CN101813443A - 一种无线雷管组件、爆破装置及其引爆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种无线雷管组件，包括：具有基本装药量的雷管，信号接收处理器，蓄电装置，电源，点火电路；信号接收处理器，用于接收并处理起爆器发来的无线控制信号；蓄电装置用来提供电能；至少一个给信号接收处理器供电并给蓄电装置充电的电源；该电源有足够能量用来点燃炸药包；点火电路，与蓄电装置连接；当接收器收到点火命令时，蓄电装置向点火电路放电，引爆炸药包。本发明还提供一种爆破装置及爆炸现场的爆破方法。根据本发明可减少爆破作业所需的时间和成本，而且安全性也得到整体提高。

Description

一种无线雷管组件、爆破装置及其引爆的方法

技术领域

本发明涉及爆破技术领域，具体涉及无线雷管组件领域以及引爆方法。

背景技术

在采矿操作中，依靠炸药包直接破碎岩石需要大量的技能和专业经验。在大多数采矿操作中是人工将适量的炸药包放入岩石内部预先选定的位置，雷管经过预定延时时间后引爆炸药包从而以预期的爆破形态使岩石破碎。传统上讲，信号经过非电系统使用低能量导爆索(LEDC，Low EnergyDetonating Cord)或导爆管从联用起爆器传送给雷管，电线可以从电子雷管选择其中一个来传送更多的复杂信号。例如，这信号可以包括待发指令(ARM)，解除待发指令(DISARM)和用于雷管远程编程顺序点火的延时指令。此外作为一个安全特性，从起爆器单独接收到匹配的点火代码后，雷管可以存储点火代码并响应待发(ARM)和点火(FIRE)信号。电子雷管可以通过延时编程使精确度达到1毫秒甚至更少。

建立有线爆破需要把炸药包排列装入岩石钻孔内的正确位置，还要求联用起爆器和雷管之间正确的接线。这个过程往往需要大量的劳动力和爆破人员高度的责任感和准确性。更重要的是，爆破操作员必须确保雷管与起爆器之间正确的信号交换，于是起爆器至少能够发出控制信号控制每个雷管的起爆从而引爆炸药包。如果连接上有问题会导致起爆器与雷管之间的通讯信号丢失，这会影响安全性。重点要确保雷管和联用起爆器之间的线路畅通，不允许存在中断、阻碍、损坏或预防雷管经过附加起爆器控制和操作的一些冲突。

无线雷管系统围绕这些问题上有着潜在的优势，从而提高爆炸现场安全性。无线雷管系统可避免使用雷管之间的物理连接(如电线，导爆管，LEDC或光缆)，同时爆炸现场(如起爆器)其他元件之间错误连接的可能性也会减小。爆破现场中，无线雷管系统的另一个优点是它能使炸药包和相关雷管之间自动的建立连接。例如在钻孔中装入自动化雷管，使雷管与炸药包自动进行通信连接。由于操作员能够在足够远的地方远程操控爆炸现场，这样使得爆破的安全性得到大大的提高。然而这种系统目前遇到一些尚未解决的技术难题。其中障碍之一是难以在爆炸现场对雷管自动操纵，特别是在安装的雷管需要加固或需要与电线、导爆管等连接时，这个问题更加突出。无线雷管和相应的无线系统可以有助于避免这些困难，从而可以大力推广自动采矿作业。

然而无线起爆系统的发展给安全性提出了新的挑战。举一个例子，每个无线雷管组件必须包括某种形式的通信设备用来允许接收并处理无线雷管组件的指令信号(如ARM，DISARM，FIRE信号等)，从联用起爆器通过无线接收到的选择性传送信号(比如包括状态信息，点火密码，延迟时间等)返回给这个联用起爆器。因此这样每个无线雷管组件必须包括独立的电源，对信号的接收、处理和传输结构组件提供足够的能量。然而有时给点火电路提供的电能不是很稳定，这种固有的缺陷会对电子雷管的稳定性造成危害。这个问题已经得到重视，开发出一些系统可以减少电子雷管的这种缺陷。

无线雷管组件的安全性从内部得到了提高。但是现有的无线起爆系统仍然存在重大安全问题，如果要想让无线雷管起爆系统从实际上替代传统的“有线”起爆系统，还需要对现有的无线起爆系统进行改进。

发明内容

本发明的目的在于，提供一个组件包括雷管或雷管组件通过无线通信方式与联用起爆器通信。

本发明的另一个目的在于消除雷管或雷管组件点火电路被误激活的风险，并从本质上排除对基本装药的激活。

本发明的另一个目的在于提供了一种用于电子雷管无线通信的方法，它可以选择那些没有安全故障的雷管进行引爆。

本发明实施例提供一种无线雷管组件，该无线雷管组件与起爆器之间的通信，并接收起爆器发送的无线控制信号，该无线雷管组件包括：包含基本装药量的雷管，指令信号接收处理器，蓄电装置，电源，点火电路；

