Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Разработка безопасных технических средств инициирования взрыва для геофизических работ

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Разработка безопасных технических средств инициирования взрыва для геофизических работ"

РГБ ОД

) Г. ОИТ

На правах рукописи

ЖИГУЛЕВ ВЛАДИМИР БОРИСОВИЧ

РАЗРАБОТКА БЕЗОПАСНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИНИЦИИРОВАНИЯ ВЗРЫВА ДЛЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ РАБОТ

Специальность 04.00.12 - геофизические методы поисков и разведки месторождений Полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Раменское -1996

Работа выполнена в открытом акционерном обществе Всероссийский и проектно-конструкторский институт по использованию энергии взрыва в геофизике (ОАО "ВНИПИвзрывгео-физика")

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Державец А. С. кандидат технических наук Пузырев С. Н.

доктор технических наук Левин Е. А.,

кандидат технических наук Липченко Ю. П.

Ведущая организация: ОАО "Самаранефтегеофизика"

Защита состоится ¿6 1996 г. в и часов на

заседании Диссертационного совета Д169.13.01 в открытом акционерном обществе по геофизическим работам, строительству и заканчиваншо скважин (ОАО НПП "ГЕРС") по адресу: 170034, г. Тверь, проспект Чайковского, дом 28/2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО НПГ1 "ГЕРС"

Автореферат разослан ££ О^Ъ^С-ТЪ. 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук,

доцент

Глуздовский В. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

При поиске, разведке и разработке месторождений нефти и газа широко используются взрывные работы. В геофизических работах основными являются прострелочно-взрывные работы в скважинах и взрывное возбуждение сейсмических волн. К первым относятся: вскрытие пластов, труб перфораторами, взрывное воздействие на призабойную зону пласта, отбор образцов стреляющими грунтоносами, взрывные изоляционные работы, специальные работы по предотвращению осложнений и ликвидаций аварий и др.

Для инициирования взрывчатых веществ (ВВ) наибольшее распространение получил электрический способ, который дает возможность производить одновременный взрыв большого количества зарядов, производить взрыв зарядов в точно назначенный момент времени, проверять исправность электровзрывной сети в процессе монтажа и перед взрыванием, производить взрывание с большого расстояния, что значительно повышает безопасность работ. При электрическом способе взрывания зарядов решающее значение в отношении безопасности и безотказности играют технические средства, в первую очередь такие средства взрывания, как электродетонаторы (ЭД), взрывные патроны.

. Практика ведения взрывных работ показывает, что при обращении с ЭД случаются несанкционированные взрывы, которые представляют большую опасность, особенно если случаются во время ручных операций.

Несмотря на постоянную работу по совершенствованию ЭД, пока не удается избежать несчастных случаев при обра-

щении с ними. Причиной преждевременных взрывов является высокая чувствительность к внешним воздействиям ЭД и иных средств взрывания (СВ), выпускаемых в настоящее время.

Наиболее очевидный способ повышения безопасности - создание ЭД с более высокими параметрами начальных импульсов или с избирательной чувствительностью, что гарантировало бы защищенность ЭД к внешним воздействиям меньшей интенсивности. Это, как правило, требует использования более мощных взрывных приборов для задействования ЭД, то есть - замену существующих средств взрывания.

Переход на новые СВ и их освоение требует серьезных затрат, что в современных экономических условиях для геофизических предприятий представляется сложным. Более целесообразным представляется направление повышения бе- ■ зопасности взрывных работ без изменения взрывных сетей и приборов.

Данная работа посвящена обобщению накопленного опыта по совершенствованию ЭД, повышению их безопасности, анализу возможности создания ЭД повышенной безопасности для геофизических работ, не требующих замены средств взрывания, исследованиям и изысканиям конструкторских решений путей создания ЭД повышенной безопасности.

Цель работы - разработка высоко безопасных средств инициирования взрыва для геофизических работ, не требующих изменения технологии ведения взрывных геофизических работ, оборудования и приборов.

