Заряд взрывчатого вещества (варианты)

 

Изобретение относится к области горной промышленности, в частности к зарядам для взрывных работ при их производстве в карьерах, в том числе на угольных разрезах. Сущность изобретения заключается в расположении и подсчете масс активного и пассивного взрывчатых веществ, при этом скорость детонации активного взрывчатого вещества превышает скорость детонации пассивного взрывчатого вещества. Изобретение включает пять вариантов выполнения упомянутого заряда и обеспечивает повышение эффективности взрывных работ за счет обеспечения максимального высвобождения энергии взрыва путем возбуждения в активном ВВ детонационной волны необходимой плотности импульса в кратчайшее время и получения нового качества взрыва, при котором весь заряд работает в формированном режиме. 5 с. и 19 з.п.ф-лы, 13 ил.

1. Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к горной промышленности, точнее - к зарядам для взрывных работ, и может быть использовано при формировании зарядов для заряжания вертикальных или крутонаклоненных сухих и обводненных скважин взрывчатым веществом (далее - ВВ) при производстве взрывных работ в карьерах, в том числе на угольных разрезах.

2. Уровень техники Известны заряды ВВ, содержащие рабочее ВВ (пассивное), выполняющее функцию воздействия на окружающую породу и промежуточное ВВ (активное), выполняющее функцию подрыва рабочего ВВ. Промежуточное ВВ, в свою очередь, подрывается какими-либо средствами, например детонаторами.

Промежуточные ВВ могут иметь разнообразные геометрические формы, быть сосредоточенными, протяженными, и могут располагаться как внутри рабочего ВВ, так и снаружи, в контакте с ним (Кутузов Б.Н. "Взрывные работы". М., "Недра", 1974, 368 с.; Кук М.А. "Наука о промышленных взрывчатых веществах". Перевод с англ. под редакцией Г.П. Демидюка и Н.С. Бахаревич. М., Недра, 1980, 453 с. (Первое издание - США, 1974).

Общим недостатком этих зарядов является то, что воздействие детонации промежуточного ВВ на рабочее ВВ осуществляется в условиях стационарного режима, характерного для каждого рабочего ВВ.

Это обеспечивает возможность получения более высокой скорости детонации рабочего ВВ с целью форсирования работы заряда ВВ и, как следствие, более высокого давления продуктов взрывчатого превращения на объект воздействия заряда, но не обеспечивает возможность планирования конечного результата воздействия взрыва заряда ВВ путем изменения режима его химического превращения для получения максимальной эффективности взрыва с заранее заданным качеством для решения функциональных задач в определенных условиях использования заряда ВВ.

Известен цилиндрический заряд ВВ, состоящий из двух непосредственно контактирующих торцами различных ВВ - активного (инициирующего) и пассивного (инициируемого) (Поплавский В.А., Гржибовский В.В. "Скорость детонации в переходной зоне заряда взрывчатого вещества и физика горения и взрыва", 1997, т.33, N 5, с.118-121).

Однако при установленной зависимости между скоростью детонации активного и пассивного ВВ и длиной переходной зоны скорости детонации до ее стационарного значения в указанном заряде ВВ не установлены параметры зависимости между массой, геометрическими размерами и взаимным расположением активного и пассивного ВВ, обеспечивающего достижение необходимых технологических свойств заряда для получения заранее выбранного качества взрыва, например эффекта дробления окружающих пород, их перемещения, уплотнения и т.д., т.к. процессы, происходящие в переходной зоне, сложным образом зависят от свойств инициирующего (промежуточного) и инициируемого (рабочего) ВВ и в настоящее время не поддаются точным теоретическим расчетам.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому заряду является "Колонковое взрывное устройство" (патент РФ 2060449, приоритет 21,04,94, опубликован 20,05,96, Бюл. N 14), в котором промежуточный детонатор (промежуточное ВВ) размещен в оболочке, выполненной в виде трубы внутри и по центру взрывчатой смеси (рабочего ВВ), а масса промежуточного ВВ в нем составляет не менее 6% от массы рабочего ВВ.

В данном заряде промежуточное ВВ при такой массе выполняет по существу часть функции рабочего ВВ, не обеспечивая максимально эффективного воздействия детонационной волны, что значительно снижает высвобождение энергии взрыва рабочего ВВ и делает его неуправляемым с точки зрения получения заранее запланированного результата взрыва в зависимости от условий использования заряда ВВ.

В этом заряде масса промежуточного ВВ составляет значительную часть заряда ВВ в целом и, с точки зрения количественного использования взрывных устройств в условиях открытых разработок, объем промежуточных ВВ является большим, а с учетом применяемых в промежуточных ВВ дорогостоящих взрывчатых веществ, существенно увеличивает стоимость как самого заряда, так и стоимость вскрышных работ в целом.

