RU2107256C1 - Method of initiation of charges - Google Patents

Abstract

FIELD: means of blasting of commercial explosives with employment of optical aids of initiation, applicable in various branches of industry using explosives. SUBSTANCE: the method involves wiring of an explosive circuit including a laser, charges and an initiating section in the form of optical fibre transmitting an initiating impulse from the laser output along the longitudinal axis of optical fibre for detonation of charges to be blasted by means of transmitted optical energy; the laser is positioned in the area of command execution (spark-proof design) and connected to starting device by means of a section for laser pumping; borehole or optical fibre cable is used as the above section; intermediate lasers with pyrotechnical pumping are placed in optical fibre cable and/or optical fibre for amplifying the optical signal. EFFECT: enhanced reliability. 7 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к средствам подрыва промышленных взрывчатых веществ (ВВ) с использованием волновых, оптических и электрических средств инициирования и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, применяющих ВВ, например в горнодобывающей промышленности, строительной отрасли, аварийно-спасательной службе и т.д. The invention relates to means for detonating industrial explosives (BB) using wave, optical and electrical means of initiation and can be used in various sectors of the economy that use explosives, for example, in the mining industry, the construction industry, emergency services, etc.

Известна система электровзрывания зарядов и способы соединения и инициирования взрывной линии, когда реакция горения или взрывчатого превращения зарядов производится тепловой энергией, получаемой при прохождении электрического тока по мостику накаливания, который контактирует с инициирующим зарядом электродетонаторов [1]. A known system of electric blasting of charges and methods of connecting and initiating a blast line when the reaction of combustion or explosive conversion of charges is produced by thermal energy obtained by passing an electric current through an incandescent bridge that is in contact with an initiating charge of electric detonators [1].

Основным недостатком электрических способов взрывания 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. The main disadvantage of electric methods of blasting is the possibility of an unauthorized explosion, leading to accidents and accidents, due to the influence of any high-frequency signal, static electricity and pick-up currents. To increase the level of electrical protection, electrostatic protection is used, as well as the values of safe current. However, electrostatic protection is effective only within certain limits, and the increase in safe current is limited by the capabilities of power sources and the increase in the magnitude of the reaction excitation current.

Другими недостатками электровзрывания, приводящими к удорожанию стоимости проведения работ являются: необходимость держать большое количество контрольно-измерительной аппаратуры и обслуживающий персонал, следящий за ее состоянием; монтаж ведется в специальной одежде, не дающей искренний, то есть разрядов статического электричества; измерение сопротивления или проверку токопроводимости электровзрывной сети выполняют с безопасного расстояния и после удаления людей в безопасное место; монтаж взрывной сети ведут в такой последовательности, чтобы электровзрывная сеть была постоянно замкнута. При монтаже взрывной сети специальные зажимы должны создавать надежный контакт между проводниками, предохранять от искренний при прохождении тока в сети и изолировать взрывную сеть 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. Other disadvantages of electric blasting, leading to higher cost of the work are: the need to keep a large number of instrumentation and maintenance personnel, monitoring its condition; installation is carried out in special clothing that does not give sincere, that is, discharges of static electricity; resistance measurement or conductivity testing of an electric blast network is carried out from a safe distance and after people are removed to a safe place; the installation of the explosive network is carried out in such a way that the electric explosion network is constantly closed. When mounting an explosive network, special clamps must create reliable contact between the conductors, protect against sincerity when current flows through the network, and isolate the explosive network from stray currents. Inability to work with increased ionization of air and humidity (near power lines). In the event of a detonation in deep wells, the effect of the explosion leads to damage to the cable, its breakage, and unauthorized operation leads to loss of the well or its lengthy repair. Lowering the devices to a greater depth leads to significant friction of the descent devices on the casing walls and, in the case of open-hole perforators, leads to damage, breakage, or the detonating cord (LH) from the saddles of charges, which leads to failure or incomplete operation.

Известен способ инициирования пространственно-разнесенных взрываемых зарядов, согласно которому монтируют взрывную цепь, включающую лазер, заряды, оптическое волокно в качестве светового тракта, которое выполнено связывающим заряды с выходом лазера для передачи лазерной энергии вдоль продольной оси оптического волокна для детонации подрываемых зарядов посредством передаваемой оптической энергии [2]. Этот способ принят в качестве наиболее близкого аналога по отношению к изобретению. A known method of initiating spatially separated explosive charges, according to which an explosive circuit is mounted, including a laser, charges, an optical fiber as a light path, which is made by connecting the charges to the laser output to transmit laser energy along the longitudinal axis of the optical fiber to detonate detonated charges by means of a transmitted optical energy [2]. This method is adopted as the closest analogue with respect to the invention.

