BR112021003875B1 - Método e aparelho para estabelecer um sistema de detonação - Google Patents
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Abstract
método e aparelho para estabelecer um sistema de detonação. um sistema de detonação que é estabelecido usando um veículo controlado autonomamente para percorrer um local de detonação, movendo-se de buraco de explosão para buraco de detonação, e em cada buraco de detonação usando meios robóticos para preparar cada buraco de detonação para detonação.
Description
[0001] Esta invenção se refere ao estabelecimento de um sistema de detonação.
[0002] Normalmente, no estabelecimento de um sistema de detonação, uma pluralidade de buracos de detonação são perfurados em uma bancada ou local de detonação. Posteriormente, um ou mais operadores atravessam o local da detonação e, em cada buraco de detonação, posicionam um detonador, opcionalmente junto com um amplificador, no buraco de detonação. O detonador é pré-programado com um determinado retardo de tempo associado ao buraco de detonação. Se o sistema de detonação for baseado no uso de condutores flexíveis, como condutores elétricos ou tubos de choque, os detonadores são conectados aos condutores e, finalmente, a um chicote que se estende a uma máquina de detonação. Os buracos são então carregados com emulsão e, após testes de integridade e semelhantes, o processo de detonação pode ser iniciado.
[0003] Se o sistema de detonação for sem fio, então cada detonador ou conjunto detonador-amplificador, conforme o caso, não está conectado a um condutor, mas funciona de uma maneira que é determinada pela recepção de sinais transmitidos sem fio de uma máquina de detonação. Frequentemente, neste tipo de arranjo, os sinais de retorno dos detonadores individuais para a máquina de detonação não são possíveis principalmente devido à dificuldade de comunicação da direção de retorno.
[0004] Os processos do sistema de detonação mencionados acima não foram descritos em detalhes, pois geralmente são conhecidos na técnica. No entanto, esses processos são trabalhosos e repetitivos e, particularmente em condições difíceis que podem ocorrer no local ou em um local subterrâneo, estão sujeitos a erro humano.
[0005] Um objetivo da presente invenção é abordar, pelo menos em certa medida, as dificuldades associadas ao estabelecimento de um sistema de detonação.
[0006] A invenção fornece, em primeiro lugar, um método para estabelecer um sistema de detonação que inclui as etapas de inspeção de um local de detonação para gerar dados que determinam as respectivas posições de uma pluralidade de buracos de detonação previamente formados no local, calculando a partir dos dados produzidos pela inspeção, para cada buraco de detonação, um respectivo retardo de tempo, permitindo que um veículo controlado autonomamente atravesse o local da detonação movendo-se sucessivamente de buraco de detonação para buraco de detonação, em cada buraco de detonação usando meios robóticos para remover um detonador de um estoque de uma pluralidade de detonadores no veículo, usando um processador para programar o detonador removido com um respectivo retardo de tempo calculado para o buraco de detonação, usando meios robóticos para colocar o detonador programado no buraco de detonação e bombeando no buraco de detonação um volume predeterminado de uma emulsão de uma fonte mantida ou associada ao veículo.
[0007] O método descrito é adequado para uso no estabelecimento de um sistema sem fio, isto é, um em que os detonadores não estão diretamente interconectados por meios físicos, como condutores elétricos, tubos de choque ou semelhantes.
[0008] Se o sistema detonador não for um sistema sem fio, então, em cada buraco de detonação, o método pode incluir as etapas adicionais de: usar meios robóticos para conectar o detonador removido a um condutor transmissor de sinal flexível e a um amplificador, desse modo, para formar um conjunto amplificador e, em seguida, colocar o conjunto amplificador no buraco de detonação.
[0009] O condutor transmissor de sinal flexível pode transmitir um sinal elétrico ou eletrônico ou pode ser um cabo de fibra óptica. De preferência, o condutor de transmissão de sinal é um tubo de choque.
[00010] Os meios robóticos podem ser usados para interconectar os vários detonadores nos buracos de detonação a um chicote que inclui outro condutor transmissor de sinal flexível que se estende a uma máquina de detonação.
