Устройство для инициирования зарядов взрывчатых веществ

Изобретение относится к инициированию зарядов взрывчатых веществ (ВВ). Устройство содержит инициируемое светочувствительное ВВ, источник света с источником питания, при этом светочувствительное ВВ соединено с источником света оптическим жгутом, а в качестве источника света использован лазерный диод, подключенный к источнику питания через управляемый электронный ключ со стабилизацией тока. Обеспечивается повышение безопасности при проведении взрывных работ. 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам подрыва промышленных взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано в различных отраслях промышленности, применяющих ВВ.

Известно устройство для инициирования зарядов ВВ, включающее высоковольтную подрывную установку, электрокабель, электродетонатор. (Фриндляндер Л.Я. Справочник по прострелочно-взрывной аппаратуре. - М.: Недра, 1983, с. 57-59).

Основным недостатком данного устройства является возможность несанкционированного взрыва, приводящего к несчастным случаям и авариям, вследствие воздействия какого-либо высокочастотного сигнала, статического электричества и токов наводки. Для повышения уровня электрозащищенности используют электростатическую защиту, а также величины безопасного тока. Однако электростатическая защита эффективна лишь в определенных пределах, а увеличение безопасного тока ограничено возможностями источников питания и возрастанием величины тока возбуждения реакции.

Другими недостатками указанного устройства, приводящими к удорожанию стоимости проведения работ, являются:

- необходимость содержания большого количества контрольно-измерительной аппаратуры и обслуживающего персонала, следящего за ее состоянием;

- монтаж в специальной одежде, не дающей искрений, т.е. разрядов статического электричества;

- измерение сопротивления или проверку токопроводимости электровзрывной цепи выполняют с безопасного расстояния и после удаления людей в безопасное место;

- монтаж взрывной цепи ведут в такой последовательности, чтобы электровзрывная цепь была постоянно замкнута. При монтаже взрывной цепи специальные зажимы должны создавать надежный контакт между проводниками, предохранять от искрений при прохождении тока в цепи и изолировать взрывную цепь от блуждающих токов;

- невозможность ведения работ при повышенных ионизации воздуха и влажности (вблизи линии электропередач);

- в случае подрыва в глубоких скважинах воздействие взрыва приводит к повреждению кабеля, его обрыву, а несанкционированное срабатывание - к потере скважины или ее продолжительному ремонту;

- опускание аппаратов на большую глубину приводит к значительному трению спускаемых аппаратов о стенки обсадной колонны и в случае применения бескорпусных перфораторов приводит к повреждению, обрыву или сходу детонирующего шнура (ДШ) с седловин зарядов, что приводит к отказу или неполному срабатыванию.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство инициирования зарядов, включающее взрыватель с воспламеняющим элементом в виде источника света, который непосредственно контактирует с инициируемым взрывчатым веществом. В качестве источника света используют светодиод, работающий в импульсном режиме, а в качестве инициируемого ВВ применяют светочувствительное ВВ, которое непосредственно наносят на светоизлучающую площадку светодиода (описано в патенте RU 2202097 «СПОСОБ ИНИЦИИРОВАНИЯ ЗАРЯДОВ», MПК7 F42B 3/113, опубл. 10.04.2003). Данное устройство выбрано в качестве прототипа.

В 2012 году были проведены исследования данного устройства инициирования. В качестве светочувствительного ВВ, наносимого на поверхность светодиодов, применялся состав ВС-2 (автор состава Илюшин М.А. (Санкт-Петербург)).

В результате проведенных исследований были сделаны следующие выводы:

1. Вещество ВС-2, нанесенное по вышеприведенному патенту RU №2202097 на излучающий кристалл светодиода СДК-К624-2-60, возбуждается не от светового, а от теплового импульса при температуре разогрева 150°C и времени разогрева 1 мин. Медленный разогрев не приводит к инициированию вещества (возникновению детонации). При медленном разогреве свыше 120°C вещество постепенно теряет свои детонационные свойства вплоть до полного выхода из строя.

