CN107209016A - 用于在爆破期间使用的岩石移动传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种岩石移动传感器，其包括：惯性测量组件；控制组件，其响应于惯性测量组件；以及通信组件，其联接到控制组件。控制组件被布置成基于来自惯性测量组件的信号来判定与爆破或下降相关联的位移。通信组件优选为无线通信组件。提供对应于岩石移动传感器的表面单元，该表面单元包括处理器，该处理器被编程为操作通信组件以从岩石移动传感器接收位移数据。因此，由于爆破引起的矿体的移动可通过如下方式来判定：在爆破之前将许多岩石移动传感器定位在矿体周围已知位置，并且随后在爆破后从岩石移动传感器检索指示相对于已知位置的位移的数据值。

Description

用于在爆破期间使用的岩石移动传感器

技术领域

本发明涉及一种用于量测由于爆破造成的矿体移动的装置和方法。本发明还可用于测量与其它显著的快速位移事件相关联的参数。例如，它可用于测量与下降（drop）或下落(fall)相关联的参数。

背景技术

对现有技术的方法、装置或文件的任何提及都不应被视为构成它们所形成的任何证据或承认，也不构成公知常识的一部分。

地质学家花费很多小时和大量计算时间模拟整个岩体的矿物的分布。在地质统计技术应用于所收集的数据之前，还对勘探钻探和分析矿物进行重大投资，以对矿石中所包含的有价值金属的范围和分布进行插值。在该领域中存在大量工作，使得资源的块模型是爆破之前实际上地下矿物的相当准确的反映。含矿物质和废弃岩石的爆破提供了将岩体破碎成更小颗粒的能量，这允许使用诸如破碎的方法进行挖掘和进一步尺寸减小。这种爆破能量中的一些能量总是用来移动岩体，也可使已知矿石边界从最初由品位控制工程师或地质学家定义的位置移位。

未能准确地解释由于爆破引起的矿石移动将导致从矿石到废料；从低品位到高品位；从硫化物到氧化物等的误分类。总而言之，这被称为矿石损失和贫化，得到这种错误的财务后果可能是显著的。

图1示出了矿石损失和贫化如何可能在爆破中发生的极端示例。在这种情况下，矿石已经完全超出了在爆破之前将会占据的多边形。如果没有考虑矿石移动，则矿石（即，含有例如金或铜的所关注物的岩石）将作为废料进行挖掘并且被丢弃（矿石损失），且废料材料将被送到加工厂，其中在破碎和研磨过程中将消耗有价值的能量和水且根本没有任何回报（贫化）。

传统上，使用某种标记（电子或物理）监测岩石的矿石移动。必须在爆破之前将这些标记放置在岩石中，对这些标记的位置进行勘测，然后在爆破之后再次找到这些标记，以便使用勘测的坐标来计算移动矢量。认识到，如果提供了不需要用户测量传感器的开始位置和结束位置的替代方法，则将是可取的。

在采矿业中产生的另一个问题是测量钻孔的深度和角度。能够准确测量钻孔的深度和角度是重要的，因为这最终限定了爆破岩体中爆破能量的分布。例如，如果爆破孔太短，则在爆破的孔底部将存在岩石的不足破裂。这将导致艰难的挖掘，甚至无法将爆破挖掘到目标水平。贫碎裂也将对下游工艺（比如，破碎和研磨）产生重大影响。对于想能够检查孔已经被钻到规划位（plan），还存在其它一些原因。一个原因是不准确的钻探可能反映现场无法满足基本度量标准，所述基本度量标准限定接近最佳实践的程度。简而言之，草率的钻探将导致草率的爆破，以及因此导致不良的可挖性和碎裂。

如果在爆破期间能收集更多的信息，则也将是有利的。例如，如果可判定更多的信息，而不仅仅是标记的爆破前的位置和爆破后的位置，那将是有帮助的。

本发明的一个方面是提供克服或至少减轻上述问题的岩石移动传感器。另一方面是提供有用的岩石移动传感器作为现有技术装置的替代方案。

在本说明书中包含文献、作品、材料、装置、物品等的讨论的目的仅在于提供本发明的背景。不建议或代表任何或所有这些事项构成现有技术基础的部分，或者为本发明相关的领域中的公知常识，尤如它在本申请的每个权利要求的优先权日之前存在一样。

发明内容

在第一方面中，但不一定是宽泛的方面，本发明提供了一种岩石移动传感器，其包括：惯性测量组件；控制组件，其响应于惯性测量组件；以及通信组件，其联接到控制组件；其中控制组件被布置成基于来自惯性测量组件的信号来判定与爆破或下落相关联的位移。