[00011] A invenção se estende ainda ao aparelho para uso no estabelecimento de um sistema de detonação que inclui um veículo com uma plataforma de carga, acionadores de engate no solo que suportam a plataforma de carga e um sistema de acionamento para conduzir os condutores de engate no solo de uma maneira controlada sobre o solo, e montados ou acoplados à plataforma de carga, auxiliares de navegação para determinar a posição do veículo em relação a um local de detonação no qual uma pluralidade de buracos de detonação foram formados anteriormente, um processador, responsivo aos auxiliares de navegação, para controlar o movimento do veículo no local da detonação, em que o veículo é controlado para se mover em sucessão para cada um dos buracos de detonação, um estoque de uma pluralidade de detonadores, meios robóticos, operáveis pelo processador, em cada buraco de detonação, para remover do estoque um detonador e programar o detonador removido com um retardo de tempo calculado para o respectivo buraco de detonação e colocar o detonador programado no buraco de detonação, e uma bomba, sob o controle do processo ou, para bombear uma quantidade controlada de emulsão de uma fonte ou associada com o veículo para o respectivo buraco de detonação.
[00012] O veículo pode incluir uma fonte de energia para alimentar os respectivos componentes transportados pelo veículo. Alternativamente, o veículo pode ser conectado a uma fonte de energia localizada na superfície por meio de um cabo de energia adequado para conduzir energia de uma fonte de energia aos respectivos componentes.
[00013] O detonador pode ser conectado a um amplificador para formar um conjunto amplificador que é colocado no buraco.
[00014] O processador pode fazer com que o teste de integridade de cada detonador ou conjunto detonador-amplificador seja realizado antes e depois da colocação dos mesmos no respectivo buraco de detonação.
[00015] Dependendo da natureza do sistema de detonação, ou seja, sem fio ou não, cada detonador pode ser conectado a um condutor transmissor de sinal flexível alongado que é carregado na plataforma de carga. A natureza da conexão pode variar de acordo com os requisitos. Em uma modalidade, cada conexão é feita por um processo de inserção em que uma extremidade de um condutor de transmissão de sinal é inserida em um conector adequado. Em uma abordagem diferente, técnicas de soldagem, por exemplo, processos de soldagem ultrassônica, são empregadas para garantir que conexões impermeáveis eficazes sejam feitas conforme apropriado.
[00016] O condutor de transmissão de sinal alongado pode ser de base elétrica ou pode incorporar um cabo de fibra óptica ou semelhante. De preferência, é utilizado um tubo de choque.
[00017] O processador pode responder aos dados mantidos em uma unidade de memória. Esses dados podem estar relacionados a diferentes sequências e programas de detonação. O processador pode ser configurado para implementar um processo de aprendizagem adaptativo no qual o resultado de cada detonação é medido e correlacionado à atribuição de retardos de tempo aos detonadores em diferentes buracos de detonação. Através do uso de fatores de feedback apropriados, uma forma de inteligência artificial é desenvolvida na qual o processador aprende sozinho a garantir que a maneira em que os tempos de detonação são atribuídos sejam modificados e melhorados de modo que com cada sistema de detonação um melhor resultado de detonação seja alcançado do que em um sistema de detonação anterior.
[00018] A invenção é ainda descrita a título de exemplo com referência às figuras anexas, nas quais:
[00019] A Figura 1 representa um local de detonação no qual um sistema de detonação deve ser estabelecido através do uso dos princípios da invenção, e
[00020] A Figura 2 representa os componentes de um veículo que é usado no local da detonação mostrado na Figura 1.
[00021] A Figura 1 das figuras anexas ilustra um tanto esquematicamente um local de detonação 10 no qual uma série de buracos de detonação 12 foram perfurados em posições selecionadas. A extensão do local da detonação é indeterminada e varia de local para local. O número e a extensão dos buracos de detonação também são variáveis. É possível que o local da detonação tenha características geográficas 14 que são distintas. Por exemplo, em uma localização de superfície, tais características podem ser rochas grandes, trilhas no solo, árvores ou semelhantes. Em um local subterrâneo, os recursos podem ser marcações em uma parede suspensa, superfícies de limite, por exemplo, em uma superfície de trabalho ou semelhantes. A invenção não está limitada quanto a esse respeito. Essas características permitem que os localizadores geográficos sejam determinados com mais precisão, conforme explicado a seguir.