Основные задачи исследований:

- анализ путей повышения безопасности средств инициирования;

- обоснование возможности создания средств инициирования повышенной безопасности;

- изыскание технических решений, обеспечивающих безопасность средств инициирования;

- разработка конструкций средств инициирования повышенной безопасности;

- разработка технологии их изготовления;

- оценка безопасности разработанных средств инициирования и их промышленное опробование.

Методы исследований:

- обобщение и анализ отечественного и зарубежного опыта совершенствования средств инициирования;

- теоретический анализ и экспериментальные исследования взрывчатых превращений в СВ;

- опытно-конструкторские работы, стендовые и промышленные испытания СВ и их элементов;

- освоение технологии промышленного производства средств инициирования повышенной безопасности.

Научная новизна:

- доказана возможность создания средств инициирования взрыва, основанных на реализации процесса перехода горения в детонацию и обеспечивающих требуемую к ним надежность;

- исследована и экспериментально доказана возможность ре-

ализации процесса перехода горения в детонацию вторичных ВВ в тонкостенных деформируемых оболочках;

- выявлены характеристики ВВ и конструкции, обеспечивающие перевод горения в детонацию вторичных ВВ;

- разработан способ повышения безопасного тока ЭД нормальной чувствительности;

- разработаны конструкции средств инициирования без инициирующих ВВ для геофизических работ, основанные на применении перехода горения в детонацию вторичных ВВ.

Основные защищаемые положения:

- механизм возбуждения детонации вторичного ВВ в тонкостенной деформируемой оболочке;

- конструкция, технико-эксплуатационные характеристики средств инициирования взрыва для геофизических работ, ос- , нованных на реализации процесса перехода горения в детонацию вторичных ВВ.

Практическая значимость работы: разработка ЭД без инициирующих ВВ повышенной безопасности для геофизических работ и технологии их промышленного производства.

Внедрение результатов работы. ЭД без инициирующих ВВ нормальной чувствительности (ЭДБИ) прошел приемочные испытания; ЭД без инициирующих ВВ повышенной безопасности (ЭДБИ-1) прошел предварительные испытания; на ГП "Металлист" г. Чапаевска подготовлено производство для их серийного выпуска.

Апробация и публикация работы. По теме диссертации опуб-

ликованы 3 печатные работы, подано 3 заявки на патенты РФ. Основные положения работы докладывались в 1995 г. на НТС ИТЦ "Взрывиспытания", в 1996 г. на секции Совета РАН по народнохозяйственному использованию взрыва.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения; содержит 125 страниц текста, в том числе 56 рисунков, 20 таблиц, библиографию из 107 наименований. Автор выражает благодарность научным руководителям А. С. Державцу, С. Н. Пузыреву, а также сотрудникам ВНИПИвзрывгеофизика, способствовавшим выполнению работы. Данная работа стала возможной благодаря поддержке и участию сотрудников ГП "Металлист".

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность проблемы, тема диссертации, цель, задачи, научная новизна работы.

Первая глава посвящена анализу состояния средств инициирования для геофизических работ, безопасности и направлениям их совершенствования, требованиям, предъявляемым в настоящее время к средствам, инициирования в геофизике.

В настоящее время большинство используемых в геофизике электрических средств инициирования являются ЭД нормальной чувствительности, содержащие в своем составе инициирующие ВВ, как правило, азид свинца или гремучую ртуть.

В результате проведенного анализа отечественной и зарубежной научно-технической информации установлено, что

наиболее опасными внешними, воздействиями являются механические (удар) и электрические (блуждающие токи, токи утечек, заряды статического электричества, грозовые разряды, электромагнитные поля). Интенсивность этих факторов соизмерима с начальными импульсами, которые при определенных условиях способны инициировать ЭД. Наиболее чувствительными элементами ЭД к механическому удару являются инициирующие ВВ и воспламенительные составы. Энергия удара, приводящая к их срабатыванию, оценивается в 10 -20 Дж. Энергия электростатического разряда, способного вызвать срабатывание современных ЭД: 0,3 - 0,4 Дж.