信号接收处理器，用于接收并处理起爆器发来的无线控制信号；蓄电装置用来提供电能；至少一个给信号接收处理器供电并给蓄电装置充电的电源；并且要求这些电源有足够能量用来点燃炸药包；

点火电路，与蓄电装置有电气连接；当接收器收到点火命令时，蓄电装置向点火电路放电，点火电路的电压或电流超过阈值时引爆炸药包；

外置盒，用于放置无线雷管组件，以将无线雷管组件的被选取部分保留在地面附近。

本发明实施例提供一种爆破装置，包括：至少一个起爆器，一个炸药包，一个根据权利要求1所述的与炸药包和起爆器无线信号通讯的无线雷管组件。

更适宜地，该爆破装置还包括中央指挥站，用于发出指令信号，起爆器接收到信号后对信号进行延时处理，然后向无线雷管组件发送指令。

本发明实施例还提供一种爆炸现场的爆破方法，包括如下步骤：

爆破地点安装爆破系统，把炸药安装在爆破现场；

将无线雷管组件连接到炸药包上，起爆器向无线雷管组件发送“保持激活”信号，充电开关闭合，蓄电器充电；

起爆器向无线雷管组件发送点火信号，蓄电装置向点火电路放电，炸药包起爆。

更适宜地，该方法还包括：

对每个雷管进行延时处理，以便按照预定的起爆过程起爆。

本发明在应用于采矿作业中无线雷管组件已经成功的得到发展，无线雷管组件能够与起爆器进行更安全的通信，并能够避免因通信不畅所造成雷管误操作所引发的不良后果。这样，现场操作人员无需在爆破现场设置大量繁杂的有线连接，操作人员可以在现场安装带有本发明的联用无线雷管组件的炸药包后撤离爆破现场，这不仅减少了爆破作业所需的时间和成本，而且安全性也得到整体提高。

附图说明

图1本发明实施例中所述无线雷管组件的示意图；

图2本发明实施例所述无线雷管组件的示意图；

图3本发明实施例中所述无线雷管组件的示意图；

图4本发明实施例所述无线雷管组件起爆方法流程图。

具体实施方式

无线起爆系统能帮助起爆现场中复杂的绕线布局，避免不合理的布局。然而对于爆破操作的无线通信系统的发展已经对行业提出了重大全新的挑战，包括新的安全性问题。

经过认真的调查，发现无线雷管和起爆系统有些部分存在无意的或意外的引爆雷管的有关问题。在起爆器和雷管之间迅速且正确的通信，不管无线通信系统什么状态，对相连的雷管来说是个很大的挑战。一个重要的问题是信号必须要适合、准确。通信系统用指令去起爆雷管的通信系统失灵，或一些时候不适合的雷管引爆程序都能到导致现场作业的人员的严重受伤或死亡。因此，避免无意的或意外的引爆雷管对爆破操作是至关重要的。

本发明提供了一个无线雷管组件，包含该无线雷管组件的起爆设备及其引爆方法。应用本发明无线雷管组件中的一个组合部分去避免无意中引爆雷管的危险。更重要的特点是，本发明的无线雷管组件采用充足的电源操作组件的指令信号接收处理电路，但不足的电能偶尔能激活点火电路，引爆基本装药，无线通信是通过与无线雷管组件相连的起爆器发出的，例如：待发(ARM)、解除待发(DISARM)或点火(FIRE)信号，还有延迟时间、点火代码通讯，由于雷管内部的特性“安全模式”，将能大大的避免雷管误引爆。

本发明的无线雷管组件包括：含有基本装药的雷管；能接收和处理来自相连的起爆设备发出的至少一个无线信号的接收处理器；蓄电装置；能给信号接收处理器提供电能的电源；与储能装置连接的点火电路。根据从起爆器发出的点火信号，在蓄电装置中的电能给点火电路放电产生电流，以此引爆基本装药。

本发明的一部分如图1所示。通常，雷管组件10由一个指令信号接收器11和一个指令信号处理器12组成。接收处理器可以采取合二为一的形式，或可以组成一个信号装置用于信号的接收和处理。信号接收器主要依赖从起爆器接收的无线指令信号。例如无线指令信号像无线电波一样被传出然后接收信号器可以以射频(RF)天线的形式接收。如果来自起爆器的无线命令信号包括一些电磁能源如激光，接收器可以组成光波捕捉装置。在任何时候，无线雷管组件都是通过接收器11和处理器12对信号进行接收和处理的。