[00022] Um veículo 18 atravessa o local da detonação 10. O veículo inclui uma plataforma de carga 20 e acionadores 22 de engate no solo, como rodas, esteiras ou semelhantes. O veículo possui um sistema de acionamento 24 que, sob o controle de um processador 26 (Figura 2), liga os acionadores 22.
[00023] A Figura 2 ilustra vários componentes que são transportados na plataforma de carga 20.
[00024] A plataforma de carga 20 carrega um sistema de navegação 30 que inclui uma série de câmeras 32, um arranjo GPS 34 e dispositivos de medição de distância 36, tais como, por exemplo, lidar, radar ou dispositivos baseados em sonar. Os locais definidos na plataforma de carga 20 incluem um estoque de detonadores 38, um estoque de conectores 40 e um suprimento de amplificadores 42. Os suprimentos de um condutor transmissor de sinal flexível alongado 44, por exemplo, em forma de bobina ou rolo, são transportados pelo veículo. Este condutor 44 pode ser alimentado de uma maneira regulada sob o controle do processador 26 através de um alimentador 46 até um ponto de uso. A posição de uma extremidade do condutor flexível é determinada com a ajuda de vários sensores 48, por exemplo, câmeras.
[00025] O processador 26 é alimentado por meio de uma fonte de alimentação de bateria apropriada 50 carregada pelo veículo. Este fornecimento possivelmente acoplado a um motor de combustão (não mostrado) também fornece energia para acionar um motor 52 que faz parte do sistema de acionamento 24 do veículo.
[00026] Uma fonte de uma emulsão explosiva 60 é transportada pelo veículo ou é rebocada pelo veículo. A emulsão 60 pode ser distribuída através de um bocal 62 por meio de uma bomba 64 que é acionada por energia da fonte de alimentação 50 e que é controlada pelo processador 26.
[00027] Um ou mais braços robóticos 70 são transportados na plataforma de carga. A operação de cada braço robótico 70 é efetuada automaticamente, sem intervenção do usuário, por meio do processador 26 que responde a um programa mantido em uma unidade de memória 72 e que pode extrair dados e executar algoritmos mantidos na unidade de memória 72, de acordo com a exigência. Opcionalmente, a intervenção do usuário pode ser possível através do uso de um dispositivo de controle remoto que pode ser operado a partir de uma sala de controle de superfície ou através de um centro de controle móvel ou de uma estação de trabalho remota.
[00028] O local da detonação 10 pode ser subterrâneo ou na superfície. Os buracos de detonação 14 são perfurados usando técnicas convencionais de acordo com requisitos que são avaliados de forma independente.
[00029] Depois disso, uma vez que o sistema de detonação for implementado, o veículo 18 é usado para atravessar o local da detonação e coletar dados relativos à posição de cada buraco de detonação 12. Esses dados são determinados por meio dos auxíliares de navegação transportados pelo veículo, ou seja, as câmeras 32, o arranjo GPS 34 e os dispositivos LIDAR 36.
[00030] Os dados coletados são correlacionados, tanto quanto possível, às informações que são previamente coletadas do processo de perfuração do buraco de detonação. Uma vez que a posição de pelo menos um buraco de detonação foi determinada e verificada, técnicas de reconhecimento de padrão implementadas, por exemplo, por protocolos de inteligência artificial são usadas para identificar os buracos de detonação restantes.
[00031] Como uma alternativa ao uso do veículo de deslocamento terrestre 18, um drone ou dispositivo aerotransportado semelhante pode ser usado para inspecionar o local de forma aérea e para determinar as posições dos buracos de detonação. Esses dados são então transmitidos para o processador 26 e são armazenados na unidade de memória 72. Convenientemente, uma unidade transmissora-receptora 76 está associada ao processador 26 para que possa se comunicar com um veículo aéreo, se necessário, ou com um operador, não mostrado. Desta forma, o operador pode manter-se atualizado sobre o movimento do veículo (aéreo ou terrestre), sua posição, seu estado de uso, o estado da fonte de alimentação e qualquer outro fator variável do veículo.