Основным недостатком известного решения по указанному прототипу является невозможность проведения контроля целостности светового тракта, так как лазер находится на значительном удалении от места взрывания, и торец световода вторым торцом от источника излучения вставляется вплотную к взрывчатому составу детонатора, а также большое количество световедущих жил и оптический распределитель. The main disadvantage of the known solution for this prototype is the inability to control the integrity of the light path, since the laser is located at a considerable distance from the place of explosion, and the end of the fiber with the second end face from the radiation source is inserted close to the explosive composition of the detonator, as well as a large number of light guide wires and an optical distributor .

Задачей изобретения является разработка компоновки элементов системы для подачи светового импульса задействуемым зарядам и обеспечение повышения надежности и безопасности при проведении взрывных работ. The objective of the invention is to develop the layout of the elements of the system for supplying a light pulse to the charges involved and to provide increased reliability and safety during blasting.

Цель изобретения направлена на устранение недостатков, присущих известным способам взрывания зарядов и решение поставленной задачи, а именно, повышение надежности передачи светового сигнала к взрываемым зарядам и увеличение безопасности ведения взрывных работ. The purpose of the invention is aimed at eliminating the disadvantages inherent in known methods of blasting charges and solving the problem, namely, improving the reliability of the transmission of a light signal to explosive charges and increasing the safety of blasting.

Поставленная задача достигается тем, что в способе инициирования зарядов, согласно которому монтируют взрывную цепь, включающую лазер, заряды и командный тракт в виде оптического волокна, по которому подают команду от выхода лазера вдоль продольной оси оптического волокна для детонации подрываемых зарядов посредством передаваемой оптической энергии, лазер располагают в зоне исполнения команды и соединяют с пусковым устройством посредством тракта для накачки лазера. The problem is achieved in that in the method of initiating charges, according to which an explosive circuit is mounted, including a laser, charges and a command path in the form of an optical fiber, through which a command is issued from the laser exit along the longitudinal axis of the optical fiber to detonate detonated charges by means of transmitted optical energy, the laser is located in the execution area of the command and connected to the starting device through the path for pumping the laser.

Поставленная задача достигается также тем, что в качестве тракта для накачки лазера используют каротажный или оптоволоконный кабель, причем для усиления подводимого к подрываемым зарядам оптического сигнала на оптическом волокне располагают промежуточные лазеры с пиротехнической накачкой, которые для усиления оптического сигнала, передаваемого к лазеру для его накачки, могут быть также расположены на оптоволоконном кабеле. The task is also achieved by the fact that a wireline or fiber optic cable is used as a path for pumping the laser, and for amplification of the optical signal supplied to the detonated charges on the optical fiber, intermediate lasers with pyrotechnic pumping are located, which to amplify the optical signal transmitted to the laser for pumping it can also be located on fiber optic cable.

Поставленная задача достигается также тем, что для инициирования зарядов используют одно- или многоканальный лазер. The task is also achieved by the fact that to initiate charges using a single or multi-channel laser.

На фиг. 1 представлена схема подрыва одноканальным лазером, расположенным в зоне исполнения команды при использовании каротажного кабеля; на фиг. 2 - схема подрыва одноканальным лазером, расположенным в зоне исполнения команды при использовании в качестве тракта, для накачки лазера, оптоволоконного кабеля; на фиг. 3 - схема подрыва с использованием промежуточных лазеров, расположенных последовательно; на фиг. 4 - схема подрыва с использованием промежуточного лазера, расположенного между зарядами; на фиг. 5 - схема подрыва одно- или многоканальным лазером, расположенным в зоне исполнения команды для многорядного подрыва или дублирования; на фиг. 6 - схема соединения зарядов с иммерсионными оптическими ответвителями. In FIG. 1 shows a blasting scheme with a single-channel laser located in the command execution zone when using a wireline cable; in FIG. 2 is a diagram of an undermining by a single-channel laser located in the command execution zone when used as a path for pumping a laser or an optical fiber cable; in FIG. 3 shows a blasting circuit using intermediate lasers arranged in series; in FIG. 4 is an illustration of an explosion using an intermediate laser located between charges; in FIG. 5 is a diagram of the undermining of a single or multi-channel laser located in the command execution area for multi-row blasting or duplication; in FIG. 6 is a diagram of the connection of charges with immersion optical couplers.

Способ подрыва на фиг. 1 обеспечивает монтаж взрывной цепи, включающей одноканальный лазер 5, соединенный посредством каротажного кабеля 2 с пусковым устройством 1, находящийся в зоне исполнения команды, заряды 4, расположенные на боковой поверхности оптического волокна 3 и связанные с оптическим волокном посредством иммерсионных оптических ответвителей 8 (фиг. 6). The blasting method of FIG. 1 provides the installation of an explosive circuit including a single-channel laser 5, connected by a logging cable 2 with a trigger device 1, located in the command execution area, charges 4 located on the side surface of the optical fiber 3 and connected to the optical fiber by means of immersion optical couplers 8 (FIG. 6).

