещен с зазором, равным H=10 мм, то без изменения высоты Н пентолитового вкладыша цилиндрической формы его верхний торец поднимется на аналогичную величину 10 мм (1 см).
4
4
5
1
ц
4
1
1
3
2
2
2
При этом высота Н, основного ВМ 2 заряда над пентолитовым вкладышем 6 остается без изменения и составляет значение величины, равное Н=113 мм. Поэтому гарантируется полнота детонации основного ВМ 2 у предлагаемого заряда выше пентолитового вкладыша. А общая высота Н=H+Н+Н увеличивается за счет зазора H и она равна 10+87+113=210 мм (21 см). При плотности основного ВМ 2, равного 1,48 г/см, внутреннем диаметре заряда D=68 мм (6,8 см), наибольшем внешнем диаметре 1,176 см оболочки 4 у основания гнезда 3, наименьшем внешнем диаметре 1,15 на высоте 1 см гнезда 3 от внутреннего диска 14 масса основного ВМ 2 заряда за счет заполнения этим материалом зазора H=1 см возрастает на величину: 1,48×1(π6,8)/4-1,48×(1/3)π1[(1,176/2)+(1,176/2)(1,15/2)+(1,15/2)]=52 г, что составляет 100(1052-1000)/1000=5,2% от массы заряда прототипа, равного 1000 г.
1
Соответственно для зазоров Н, равных, мм: 20, 30, 40 и 50 - получим увеличение массы ВМ предлагаемого заряда по сравнению с прототипом, г (%): 104 (10,4), 156 (15,6), 208 (20,8) и 260 (26,0).
1
Детонация ВМ 2 распространяется от пентолитового вкладыша 6 во все стороны. Поэтому часть ВМ 2, расположенного ниже пентолитового вкладыша 6 в зазоре H от 10 мм до 50 мм гарантированно детонирует, так как 50 мм меньше величины (длины) 113 мм, которое полностью детонирует.
Следовательно, весь увеличенный в объеме (массе) основной ВМ 2, Фиг. 1, предлагаемой полезной модели гарантированно полностью детонирует.
уск
уск
4
4
Определим высоту Н, Фиг. 3, пентолитового вкладыша 6 в виде усеченного конуса, если наибольший диаметр его d=2,8 см больше наименьшего диаметра d на 15%, d=2,8(1-15/100)=2,38 см, а масса его равна 75 г - массе пентолитового вкладыша 6 цилиндрической формы.
уск
Масса пентолитового вкладыша 6, определяется следующим уравнением:
уск
2
2
{(1/3)π×Н[(2,8/2)+(2,8/2)(2,38/2)+(2,38/2)]-
2
2
-(1/3)π×7[(1,15/2)+(1,15/2)(0,97/2)+(0,97/2)]}1,58=75.
уск
Из приведенного уравнения получим, что Н=10,2 см (102 мм).
уск
уск
ц
Высота Н - 102 мм пентолитового вкладыша 6 по сравнению с высотой Н=87 мм цилиндрического вкладыша увеличивается на величину 102-87=15 мм (1,5 см).
уск
уск
уск
Установим вкладыш 6 наименьшим основанием на внутренний диск 14. В этом случае верхний торец вкладыша 6 по сравнению с верхним торцом цилиндрического вкладыша 6 расположится на высоте 102 мм по отношению к внутреннему диску, что выше верхнего торца цилиндрического вкладыша на 1,5 см. А расстояние от верхнего торца вкладыша 6 до внешнего диска 8 уменьшится до 11,3-1,5=9,8 см. При этом основной ВМ 2 гарантированно детонирует от пентолитового вкладыша массой 75 г на большее расстояние, равное 11,3 мм.
уск
Поэтому над пентолитовым вкладышем 6, можно создать дополнительную часть основного ВМ 2 высотой 11,3-9,8=1,5 см, гарантированно обеспечивая полноту детонации предлагаемого заряда.
уск
2
Масса ВМ заряда за счет дополнительного объема основного ВМ 2 над вкладышем 6 возрастет на величину 1,48×1,5(π6,8)/4=81 г, что составляет 100(1081-1000)/1000=8,1%, от массы ВМ прототипа, равного 1000 г. Суммируя увеличение массы полностью детонирующего ВМ предлагаемого заряда за счет размещения пентолитового вкладыша с зазором по отношению к внутреннему диску и изменения его формы из цилиндрической в усеченный конус для зазоров Н1, мм: 10, 20, 30, 40 и 50 - получаем общее увеличение массы ВМ по отношению к прототипу, г (о/о):
52+81=133 г (5,2+8,1=13,3%),
104+81=185 г (10,4+8,1=18,5%),
156+81=237 г (15,6+8,1=23,7%),
208+81=289 г (20,8+8,1=28,9%),
260+81=341 г (26,0+8,1=34,1%) - соответственно.
Тротиловая твердая фаза в виде кусков, гранул и чешуек содержит газовые включения. При прохождении детонационной волны через газовые включения они сжимаются, и происходит увеличение их температуры. Образуются объемы твердой фазы с повышенной температурой, способствующие увеличению скорости реакции взрывчатого превращения.
Следовательно, тротиловые твердые частицы предлагаемой модели способствуют увеличению скорости реакции взрывчатого превращения.
Полученные результаты обобщены в таблице «Увеличение массы ВМ предлагаемой полезной модели по сравнению с прототипом при ее гарантированной полной детонации». Из приведенной таблицы видно, что предложенная полезная модель гарантированно обеспечивает ее полную детонацию увеличенной массы ВМ по сравнению с прототипом до 26,0% включительно за счет размещения пентолитового вкладыша с зазором до 50 мм включительно по отношению к внутреннему диску и - дополнительно за счет пентолитового вкладыша, выполненного в виде усеченного конуса, на 8,1%, при этом суммарно увеличенная масса ВМ достигает величины до 34,1% включительно.
Следовательно, решена поставленная техническая задача настоящего предложения - создание такого заряда, который гарантированно обеспечивает полную детонацию ВМ, увеличенной массы по отношению к прототипу, изготовленных в промышленных условиях.