На основании обобщения теоретических, литературных, экспериментальных работ, выполненных автором, определены исходные требования к ЭД для взрывных работ в геофизике, в первую очередь к сейсморазведке, как наиболее сложном по реализации, так как для них разброс по времени срабатывания ограничен 1 мс. При их разработке принимались во внимание следующие особенности взрывных работ в сейсморазведке:

1. Источники электропитания аппаратуры и оборудования на профиле являются автономными, не требующими подключения к промышленным электросетям, поэтому при наличии на площадях работ промышленных электроустановок (воздушных и подземных линий электропередач, подстанций и т. д.) вполне можно ограничиться организационно-техническими мероприятиями (соблюдением безопасных расстояний, при необходимости - обесточиванием и т.д.).

2. В сейсморазведке используются сравнительно короткие простые, неразветвленные электровзрывные сети, на которые

влияние магнитной составляющей внешнего электромагнитного поля весьма незначительно, поэтому влиянием таких факторов, как поле широковещательных длинноволновых радиостанций, теллурических токов, можно пренебречь.

3. Наибольшую опасность представляют трудно прогнозируемые, изменяющиеся в значительных пределах источники электрического (электромагнитного) поля - заряды статического электричества, коротковолновые радиостанции взрывного пункта, а также переносные источники тока невысокого напряжения.

4. Изготовленные заряды и электровзрывные сети при опережающем заряжании значительное время (до нескольких суток) могут находиться в неблагоприятных условиях внешней среды (в воде, на морозе, при низкой температуре и др.). Эти условия могут воздействовать на параметры электровзрывной сети - понижать сопротивление изоляции проводов, снижать проводимость за счет окисления контактов и т. д. В связи с изложенным, сейсмический ЭД должен отвечать следующим требованиям:

- не срабатывать от электростатических зарядов напряжением до 20 кВ от конденсатора емкостью не менее. 400 пФ;

- иметь безопасный ток не менее 0,5 А;

- не иметь в своем составе, инициирующих ВВ;

- не изменять электрические параметры в диапазоне температур от -50 до +50 С\ в воде при давлении 1 МПа в течение 5 суток;

- иметь вероятность безотказной работы не ниже 0,9998;

- мостик накаливания не должен иметь гальванической связи с внешней электровзрывной сетью.

Наиболее перспективным принято считать применение защитного узла в виде разделительного трансформатора для повышения электробезопасности. На этом принципе созданы системы инициирования для прострелочно-взрыв-ных работ в скважинах и сейсморазведке ЭДС-2, ПВПД-Н, за рубежом Magnadet, MBS. Их широкое использование сдерживается необходимостью использовать для их подрыва мощные взрывные приборы и невозможностью подрыва большого количества одновременно; кроме того, в них для снаряжения по-прежнему используются инициирующие ВВ.

Попытки создания ЭД без инициирующих ВВ предпринимаются с 50-х годов. В начале 70-х для горной промышленности был разработан ЭД без инициирующих ВВ ЭДБ-ПМ, но был снят с производства из-за низкой надежности.

Отсутствие теоретических работ по возбуждению детонации в тонкостенных деформируемых оболочках приводит к тому, что различные авторы используют различные, порой противоположные, подходы к созданию таких ЭД.

Для взрывных геофизических работ наиболее применимы электровоспламенители с мостиком накаливания, которые надежны; стабильны, просты в изготовлении, удобны в эксплуатации. В РФ выпускаются электровоспламенители так называемого спичечного (капелькового) типа. За рубежом, кроме таких широко выпускаются электровоспламенители чашечного типа, которые более безопасны к зарядам статического электричества и механическому удару.

Анализ научно-технической информации позволил определить, что наиболее перспективный путь создания ЭД без

инициирующих ВВ - использование процесса перехода горения в детонацию вторичных ВВ.

