CN1095982C - 除去矿场中的堵塞物的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于粉碎矿场中的石头堵塞物和障碍物的系统。该系统使用具有平面的和凹面弹头的射弹和起爆装置，所述起爆装置具有在运输射弹的过程中防止撞针意外地起爆雷管的安全销。使用雷管来起爆起爆器，该起爆器在射弹与目标石头的撞击时引爆爆炸装药。该系统可以包括发射器、接收器和计数器，来提供发射射弹、预打开保险、打开保险和/或引爆的远程操作。

Description

除去矿场中的堵塞物的方法和装置

发明领域

本发明通常涉及一种用于除去矿场中的堵塞物的方法和装置，并且具体涉及一种系统，用于除去矿场和其他类型的挖方中的石头堵塞物和/或尺寸过大的和/或不稳固的石头堆。

发明背景

在采矿领域中，通常遇到矿井巷道的石头堵塞物，这些矿井卷道例如竖井、坑道进出口、采场、水平巷道，和例如在大面积采矿和采石作业中的尺寸过大的和/或不稳固的石头堆。这些石头堆会妨碍生产和给作业者造成不安全的环境条件。

除去这样的石头堆不仅非常危险而且困难。通常，工作人员必须走进和观察石头堆，有时向石头堆中钻一个或多个孔，并且埋入除去石头堆的炸药。在进行这些步骤的过程中有人死亡或严重地受伤。

在设计除去这些石头堆的系统中，有多种考虑。首先，该系统应当能够远程操作来降低对人的危险。换句话说，该系统应当能够进行远程控制(例如，从系统所在处遥控进行定位、瞄准和/或点火)。第二，如果石头堆掩埋了该系统(当发射时)，系统应当相对便宜。第三，该系统必须具有较低的空射(misfire)比率。第四，如果发生空射，从该系统发射出的射弹应当在冲力的作用下分解，从而使爆炸装药散开，并提供无害的未引爆的爆炸装药。第五，在用射弹经过一个相当大的距离击打石头堆时，系统应当相对精确。最后，系统应当便于使用、结构坚固和设计简单和成本合算。

发明的概述

本发明提供一种系统，用来发射射弹使得其因冲击而爆炸从而击碎矿场和其他挖方中的石头。在一个实施例中，该系统包括：

(a)射弹，其具有：

(i)弹头，基本上是平面的或凹面的来阻止射弹从石头的表面偏转；

(ii)弹体，装有爆炸装药和起爆装置；和

(iii)弹尾，具有多个横向取向的尾翼以控制射弹的轨道；和

(b)一个导管，用于发射射弹。该系统使用简单和安全、成本合算、结构坚固，并且在除去堵塞物的作业中非常实用和有效，并且能够精确和远程地射中石头堆，即使是那些位处高处的石头。

其中，所述起爆装置包括插入到其前端的起爆器、位于其后端的撞针和位于起爆器和撞针之间的雷管。通过一个强迫撞针远离雷管的弹簧元件和一个在运输过程中限制撞针向雷管运动的保险销而将撞针和雷管彼此分开。在射弹发射之前除去保险销，以允许撞针在射弹与石头表面的撞击作用下撞击雷管。在与石头撞击时，撞针在足够大的力作用下被向前推动，克服了弹簧的阻力，并且撞击雷管进而起爆雷管并随之点燃起爆器。保险销对于防止起爆装置在射弹安装过程中的误引爆是非常有效的。

撞针的质量与弹簧常数之间的关系是一个重要的因素。优选的是，撞针的质量在大约0.5至大约7克之间，并且弹簧常数为大约15至大约301bs/inch(磅/英寸)。

射弹的弹体还包括爆炸装药，最好是铸造成型的，其与起爆装置接触。该爆炸装药可以是任何合适的炸药并且最好是从包括三硝基甲苯TNT、季戊炸药PETN、三甲撑三硝基胺RDX、环四甲撑四硝胺HMX、硝酸铵基的炸药在内的材料组中选出的材料，以及选出材料的混合物

爆炸装药和起爆装置(其包括起爆器)放置在弹体的前面部分中以允许该炸药和起爆装置在与石头堆的碰撞下分解。弹体的壁最好由塑料或其他易碎的材料制成，厚度大约在1至大约6mm之间，从而即使是在出现空射时射弹也容易分解。

通常，在紧邻起爆装置插入到射弹中之前将起爆器插入到弹体中。起爆装置(不包括起爆器)、起爆器、射弹弹体和推进平板，以及爆炸装药分开运输并且在工地组装。通过将起爆器放入到起爆装置中；将起爆装置放入到射弹弹体的用来容纳起爆装置的通道中，和将爆炸装药放入到射弹的前端来完成射弹的组装。

该起爆装置被容纳在弹体中的空腔中，其允许起爆装置响应射弹的运动而纵向和横向地运动。在该方式中显著降低了不发火的可能性，即使是在很低的飞行速度下也是如此。起爆装置在容器内的运动将使撞针更容易撞击雷管。

