Капсюль-детонатор лазерного инициирования взрывчатого вещества

Полезная модель относится к разработке безопасных средств взрывания с использованием лазерных источников излучения при проведении работ в горнодобывающей, нефтегазовой промышленности, машиностроении и строительстве. Предлагаемое устройство капсюль-детонатора лазерного инициирования взрывчатого вещества отличается от известного тем, что для снижения потерь энергии лазерного излучения в 23 раза оптоволокно без изолирующей оболочки устанавливается торцем вплотную к поверхности инициирующего заряда. Многократное использование устройства возможно с использованием коннекторного амортизатора оптоволокна при его изгибе во вход капсюль-детонатора. Промежуточный заряд в металлической оболочке состоит из последовательно расположенных прессованных зажигательного, пиротехнического составов и инициирующего заряда из бризантного взрывчатого вещества. Срабатывание лазерного воспламенительного элемента (оптоволокна) приводит к поджиганию инициирующего заряда в резьбовом канале промежуточной оболочки. Детонация инициирующего заряда возбуждает детонацию основного заряда бризантного взрывчатого вещества и завершает работу капсюль-детонатора.

Полезная модель относится к разработке безопасных средств взрывания м использованием лазерных источников излучения в капсюле -детонаторе в оптоэлектронных системах взрывания при проведении работ в горнодобывающей, нефтегазовой промышленности, машиностроении и строительстве.

Известен капсюль- детонатор [1], в котором наиболее эффективным способом повышения безопасности производства и применения является замена в нем инициирующего взрывчатого вещества на заряд из бризантного взрывчатого вещества. Конструктивно инициирующий заряд из бризантного взрывчатого вещества должен располагаться между воспламенительным лазерным источником и основным зарядом бризантного взрывчатого вещества. Это обеспечивает надежную работу в цепочке «воспламенение-горение-детонация». Обычно капсюль-детонатор содержит полый корпус с закрытым дном. Промежуточная часть выполняется в виде чашечки. Основная часть бризантного вещества состоит из двух частей: первой, плотность которой в 1,52 раза меньше плотности инициирующего заряда бризантного взрывчатого вещества и второй части с плотностью в 23 раза выше от предыдущей.

Известен капсюль-детонатор без инициирующего взрывчатого вещества [1], содержащий полый корпус с закрытым дном, в котором последовательно размещены воспламенительный элемент, промежуточная оболочка, содержащая инициирующий заряд из бризантного взрывчатого вещества, перегородку в виде чашечки и основным зарядом бризантного взрывчатого вещества. Последний состоит из двух частей: промежуточной промежуточной, плотность которой меньше плотности инициирующего заряда бризантного взрывчатого вещества, и основной высокоплотной части.

Недостатками данной конструкции являются: сложность изготовления капсюля-детонатора из высокодисперсного бризантного взрывчатого вещества с удельной поверхностью 5000-7000 см²/г; высокая трудоемкость изготовления и установки промежуточной части сложной формы в виде чашечки; обеспечения в жестких пределах величины разноплотности основной и промежуточной частей зарядов; ненадежность конечного результата инициирования бризантного взрывчатого вещества при переходе горения в детонацию из-за низкой прочности оболочки. Оболочка представляет собой набор тонкостенных элементов, с суммарной толщиной наборной стенки близкой по величине к 1 мм, что не обеспечивает ее минимальную прочность.

Известен капсюль-детонатор [2], в котором имеется возможность усовершенствовать детонирующее устройство на основе применения алюминизированного бризантного взрывчатого вещества. В его корпусе размещают воспламенительный элемент и промежуточную оболочку с инициирующим и инициируемым зарядами. Промежуточную оболочку выполняют таким образом, чтобы величина площади поперечного сечения в месте расположения инициирующего заряда составляла в 23 раза меньше, чем величина площади поперечного сечения в месте расположения инициируемого заряда. При этом величина плотности запрессовки инициирующего заряда должна быть в 1,52 раза больше величины плотности запрессовки инициируемого заряда. При срабатывании воспламенительного элемента продукты его сгорания через отверстие в торце промежуточной оболочки воспламеняют инициирующий заряд. Горение происходит при нарастающем давлении газов в промежуточной оболочке. При переходе горения в детонацию в заряде бризантного взрывчатого вещества оболочка должна выдерживать давление Р на уровне критического при ударно-волновом инициировании детонации P_кр, т.е. PP_кр [3]. Например, пентаэритриттетранитрат (ТЭН) имеет из штатных бризантных взрывчатых веществ наименьшую длину преддетонационного участка L_пр=1015 мм. Установлено, что в стальных оболочках с толщиной стенок S1 мм в зарядах диаметром 5 мм переход горения в детонацию отсутствует. Поэтому для надежного выполнения условия перехода горения в детонацию (PP_кр) в конструкции капсюля-детонатора необходимо учитывать прочностные характеристики оболочки и ее длину.