Глава 2 посвящена теоретическим исследованиям процесса инициирования детонации в тонкостенной деформируемой оболочке.

На основе существующих представлений переход горения твердых ВВ в детонацию включает следующие стадии: нормальное горение - конвективное горение - низкоскоростной режим взрывчатого превращения - нормальная детонаций. Существование и пространственная протяженность отдельных стадий зависят от структуры заряда, физико-химических свойств ВВ, условий проведения экспериментов.

С точки зрения возможности перехода горения а детонацию наибольший интерес представляют пористые ВВ, для которых этот процесс реализуется наиболее благоприятно.

Воспламенение, горение и нарушение горения пористых ВВ - сложное нестационарное явление, которое включает газодинамические, теплофизические, физико-механические процессы. Определяющими являются процессы фильтрации продуктов горения в поры и воспламенение ВВ. В общем виде теоретическое рассмотрение задачи сводится к совместному решению уравнения неустановившейся неизотермической фильтрации газа в деформируемую пористую среду и уравнений теплопередачи, воспламенения и горения ВВ. В настоящее время отсутствует решение задачи в общем виде.

При рассмотрении задачи обычно делают следующие допущения:

- пренебрегают деформацией заряда; •

- рассматривают отдельно фильтрацию газов и воспламенение пористого ВВ;

- не учитывают реакции в конденсированной фазе;

- фильтрацию газов считают изотермической, одномерной й квазистационарной;

В работе установлено, что допущения, которые обычно делаются при рассмотрении горения пористых ВВ, не корректны при рассмотрении горения пористых ВВ в деформируемой оболочке.

Основной подход при изучении процесса перехода горения в детонацию пористых ВВ,' принятый в настоящей работе -экспериментальные исследования.

Анализ экспериментальных работ позволил установить следующее. При относительной плотности ВВ 0,65 - 0,75 и начальном размере частиц 50 - 100 мкм нормальное горение переходит в конвективное горение при давлениях, не превышающих 5 МПа.

Установлено, что возможно получение конвективного горения, минуя стадию нормального горения. Для этого необходимо:

- использовать образцы с пористостью более 0,3;

' - вторичные ВВ с минимальными энергиями воспламенения;

- длина заряда должна быть такой, чтобы горение было как для неограниченных пористых систем или конечной длины, но влияние поджатия фильтрующего газа было бы незначительно.

Существенное значение при распространении конвективного горения имеют распределение пор по размеру и возможность взаимодействия между порами. Характерной особенно-стысипроцесса является сопровождение горения интенсивным

диспергированием, что прежде всего расширяет зону горения. Обнаружено также резкое уйеличение скорости конвективного горения, когда заряд состоит из скрепленных между собой частиц.

Скорость конвективного горения существенно зависит от плотности ВВ. Для взрывчатого вещества тэн с размером частиц 20 мкм массовая скорость конвективного горения имеет максимум при относительной плотности 0,50 - 0,55.

В низкоплотном ВВ в основном реализуется схема: конвективное горение - нормальная детонация. Особенностью перехода горения в детонацию низкоплотных ВВ является возникновение детонации впереди фронта конвективного горения. Детонации предшествует развитый режим конвективного горения. Фронт горения не является плоским, воспламенение ВВ происходит в отдельных крупных порах. Между областью детонации и зоной горения находится участок непроре-агировавшего вещества. Причиной возникновения детонации являются тепловые взрывы ограниченных объемов ВВ. Возникновение локальных взрывов носит общий характер и является существенным и неотъемлемым элементом процесса перехода горения в детонацию низкоплотных В В, При этом локальные взрывы происходят не только непосредственно вблизи фронта горения, но и на некотором расстоянии за фронтом.

Для осуществления перехода горения в детонацию необходима некоторая минимальная прочность оболочки, чтобы выполнялось необходимое условие: динамическое давление разрыва оболочки должно быть больше критического давления инициирования детонации. Для образцов тэна в оболочке из стали толщиной от 3 до 10 мм длина преддетонационного уча-

стка практически не меняется и составляет 15 - 16 мм. При толщине оболочки меньше 3 мм детонация отсутствует.