无线雷管组件10还包括一个蓄电装置13用来存储电能和有需要的时候释放电能的。蓄电装置13能采取一些适合的形式充电，能根据适合的信号放电，在下面的讲述中明显体现。在图1中，蓄电装置13与电源14连接，电源14可以给蓄电装置13充电。

开关16被放置在蓄电装置13和包含基本装药18的点火电路15之间。开关16可以是点火电路15的一部分，起到实现相似作用。信号处理器12控制开关16打开的状态，此时在蓄电装置13和基本装药18中无电能。通过接收器接收到的无线指令信号点火，信号处理器12提供一个电信号使16闭合完成蓄电装置13和基本装药18中的电连接。结果是蓄电装置13对点火电路15充电，如果点火电路中的电流和电压足够高，基本装药将被引爆。

图1说明本发明的着重之处，包括外置盒19的使用。外置盒是一个用来将无线雷管组件里的部分被选取并保留这些部分在地面附近的装置。外置盒被放置在地面上或一个确定位置，在钻孔附近更容易接收无线信号，为了将信号传送到雷管，最好放在钻孔的下面。在本发明实施例中，每个外置盒包含一个或更多的无线雷管组件被选取的部分。而且，用外置盒允许灵敏部件(时钟部件)被放置在远离钻孔的地方。

参照图1，电源14用来给三部分提供电源，信号接收器11，信号处理器12和蓄电装置13。用这样的方式电源能向无线雷管组件里的信号接收器11和信号处理器12提供充足的电压，并能给蓄电装置充电。电源14在偶尔与点火电路直接连接的条件下产生能引爆基本装药的低电压。用这种方法，仅当电压比预定的阈值电压高的时候才能引爆基本装药。实际上，蓄电装置13起到增压的作用。通过接收电源的电能，暂时存储能量，响应点火信号向点火电路释放电能，蓄电装置向起爆器提供电压或电流，这个值超过了引爆基本装药所需的阈值电压或电流。

如图1所示，实际上电源14仅对无线雷管组件中的11，12通信部分供电。一个独立的电源被用来给蓄电装置供电。这个独立的电源作为无线雷管组件中的一部分，例如电池。

独立电源也包括额外的电能来源用来给无线雷管组件中远程的蓄电装置充电。无线雷管组件还包括激活电源用于给无线通讯提供充足的电源，但不足的电能就能引起雷管基本装药的触发了。无线雷管由两个完全不同的电源供电，一个是用于一般通讯的无线电波形式，另一个是光能(能被雷管的部件转化成电能的)形式，给起爆器供电。

图2，对本发明的说明和图1的说明类似。但两者的优点已经被结合在一起。首先，一个充电开关20已经加在电源14和蓄电装置13之间。当充电开关20调到开的位置，在电源14和蓄电装置13之间没有电。通过起爆器上的“保持激活”信号传输出去，通过接收器11和处理器12接收“保持激活”信号，信号处理器12使充电开关20闭合，在电源14和蓄电装置13之间又建立了电气连接。这个转变引起了蓄电装置变成充电状态或保持驱动无线雷管组件中点火信号的基本接收。“保持激活”信号是一个持续的信号，以至于无线雷管组件在任何时候比有适合的信号反馈的信号时间要优先点火。“保持激活”信号包括一个独立信号使无线雷管组件在任何时候优先点火。无线雷管组件能为起爆保持合适的状态。

图2所示，放电器21与蓄电装置13的简单连接，通过一个途径从蓄电装置而不是从起爆器吸收电能。如果充电开关20调到开的位置在电源14和蓄电装置13之间没有电，导致蓄电装置13电荷数大量的减少。如果从蓄电装置放电足够多，蓄电装置可以触发引爆基本装药，根据与起爆器相连的点火信号。缺少了从起爆器发出的“保持激活”信号能引起充电装置放电，无线雷管组件调整到一个安全模式，这样能不至于引爆基本装药，其他影响的出现可能引起偶尔或无意的引爆基本装药(如为点火的错误信号，电磁干扰，不正确的能量传输)。

放电器21可以采用一些形式来完成充电存储设备的充电，提供的电能被一些电路消耗掉而不是点火电路。放电的比率依据操作环境的而不同。例如，放电速度慢适合在无线雷管组件要保持一个优先或充电状态的环境下。另一方面，它可以值得每个无线雷管组件迅速报错给安全模式，或是回归到“保持激活”信号状态，例如爆炸现场位置被迅速确认，起爆布局被更改。在这种环境下，值得用放电的方法迅速完成充电装置放电使无线雷管组件迅速调到安全模式。