Способ подрыва согласно фиг. 2, обеспечивает связь одноканального лазера 5, соединенного посредством оптоволоконного кабеля 6 с пусковым устройством 1 и оптическим волокном 3, на боковой поверхности которого расположены заряды 4, связанные с оптическим волокном посредством иммерсионных оптических ответвителей 8 (фиг. 6). The blasting method of FIG. 2, provides a connection of a single-channel laser 5 connected via a fiber optic cable 6 with a starting device 1 and an optical fiber 3, on the side surface of which there are charges 4 connected to the optical fiber by means of immersion optical couplers 8 (Fig. 6).

Способ подрыва согласно фиг. 3 обеспечивает связь одноканального лазера 5, соединенного с пусковым устройством 1 посредством оптоволоконного кабеля 6, на котором расположены пиротехнические лазеры 7, служащие для усиления оптического сигнала с оптическим волокном 3, на боковой поверхности которого расположены заряды 4, связанные с оптическим волокном посредством иммерсионных оптических ответвителей 8 (фиг. 6). The blasting method of FIG. 3 provides communication of a single-channel laser 5 connected to the starting device 1 via an optical fiber cable 6, on which pyrotechnic lasers 7 are located, which serve to amplify the optical signal with the optical fiber 3, on the side surface of which there are charges 4 connected to the optical fiber by means of immersion optical couplers 8 (Fig. 6).

Способ подрыва согласно фиг. 4 обеспечивает связь одноканального лазера 5, соединенного посредством оптоволоконного кабеля 6 с пусковым устройством 1 с оптическим волокном 3, на боковой поверхности которого расположены заряды 4 и пиротехнический лазер 7, расположенный между зарядами 4, служащий для усиления ослабленного сигнала. The blasting method of FIG. 4 provides the connection of a single-channel laser 5 connected via a fiber optic cable 6 with a starting device 1 with an optical fiber 3, on the side surface of which there are charges 4 and a pyrotechnic laser 7 located between charges 4, which serves to amplify the attenuated signal.

Способ подрыва согласно фиг. 5 обеспечивает связь с пусковым устройством 1 многоканального лазера 5, соединенного с оптическим волокном 3, на боковой поверхности которого расположены заряды 4, связанные с оптическим волокном посредством иммерсионных оптических ответвителей 8 (фиг. 6). The blasting method of FIG. 5 provides communication with a trigger device 1 of a multi-channel laser 5 connected to an optical fiber 3, on the side surface of which there are charges 4 connected to the optical fiber by means of immersion optical couplers 8 (Fig. 6).

Заряды 4 могут быть выполнены в виде кумулятивной торпеды, взрывных пакеров, перфораторов и др. В предлагаемых системах инициирования может быть введено устройство (на фиг. не показано) для контроля целостности оптического тракта, связанное со свободными торцами оптического волокна 3. Charges 4 can be made in the form of cumulative torpedoes, explosive packers, perforators, etc. In the proposed initiation systems, a device can be introduced (not shown in Fig.) For monitoring the integrity of the optical path associated with the free ends of the optical fiber 3.

В частности, что касается фиг. 2, световая энергия от одноканального лазера передается по оптоволоконному кабелю, который соединен с оптическим волокном, на боковой поверхности которого расположены взрываемые заряды, связанные с оптическим волокном посредством иммерсионных оптических ответвителей 8. In particular with regard to FIG. 2, the light energy from a single-channel laser is transmitted through an optical fiber cable that is connected to an optical fiber, on whose lateral surface there are explosive charges associated with the optical fiber by means of immersion optical couplers 8.

Что касается фиг. 3, световая энергия от одноканального лазера передается по оптоволоконному кабелю, на котором расположены последовательно промежуточные пиротехнические лазеры, служащие для усиления подводимого оптического сигнала лазера. Количество пиротехнических лазеров зависит от длины оптоволоконного тракта и коэффициента затухания. With reference to FIG. 3, the light energy from a single-channel laser is transmitted through a fiber optic cable, on which intermediate pyrotechnic lasers are arranged in series, which serve to amplify the input optical signal of the laser. The number of pyrotechnic lasers depends on the length of the fiber path and the attenuation coefficient.

Что касается фиг. 4, световая энергия от одноканального лазера передается по оптоволоконному кабелю, соединенному с оптическим волокном, на боковой поверхности которого расположены взрываемые заряды, между которыми расположены пиротехнические лазеры, служащие для задействования зарядов. With reference to FIG. 4, the light energy from a single-channel laser is transmitted through an optical fiber cable connected to an optical fiber, on the lateral surface of which are explosive charges, between which are located pyrotechnic lasers, which serve to activate the charges.

