[1]Изобретение относится к промежуточным детонаторам, предназначенным для инициирования промышленных взрывчатых веществ на открытых горных работах в скважинах для возбуждения зарядов из малочувствительных взрывчатых веществ (ВВ).
[2]В частности, рассматривается конструкция устройства, предназначенного для производства взрывных работ на земной поверхности в качестве промежуточного детонатора в сухих скважинах во всех климатических районах при температуре от -30°С до +50°С.
[3]Одним из приоритетных направлений в разработке и применении промышленных ВВ и средств взрывания (СВ) в горнодобывающей промышленности является повышение их безопасности при сохранении и повышении эксплуатационной эффективности. При проведении взрывных работ на земной поверхности практически уже отработан комплексный подход и критерии оценки взаимодействия трех составляющих скважинного заряда - это система инициирования (СИ), промежуточный детонатор и непосредственно ВВ, которые должны обеспечивать безопасность, надежность, соответствие условиям применения и способу заряжания.
[4]Предприятие, выполняющее взрывные работы по горно-геологическим условиям, выбирает промышленные ВВ, СИ и, как связующее, подбирает промежуточный детонатор, то есть боевик, который должен быть совместим с системой инициирования, и надежно инициировать скважинный заряд ВВ. С развитием производства и появлением новых СИ стали разрабатываться и производиться различные типы промежуточных детонаторов для скважинных зарядов.
[5]Промежуточный детонатор применяют только на открытых горных разработках в забоях на любых глубинах. С помощью промежуточного детонатора достигается надежная детонация трудновозбудимых гранулированных и водосодержащих взрывчатых веществ в расчетном режиме. Такие детонаторы, в большинстве своем в виде шашек-детонаторов, завертывают в бумагу и упаковывают в деревянные или картонные ящики и хранят и перевозят в соответствии с правилами, относящимися к взрывчатым материалам II группы.
[6]Так, известна шашка-детонатор, включающая цилиндрический бумажный гидроизолированный корпус, в котором размещен заряд ВВ, со сквозным осевым каналом под детонирующий шнур (ДШ) и глухим каналом под капсюль-детонатор или электродетонатор (RU 2089827).
[7]Для малочувствительных, эмульсионных и горячельющихся взрывчатых веществ вышеуказанные шашки-детонаторы имеют недостаточную инициирующую способность и низкую прочность, обусловленную литьевым составом взрывчатого материала и бумажным корпусом изделия, что при использовании в зимнее время и для горячельющихся ВВ (с температурой 85-95°С) приводит к потере их целостности и работоспособности.
[8]Известна также шашка-детонатор, изготовленная из смеси, содержащей 50-70 мас. % тротила и 50-30 мас. % высокодисперсного ТЭНа, залитой в корпус из полимерного материала, а корпус представляет собой обечайку толщиной 0,5-3 мм со скругленными кромками на торцах и кольцевыми выступами на цилиндрической поверхности (RU 2177927).
[9]Указанная шашка-детонатор по боковой поверхности защищена цилиндрическим полимерным корпусом, однако не имеет должной защиты с торцов, в связи с чем не обеспечивается ее целостность и работоспособность при длительном нахождении в среде горячельющихся взрывчатых веществ или в обводненных скважинах.
[10]Известен промежуточный детонатор, включающий помещенный в полимерную оболочку эмульсионный состав, кислородный баланс которого не превышает минус 5%, чувствительность к удару характеризуется частостью взрыва 0%, а водоустойчивость достигает 10 суток при избыточном давлении 2 кгс/см2, а так же закрепленный на оболочке детонирующий шнур для инициирования основного ВВ, намотанный на боковую поверхность оболочки не менее, чем четырьмя витками, располагая их вплотную один к другому, а фиксацию шнура обеспечена креплением пластиковой стяжкой с самофиксацией (RU 93963, 10.05.2010, F42D 1/04).
[11]Как полимерный мягкий корпус детонатор не реагирует на изменение влажности и взаимодействие с кислородом в воздухе. Но недостаток данного решения заключается в ненадежности полимерной оболочки, представляющей собой тонкостенный полимерный рукав, концы которого связаны. Такая оболочка из рукава не имеет устойчивой формы и легко подвергается прорыванию, что приводит к вытеканию или просачиванию эмульсионного ВВ. Трудность закрепления детонационного шнура проявляется в том, что мягкая оболочка с эмульсионным ВВ не является жесткой опорой. Поэтому при заворачивании витков шнура на корпусе происходит перемещение ВВ, а в месте наложения витков образуется провал, на которм витки не держатся. Стяжка с самофиксацией позволяет удержать витки вместе, но не гарантирует, что эти витки не будут смещаться по корпусу.