图2说明，根据提出的发明任何形式的放电被使用，都是持续的或有选择的从电源中吸取电能，如从电阻中吸取能量。因为这个原因，一个漏电电容器或其他充电存储设备依据它的特点用“放电器”来描述。另一个选择是与电路相连的短时开关，如果“保持激活”信号在一定的时间间隔内没有被收到，则它就被激活。

不被激活的爆炸装置能通过更改的线路去吸收备用电源提供的电能来完成。例如，起爆设备包括能打开任意一个或多个备用电源，激活电源，导火线头，起爆电路或其他爆炸设备，这种方法被用在放电电路，漏电电容或相当的设备。

图2说明的变化，显示在图3上。这部分包括之前描述的部分。这部分被安排一种不同的方式进一步说明其优点。

尤其是放电电路21，代替了与充电存储设备直接连接的方式通过充电开关去改变蓄电装置的电能。当充电开关20打开时，在放电器21和蓄电装置13之间有电气连接。然而对照图2，当充电开关20打开时，电源14与蓄电装置13就没有连接。电源没有工作的情况下，放电器能释放掉蓄电装置的电能。当无线雷管组件从起爆设备中回应一个“保持激活”信号时，充电开关闭合导致蓄电装置和放电器电量的损耗，在电源14与蓄电装置13建立了电气连接。这种方式，储能设备被电源充电。和图2相比结果蓄电装置的充电和放电是非常有效和迅速的。而且依据图2，这种方法很有必要，主要为了让电源14的充电速度比放电电路的速度快充电开关20闭合时，否则蓄电装置13不能被充电回馈到“保持激活”信号上。这不需要在图3中说明，当充电开关20闭合时，尽管电源的充电速度少于放电电路的放电速度，但充电也可以发生。

本发明为起爆装置提供至少一个无线雷管组件与其他单元和设备相连，这是导致起爆的必须条件。例如额外的单元和设备还包括，但不局限于此：一个起爆设备能接收来自中心控制站的控制信号，通过无线通信将信号传递给无线雷管组件；一个起爆充电设备。最好的是，起爆仪器还将包括中心控制站用于将控制信号传递给每个起爆器，每个起爆器执行起爆信号，同时转送信号向至少一个无线雷管组件。

本发明在此也描述了无线雷管组件的用处，作为无线雷管组件的一部分。每个无线雷管组件包括：

一个基本装药；

无线信号接收器，能接收至少一个无线信号，每个无线信号来自于每个起爆器或另一个临近的无线雷管组件；

无线信号处理器起到这样一个作用，是否需要接收上述无线雷管组件回应给每个无线信号，是否将无线信号转送给另一个无线雷管组件或起爆器；

无线信号传送电路用来传递上述提到的至少一个所需要的信号；

其中来自交互通讯网络中的无线雷管组件，每个直接通讯与至少一个起爆器相连，或以间接通讯与一个无线起爆设备相连，转送无线信号。

下面对图4进行说明。本发明针对爆破现场提出了几个操作步骤：

步骤S401，筹备爆破用装备；

步骤S402，在爆破现场安装爆破用炸药包；

步骤S403，无线雷管组件与炸药包进行现场连接，这步为引爆炸药包做准备；

步骤S404，起爆器向每个雷管发送“保持激活”指令，充电开关闭合，电源对蓄电装置充电；

步骤S405，起爆器发出点火指令，蓄电装置对相应的点火电路放电，炸药包被引爆。

这里所提到的控制指令要求是经过延时处理后的指令，以便雷管按照设计的顺序引爆。这个控制指令还要有点火代码，只有当点火代码与雷管内预设的点火代码相符时，雷管才会被引爆。

本发明使用于采矿业，可以在现场进行自动装药，雷管自动布置。

本发明具体描述了无线雷管组件，爆破系统，和爆破方案，相关技术人员可以了解到无线雷管组件，爆破系统，和爆破方案这些内容，但没了解到本发明的具体要求。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (19)

1.一种无线雷管组件，该无线雷管组件与起爆器之间的通信，并接收起爆器发送的无线控制信号，其特征在于，该无线雷管组件包括：具有基本装药量的雷管，信号接收处理器，蓄电装置，电源，点火电路；

信号接收处理器，用于接收并处理起爆器发来的无线控制信号；蓄电装置用来提供电能；至少一个给信号接收处理器供电并给蓄电装置充电的电源；所述电源有足够能量用来点燃炸药包；