3. Сущность изобретения Технической задачей настоящего изобретения является создание заряда ВВ путем установления соотношения масс промежуточного ВВ и рабочего ВВ в заданных пределах, обеспечивающего максимальное высвобождение энергии взрыва путем возбуждения в рабочем ВВ детонационной волны необходимой плотности импульса в кратчайшее время и получение нового качества взрыва, при котором весь заряд работает в форсированном режиме (пересжатой детонации) с максимальным, заранее заданным эффектом взрыва в зависимости от функциональных задач конечного воздействия взрыва на породу (разрушение, уплотнение, получение воронки) и в зависимости от вида разрушаемых пород, а также возможность получения перечисленных преимуществ при использовании дешевых рабочих ВВ.

Указанная задача решается при формировании заряда ВВ, включающего пассивное (рабочее) ВВ и активное (промежуточное) ВВ со скоростью детонации, превышающей скорость детонации пассивного ВВ, в котором активное ВВ имеет массу M_a = (0,0003-0,05)M_п, где M_a, M_п - массы активного и пассивного ВВ, кг.

Указанная задача также может быть решена в виде вариантов предлагаемого изобретения, которые относятся к объектам одного вида, имеют одинаковое назначение и обеспечивают получение одного и того же технического результата.

Вариант 1. Заряд ВВ, содержащий рабочее ВВ и промежуточное ВВ со скоростью детонации, превышающей скорость детонации рабочего ВВ, выполнен протяженным, промежуточное ВВ размещено на торце рабочего ВВ соосно с ним, имеет диаметр меньший, чем диаметр рабочего ВВ, и массу где M_п - масса промежуточного ВВ, кг; K_п - коэффициент передачи инициирующего импульса в рабочее ВВ, K_п = 0,5-1,0; К_з - коэффициент формы заряда, в диапазоне r_з ≅ l_з≅ 4,5 · r_з, К_з=3,7-5,5, где r₃ и l_з соответственно радиус и длина заряда;
П_п, П_р - показатель политропы соответственно промежуточного и рабочего ВВ;
Д_п, Д_р - скорость детонации соответственно промежуточного и рабочего ВВ, м/с;
М_р - масса рабочего ВВ, кг.

Вариант 2. Заряд ВВ, содержащий рабочее ВВ и промежуточное ВВ со скоростью детонации, превышающей скорость детонации рабочего ВВ, выполнен протяженным, промежуточное ВВ размещено вдоль оси рабочего ВВ и имеет массу

М_п - масса промежуточного ВВ, кг;
К_{у и} - коэффициент условий формирования инициирующего импульса, К_{у и} = 0,5 - 1,0;
К_п - коэффициент передачи инициирующего импульса в рабочее ВВ, K_п= 0,5-1,0;
П_п, П_р - показатель политропы соответственно промежуточного и рабочего ВВ;
Д_п, Д_р -скорость детонации соответственно промежуточного и рабочего ВВ, м/с;
ρ_p, ρ_п - плотности соответственно рабочего и промежуточного ВВ, кг/м³;
M_р - масса рабочего ВВ, кг.

В указанном варианте могут быть отличия в реализации, в частности, промежуточное ВВ может находиться в контакте с рабочим ВВ.

Вариант 3. Заряд ВВ, содержащий рабочее ВВ и промежуточное ВВ со скоростью детонации, превышающей скорость детонации рабочего ВВ, в котором промежуточное и рабочее ВВ выполнены сосредоточенными, а промежуточное ВВ размещено внутри рабочего ВВ и имеет массу

где M_п - масса промежуточного ВВ, кг,
П_п, П_р - показатель политропы соответственно промежуточного и рабочего ВВ;
Д_п, Д_р - скорость детонации соответственно промежуточного и рабочего ВВ, м/с,
ρ_p, ρ_п - плотности соответственно рабочего и промежуточного ВВ, кг/м³;
M_р - масса рабочего ВВ, кг.

Вариант 4. Заряд ВВ, содержащий рабочее ВВ и промежуточное ВВ со скоростью детонации, превышающей скорость детонации рабочего ВВ, в котором заряд или его часть разделен на элементы, в каждом из которых масса рабочего ВВ не превышает 3500-4000 минимальных масс промежуточного ВВ.

Указанный вариант может быть реализован в следующих конкретных видах.

Заряд ВВ состоит из одного элемента рабочего и одного элемента промежуточного ВВ.

Элементы заряда подобны по форме.

Элементы заряда различны по форме.

Элементы заряда одинаковы по массе.

Элементы заряда различны по массе.

Элементы промежуточного ВВ расположены последовательно вдоль одной оси.