在岩石移动传感器的一个实施例中，通信组件是无线通信组件。在本发明的不太优选的实施例中，通信组件可被配置为例如通过线或电缆来非线性地建立通信。

在一个实施例中，控制组件包括适当编程的处理器。

通常，无线通信组件包括至少一个RF线圈。在一个实施例中，至少一个RF线圈包括三个线圈，每个线圈大致与另外两个线圈正交。期望使用三个大致正交的线圈，以便可优化与远程对应天线的对准。

在一个实施例中，惯性测量组件包括至少一个惯性测量单元。该惯性测量单元可包括至少三轴加速计和三轴陀螺仪。在一个实施例中，惯性测量组件还包括三轴磁力计。

在一个实施例中，惯性测量组件包括与控制器通信的专用处理器。如果需要更高精度，惯性测量组件可包括多个惯性测量单元（IMU）。

在一个实施例中，控制器包括非易失性存储器。例如，控制器可包括与非易失性存储器通信的微处理器。

控制器可被布置成记录岩石测量传感器的轨迹。在本发明的一个实施例中，控制器被布置成基于来自内部测量组件的信号来判定岩石移动传感器的取向。

在一个实施例中，控制器被布置成经由其中一个线圈传输与爆破相关的数据，其中基于所判定的取向来选择线圈中的一个。

在一个实施例中，岩石移动传感器包括壳体。该壳体可包括至少一个减震构件。例如，至少一个冲击吸收构件可包括邻近壳体的至少一个端部设置的高密度泡沫塑料。

根据本发明的另一方面，提供了一种对应于先前描述的岩石移动传感器的表面单元，该表面单元包括：处理器；以及通信组件，其联接到所述处理器并被布置成与岩石移动传感器通信；其中所述处理器被编程为操作通信组件以从岩石移动传感器接收位移数据。

在一个实施例中，通信组件包括布置成与岩石传感器建立无线通信的无线通信组件，但是在本发明的不太优选的实施例中，通信组件可被配置为例如通过电线或电缆来建立无线通信。

表面单元可被编程为存储多个勘测孔的表面位置，其中表面位置各自与相应的岩石移动传感器的唯一标识符相关联。

表面单元可包括与处理器通信的磁力计，其中处理器被编程为操作通信模块，以将从磁力计导出的方向(heading)数据传输到岩石移动传感器用于其校准。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于监测由于爆破造成的矿石移动的系统，该系统包括：多个岩石移动传感器，每个岩石移动传感器被布置成记录与位移相关联的数据并传输所述数据；至少一个表面单元，其布置成检测所述多个岩石移动传感器中的每一个的位移数据的传输，并且记录与所述多个岩石移动传感器中的每一个对应的位移数据。

在一个实施例中，岩石移动传感器每一个均布置成无线地传输所述数据，并且至少一个表面单元被布置成检测所述无线传输，但在本发明的不太优选的实施例中，可替代地使用非无线连接，例如有线连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于检测与显著位移事件相关联的位置变化的方法，该方法包括：在所述事件之前将岩石移动传感器定位在已知位置；以及在所述事件之后从岩石移动传感器检索指示相对于已知位置的位移的数据值。

在一个实施例中，通过在岩石移动传感器与表面单元之间的无线通信来检索数据值，但是在本发明的其它不太优选的实施例中，可替代地使用非无线连接。

或者，岩石移动传感器可包括定位器信标，例如无线电信标，使得它们可在爆破之后被找到、被检索到以及被询问，以获得位移数据。

对于本领域技术人员显而易见的是，本发明可在各种替代实施例和替代应用中如何实施。然而，尽管这里将描述本发明的各种实施例，但是应理解，这些实施例仅以示例的方式呈现，并且没有限制。因此，各种替代实施例的这种描述不应被解释为限制本发明的范围或广度。此外，优点或其它方面的陈述适用于特定的示例性实施例，而不一定适用于权利要求所覆盖的所有实施例。

在本说明书的整个说明部分和权利要求书中，词语“包括（comprise）”和该单词的变体，例如“包括（comprising）”和“包括（comprising）”不指在排除其它添加物、部件、整体（integer）或步骤。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现短语“在一个实施例中（in one embodiment）”或“在一实施例中（in an embodiment）”不一定都是指相同的实施例，但是可能是指相同的实施例。