[00032] A inspeção geográfica pode ser facilitada fazendo uso das características geográficas 14 que são previamente mapeadas e às quais as coordenadas de posição são atribuídas.
[00033] Uma vez que o local foi inspecionado e as posições dos buracos de detonação foram determinadas, o processador 26 executa um programa mantido na memória 72 para atribuir a cada buraco de detonação 12 um respectivo retardo de tempo. Inicialmente, um algoritmo apropriado é desenvolvido e é usado para atribuir retardos de tempo aos respectivos buracos de detonação de uma maneira predeterminada. No entanto, com o tempo, e através do uso do aparelho da invenção, são obtidos dados de feedback que se relacionam com a eficácia do algoritmo na atribuição de retardos de tempo aos vários buracos de detonação. Esta abordagem permite que parâmetros que caracterizam a eficácia de uma detonação, como o grau e a natureza da fragmentação da rocha, a proporção de resíduos de rocha para minério, um fator de elevação e a velocidade de detonação, sejam vinculados à maneira como o algoritmo é executado. Usando os dados de feedback, o algoritmo é modificado para que retardos de tempo mais apropriados sejam atribuídos aos vários buracos de detonação em sistemas de detonação sucessivos. Através do uso desse tipo de processo de aprendizagem adaptativo, o algoritmo se torna autodidata e é capaz de fornecer desempenho aprimorado em locais de detonação sucessivos.
[00034] O veículo 18 atravessa o local da detonação 10 e vai para cada buraco de detonação 12 em sucessão. Em cada buraco de detonação, um braço robótico 70 remove um detonador do estoque de detonadores 38. O processador 26 então programa o detonador 38 com o retardo de tempo apropriado para o buraco de detonação pretendido no qual o detonador deve ser colocado. Um conector 40 é então acoplado ao detonador. O conector é retirado do estoque de conectores por meio de um braço robótico 70 e é cravado no detonador 38 ou é soldado de forma ultrassônica ao detonador de acordo com a técnica escolhida. Este processo é controlado por meio de um ou mais dos sensores 48 que monitoram o processo e fornecem dados relativos às respectivas posições e orientações de cada detonador e do conector para o processador. Se um amplificador 42 for usado, o detonador 38 é então acoplado a um amplificador que foi retirado do fornecimento de amplificador. O conjunto detonador-amplificador resultante é então conectado a uma extremidade do condutor 44 que é direcionado através do dispositivo de alimentação 46 para o conjunto detonador amplificador. Este processo é monitorado pelos sensores 48 e um ou mais braços robóticos 70 são usados para implementar o processo de conexão.
[00035] O condutor alongado 44 pode ser um condutor elétrico ou um cabo de fibra óptica. É preferível, no entanto, fazer uso de um tubo de choque para que o processo de conexão a um detonador adequado seja assim simplificado. Uma extremidade do tubo de choque é inserida em um conector apropriado 40 e é cravada na posição de uma maneira à prova de vazamentos. O tubo de choque, que deve ser inserido em um buraco de detonação 12, é assim diretamente conectado ao conjunto detonador-amplificador. O conector 40 inclui uma segunda estrutura de conexão e esta é conectada a outro tubo de choque que deve atuar como uma linha de superfície de um chicote.
[00036] Uma vez que o conjunto detonador-amplificador foi posicionado em um buraco de detonação 12 selecionado, um braço robótico 20 direciona o bocal 62 para uma boca do buraco de detonação e a bomba 64 é operada sob o controle do processador 26 para fornecer um volume predeterminado de emulsão da fonte 60 para o buraco de detonação. Quando o processo de carregamento de emulsão termina, o processador 26 registra que o buraco de detonação foi estabelecido corretamente.