Элементы промежуточного ВВ расположены на одной оси.

Элементы промежуточного ВВ расположены последовательно со смещением относительно общей оси.

Заряд ВВ выполнен протяженным, элементы промежуточного ВВ выполнены плоскостными и ориентированы поперек заряда, а в каждом элементе соотношение продольных размеров рабочего и промежуточного ВВ находится в диапазоне

где l_р, l_п - длина элемента соответственно рабочего и промежуточного ВВ, м, при разнице между поперечными размерами элементов рабочего и промежуточного ВВ, не превышающей 15%.

Элементы промежуточного ВВ выполнены протяженными и расположены вдоль оси заряда, расстояние между смежными элементами промежуточного ВВ не превышает 2/3 среднего поперечного размера элемента рабочего ВВ, а средний поперечный размер элемента промежуточного ВВ равен:
d_{п ср} = (0,025 - 0,245) · d_{р ср}
где d_{п ср}, d_{р ср} - средние поперечные размеры элементов соответственно промежуточного и рабочего ВВ, м.

Промежуточное ВВ размещено в рабочем ВВ пр винтовой и/или зигзагообразной линии.

Смежные элементы промежуточного ВВ соединены между собой.

Элементы промежуточного ВВ выполнены сосредоточенными в каждом элементе заряда, расстояние между смежными элементами промежуточного ВВ не превышает 2/3 среднего поперечного размера элемента рабочего ВВ, а средний диаметр промежуточного ВВ равен:
d_{п ср} = (0,06 - 0,39) d_{р ср}
где d_{п ср} - средний диаметр элемента промежуточного ВВ, м;
d_{р ср} - средний поперечный размер элемента рабочего ВВ, м.

Элементы заряда содержат различные по составу ВВ.

Элементы промежуточного ВВ имеют различные массу, форму и состав.

В смежных элементах рабочего ВВ элементы промежуточного ВВ размещены поочередно в виде сосредоточенных и протяженных элементов.

Геометрические формы элементов рабочего и промежуточного ВВ имеют подобную симметрию.

Рабочее и промежуточное ВВ имеют одинаковый химический состав, но различные физические параметры.

4. Материалы, поясняющие сущность изобретения
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего настоящее изобретение примера реализации в виде различных схем формирования заряда ВВ в соответствии с прилагаемыми чертежами, на которых изображены различные виды формирования зарядов.

На каждой фигуре чертежа изображена вертикальная скважина 1 и в дальнейшем, при описании фигур, ссылка на нее не приводится.

На фиг. 1 изображен заряд ВВ, состоящий из нескольких протяженных элементов 2, каждый из которых содержит рабочее ВВ 3 и размещенное в нем промежуточное ВВ 4, снабженное взрывателем (на схемах не показан), например, в виде хорошо известных специалистам в этой области взрывателей различных типов (волноводные с капсюлем-детонатором, радио и т. п.).

В дальнейшем, при описании конструкций зарядов ВВ ссылки на типы взрывателей 5 приводиться не будут.

Промежуточные ВВ 4 расположены на одной оси и выполнены протяженными, причем в сечении они могут иметь различную форму (круг, овал и т.п.)
На фиг. 2 изображен заряд ВВ, аналогичный представленному на фиг.1, в котором промежуточные ВВ 4 размещены последовательно вдоль одной оси.

Промежуточные ВВ 4 могут быть размещены на расстоянии между смежными промежуточными ВВ 4, не превышающими 2/3 среднего поперечного размера элемента рабочего ВВ 3 при среднем поперечном размере промежуточного ВВ 4, равном:
d_{п ср} = (0,025 - 0,245) · d_{р ср}
где d_{п ср} - средний поперечный размер промежуточного ВВ, м;
d_{р ср} - средний поперечный размер элемента рабочего ВВ, м.

На фиг. 3 изображен заряд ВВ, аналогичный представленному на фиг.1, в котором промежуточные ВВ 4 размещены со смещением относительно общей оси (например, в шахматном порядке).

На фиг. 4 изображен заряд ВВ, в котором промежуточные ВВ 4 выполнены плоскостными и размещены поперек заряда ВВ в каждом его элементе при соотношении продольных размеров рабочего и промежуточного ВВ в диапазоне

где l_р, l_п - длина соответственно рабочего и промежуточного ВВ, м,
при разнице между поперечными размерами рабочего и промежуточного ВВ, не превышающей 15%.

На фиг. 5 изображен заряд ВВ, состоящий из одного протяженного элемента рабочего ВВ, в котором промежуточное ВВ 4 размещено по винтовой и/или зигзагообразной линии.

На фиг. 6 изображен заряд ВВ, аналогичный представленному на фиг.2, в котором смежные элементы промежуточного ВВ 4 соединены между собой, например, огнепроводным шнуром.