所述点火电路与蓄电装置有电气连接；当接收器收到点火命令时，蓄电装置向点火电路放电，点火电路的电压或电流超过阈值时引爆炸药包。

2.根据权利要求1所述的无线雷管组件，其特征在于，所述点火电路得到点火命令后开始启动，点火电路的电流值小于电流阈值20％时炸药包被引爆；

无线雷管组件中蓄电装置和炸药包之间设置有点火开关，用于控制蓄电装置与炸药包接通，炸药包引爆。

3.根据权利要求1所述的无线雷管组件，其特征在于，所述电源和蓄电装置之间设置有开关，用于控制所述电源给蓄电装置充电。

4.根据权利要求1所述的无线雷管组件，其特征在于，还包括：

放电器，用于为蓄电装置放电，触发点火电路。

5.根据权利要求4所述的无线雷管组件，其特征在于，还包括：

充电开关，用于连接电源和蓄电装置；开关在关位置时，电源和蓄电装置导通，电源对蓄电装置充电；放电器的作用是使蓄电装置放电，但不会使点火电路放电；充电开关在开位置时，蓄电装置通过放电器放电；当信号接收处理器收到“保持激活”指令信号时，所述充电开关闭合，蓄电装置开始充电。

6.根据权利要求5所述的无线雷管组件，其特征在于，“保持激活”信号是由起爆器发出的一串连续信号，充电开关则断开；充电开关在得到“保持激活”命令期间保持闭合状态，在这个“保持激活”命令期过后如果没有得到其它“保持激活”命令充电开关则断开。

7.根据权利要求6所述的无线雷管组件，其特征在于，起爆器发出的“保持激活”命令信号让充电开关保持闭合状态，这样使蓄电装置充电；当接到点火指令时，蓄电装置对点火电路放电，引爆炸药；放电器与充电开关在电气上是相连的；当充电开关处于断开状态时，蓄电装置与放电器连接，电源不会对蓄电装置进行充电；反之，当充电开关处于闭合状态，蓄电器与电源连接，电源对蓄电装置充电。

8.根据权利要求1所述的无线雷管组件，其特征在于，蓄电装置包括下述之一：电容器，二极管；可充电电池或活性电池；指令信号包括以下几个方面：待发(ARM)信号，解除待发(DISARM)信号，点火(FIRE)信号，雷管延时信号和雷管点火代码；无线雷管组件包括信号发送器，用于发送至少一个通讯信号给起爆器或者起爆器接收发出的信号。

9.根据权利要求8所述的无线雷管组件，其特征在于，每组通讯信号包含雷管延时，雷管点火代码或雷管状况信息；无线雷管组件的无线信号包括：无线电波、电磁能量或声波能量。

10.根据权利要求9所述的无线雷管组件，其特征在于，无线信号包含超低频ULF无线电波。

11.根据权利要求1所述的无线雷管组件，其特征在于，带基本装药的雷管安装在岩石的钻孔内；信号接收处理器，蓄电装置和电源安装在地表。

12.根据权利要求11所述的无线雷管组件，其特征在于，信号接收处理器，蓄电装置和电源安装在外置盒上或是接近地表。

13.根据权利要求1所述的无线雷管组件，其特征在于，电源通过无线的方式给信号接收处理器供电，所述信号接收处理器包括能量接收器，用于接收远程传递过来的无线能量；所述能量接收器把接收到的无线电能量转化成电能，用以为蓄电装置充电。

14.根据权利要求13所述的无线雷管组件，其特征在于，远程发送过来的能量以激光形式发送的，能量接收器是一种光扑捉装置，转换器是一个光电二极管。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的无线雷管组件，其特征在于，还包括：

外置盒，用于放置无线雷管组件，以将无线雷管组件的被选取部分保留在地面附近。

16.一种爆破装置，其特征在于，包括：至少一个起爆器，一个炸药包，一个根据权利要求1所述的与炸药包和起爆器无线信号通讯的无线雷管组件。

17.根据权利要求15所述的无线雷管组件，其特征在于，爆破装置还包括中央指挥站，用于发出指令信号，起爆器接收到信号后对信号进行延时处理，然后向无线雷管组件发送指令。

18.一种爆炸现场的爆破方法，其特征在于，包括如下步骤：

爆破地点安装爆破系统，把炸药安装在爆破现场；

将如权利要求1所述的无线雷管组件连接到炸药包上，起爆器向无线雷管组件发送“保持激活”信号，充电开关闭合，蓄电器充电；

起爆器向无线雷管组件发送点火信号，蓄电装置向点火电路放电，炸药包起爆。

19.根据权利要求17的方法，其特征在于，还包括：

对每个雷管进行延时处理，以便按照预定的起爆过程起爆。

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