Таким образом, проведенный анализ теоретических и экспериментальных работ показал, что невозможно получение детонации вторичного ВВ в стальной оболочке толщиной 1-2 мм по схеме: воспламенение - горение - детонация. В этом случае к взрывному превращению предъявляются взаимоисключающие требования. Необходимо иметь ВВ с минимальными размерами частиц для их воспламенения и быстрого сгорания. С другой стороны, ВВ должно обладать хорошей газопроницаемостью для фильтрации продуктов горения - для чего не-. обходимо ВВ с большим начальным размером частиц.

Глава 3 посвящена экспериментальным исследованиям процесса перевода горения в детонацию в тонкостенных деформируемых оболочках, разработке ЭД без инициирующих ВВ для геофизических работ.

Проведенные исследования позволили установить: в биметаллических гильзах с толщиной стенки от 0,3 до 1,5 мм не происходит перехода горения в детонацию. Исследования проводились с веществами: гексоген, тэн с начальным размером частиц 0,05 - 0,5 мм; а также с высокодисперсным тэном, с удельной поверхностью 2000 - 6000 см2/г. Параметры изменялись в следующих пределах: плотность от насыпной до 1,5 г/см3; длина заряда от 20 до 60 мм; внутренний диаметр оболочки от 5,0 до 6,5 мм. Воспламенение проводилось электровоспламенителем от существующей системы ЭД-8Ж.

Исследования с конструкцией ЭД, в которой создавались оптимальные условия на каждом этапе перехода горения в детонацию, показали возможность реализации процесса в кри-

сталлическом ВВ в оболочке длиной 70 - 80 мм и диаметром 8-10 мм.

Недостатками' такого подхода являются: -многоступенчатость конструкции, что снижает надежность ЭД в целом и вызывает значительный разброс времени срабатывания;

- сложность технологии изготовления.

Для реализации процесса по схеме: воспламенение - конвективное горение - нормальная детонация было предложено проводить грануляцию мелкодисперсного вторичного ВВ. Экспериментально установлено, что тон с удельной поверхностью кристаллов 3000 - 4000 см2/г, гранулированный в частицы размером 0,1 - 0,5 мм, обеспечивает реализацию процесса перевода горения в детонацию в стальных оболочках с толщиной стенки 0,8 - 1,5 мм, при этом длина преддетонацион-ного участка составляет 15 -18 мм.

Воспламенение ВВ предложено проводить электровоспламенителем типа ЭВ-Ж. Установлено, что ЭВ-Ж с удельной поверхностью используемого состава (бертолетовой соли) 1500 см2/г при срабатывании от постоянного тока 3,0 А дает разброс времени срабатывания не более 1 мс. Достоинство выбранной конструкции - надежность, стабильность параметров, возможность подрыва в группе до 100 шт., кроме того, имеет меньший импульс воспламенения, чтопозволяет использовать любые другие электровоспламенители, в том числе и с трансформаторным узлом защиты.

Анализ уравнений, описывающих деформацию оболочки, в которой реализуется процесс перехода горения в детонацию, показал, что чем больше давление окружающей несжимае-

мой среды, тем меньше скорость деформации оболочки, следовательно, больше время разрушения оболочки. ■ Помещая оболочку в среду, например, воду, можно подобрать давление, при котором будет реализовываться процесс перехода горения в детонацию. Экспериментально получены зависимости вероятности возникновения детонации от давления воды, а также зависимости длины, плотности, размера частиц ВВ от давления, что существенно для разработки конструкции взрывного патрона для прострелочно-взрывных работ в скважинах.

Установлено, что для реализации процесса не требуется одинаковая прочность оболочки по всей длине. Максимальная прочность необходима только на участке перехода горения в детонацию, прочность других участков оболочки не определяет этот процесс. Для реализации процесса достаточно использовать тонкостенные гильзы, повышая динамическую прочность переходного участка.