На фиг. 7 изображен заряд ВВ, в котором промежуточные ВВ 4 выполнены сосредоточенными (например, шарообразного вида) в каждом элементе 2 заряда ВВ, а расстояния между смежными промежуточными ВВ 4 не превышают 2/3 среднего поперечного размера элемента рабочего ВВ 3 при среднем диаметре промежуточного ВВ 4, равном:,
d_{п ср} = (0,06 - 0,39) d_{р ср}
где d_{п ср} - средний диаметр промежуточного 4 ВВ, м;
d_{р ср} - средний поперечный размер элемента рабочего 3 ВВ, м.

На фиг. 8 изображен заряд ВВ, в смежных элементах рабочего ВВ 3 промежуточные ВВ 4 размещены поочередно в виде сосредоточенных и протяженных элементов.

На фиг. 9 изображен заряд ВВ, в котором геометрические формы рабочего 3 и промежуточного 4 ВВ имеют подобную симметрию.

5. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
При осуществлении инициирования заряда ВВ в нем возникает нестационарный переходный детонационный процесс, который со временем становится стационарным, характерным для данного ВВ в конкретных условиях взрывания. Участок нестационарной детонации называют переходной зоной, а его протяженность - длиной переходной зоны. Параметры нестационарной детонации ВВ определяются его свойствами, мощностью и геометрическими размерами инициатора, а также условиями передачи инициирующего импульса непосредственно через ВВ или через промежуточную инертную среду.

Длина переходной зоны в рабочем (пассивном) ВВ зависит от интенсивности его инициирования промежуточным (активным) ВВ. Чем большее различие в скоростях детонации контактирующих пар ВВ (рабочего и промежуточного), тем длиннее переходная зона в рабочем ВВ.

Это обеспечивает возможность форсирования работы заряда ВВ и получение более высокой скорости детонации рабочего ВВ и, как следствие, более высокого давления продуктов взрывчатого превращения на объект воздействия заряда ВВ.

Экспериментальные данные доказывают возможность получения положительных технологических эффектов при инициировании детонации ВВ, распространяющейся со скоростью, превышающей стационарную. Эти эффекты ощутимо проявляются при размерах зарядов порядка размеров переходных зон. Естественно, что изменение эффективности работы зарядов ВВ определяется процессами, протекающими в переходной зоне, а также ее относительными размерами в общей массе заряда рабочего ВВ.

Доказательство возможности реализации настоящего изобретения базируется на следующих закономерностях.

Для заряда ВВ, подвергающегося взрывчатому превращению, характерно соотношение
i = i_п + i_р,
где i - суммарная плотность импульса детонационной волны в заряде рабочего ВВ;
i_п - плотность импульса в волне, генерируемой промежуточным ВВ;
i_р - плотность импульса, обусловленная химическим превращением рабочего ВВ.

Относительная характеристика процесса детонации заряда ВВ определяется следующим соотношением,

Для понимания детонационных процессов, проходящих в заряде ВВ, введем понятие показателя R_и, являющегося количественной оценкой влияния инициирующего импульса на режим детонации заряда, именуемого в дальнейшем - коэффициент режима инициирования заряда.

По мере удаления от промежуточного ВВ его влияние резко снижается вследствие затухания образованной им ударной волны и относительного возрастания доли импульса, формируемой в итоге разложения рабочего ВВ. Влияние промежуточного ВВ на процессы химического превращения рабочего ВВ проявляется в основном в переходной зоне.

Признаком, указывающим на это, является вынужденная, более высокая, чем стационарная, скорость детонации рабочего ВВ.

Степень влияния промежуточного ВВ на внешний эффект действия рабочего ВВ и заряда ВВ в целом по мере удаления его от промежуточного ВВ снижается, что делает возможным использование показателя R_и для сравнительной оценки внешнего воздействия рабочего ВВ в зонах, прилегающих к промежуточному ВВ.

Взрывчатое превращение рабочего ВВ осуществляется в основном в нестационарном режиме, зависимом от промежуточного ВВ, что определяет целесообразность работы заряда ВВ или его основной части в нестационарном режиме детонации.

При этом промежуточные ВВ должны располагаться в заряде ВВ на расстояниях, соизмеримых с размерами переходных зон смежных промежуточных ВВ.

Так как функция коэффициента R_и режима инициирования заряда ВВ изменяется по объему заряда ВВ, в качестве его оценки, при определении действия заряда ВВ в целом, воспользуемся средним значением

где ν - объем, заполняемый ВВ.

Масса промежуточного ВВ ограничивается "снизу" критическими параметрами детонации промежуточного ВВ, например критическим диаметром.