2. Инициирование вещества ВС-2 с помощью светодиода как в непрерывном, так и в импульсном режимах происходит посредством теплового, а не светового воздействия. При токах выше I_max=100…140 мА излучаемая мощность начинает падать, а количество выделяемого тепла - увеличиваться. Этот процесс можно объяснить саморазогревом кристалла светодиода, при котором вероятность излучательной рекомбинации электрона и дырки снижается. Увеличение тока выше значения I_max приводит к необратимой деградации кристалла, а при токах 700…750 мА происходит выход светодиода из строя. В момент, когда прямой ток через светодиод достигает значений 350…450 мА, температура кристалла в среднем составляет 140…160°C, а излучаемая мощность («световая») не превышает 10% от максимального значения. Таким образом, заявленные цели и прежде всего повышение безопасности, авторами патента, выбранного за прототип, не достигаются. Вместо светодиода они могли бы применить любой другой более эффективный металлический нагреватель. Время инициирования более 1 с говорит о тепловом механизме инициирования вместо ударно-волнового при безопасном коротком световом инициировании (поглощение в «горячих точках» с генерацией критических ударных волн).

Задачей изобретения является разработка простого устройства для светового инициирования зарядов ВВ.

Технический результат при использовании заявляемого устройства заключается в осуществлении светового инициирования зарядов ВВ, снижении затрат при проведении взрывных работ, уменьшении времени инициирования и повышении безопасности.

Технический результат достигается тем, что в заявляемом устройстве для инициирования зарядов взрывчатых веществ, содержащем инициируемое светочувствительное ВВ, источник света, цепь питания источника света, в отличие от прототипа светочувствительное ВВ соединено с источником света оптическим жгутом, а в качестве источника света использован лазерный диод, подключенный к источнику питания через управляемый электронный ключ со стабилизацией тока.

Использование всей совокупности признаков позволяет обеспечить действительно световое инициирование зарядов ВВ.

Лазерный диод сохраняется после инициирования, т.е. является многоразовым, это снижает затраты на проведение взрывных работ, уменьшает время инициирования, повышает безопасность проводимых работ.

Заявляемое устройство поясняется чертежом, на котором изображен пример выполнения заявляемого устройства, в котором: 1 - генератор импульсов, 2 - резистор, 3 - управляемый электронный ключ, 4 - импульсный источник питания, 5 - аккумуляторная батарея, 6 - лазерный диод, 7 - оптический жгут, 8 - инициируемое светочувствительное ВВ.

Устройство для инициирования зарядов взрывчатых веществ содержит инициируемое светочувствительное ВВ 8, соединенное оптическим жгутом 7 с источником света 6.

В качестве источника света 6 использован лазерный диод (в данном примере выполнения диод ТО-56 с длиной волны излучения 445 нм (синий свет) и выходной мощностью излучения 1 Вт с коллиматором фирмы Aixiz), подключенный к источнику питания (импульсный источник 4 питания и аккумуляторная батарея 5) через управляемый электронный ключ 3 со стабилизацией тока, что исключает падение уровня излучения при значительных длительностях свечения. В качестве электронного ключа 3 со стабилизацией тока был применен мощный полевой транзистор с индуцированным каналом типа IRT4905.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

На лазерный диод 6 подают инициирующий электрический импульс тока, световое излучение от него на инициируемое светочувствительное ВВ 8 передают через оптический жгут 7.

Управление электронным ключом 3 возможно от любого генератора 1 импульсов в режиме активного выходного сопротивления, например генератора АКИП-3402. Регулируемая длительность импульсов АКИП-3402 - в пределах единиц - сотен миллисекунд. Длительность импульса генератора 1 изменяли в пределах от 3 мс до 3 с.

Измерения времени запаздывания включения источника 4 импульсного питания лазерного диода 6 показали, что при вышеуказанных параметрах время запаздывания источника 4 составляет 2,5 мс, время выхода на полную мощность излучения - 7,3 мс. Таким образом, суммарное время выхода лазерного диода 6 на рабочий режим составляет не более 10 мс.

Для проверки возможного возбуждения детонации во вторичном ВВ с помощью светочувствительного состава ВС-2, инициируемого лазерным диодом 6, проводились опыты, в которых имело место надежное инициирование, что подтверждалось оптико-электронной регистрацией, снижены затраты при проведении взрывных работ, уменьшено время инициирования и повышена безопасность работ.

Устройство для инициирования зарядов взрывчатых веществ, содержащее инициируемое взрывчатое вещество (ВВ) и источник света с источником питания, отличающееся тем, что в качестве инициируемого ВВ использовано светочувствительное ВВ, при этом светочувствительное ВВ соединено с источником света оптическим жгутом, а в качестве источника света использован лазерный диод, подключенный к источнику питания через управляемый электронный ключ со стабилизацией тока.