Конструкции ЭД, обеспечивающие перевод горения в детонацию в воде при определенном давлении, не реализуют процесс на воздухе при нормальном давлении. Установлено, что при подрыве боевого ЭД любым импульсом, пассивные ЭД. не срабатывают ни от ударной .волны, ни от осколков.

Выполненные экспериментальные исследования позволили установить следующее." Управляя параметрами окружающей среды, можно осуществлять перевод горения в детонацию в тонкостенной оболочке, который при нормальных условиях не реализуется. Окружающая среда оказывает существенное влияние на скорость деформации оболочки, при этом начальная прочность стальной оболочки не влияет существенно на рассматриваемый процесс. Ни один параметр не определя-

от однозначно перевод горения в детонацию, необходимы определенные значения плотности, размера частиц, длины, диаметра переходного участка, удельной поверхности исходного ВВ, конструкция переходного участка.

С целыо определения влияния формы оболочки на переход горения в детонацию были исследованы различные варианты конструкции переходного участка. Выполненные исследования послужили основой для разработки конструкций ЭД без инициирующих ВВ для прострелочно-взрывных работ в скважинах и сейсморазведочных работ. Общий вид ЭД без инициирующих ВВ для сейсморазведочных работ ЭДБИ представлен на рис. 1, в табл. 1 приведены основные параметры ЭД.

Была выбрана конструкция капсюля-детонатора с двумя колпачками, имеющими отверстие в донышке. Такая конструкция обеспечивает максимальную толщину стенки переходного участка, донышки играют роль рёбер жесткости, повышая прочность оболочки в целом.Использование двух колпачков обеспечивает стабильность параметров ВВ в колпачке, дальнем от воспламенителя.

С целыо снижения чувствительности электровоспламенителя было предложено использовать двухслойную модель вос-пламенительной головки. Первый слой, контактирующий с мостиком накаливания, мелкодисперсный тэн, второй слой -воспламенительный состав на основе бертолетовой соли и роданистого свинца. Для двухслойной модели вероятность срабатывания определяется массой воспламенительного состава и не зависит от того, какой состав контактирует с мостиком накаливания. Безопасные ток и импульс определяются массой первого слоя.

электровосплпменитепь

Рис. 1. Общий вид ЭДБИ

Таблица 1.

Основные параметры ЭДБИ

Параметры Номинальное

значение

Электрическое сопротивление,Ом от 1,8 до 3,0

Диаметр гильзы, мм 7,1 .

Длина гильзы, мм 7,2

Длина выводных проводов, мм . 2100

Безопасный ток, А 0,20

Безопасный импульс тока, не Менее, мсА2 0,6

Гарантированный ток срабатывания, А 1,0

Импульс воспламенения, не более, мсА2 2,0

Время срабатывания, мс от 2 до 4

Инициирующая способность

по свинцовой пластине толщиной, мал 5,0

Подрыв в группе, шт. 40 '

Стойкость к заряду статического электричества -

450 пФ, напряжение, кВ 20

Водостойкость при давлении 0,5 МПа в течение, ч 72

Область применения, °С от -50 до +50

Срок хранения, г ' 2

Масса высокоплотного ВВ, г 0,85

На основе выполненных исследований была разработана . конструкция ЭД без инициирующих ВВ повышенной безопасности ЭДБИ-1.

Параметры ЭДБИ-1 следующие: - безопасный ток 3,0 А;

- гарантированный ток срабатывания 4,0 А;

- безопасный импульс воспламенения, не менее 9,0 мсА2;

- импульс воспламенения, не более 12,0 мсА2.

Выполненные экспериментальные исследования позволили установить следующее:

- Кристаллические вторичные ВВ не обеспечивают реализацию процесса перевода горения в детонацию в деформируемой оболочке.

- Использование мелкодисперсного ВВ, гранулированного в частицы размером 0,1 - 0,5 мм, обеспечивает перевод горения в детонацию в стальной замкнутой оболочке с толщиной стенки 0,3 - 1,0 мм.