Что касается фиг. 5, световая энергия от одно- или многоканального лазера передается по оптическим волокнам в различных направлениях взрываемым группам зарядов, расположенным по боковой поверхности волокон. Количество оптоволоконных линий зависит от схемы карты подрыва. With reference to FIG. 5, the light energy from a single or multi-channel laser is transmitted through optical fibers in various directions to explosive groups of charges located on the lateral surface of the fibers. The number of fiber optic lines depends on the layout of the subversion card.

Таким образом, световая энергия от одно- или многоканального лазера, передаваемая по схемам, указанным на фиг. 1-5, позволяет избежать применения магистральных детонирующих шнуров, пирореле, пирозарядов и электродетонаторов. Thus, the light energy from a single or multi-channel laser transmitted according to the circuits shown in FIG. 1-5, avoids the use of main detonating cords, pyrorelays, pyro charges and electric detonators.

Во всех приведенных выше способах инициирования подрыв зарядов осуществляется лазерным излучением, проходящим по оптическому волокну. Лазер может располагаться в зоне исполнения команды, непосредственно в взрываемом блоке, шпурах или в скважине на большой глубине. Лазер при его использовании в зоне исполнения команды (подрыва) изготавливают во взрывобезопасном исполнении и используют многократно (до десяти тысяч подрывов). Лазер может быть удален на безопасное расстояние от зоны подрыва. In all of the above methods of initiating the detonation of charges is carried out by laser radiation passing through the optical fiber. The laser can be located in the command execution area, directly in the detonated block, holes, or in the well at great depths. The laser, when used in the command execution area (blasting), is manufactured in explosion-proof design and is used repeatedly (up to ten thousand explosions). The laser can be removed to a safe distance from the blast zone.

Эта система собирается непосредственно на поверхности, исключая затраты времени и издержки на подготовительные работы при проведении ПВР. Она позволит значительно повысить надежность и безопасность задействования пространственно разнесенных зарядов за счет гарантированного прохождения инициирующего светового импульса от одно- или многоканального лазера к пространственно разнесенным зарядам и возможности контроля светового тракта путем подачи светового (контрольного) импульса с выходного торца световода и приемом излучения с выходного торца световода. This system is assembled directly on the surface, excluding the time and preparatory work costs during the TAC. It will significantly increase the reliability and safety of activating spatially distributed charges due to the guaranteed passage of the initiating light pulse from a single or multi-channel laser to spatially separated charges and the ability to control the light path by supplying a light (control) pulse from the output end of the fiber and receiving radiation from the output end optical fiber.

Claims (7)

1. Способ инициирования зарядов, согласно которому монтируют взрывную цепь, включающую лазер, заряды и инициирующий тракт в виде оптического волокна, по которому подают инициирующий импульс от выхода лазера вдоль продольной оси оптического волокна для детонации подрываемых зарядов посредством передаваемой оптической энергии, отличающийся тем, что лазер располагают в зоне исполнения команды и соединяют с пусковым устройством посредством тракта для накачки лазера, а оптическое волокно связывают с зарядами посредством иммерсионных оптических ответвителей. 1. A method of initiating charges, according to which an explosive circuit is mounted, including a laser, charges and an initiating path in the form of an optical fiber, through which an initiating pulse is supplied from the laser exit along the longitudinal axis of the optical fiber to detonate detonated charges by means of transmitted optical energy, characterized in that the laser is located in the execution zone of the command and connected to the launcher by means of a path for pumping the laser, and the optical fiber is connected to the charges through immersion optics tical couplers. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве тракта для накачки лазера используют каротажный кабель. 2. The method according to claim 1, characterized in that a wireline cable is used as a path for pumping the laser. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве тракта для накачки лазера используют оптоволоконный кабель. 3. The method according to claim 1, characterized in that an optical fiber cable is used as a path for pumping the laser. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для усиления подводимого к подрываемым зарядам оптического сигнала на оптическом волокне располагают промежуточные лазеры с пиротехнической накачкой. 4. The method according to claim 1, characterized in that in order to amplify the optical signal supplied to the detonated charges on the optical fiber, intermediate pyrotechnically pumped lasers are arranged. 5. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что для усиления оптического сигнала, передаваемого к лазеру, в оптоволоконном кабеле располагают промежуточные лазеры с пиротехнической накачкой. 5. The method according to claim 1 or 3, characterized in that for amplification of the optical signal transmitted to the laser, intermediate lasers with pyrotechnic pumping are located in the fiber optic cable. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что для инициирования зарядов используют одноканальный лазер. 6. The method according to claim 1, characterized in that for the initiation of charges using a single-channel laser. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что для инициирования зарядов используют многоканальный лазер. 7. The method according to claim 1, characterized in that a multi-channel laser is used to initiate charges.

Images