"Сверху" максимальная масса промежуточного ВВ может ограничиваться экономическими или техническими условиями.

В случае настоящего изобретения принято, что внешнее воздействие заряда ВВ определяется самим зарядом ВВ и режимом его инициирования, т.е. не связано с прямым внешним воздействием самого промежуточного ВВ. Это условие выполняется с допустимой для практики точностью, когда общее количество движения продуктов детонации промежуточного ВВ на порядок меньше, чем рабочего ВВ.

где М_п, М_р - масса соответственно промежуточного и рабочего ВВ, кг;
Д_п, Д_р - скорость детонации соответственно промежуточного и рабочего ВВ, м/с;
П_п, П_р - показатель политропы соответственно промежуточного и рабочего ВВ.

При реальном соотношении показателей П при Д_и > Д_вв это условие надежно выполняется при
М_п ≅ 0,006 М_р
Это ограничение соответствует верхнему пределу

Для определения рационального диапазона изменения коэффициента режима инициирования R_и и закономерностей внешнего воздействия заряда ВВ в зависимости от его величины были проведены экспериментальные работы.

Их результаты приведены на фиг. 10-13.

На фиг. 10 представлены результаты обмера глубины вмятин, образованных вертикальными цилиндрическими зарядами граммонита 79/21, установленными на поверхность глиняной площадки.

Диаметр зарядов составлял 0,115 м, высота равнялась 0,25; 1,5; 2,25 диаметра, масса заряда составляла соответственно 0,8; 1,6; 2,4 кг.

Заряды инициировались столбом прессованного тротила диаметром 0,07 м. Навеска тротила изменялась в диапазоне 0,02 - 1,6 кг. Основные характеристики взрывчатых веществ в расчетах приняты следующие: P_п= 1600 кг/м³; P_р = 900 кг/м³; Д_п = 6800; Д_р = 4000 м/сек; П_п = 3; П_р = 1,8. На графике обозначены точки, соответствующие расчетным значениям и обмеру глубины вмятины.

Глубина приведена в относительных единицах. За единицу принято значение соответствующее, максимуму в диапазоне .

Во второй серии экспериментов устанавливалась зависимость диаметра воронки выброса зарядов высотой 1,2 м, размещенных в скважинах глубиной 2,5 м и диаметром 0,22 м; 0,32 м. В них размещались в рукавах с зазором и без рукавов заряды мокрого граммонита 79/21, гранулита Т5 и сухого гранулита УП-1А. Масса зарядов на 1 м скважины изменялась от 28 до 50 кг. Каждая группа зарядов, характеризуемая типом ВВ и массой, инициировалась линейными инициаторами, состоящими из различных ВВ (Эластит, ТЭН, Аммонит N 6ЖВ) с навеской на 1 м, изменяемой в диапазоне от 0,086 до 1,033 кг. В каждой группе максимальный диаметр воронки принимался равным единице.

На фиг. 11 изображена зависимость относительного диаметра воронок от значения различных зарядов, размещенных в жесткой оболочке (ВВ в контакте со стенкой скважины или с водой в зазоре).

На фиг. 12 изображена зависимость относительного диаметра воронок от значения для зарядов в скважине с воздушным кольцевым зазором.

На фиг. 13 изображена гистограмма распределения максимального диаметра воронок выброса в группах зарядов при изменении .

Из приведенных зависимостей (фиг. 10-13) следует, что по мере увеличения значения вне зависимости от массы ВВ, типа заряда и, вероятно, слабой зависимости типа ВВ в реальном для практического использования диапазоне 0,05 < R_и < 0,6 внешнее проявление действия заряда ВВ (глубина лунки, диаметр воронки и т.д.) изменяется по сложному закону (с двумя максимальными значениями на фиг. 10).

Детальное описание природы данного явления требует дополнительных теоретических расчетов и экспериментальных исследований.

Однако возможно следующее объяснение.

Первоначальное возрастание зависимости связано с недостаточной мощностью инициирования и увеличением объема полноценно реагирующего рабочего ВВ по мере возрастания мощности промежуточного ВВ. Снижение диаметра воронки и глубины отпечатка при накладных зарядах обусловлено возрастающим объемом рабочего ВВ, реагирующего в условиях пересжатия детонации, при которой повышается плотность реагирующего вещества и температура.

В результате ухудшения процессов диффузии, потерь энергии на расширение продуктов химического превращения до первоначальной, а также высокой температуры химической реакции снижается общее тепловыделение вещества.

Последующее возрастание диаметра воронки выброса и глубины отпечатка, вероятно, связано с выходом пересжатой детонации на поверхность заряда и воздействием на породу повышенного давления, которое и происходит на фоне снижающегося общего энерговыделения заряда. Дополнительно в зоне больших значений начинает проявляться влияние, как правило, более мощного промежуточного ВВ. Возрастающее, в среднем, по объему рабочего ВВ пересжатие обуславливает дальнейший спад эффективности внешнего проявления заряда по контролируемым признакам.