[12]Так же известен промежуточный детонатор, включающий корпус, в котором размещен заряд взрывчатого вещества, выполненный из сыпучего взрывчатого вещества, например, флегматизированного гексогена в герметичном полимерном корпусе в виде цилиндрической емкости с толщиной стенки 0,2÷^0,8 мм, имеющей завинчивающуюся крышку, при этом по поверхности цилиндрической емкости выполнен паз, расположенный диаметрально в донной части и по образующим цилиндрической части и заканчивающийся в верхней части цилиндрической емкости уступами, этот паз используется для размещения в нем детонирующего шнура, а по боковой поверхности цилиндрической емкости выполнены кольцевые канавки под крепежные элементы, например, резиновые кольца (RU 2213929 С1, 10.10.2003, F42B 1/04).
[13]Это решение принято в качестве прототипа.
[14]Преимущество этого решения заключается в том, что корпус выполнен в виде цилиндрической емкости типа бутылочки с винтовой крышкой. Такой корпус обладает прочностью в пределах упругости полимерного материала, исключает прямое взаимодействие ВВ с влагой внешней среды. Прочность корпуса необходима, так как даже флегматизированный гексоген сохраняет чувствительность к ударам и трению. Но конструктивно этот детонатор выполнен сложно. Сам корпус выполнен с канавками, расположенными вдоль высоты корпуса и поперек корпуса в зоне дна. Эти канавки используются для укладки детонирующего шнура. При этом на корпусе выполнены кольцевые поперечные углубления. При таком исполнении детонационный шнур витиевато располагается в канавке вдоль длины корпуса и закрепляется кольцевыми стяжками, которые укладываются в кольцевые углубления. Видна сложность исполнения не только корпуса, но и то, что применяется ручной труд для закладки шнура и его закрепления кольцевыми стяжками.
[15]Кроме того, этот детонатор работает с применением неэлектрического детонатора, который располагается внутри корпуса и вдоль корпуса. А детонирующий шнур после укладки на внешней поверхности корпуса одним концом вводится через отверстие в стенке корпуса внутрь и подсоединяется к неэлектрическому детонатору. Появляется сложность герметизации отверстия в дне корпуса. При таком конструктиве повышается опасность разгерметизации детонатора.
[16]В отношении всех рассмотренных устройств вопрос безопасности пользования остается нерешенным в полной мере. Этот вопрос связан не только с порядком и условиями обращения с детонатором при заряжании скважины, но и с конструктивными особенностями исполнения этих детонаторов.
[17]Изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции для повышения безопасности ее применения в условиях при проведении взрывных работ.
[18]Указанный технический результат достигается тем, что промежуточный детонатор для применения в сухих скважинах содержит закрываемую винтовой крышкой полимерную оболочку из полиэтилентерефталата, в полости которой размещен взрывчатый состав, состоящий из смеси пироксилинового зерненого пороха, залитого водным раствором аммиачной и натриевой селитр, детонирующий шнур с навеской взрывчатого вещества 12 г/пог.м, одной частью расположенный на боковой поверхности оболочки в виде шести витков, навитых по окружности вплотную один к другому, а другой частью, протянутой вдоль оболочки, выведенный наружу в зоне крышки, при этом полимерная оболочка в форме ПЭТ-бутылки с винтовой крышкой и с витками детонирующего шнура снаружи герметично зафиксирована рукавной термоусадочной пленкой.
[19]Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
[20]Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
[21]На фиг. 1 - общий вид промежуточного детонатора.
[22]Согласно настоящему изобретению, рассматривается конструкция промежуточного детонатора (ПД), предназначенного для производства взрывных работ на земной поверхности в качестве промежуточного детонатора в сухих скважинах во всех климатических районах.
[23]В общем случае, ПД представляют собой заряды взрывчатого вещества (пироксилиновый зерненый порох, залитый водным раствором аммиачной и натриевой селитр) (фиг. 1), находящиеся в полимерном корпусе 1 с обмотанными вокруг корпуса ПД шестью плотно прижатыми друг к другу шестью витками 2 детонирующего шнура 3 с навеской взрывчатого вещества 12 г/пог. м. Снаружи корпус вместе с витками детонирующего шнура (ДШ) фиксируется термоусадочной пленкой 4. Из пленки выступает свободный конец 5 детонирующего шнура, длина которого варьируется от 2,0±0,15 до 8,5±0,15 метров с шагом 0,5 метра и определяется в соответствии с заявкой потребителя.