附图说明

本发明的优选特征、实施例和变体可从以下具体实施方式中看出，以下具体实施方式为本领域技术人员提供足够的信息来执行本发明。具体实施方式被视为不以任何方式限制本发明的前述发明内容的范围。具体实施方式将参考以下若干附图：

图1是示出由于爆破造成的矿体的典型位移的图。

图2是根据本发明的优选实施例的岩石移动传感器的框图。

图3是图1的岩石移动传感器的分解物理视图。

图4是根据本发明的另一方面的优选实施例的表面单元的框图。

图5是由图2的岩石移动传感器的处理器执行的固件的高级流程图。

图6是图5的流程图的一个例程的流程图。

图7是图5的流程图的一个例程的流程图。

图8是图5的流程图的一个例程的流程图。

图9是由图4的表面单元的处理器执行的软件的高级流程图。

图10至图16是表示岩石移动传感器的使用的图。

图17是示出本发明的实施例的图，其中非无线地建立岩石移动传感器和表面单元之间的通信。

具体实施方式

现在参照图2，描绘了根据本发明的优选实施例的用于在爆破期间使用的岩石移动传感器1。岩石移动传感器1包括呈惯性测量单元3的形式的惯性测量组件。该惯性测量组件可包括单个三轴加速计19和单个三轴陀螺仪21。然而，在优选实施例中，惯性测量组件还包括三轴磁力计23。

惯性测量组件包括专用IMU处理器25，该IMU处理器25像在IMM领域中已知的那样处理来自加速计19、陀螺仪21和磁力计23的位置数据。IMU处理器25经由串行数据链路与处理器5进行电通信。IMU处理器25以大约1kHz的采样速率对来自三轴加速计、陀螺仪和磁力计中的每一个的信号进行采样。如果需要，为了更高的精度，惯性测量组件可包括多个惯性测量单元，所述多个惯性测量单元具有用于处理来自惯性测量组件的数据的卡尔曼滤波器之类。

岩石移动传感器1还包括控制组件，该控制组件包括处理器5和相关联的非易失性存储器7。该处理器联接到惯性测量单元3，使得其响应于由IMU 3产生的信号。如将更详细地描述的，处理器5执行包含在板载存储器11中存储的固件的指令，以便处理器5可基于来自IMU的数据信号来判定位移，例如与爆破或下降相关联的位移。非易失性存储器具有显著大的容量（高达1Gb），使得处理器5可不仅存储RMS的最终目的地，而且可存储定义所行驶的路径的数据点或向量，即，单元在爆破或下降期间的轨迹。

在本发明的优选实施例中，通过对所有先前的位移求和来计算最终位移。使用卡尔曼滤波，因为它基于所有测量约束移动。

岩石移动传感器1还包括通信模块9，该通信模块9经由串行接口与处理器5电通信，并且该通信模块9能够向远程基站发送和接收包括位移数据的数据。

无线通信组件9包括至少一个RF线圈，并且在当前描述的优选实施例中，三个线圈13、15、17各自正交于另外两个。期望使用三个正交线圈，以便可优化与基站的远程对应天线的对准以最佳化最小化数据传输错误率。

处理器5、非易失性存储器7、惯性测量单元3和通信模块9中的每一个从包括电池组31和功率调节器29的电力单元27接收电力，如在30个电子学领域中通常已知的那样。

现在参考图3，提供了岩石移动传感器1的分解图。在本发明的目前描述的优选实施例中，岩石移动传感器包括呈管状体33和盖35的形式的壳体。主体33由注射模塑玻璃填充的尼龙形成，其能够承受与在爆破环境中使用该装置相关联的高力。呈高密度泡沫盘37、39形式的冲击吸收构件设置在主体33的相对端处。迄今为止，已经参考图2描述的岩石移动传感器的各种部件位于高密度泡沫盘37和39之间。电子电路安装在支撑衬底例如印刷电路板（PCB）32上。

现在参考图4，其中示出了表面单元41的框图，该表面单元41布置成与诸如岩石移动传感器1的多个岩石移动传感器无线通信。

表面通信单元41由联接到嵌入式计算机43的通信模块47组成。嵌入式计算机43包括用户显示器58和输入装置56例如（键盘或触摸屏），以及还包括数据端口52，诸如用于数据通信的USB或串行端口。它还包括用于操作系统的存储器56和适当的应用软件，如将很快要描述的。