Сравнение зависимостей диаметра воронки выброса, а также гистограмма распределения максимальных размеров воронки при взрывании группы зарядов указывают на существенное различие процессов взрывчатого превращения зарядов и эффективности внешнего их проявления при воздушной (в т.ч. воздушные зазоры в скважине) и жесткой (вода, горная порода и т.д.) оболочке заряда.

Максимальная эффективность зарядов в воздушной оболочке достигается при значениях R_и в 1,5-1,8 раза более высоких, чем для зарядов в жесткой оболочке. Объяснение этого эффекта может быть найдено в результате анализа действия волн разгрузки при выходе инициирующей ударной волны на границу раздела ВВ - воздух, с учетом времени задержки воспламенения рабочего ВВ, а также процессов, связанных с трансформацией импульса взрыва заряда в горную породу.

Оценка эффективности действия способов инициирования скважинных зарядов ВВ, основанная на приведенных результатах экспериментальных исследований, указывает на более высокую разрушающую способность зарядов с линейным инициированием при оптимальном значении R_и (средний диаметр воронок при верхнем точечном инициировании (режим детонации заряда, близкий к стационарному) равен 0,83 диаметра воронки при линейном инициировании).

Из экспериментальных данных следует, что вне зависимости от формы заряда и условий взрывания при расчете промежуточного ВВ следует ограничиваться линейными значениями . При меньших значениях наблюдаются следы неполного и неустойчивого химического превращения ВВ (разброс ВВ, санса на поверхности лунок, отсутствие воронки выброса и т.д.).

Наименьшее экспериментальное значение обеспечивает установление минимальной границы диапазона зависимости массы промежуточного ВВ от массы заряда рабочего ВВ. Эта граница, характерная для сферической симметрии, оцененная при Д_р= 3000 м/с, Д_п= 7000 м/с, П_р=2,0, П_п= 3,0, ρ_p = 900 кг/м³, ρ_{п u} = 1600 кг/м³, равна (2,5 - 3,0)·10^-4M_р.

В итоге диапазон зависимости массы инициирующего заряда от массы заряда рабочего взрывчатого вещества определяется следующей зависимостью
M_п = (0,0003 - 0,05)· M_р
С учетом экспериментальных данных, массы промежуточного ВВ толщиной менее диаметра заряда ВВ, расположенного в торце протяженного заряда ВВ, протяженного промежуточного ВВ, расположенного вдоль протяженного рабочего ВВ и сосредоточенного промежуточного ВВ в сферическом рабочем ВВ, ограничивается в соответствии с зависимостями:



где M_п, M_р - масса соответственно промежуточного и рабочего ВВ, кг;
Д_п, Д_р - скорость детонации соответственно промежуточного и рабочего ВВ, м/с;
П_п, П_р - показатель политропы соответственно промежуточного и рабочего ВВ:
ρ_p, ρ_п - плотности соответственно рабочего и промежуточного взрывчатого веществ, кг/м³;
К_{у и} - коэффициент условий формирования инициирующего импульса, К_{у и}= 0,5 - 1,0;
K_п - коэффициент передачи инициирующего импульса в рабочее взрывчатое вещество, К_п= 0,5-1,0.

Приведенные зависимости по мере увеличения массы рабочего ВВ теряют свою силу. При этом уменьшается и степень влияния массы промежуточного ВВ на показатели взрыва. В связи с этим при проектировании зарядов ВВ важным является оценка условной границы, в пределах которой заряд рабочего ВВ работает в режиме, зависящем от свойств инициирующего заряда. Таким образом, приведенные зависимости наиболее тесно связаны с результатами действия заряда, когда
M_{п min}= (0,00025 - 0,0003)M_р
где М_{п min} - минимальная масса промежуточного ВВ, кг;
М_р - масса рабочего ВВ, кг.

Следует отметить, что минимальная масса промежуточного ВВ при экспериментальном определении ее величины должна располагаться соосно с рабочим ВВ и быть геометрически подобной ему.

Таким образом, максимальная зависимость действия рабочего ВВ от промежуточного ВВ наблюдается при массе рабочего ВВ, определяемой соотношением
M_р ≅ (3500 - 4000) M_{п min}
В указанных пределах можно осуществлять сравнительно точное управление действием рабочего ВВ и заряда ВВ в целом для достижения его максимальной эффективности.

Значения геометрических параметров зарядов ВВ и их ограничения установлены расчетным путем. При этом принимались следующие значения характеристик свойств ВВ: Д_р= 3000 м/с, Д_п= 7000 м/с, П_р =1,5, П_п= 3,1, ρ_p = 900 кг/м³, ρ_п = 1600 кг/м³.