- Окружающая среда влияет на процесс перевода горения в детонацию. Чем больше давление и плотность среды, тем меньше толщина стенки оболочки требуется для реализации процесса. Определены зависимости, позволяющие создать ЭД, срабатывающий на определенной глубине.

Выполненные исследования позволяют также:

- Разработать способ повышения безопасности ЭВ к электрическому воздействию для ЭД нормальной чувствительности и создать конструкцию такого ЭВ.

- Разработать конструкцию ЭД без ИВВ для сейсморазве-дочных работ.

Глава 4 посвящена исследованиям и разработке технологии производства ЭД без инициирующих ВВ.

Основной показатель качества ЭД, его эффективности - безотказность срабатывания. Основная задача при разработке технологии изготовления ЭД - сведение к минимуму допусков, -валоженных в конструкторскую документацию.

Для изготовления ЭД предлагается модернизировать существующие технологические процессы производства ЭД.

При массовом производстве невозможно контролировать изготовление каждого ЭД. Экспериментальными исследованиями установлено влияние разброса навесок ВВ, линейных допусков размеров на работоспособность ЭД. Проведенные исследования позволили выбрать оптимальные параметры ЭД и разработать технологию производства ЭД без инициирующих ВВ, ориентированную на внедрение на ГП "Металлист" (г. Чапаевск). Разработанная технология не требует перестройки существующих производств.

В главе 5 приведены результаты исследований безопасности и работоспособности, промышленных испытаний ЭД без инициирующих ВВ.

Разработанные конструкции ЭД менее чувствительны к ударам различной природы, как к механическим, так и слабым ударным волнам, по сравнению с ЭД с инициирующими ВВ. Оценка чувствительности к механическому удару проводилась в сравнении со штатными системами ЭД-8Ж. ЭД размещались между бойком и наковальней с плоскими наклонными поверхностями и на боек с высоты 12 м сбрасывался груз массой 10 кг. Установлено, что ЭД-8Ж срабатывает в 100% случаев, ЭДБИ и ЭДБИ-1 имели 0% срабатываний.

Слабые ударные волны создавались использованием конструкций ЭД, срабатывающих в воде при определенном давлении. Испытания проводились на воздухе. Такой ЭД соединялся "внахлест" с ЭДБИ и ЭДБИ-1 и подрывался. Происходила сильная деформация гильз, воспламенительная головка в некоторых случаях дробилась, но ЭД не срабатывал.

Оценка чувствительности ЭД к заряду статического электричества проводилась конденсатором емкостью 450 пФ. Показано, что ЭД выдерживают напряжение до 25 кВ.

Как видно из конструкции, возможно разрушение "колодца" ВВ, в который установлена воспламенительная головка, что может приводить к образованию аэровзвеси ВВ. Испытания таких ЭД показали, что они выдергивают напряжение до 25 кВ, приложенное между гильзой и выводными проводами.

Для защиты от электрического разряда между воспламе-нительной головкой и гильзой ЭД был разработан защитный экран, который представляет собой трубку, являющуюся продолжением пробки электровоспламенителя и в котором расположена воспламенительная головка. Такая конструкция исключает искровой разряд между гильзой и воспламенитель-ной головкой.

Оценка работоспособности ЭД проводилась на сухих и во-донасыщенных тротиловых зарядах. Были получены зависимости частоты подрыва от массы, плотности высокоплотной навески ВВ. Установлено, что разработанная конструкция обеспечивает подрыв сухих и водонасыщенных тротиловых зарядов плотностью до 1,60 - 1,62 г/см3.

Выбранная концепция раздельной разработки капсюля-детонатора и электровоспламенителя позволяет использовать любые воспламенители, дающие не меньший импульс воспламенения. Электровоспламенители от систем ЭДС-1, ЭДС-2, ЭД-24, ЭД-8Ж обеспечивают безотказность срабатывания ЭД без инициирующих ВВ. Анализ результатов, полученных на рентгеноимпульсной установке, позволил сделать вывод, что процесс перехода'горения в детонацию во всех случаях одина-

ков, электровоспламенители определяют только зажигание ВВ.