[24]ПД выпускаются с массой взрывчатого вещества 600,0±3,0 или 800,0±4,0 гр, без учета массы детонирующего шнура и полимерной оболочки корпуса.
[25]Для изготовления ПД применяются следующие сырье и материалы:
[26]- селитра аммиачная по ГОСТ 2-2013 (селитра аммиачная гранулированная);
[27]- натрий азотнокислый технический по ГОСТ 828-77 (натриевая селитра);
[28]- вода техническая или пожарохозяйственного назначения;
[29]- порох пироксилиновый зерненый марок 5/7; 7/7; 9/7; 12/7; 14/7 по ОСТ В84-2232-85;
[30]- шнур детонирующий марки ДШЭ-12 по ГОСТ РО 1375-001-2010 или ГОСТ 6196-78;
[31]- корпус из ПЭТ (полиэтилентерефталата) по ТУ 2297-001-66203443-2014;
[32]- пленка поливинилхлоридная термоусадочная, рукав по ТУ 2245-001-72408008-2010.
[33]В ПД используется ВВ следующего состава (массовая доля компонентов в составе ВВ, % масс):
[34]
[35]Выбор ВВ в виде аммиачного пороха обусловлен, прежде всего, безопасностью его применения. Пороха, используемые в мирных целях, например, в качестве топлива в градобойных и геофизических ракетах, а также в различных газогенераторах безопасны в обращении, в продуктах их горения при ограниченном содержании твердой фазы нет экологически опасных и взрывоопасных газов (СО, оксидов азота, НС1 и др.), они устойчиво горят при относительно низком давлении и имеют низкую стоимость. В этом плане интересен пороха, содержащий, как минимум, нитрат аммония (НА), который выпускается в огромных количествах для получения удобрений и промышленных взрывчатых веществ (Колганов Е.В., А.В Соснин «Состояние и перспективы развития промышленных ВВ», «Горный журнал», 2005, №5, стр. 12-16].
[36]Базовый порох имеет низкую скорость горения (при давлении, равном 4 МПа -2,2 мм/с) и высокую зависимость ее от давления - значение V в законе скорости горения равно 0,81. Нитрат аммония слабо увеличивает скорость горения базового пороха, в связи с чем было использован комбинированный окислитель: раствор аммиачной и натриевой селитр в воде (см. Е.В. Ульянова, А.П. Денисюк, Е.З. Тве, Д.Л. Русин «Баллиститные пороха с нитратом аммония», «Успехи в химии и химической технологии», том XXV, 2011, №12(128). Это позволило увеличить энергетические характеристики ВВ для промежуточного детонатора, сохранив при этом сохранении безопасности работы с ним и при хранении. Установлено, что скорость горения образцов, содержащих аммиачные компоненты, не изменяется при длительном непрерывном (+50°С, 720 часов) и при циклическом (+50…-40°С) термостатировании.
[37]Основные физико-химические и взрывчатые характеристики полученного ВВ, используемого для изготовления ПД, указаны в таблице 1.
[38]
[39]При правильном хранении порох долго сохраняет свои свойства, но является гигроскопичным материалом, поэтому требует герметизации. В рамках настоящего изобретения в порох зерненный введен раствор аммиачной и натриевой селитр в воде, в котором соотношения селитр и воды строго подобраны и не должны изменяться (например, вследствие поглощения аммиачной селитрой влаги из окружающей среды). Это указывает на необходимость применения корпуса, который надежно герметизировал бы ВВ и исключал химические реакции ВВ с окружающей средой при изменении влажности и температуры.
[40]В рамках изобретения предлагается в качестве корпуса использовать закрываемую винтовой крышкой полимерную оболочку из полиэтилентерефталата. Такая полимерная оболочка выполняется в форме ПЭТ-бутылки с винтовой крышкой. Применение ПЭТ-бутылки позволяет уйти от сложного производства специальных корпусов. Производство ПЭТ-бутылок хорошо отлажено и позволяет получать оболочки с высокой точностью толщин стенок. Применение винтовой крышки обеспечивает гарантированную герметизацию содержимого. Если винтовая крышка оснащена разрываемым кольцом - маркером несанкционированного вскрытия, то это позволяет гарантированно отнести такой детонатор к дефектному. Наличие кольца -маркера так же решает задачу исключения самопроизвольного развинчивания крышки и обеспечивает точность резьбовой затяжки.
[41]Полиэтилентерефталат, как полимерный материал, считается одним из самых безопасных для человека и наименее вредным для окружающей среды. Сохраняет свои качества в диапазоне температур от -50°С до +85°С, обладает высокой ударной прочностью (выше стекла в 10 раз) и пожаростойкостью (отнесен к классу В1). Материал не поддерживает горение, но плавится под действием открытого огня. Полиэтилентерефталат устойчивость к химическим реагентам, в том числе и к селитрам в сухом и водном их состоянии.