Максимальные размеры промежуточных ВВ устанавливались исходя из равенства свойств рабочего и промежуточного ВВ. Установление допустимой разницы размеров плоского промежуточного ВВ в заряде ВВ основано на критерии сохранения плоскости фронта инициирующей ударной волны в основной (90%) массе протяженного заряда ВВ.

Таким образом, использование данного изобретения позволяет осуществить создание заряда ВВ путем установления соотношения масс промежуточного и рабочего ВВ в заданных пределах, обеспечивающего максимальное высвобождение энергии взрыва путем возбуждения в рабочем ВВ детонационной волны необходимой плотности импульса в кратчайшее время и получение нового качества взрыва, при котором весь заряд работает в форсированном режиме (пересжатой детонации) с максимальным, заранее заданным эффектом взрыва в зависимости от функциональных задач конечного воздействия взрыва на породу (разрушение, уплотнение, получение воронки) и в зависимости от вида разрушаемых пород, а также возможность получения перечисленных преимуществ при использовании дешевых рабочих ВВ.

Формула изобретения

1. Заряд взрывчатого вещества, включающий пассивное взрывчатое вещество и активное взрывчатое вещество со скоростью детонации, превышающей скорость детонации пассивного взрывчатого вещества, отличающийся тем, что, активное взрывчатое вещество имеет массу
М_а = (0,0003 - 0,05)М_п,
где М_а, М_п - массы активного и пассивного взрывчатых веществ, кг.

2. Заряд взрывчатого вещества, содержащий рабочее взрывчатое вещество и промежуточное взрывчатое вещество со скоростью детонации, превышающей скорость детонации рабочего взрывчатого вещества, отличающийся тем, что заряд взрывчатого вещества выполнен протяженным, промежуточное взрывчатое вещество размещено на торце рабочего взрывчатого вещества соосно с ним, имеет диаметр меньший, чем диаметр рабочего взрывчатого вещества и массу

где М_п - масса промежуточного взрывчатого вещества, кг;
К_п - коэффициент передачи инициирующего импульса в рабочее взрывчатое вещество, К_п = 0,5 - 1,0;
К_з - коэффициент формы заряда, в диапазоне r_з ≅ l_з ≅ 4,5r_з, К_з = 3,7 - 5,5, где r_з и l_з соответственно радиус и длина заряда, м;
П_п, П_р - показатель политропы соответственно промежуточного и рабочего взрывчатых веществ;
Д_п, Д_р - скорость детонации соответственно промежуточного и рабочего взрывчатых веществ, м/с;
М_р - масса рабочего взрывчатого вещества, кг.

3. Заряд взрывчатого вещества, содержащий рабочее взрывчатое вещество и промежуточное взрывчатое вещество со скоростью детонации, превышающей скорость детонации рабочего взрывчатого вещества, отличающийся тем, что заряд взрывчатого вещества выполнен протяженным, промежуточное взрывчатое вещество размещено вдоль оси рабочего взрывчатого вещества и имеет массу

где М_п - масса промежуточного взрывчатого вещества, кг;
К_уи - коэффициент условий формирования инициирующего импульса, К_уи = 0,5 - 1,0;
К_п - коэффициент передачи инициирующего импульса в рабочее взрывчатое вещество, К_п = 0,5 - 1,0;
П_п, П_р - показатель политропы соответственно промежуточного и рабочего взрывчатых веществ;
Д_п, Д_р - скорость детонации соответственно промежуточного и рабочего взрывчатых веществ, м/с;
Р_р, Р_п - плотности соответственно рабочего и промежуточного взрывчатого веществ, кг/м³;
М_р - масса рабочего взрывчатого вещества, кг.

4. Заряд взрывчатого вещества по п.3, отличающийся тем, что промежуточное взрывчатое вещество находится в контакте с рабочим взрывчатым веществом.

5. Заряд взрывчатого вещества, содержащий рабочее взрывчатое вещество и промежуточное взрывчатое вещество со скоростью детонации, превышающей скорость детонации рабочего взрывчатого вещества, отличающийся тем, что промежуточное и рабочее взрывчатые вещества выполнены сосредоточенными, а промежуточное взрывчатое вещество размещено внутри рабочего взрывчатого вещества и имеет массу

где М_п - масса промежуточного взрывчатого вещества, кг;
П_п, П_р - показатель политропы соответственно промежуточного и рабочего взрывчатых веществ;
Д_п, Д_р - скорость детонации соответственно промежуточного и рабочего взрывчатых веществ, м/с;
ρ_p, ρ_п - плотности соответственно рабочего и промежуточного взрывчатого веществ, кг/м³;
М_р - масса рабочего взрывчатого вещества, кг.