通信模块用于从RMS 1传输和接收数据。嵌入式计算机接收数据并将其显示给用户并存储数据以供以后检索和分析。表面单元还包括联接到嵌入式计算机43的磁力计49和GPS模块51。当在爆破之前RMS单元还在安装之前的表面上时，磁力计49用于将真北（truenorth）传输到RMS 1。类似地，GPS模块51可用于判定绝对位置坐标，该绝对位置坐标连同相关联的RMS的ID也被传输到RMS 1，或者可选地存储在表面单元中。

现在参考图5，示出了存储在RMS的处理器5的板上存储器11中并且在使用RMS1期间由处理器5执行的固件的高级流程图。

最初，在决策框53处，处理器5检查以判定是否正在从IMU 3接收数据。如果是正在接收数据，则控制转移到运行数据分析例程59。否则处理器5进行到决策框55。在决策框55处，处理器检查以判定是否正在从通信模块9接收数据。如果正在从通信模块9接收数据，则控制转移到传输返回数据例程61。否则处理器5进行到决策框57。在决策框57处，处理器检查以判定是否存在到表面单元41的数据连接。如果存在到表面单元41的数据连接，则控制转移到校准例程63。否则处理器循环回到决策框53，该过程从决策框53重复。

图6是运行数据分析例程59的流程图。在框65处，处理器5分析来自IMU 3的数据，以判定RMS 1是否已经经历爆破或下降，因为处理器最后循环通过运行数据分析例程。该判定将通常包括检查从IMU 3接收到的连续数据样本是否超过指示爆破或下降的预定阈值。如果在框65处理器3判定RMS 1已经经历了爆破或下降，则控制转移到框69。在框69处，处理器3开始将来自IMU 3的数据记录到非易失性存储器7中。或者，如果在决策框65处，处理器未检测到爆破或下降，则处理器进行到框67。

爆破移动之前是冲击波，冲击波使（一个或多个）加速计饱和，这是重要的，因为RMS感测饱和度，并且被配置为在初始冲击波以及一旦加速计和陀螺仪都检测到移动之后开始计算移动。爆破移动的持续时间大约是2秒。

在目前所描述的优选实施例中，下降测量可由两个重要事件之一触发。

1.从表面装置释放RMS。

2.大致垂直下降持续时间最短为400毫秒，最长为2秒（最小深度为1米，最大深度当前为15米）。

在框67处，处理器分析来自IMU 3的当前数据，并且还参考来自IMU的最近记录的数据，以判定是否已经检测到诸如爆破或下降的重大位移事件以及该事件正在停止。

如果在框67处处理器判定已经存在现在停止的显著位移事件，则在框71处，处理器处理记录的数据以计算与位移事件相关联的移动。

现在参考图7，描述了传输数据返回例程61的流程图。在框73处，处理器5基于来自IMU 3的数据来判定RMS 1的取向。在框75处，处理器5操作通信模块9，以通过线圈13至17中最水平的那个来传输三维爆破位移和RMS的ID码。这样使得RMS1的传输线圈的极化和表面单元41的通信模块47的线圈的极化尽可能地对准，假设表面单元线圈保持水平。

现在参考图8，其中示出了校准例程63的流程图。在框77中，处理器77从表面单元41请求并接收当前的方向。在框79处，处理器3与IMU3通信，用于校准IMU的三轴磁力计23。

图9是存储在存储器56中并由表面单元41的处理器54执行的软件的高级流程图。在框81处，表面单元处理器54操作通信模块47，以向岩石传感器1传输关于移动细节（即，位移数据）的请求。

在框83处，表面单元处理器54检查以判定是否已经经由通信单元47从RMS 1接收到任何数据。如果已经接收到与爆破或下降相关联的数据（即，位移数据）和RMS ID，则控制转移到框85，在框85处，表面单元处理器54将数据存储在存储器56中并将数据显示在显示器58上以便用户阅读。

或者，如果在框83处，检查来自RMS的数据表明没有接收到数据，则在框87处，表面单元处理器54检查以判定在表面单元41和RMS 1之间是否建立了数据连接。如果存在数据连接，则控制转移到框89。在框89处，表面单元处理器从磁力计49获得北方向，并且经由通信模块47将北方向传输到RMS 1。

现在将参考图10至图16提供使用RMS的示例。图10是示出爆破前的矿体的俯视图，该爆破前的矿体具有围绕其周边形成的多个勘测孔100至109。每个孔的顶部的三维坐标与将被插入到该孔中的对应的RMS单元的唯一ID一起被存储在表面单元41的存储器中。