В 1994 - 1995 гг. были проведены стендовые, предварительные и приемочные испытания ЭД без инициирующих ВВ. Испытания показали надежную работу ЭД и их соответствие ГОСТ 9089-75.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании обобщения отечественного и зарубежного опыта в области электровзрывания зарядов ВВ, аналитических и экспериментальных исследований, опытно-конструкторских работ разработаны и освоено производство средств инициирования повышенной безопасности, не содержащих инициирующих ВВ.

Основные результаты работы заключаются в следующем: -экспериментально доказана возможность создания средств инициирования без инициирующих ВВ, основанных на процессе перехода горения в детонацию вторичных ВВ в деформируемой оболочке;

- выявлены наиболее значимые факторы, определяющие переход горения в детонацию;

- определены условия, обеспечивающие работоспособность ЭД без инициирующих ВВ для прострелочно-взрывных работ в скважинах, основанных на переходе горения в детонацию на определенной глубине;

- определены ВВ, обеспечивающие рассматриваемый процесс;

- разработаны ЭД без инициирующих ВВ повышенной безопасности для сейсморазведочных работ;

- разработан способ повышения безопасности электровоспламенителей нормальной чувствительности к электрическим воздействиям и на его основе конструкция электровоспламенителя;

- разработана промышленная технология изготовления ЭД без инициирующих ВВ;

- экспериментально доказана более высокая безопасность ЭД без инициирующих ВВ по сравнению с существующими ЭД с инициирующими ВВ;

- изготовлены опытные партии ЭД без инициирующих ВВ для сейсморазведочных работ ЭДБИ и проведены их приемочные испытания; проведены предварительные испытания ЭДБИ-1.

Выполненные исследования позволили сделать следующие основные выводы:

1. Для повышения безопасности взрывных работ наиболее целесообразно использовать средства инициирования, не содержащие инициирующие ВВ, в которых реализуется процесс перехода горения в детонацию вторичных ВВ.

2. Процесс перехода горения в детонацию реализуется в стальных оболочках с толщиной стенки 0,3 - 1,5 мм при использовании вторичных ВВ с удельной поверхностью более 3000 см2/г и гранулированных в частицы размером 0,1 -0,5 мм.

3. Процесс перехода горения в детонацию позволяет создавать средства инициирования, не срабатывающие при нормальных условиях и безотказно срабатывающие в воде при давлении 2,0 МПа и более.

4. Нанесение вторичного ВВ на мостик накаливания в элек-

тровоспламенителе нормальной чувствительности позволяет повысить безопасный ток до 3,0 А и безопасный импульс воспламенения до 9,0 мсА2.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Жигулев В. Б., Державец А. С., Пузырев С. Н. Электродетонаторы повышенной безопасности для сейсморазведочных работ // Безопасность труда в промышленности, 6, 1996.

2. Исследование путей повышения безопасности средств инициирования / В. Б. Жигулев, Ю. Д. Адамец, А, С. Державец, С. Н. Пузырев // ПВР, сб. ОАО ВНИПИвзрывгеофизика, Раменское, 1994, вып. б.

3. Разработка электродетонаторов без инициирующих взрывчатых веществ / В. Б. Жигулев,. А. С. Державец, С. Н. Пузырев // ПВР, сб. ОАО ВНИПИвзрывгеофизика, Раменское, 1995, вып. 7.

4. Электровоспламенитель / В, Б. Жигулев, А. С. Державец, С. Н. Пузырев, заявка на патент РФ 92001731/03.

5. Электродетонатор / В. Б. Жигулев, А. С. Державец, С. Н. Пузырев, заявка на патент РФ 96003839/03.

6. Способ инициирования детонации в средствах взрывания / В. Б. Жигулев, А. С. Державец, С. Н. Пузырев, заявка на патент РФ 95000645/03.