При достижении определенного давления непрореагировавшая часть инициирующего заряда выталкивается в инициируемый заряд, сжимая его. Дальнейший рост давления приводит к прорыву газов вдоль боковой поверхности между промежуточной оболочкой и частью инициирующего заряда, внедрившегося в инициируемый. В этой области происходит формирование ударной волны с амплитудой по величине, достаточной для возбуждения детонации в инициируемой части заряда.

Основными недостатками устройства являются: сложность изготовления и снаряжения геометрии промежуточной оболочки (три разных внутренних диаметра); технологическая сложность обеспечения разных величин плотности инициирующего заряда по отношению к инициируемому; применение алюминизированных бризантных взрывчатых веществ, требующих дополнительной небезопасной технологической цепочки их применения; ненадежность характера перехода горения в детонацию в месте контакта инициирующего и инициируемого зарядов, так как в этом месте суммарная толщина стенки промежуточной оболочки и гильзы S<1 мм; не исключается развитие переходного процесса в инициируемом заряде в форме низкоскоростной детонации с полноценным переходом горения в детонацию; сложность построения разветвленных систем электровоспламенителя; недостаточная величина скорости поджигания инициирующего заряда ударно-волновой трубкой v<<250 м/сек.

В качестве прототипа предлагаемой модели выбрано устройство капсюля-детонатора лазерного инициирования взрывчатого вещества [4], работа которого осуществляется следующим образом. Оно включает блок питания лазерной системы, фокусирующую оптическую систему, устройство передачи энергии лазерного излучения к капсюлю-детонатору. Его отличие от ранее известных устройств состоит в том, что используется полупроводниковый лазер, запуск которого производится через блок кодировки сигнала. Блок кодировки сигнала обеспечивает защиту устройства от несанкционированной детонации взрывчатого вещества, а также повышения надежности и безопасности капсюля-детонатора в процессах его изготовления и применения. Предлагаемый капсюль-детонатор содержит корпус в виде гильзы с закрытым дном, в котором последовательно размещены; воспламенительный элемент в виде оптоволокна, фокусирующий элемент основного заряда бризантного взрывчатого вещества.

Недостатками прототипа являются: отсутствие резьбового соединения капсюля-детонатора и лазерного воспламенительного элемента, заключенного в изоляционную оболочку, не позволяющее его многократное использование с предотвращением излома; высокая трудоемкость сборки капсюля-детонатора и снижение надежности использования лазерного воспламенительного элемента без байонетного соединения при проведении взрывных работ; при использовании одноразовых оптических систем при поджоге элемента взрывчатого состава требуется дополнительная мощность излучения; для изготовления металлического корпуса детонатора с трехступенчатой по толщине стенкой необходимо использовать дорогостоящий технологический процесс

Техническим результатом является: введение в корпус капсюля-детонатора резьбового соединения и амортизатора с лазерным воспламенительным элементом для предотвращения его излома; повышение надежности использования лазерного воспламенительного элемента и снижение трудоемкости сборки капсюля-детонатора с применением байонетного соединения; осуществление поджога элемента взрывчатого состава без использования одноразовых оптических систем; упрощение технологического процесса изготовления корпуса капсюля-детонатора путем применения у пего постоянной толщины стенки.

Технический результат достигается тем, что капсюль-детонатор лазерного инициирования взрывчатого вещества (рис. 1) состоит из металлического корпуса, в котором последовательно размещены контактирующие друг с другом навески основного заряда бризантного взрывчатого вещества, промежуточной оболочки и инициирующего заряда из бризантного взрывчатого вещества, замедлительный состав, зажигательный пиротехнический состав и байонетное крепление лазерного воспламенительного элемента, а лазерный воспламени тельный элемент устанавливают вплотную торцем к поверхности зажигательного пиротехнического состава и на лазерный воспламенительный элемент помещают амортизатор с резьбовым каналом.

На рис. 1, изображена предлагаемая модель капсюля-детонатора инициирования взрывчатого вещества, где 1 - металлический корпус, 2 - основной заряд бризантного взрывчатого вещества, 3 - промежуточная оболочка и инициирующий заряд из бризантного взрывчатого вещества, 4 - замедлительный состав, 5 - зажигательный пиротехнический состав, 6 - лазерный воспламенительный элемент, 7 - амортизатор с резьбовым каналом, 8 - байонетное крепление лазерного воспламенительного элемента..