[00037] O veículo então se move para o próximo buraco de detonação arrastando atrás dele um comprimento contínuo do tubo de choque 44 que, como observado, atua como uma linha de superfície do chicote. No próximo buraco de detonação 12, o processo anterior é repetido e um comprimento de tubo de choque de linha descendente é conectado à linha de superfície.
[00038] Se o sistema de detonação for um sistema sem fio, os condutores flexíveis 44 não são necessários. O estabelecimento do sistema de detonação é, no entanto, semelhante ao que foi descrito, em que uma vez que um conjunto de detonador-amplificador sem fio foi colocado em um buraco de detonação, a emulsão é bombeada para o buraco de detonação da maneira que foi descrita.
[00039] Em cada caso, o efeito da detonação é monitorado por dispositivos externos (não mostrados) para gerar dados de feedback que são fornecidos ao processador 26 de modo que um algoritmo que é usado para atribuir retardos de detonação aos vários detonadores possa ser modificado e melhorado.
[00040] Para uso subterrâneo, o veículo 18 pode incluir uma plataforma que pode ser elevada em relação à plataforma de carga. A plataforma carrega os braços robóticos 70 que podem se mover 180° ou mais para tunelamento e buracos acima, e que são capazes de alcançar locais que são elevados em relação ao solo no qual o veículo se move. Para uma aplicação de superfície, esse tipo de plataforma normalmente não é necessária.
Claims (5)
1. Método para estabelecer um sistema de detonação, caracterizado por compreender as etapas de: inspecionar um local de detonação para gerar dados que determinem as respectivas posições de uma pluralidade de buracos de detonação previamente formados no local, calcular a partir dos dados produzidos pela inspeção, para cada buraco de detonação, um respectivo retardo de tempo, permitir que um veículo (18) controlado autonomamente atravesse o local de detonação movendo-se sucessivamente de buraco de detonação para buraco de detonação, em cada buraco de detonação usar meios robóticos (70) para remover um detonador de um estoque de uma pluralidade de detonadores (38) no veículo, usar um processador (26) para programar o detonador removido com um respectivo retardo de tempo calculado para o buraco de detonação, usar meios robóticos para colocar o detonador programado no buraco de detonação, e bombear no buraco de detonação um volume predeterminado de uma emulsão de uma fonte (60) transportada ou associada ao veículo.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por adicionalmente compreender as etapas de: usar meios robóticos para conectar o detonador removido a um condutor transmissor de sinal flexível (44) e a um amplificador (42), para formar um conjunto amplificador e, em seguida, colocar o conjunto amplificador no buraco de detonação.
3. Aparelho para estabelecer um sistema de detonação, caracterizado por compreender: um veículo (18) com uma plataforma de carga (20), talhadeiras de engate no solo (22) que suportam a plataforma de carga e um sistema de acionamento (24) para conduzir as talhadeiras de engate no solo de uma maneira controlada sobre o solo; auxiliares de navegação montados ou acoplados à plataforma de carga, para determinar a posição do veículo em relação a um local de detonação no qual uma pluralidade de buracos de detonação foram formados anteriormente, um processador, responsivo aos auxiliares de navegação, para controlar o movimento do veículo no local de detonação, por meio do qual o veículo é controlado para se mover em sucessão para cada um dos buracos de detonação, um estoque de uma pluralidade de detonadores, meios robóticos, operáveis pelo processador, em cada buraco de detonação, para remover do estoque um detonador e para programar o detonador removido com um retardo de tempo calculado para o respectivo buraco de detonação e para colocar o detonador programado no buraco de detonação, e uma bomba, sob o controle do processador, para bombear uma quantidade controlada de emulsão de uma fonte no ou associada ao veículo para o respectivo buraco de detonação.
4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por cada detonador estar conectado a um amplificador para formar um conjunto amplificador que é colocado em um respectivo poço.
5. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 ou 4, caracterizado por o processador ser responsivo aos dados mantidos em uma unidade de memória e ser configurado para implementar um processo de aprendizagem adaptativo, em que o resultado de cada detonação é medido e correlacionado à atribuição de retardos de tempo aos detonadores em diferentes buracos de detonação.
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