RMS单元1A至1J（在图13和图15中简称为“A”至“J”）各自落入孔100至109中的一个中。例如，图11显示位于勘测孔100的顶部的RMS单元41。因此，表面单元记录与RMS 41A的唯一标识符相关联的孔100的顶部的三维坐标（例如，GPS生成坐标）。

然后，使每个RMS单元41A至41J落入其相应的勘测孔中。例如，图12示出了在RMS单元41A已经落入孔100之后不久的情况。RMS单元41A的落下构成在RMS内的处理器检测到的显著的位移事件。从孔的顶部到孔的底部的位置变化被记录在RMS单元内的非易失性存储器中作为RMS单元的爆破前位置。

图13示出了所有RMS单元41A至41J已经落入其对应的勘测孔100至109中的情况。因此，在该阶段，表面单元具有每个孔的顶部的坐标记录以及每个RMS单元的相应的唯一ID的记录。

此外，每个RMS单元已经检测到下降并且已经存储指示从孔顶部到孔底部的位移的数据，使得可容易地计算每个RMS单元的爆破前位置。

因此，如图14所示，在爆破之前填充每个勘测孔。在爆破之后，每个RMS单元被移位，并在爆破后的矿体上形成边界标记，如图16所示。爆破构成每个RMS单元检测到的显著位移事件。响应于爆破，每个单元记录其在爆破期间的轨迹和由于爆破引起的位移数据。

每个单元将其唯一的ID以及还有位移数据传输到表面单元。然后，使用唯一ID、孔的原始顶部坐标和下降及爆破位移数据，表面单元能够计算每个RMS的绝对最终位置。然后可使用该最终位置信息来正确地定位爆破后的矿体用于采矿目的。

本发明的许多变型是可能的。例如，在不太优选的实施例中，在RMS与表面之间可连接诸如通信电缆的有线连接。爆破后，一些电缆仍将被连接，并且用户将能够通过将表面单元41连接到这些电缆而从中检索信息。这种布置在图17中示出。在另一变型中，示出了专用信标。

将认识到，根据本发明的RMS的其它用途被预期并包括在本发明的实施例中。例如，可使用根据本发明的RMS和表面单元来测量钻孔的深度和角度。在这种情况下，一条轻质线（light line）可在一端处附接到RMS，以便可在下降之后收回。

还将理解，RMS单元能够在爆破期间测量其轨迹，而不仅仅是爆破之后的最终位置。轨迹信息可为钻探和爆破工程师提供关于其爆破设计动态的附加数据，并可能有助于改进爆破设计。

在本发明的另一实施例中，岩石移动传感器可包括定位器信标，例如无线电信标，使得它们可在爆破之后被找到、被检索和被询问以获得位移数据。

在整个说明书和权利要求中，除非上下文另有要求，否则术语“大致”或“大约”（如果存在）应理解为不限于由术语限定的范围的值。

本发明的任何实施例仅仅是说明性的而不意味着限制本发明。因此，应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对所描述的任何实施例进行各种其它改变和修改。

Claims (8)

1.一种岩石移动传感器，包括：

惯性测量组件；

控制组件，其响应于所述惯性测量组件；以及

通信组件，其联接到所述控制组件；

其中,所述控制组件被布置成基于来自所述惯性测量组件的信号来判定与爆破或下降相关联的位移。

2.根据权利要求1所述的岩石移动传感器，其中，所述通信组件是无线通信组件。

3. 一种表面单元，包括：

处理器；以及

通信组件，其联接到所述处理器并被布置成与所述岩石移动传感器通信；

其中,所述处理器被编程为操作所述通信组件以从所述岩石移动传感器接收位移数据。

4.根据权利要求3所述的表面单元，其中，所述通信组件包括无线通信组件，所述无线通信组件被布置成与所述岩石传感器建立无线通信。

5.一种用于监测由于爆破造成的矿石移动的系统，包括：

多个岩石移动传感器，每个岩石移动传感器被布置成记录与位移相关联的数据并传输所述数据；

以及至少一个表面单元，其被布置成检测所述多个岩石移动传感器中的每一个的位移数据的传输，并记录与所述多个岩石移动传感器中的每一个对应的位移数据。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述岩石移动传感器的每一个被布置为无线地传输所述数据，并且所述至少一个表面单元被布置成检测所述无线传输。

7. 一种用于检测与重大位移事件相关联的位置变化的方法，所述方法包括：

在所述事件之前将岩石移动传感器定位在已知位置；以及

在所述事件之后从所述岩石移动传感器检索指示相对于已知位置的位移的数据值。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，通过所述岩石移动传感器与表面单元之间的无线通信来检索所述数据值。