6. Заряд взрывчатого вещества, содержащий рабочее взрывчатое вещество и промежуточное взрывчатое вещество со скоростью детонации, превышающей скорость детонации рабочего взрывчатого вещества, отличающийся тем, что, заряд или его часть разделен на элементы, в каждом из которых масса рабочего ВВ не превышает 3500 - 4000 минимальных масс промежуточного взрывчатого вещества.

7. Заряд взрывчатого вещества по п.6, отличающийся тем, что он состоит из одного элемента рабочего и одного элемента промежуточного взрывчатого вещества.

8. Заряд взрывчатого вещества по п.6 или 7, отличающийся тем, что его элементы подобны по форме.

9. Заряд взрывчатого вещества по п.6 или 7, отличающийся тем, что его элементы различны по форме.

10. Заряд взрывчатого вещества по п.6 или 7, отличающийся тем, что элементы одинаковы по массе.

11. Заряд взрывчатого вещества по п.6 или 7, отличающийся тем, что его элементы различны по массе.

12. Заряд взрывчатого вещества по п.6 или 7, отличающийся тем, что элементы промежуточного взрывчатого вещества расположены на одной оси.

13. Заряд взрывчатого вещества по п.6 или 7, отличающийся тем, что элементы промежуточного взрывчатого вещества расположены последовательно вдоль одной оси.

14. Заряд взрывчатого вещества по п.6 или 7, отличающийся тем, что элементы промежуточного взрывчатого вещества расположены последовательно со смещением относительно общей оси.

15. Заряд взрывчатого вещества по п.6 или 7, отличающийся тем, что он выполнен протяженным, элементы промежуточного взрывчатого вещества выполнены плоскостными и ориентированы поперек заряда, а в каждом элементе заряда соотношение продольных размеров элементов рабочего и промежуточного взрывчатых веществ находится в диапазоне

где l_р, l_п - длина элемента соответственно рабочего и промежуточного взрывчатых веществ, м,
при разнице между поперечными размерами элементов рабочего и промежуточного взрывчатых веществ, не превышающей 15%.

16. Заряд взрывчатого вещества по п.6, отличающийся тем, что элементы промежуточного взрывчатого вещества выполнены протяженными и расположены вдоль оси заряда, расстояние между смежными элементами промежуточного взрывчатого вещества не превышает 2/3 среднего поперечного размера элемента рабочего взрывчатого вещества, а средний поперечный размер элемента промежуточного взрывчатого вещества равен:
d_{п ср} = (0,025 - 0,245) · d_{р ср},
где d_{п ср} - средний поперечный размер элемента промежуточного взрывчатого вещества, м;
d_{р ср} - средний поперечный размер элемента рабочего взрывчатого вещества, м.

17. Заряд взрывчатого вещества по п.7, отличающийся тем, что промежуточное взрывчатое вещество размещено в рабочем взрывчатом веществе по винтовой и/или зигзагообразной линии.

18. Заряд взрывчатого вещества по п.6, отличающийся тем, что смежные элементы промежуточного взрывчатого вещества соединены между собой.

19. Заряд взрывчатого вещества по п.6, отличающийся тем, что элементы промежуточного взрывчатого вещества выполнены сосредоточенными в каждом элементе заряда, расстояние между смежными элементами промежуточного взрывчатого вещества не превышает 2/3 среднего поперечного размера элемента рабочего взрывчатого вещества, а средний диаметр элемента промежуточного взрывчатого вещества равен:
d_{п ср} = (0,06 - 0,39)d_{р ср},
где d_{п ср} - средний диаметр элемента промежуточного взрывчатого вещества, м;
d_{р ср} - средний поперечный размер элемента рабочего взрывчатого вещества, м.

20. Заряд взрывчатого вещества по п.6, отличающийся тем, что его элементы содержат различные по составу взрывчатые вещества.

21. Заряд взрывчатого вещества по п.6, отличающийся тем, что элементы промежуточного взрывчатого вещества имеют различные массу, форму и состав.

22. Заряд взрывчатого вещества по п.6, отличающийся тем, что в смежных элементах рабочего взрывчатого вещества элементы промежуточного взрывчатого вещества размещены поочередно в виде сосредоточенных и протяженных элементов.

23. Заряд взрывчатого вещества по п.6, отличающийся тем, что геометрические формы элементов рабочего и промежуточного взрывчатых веществ имеют подобную симметрию.

24. Заряд взрывчатого вещества по любому из пп.1 - 3, 5 и 6, отличающийся тем, что рабочее и промежуточное взрывчатые вещества имеют одинаковый химический состав, но различные физические параметры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13