Устройство работает следующим образом. Капсюль-детонатор лазерного инициирования взрывчатого вещества (рис. 1) состоит из металлического корпуса 1 с последовательно размещенными в нем контактирующими друг с другом навесками основного заряда бризантного взрывчатого вещества 2, промежуточной оболочки и инициирующего заряда из бризантного взрывчатого вещества 3, замедлительного состава 4, зажигательного пиротехнического состава 5. Лазерный воспламенительный элемент 6 устанавливают вплотную торцем к поверхности зажигательного пиротехнического состава. Срабатывание лазерного воспламенительного элемента приводит к поджиганию пиротехнического состава 5 с инициированием бризантного взрывчатого вещества в промежуточной оболочки 3. Необходимый уровень первоначального давления, создаваемый продуктами горения, прочность оболочки и наличие в ней резьбового канала обеспечивают надежный переход горения в детонацию в инициирующем заряде из бризантного взрывчатого вещества 3 возбуждает детонацию основного заряда бризантного взрывчатого вещества 2и завершает работу капсюля-детонатора. Замедление действия капсюля-детонатора определяется величиной замедлительного состава 4. Для долговременного использования капсюля-детонатора лазерный воспламенительный элемент 6 помещают в амортизатор с резьбовым каналом 7, что предотвращает его излом при изгибе. При проведении взрывных работ лазерный воспламенительный элемент имеет байонетное крепление 8.

Корпус капсюля-детонатора лазерного инициирования взрывчатого вещества 1 представляет собой стандартную металлическую гильзу с внешним диаметром 7,2 мм, длиной от 50 до 80 мм в зависимости от наличия, основного заряда 2 бризантного взрывчатого вещества и лазерного воспламенительного элемента 6. Стальная промежуточная оболочка с внешним диаметром 6,4 мм имеет длину 20 мм и более (для капсюля-детонатора с замедлением), резьбовой канал с толщиной стенки не менее 1,2 мм. Со стороны лазерного воспламенительного элемента 6 в канал основного инициирующего заряда бризантного взрывчатого вещества 2 запрессованы в две навески зажигательного пиротехнических составов 4,5 и инициирующий заряд из бризантного взрывчатого вещества 5, например, ТЭН, Бис (тринитроэтил) - этилендинитрамин (БТЭДНА), и др. Основной заряд бризантного взрывчатого вещества состоит из прессованного заряда любых мощных бризантных взрывчатых веществ и композиций на их основе например, тротил, тетрил, гексоген, октоген, ТЭН, БТЭДНА и др. В данном случае могут использоваться составы тротил-гексоген, тротил-октоген, тротил-ТЭН и др., а также флегматизированные бризантные взрывчатые вещества. Основной заряд бризантного взрывчатого вещества по массе и плотности соответствует стандартным капсюлю-детонатору и электродетонатору [3].

Надежность перехода горения в детонацию достигается в широком диапазоне плотностей в инициирующем заряде из бризантного взрывчатого вещества от 5% насыпной плотности до 0,95×_мк, где _мк - монокристаллическая плотность инициирующего заряда из бризантного взрывчатого вещества.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А.Ф. Беляев и др. [Текст] Переход горения конденсированных систем во взрыв. М: Наука. 1973, с. 178.

2. С.И. Постнов. Капсюль-детонатор на основе бризантного взрывчатого вещества [Текст] Постнов С.И., Рекшинский В.А., Гидаспов, А.А. и др. Патент на изобретение 2009133556 от 07.09.2009, ГОУ ВПО СамГТУ. Бюл. 6, с. 6.

3. Ю.Г. Щукин. Средства инициирования промышленных взрывчатых веществ [Текст] Щукин Ю.Г., Лютиков Г.Г., Поздняков З.Г. Учеб. для техникумов. М: Недра, 1996, с. 51-54.

4. В.П. Ципилев. Стенд для исследования кинетики взрывного разложения конденсированных сред при воздействии импульсов лазерного излучения [Текст]/ В.П. Ципилев // Техническая наука. Томский политехн, ун-т. Томск. 2000. С. 99-103.

Прототип: В.П. Ципилев. Стенд для исследования кинетики взрывного разложения конденсированных сред при воздействии импульсов лазерного излучения [Текст]/ В.П. Ципилев // Техническая наука. Томский политехи, ун-т. Томск. 2000. С. 99-103.

Капсюль-детонатор лазерного инициирования взрывчатого вещества, состоящий из металлического корпуса с последовательно размещенными в нем контактирующими друг с другом навесками основного заряда из бризантного взрывчатого вещества, промежуточной оболочки и инициирующего заряда из бризантного взрывчатого вещества, замедлительного состава, зажигательного пиротехнического состава, байонетного крепления лазерного воспламенительного элемента, отличающийся тем, что лазерный воспламенительный элемент устанавливают вплотную торцем к поверхности зажигательного пиротехнического состава, а на лазерный воспламенительный элемент помещают амортизатор с резьбовым каналом.