[42]После заполнения оболочки ВВ корпус закрывается винтовой крышкой. В этом корпусе нет сквозных отверстий, сам корпус не имеет профильных продольных и поперечных канавок и углублений. Это позволяет максимально удешевить производство детонаторов и гарантировано повысить из изолированное нахождение от воздействия внешней среды.
[43]Для инициации процесса воспламенения ВВ в корпусе используется ДШ длиной от 2,0±0,15 до 8,5±0,15 метров с шагом 0,5 метра. Этот ДШ одной частью расположен на боковой поверхности оболочки в виде шести витков, навитых по окружности вплотную один к другому. ДШ выполнен с навеской взрывчатого вещества 12 г/пог.м. Другая оставшаяся часть ДШ протянута вдоль корпуса до крышки и выведена наружу в зоне этой крышки.
[44]Конструкцию любого детонирующего шнура представляет собой оболочку и начинку (навеску) из взрывчатого вещества. В качестве начинки ДШ, в зависимости от его конкретного назначения, используются ТЭН (тетранитропентаэритрит), A-IX-I (смесь гексогена и флегматизатора), тетрил, тротил и другие бризантные взрывчатые вещества в порошкообразном виде (слабоуплотненные) или в виде прессованных таблеток (таблетизированный шнур). Мощность детонирующего шнура рассчитывается по массе взрывчатого вещества (навески) на единицу длины, например, в граммах на метр. Используются шнуры от 12 гр взрывчатого вещества на погонный метр. В горной промышленности применяется детонирующий шнур с ТЭНом (как правило).
[45]Таким образом инициация начала горения ВВ в корпусе обеспечивается поджигом навески на витках. В герметичной оболочке горение ТЭН сравнительно легко переходит в детонацию со взрывом с температурой тепловыделения 3926°С при скорости детонации 6500 м/с), а температура плавления полиэтилентерефталата, используемого для производства термовыдувом обычных ПЭТ-бутылок -примерно 255-260°С (температура размягчения - 245°С). При поджоге вспышка высокой температуры от ТЭНа витков прожигает стенку корпуса и воспламеняет основной ВВ в корпусе. Выбор количества витков обусловлен требованием гарантии прожигания стенки корпуса оболочки и определен экспериментально и по данным практического применения ДШ.
[46]При навивке шнура после получения шести витков свободный конец ДШ пропускается по корпусу под витками и вытягивается в обратную сторону. Такое крепление позволяет связать все витки между собой и не дать им возможности разъехаться. При горении плотно уложенных витков образуется мощный энергетический импульс, приводящий к взрыву ТЭНа.
[47]Полимерная оболочка в форме ПЭТ-бутылки с винтовой крышкой и с шестью витками детонирующего шнура снаружи герметично зафиксирована рукавной термоусадочной пленкой, которая герметизирует общую сборку и фиксирует витки с навеской на корпусе.
[48]Заявленный промежуточный детонатор (ПД) прошел испытания в производственных условиях карьера на участке недр «Митино-2» АО «Горняк» (Владимирская обл.). АО «Горняк» разрабатывает карбонатные породы (доломиты) VIII группы грунтов по СНиП и твердостью 6-9 по шкале М.М. Протодьяконова. Диаметр взрываемых скважин 105 мм. Сухие скважины. ПД применялся для инициирования скважинных зарядов из взрывчатого вещества, используемого при взрывных работах в карьере АО «Горняк» (гранулит-М, гранулит КСЮ). Инициирование ПД осуществляется от детонирующего шнура.
[49]При испытаниях ПД размещался в верхней или нижней части скважины в зависимости от прямого или обратного инициирования. Перед опусканием ПД скважину частично заполняли ВВ на высоту согласно проекту, после чего опускали ПД. Далее, контролируя захват ПД в колонке взрывчатого вещества, продолжали заполнение скважины до достижения полной высоты по проекту. Инициирование ПД осуществлялось путем инициирования детонирующего шнура, свободный конец которого выступает из термоусадочной пленки, облегающей корпус.
[50]Результаты взрывных работ с использованием заявленного ПД сравнивались с результатами взрывных работ с использованием других промежуточных детонаторов, применяемых в карьере АО «Горняк» и карьере ГУЛ «Владимирское карьероуправление». В части контролируемой безопасности пользования заявленное решение показало хороший результат. В части проявления инициирующих свойств отказы не были выявлены.