弹体还可以包括多个肋条，以在与石头撞击时支撑爆炸装药。最好是，使用6个或更多个肋条以防止爆炸装药变形和流入到肋条之间的间隙中。

射弹的重心最好位于弹体部分中，并且压力的中心最好位于弹尾部分以便得到更理想的飞行特性。因而，重心和压力的中心沿着射弹的纵轴彼此纵向地偏移开。为得到该结果，射弹弹体的外直径不小于弹尾部分的外直径的大约25％并不大于弹尾部分外直径的大约100％，射弹弹体的长度不大于弹尾的长度的大约50％。

发射导管包括一个位于该导管底部的空腔，用于盛装从导管发射射弹的推进装药。推进装药是合适的高能物质例，如推进剂或炸药。

推进平板位于推进装药和射弹底部之间。推进平板与射弹的底部可拆卸地接触。推进平板是一个刚性圆盘，其基本上填充和基本上密封了导管位于推进平板下面的部分。结果，在点燃的推进装药作用下，跨过推进平板存在压力差，其中位于推进平板下方的空腔中的压力超过位于推进平板上的导管中的压力。该压力差以超过大约25m/sec的速度从导管中推动推进平板和射弹。

发射导管和/或射弹可以包括遥控元件来允许远程地点火、打开保险和起爆射弹。作为例子，该导管可以包括一接收器/发射器，用来接收来自操作者手持的发射器的控制信号并向射弹中的接收器发射第二个控制信号，和/或起爆推进装药并由此启动射弹。射弹可以包括至少一个接收器单元，用来接收来自导管的发射器或来自操作者持有的发射器的控制信号。该接收器单元可随后产生一控制信号，来预打开保险、打开保险或起爆起爆装置。射弹还可以包括一个或多个计数器，来在导管中的射弹被点火发射后确定一时间间隔，并且提供一个控制信号，以在预先确定的时间间隔已经经过后彻底打开起爆装置的保险或起爆该起爆装置。

在另一个实施例中，本发明提供一种用来除去挖方中的石头堆的方法。该方法包括下列步骤：

(a)瞄准装有射弹的发射导管，使得射弹在发射之后撞击石头堆上预先选定的目标区域；

(b)从遥远的位置处向接收器发射由控制器/发射器产生的控制信号，使得下面的至少一种情况发生：射出射弹和打开射弹的保险；

(c)从导管中射出射弹；和

(d)射弹的弹头与目标区域接触。

通常，射弹离开导管后的速度不大于大约250m/sec，更一般的是，在大约25至大约150m/sec的范围内。

装置在地下或在晚上的瞄准相对来讲简单。雷达发射装置，例如闪光灯或激光，可拆卸地固定在导管上，并且使来自装置的光束与所希望的目标区域对准来将该目标与发射导管对准。这种方法高度精确并且减少了射弹击不中目标区域的可能性。

该方法还包括从远处打开保险和起爆射弹的步骤。举例来说，该方法可以包括下列步骤：当射弹射出时向计数器发射第二控制信号；和当计数器确定一个预定的时间间隔已经经过时，产生一第三控制信号来执行下列步骤中的至少一个：闭合用于打开射弹中起爆装置的最终保险的开关，和起爆起爆装置来引爆射弹中的爆炸装药。该方法可以包括下列步骤：将控制信号转换成电能，和当在转换步骤中产生预定量的电能时，将该电能发射给点火装置来启动点火发射步骤或发射给射弹中的引爆装置。

另外，本发明还提供一种用来除去挖方中的石头堆的方法，包括：瞄准装有射弹的发射导管，使得在发射之后射弹撞击石头堆上的目标区域；从导管中发射射弹；当射弹发射时，控制计数器开始计数；如果该计数器确定已经经过预定的时间间隔，则计数器产生第二控制信号起爆起爆装置从而引爆射弹中的爆炸装药。

附图的简要说明

图1是根据本发明的系统的横断面视图；

图2至4是根据本发明的推进平板的不同视图，其中图2是底视图，图3是沿图2中直线3-3截取的横断面图，和图4是顶视图；

图5A至C是根据本发明的射弹的不同视图，其中图5A是射弹的侧视图，图5B是起爆装置的第一种结构的侧视图，和图5C是射弹沿图12中的直线5C-5C截取的横断面视图；

图6是射弹的底视图；

图7是起爆装置的第二种结构的横断面视图；

图8是射弹撞击石头表面的视图；

图9是拆卸下来的发射导管的侧视图；

图10是基座的侧视图；

图11是基座的顶视图；

图12是没有爆炸装药出现的弹体的顶视图；

图13是根据本发明的第二个实施例的装置的侧视图；

图14A和14B是图13中的装置位于障碍物下面的侧视图；

图15是根据第二射弹结构的射弹的横断面视图；

图16是根据第三射弹结构的射弹的横断面视图；

图17是点燃推进装药的接收器/发射器单元中的元件的电路图；

图18A和18B是控制爆炸装药中的引信或雷管的打开保险操作和故障保险操作的接收器/发射器单元中的元件的电路图；

图19A和19B是当射弹撞击目标石头时用于起爆爆炸装药的另一引信结构的电路图；

图20A-E是通过遥控进行的架立和点燃发射器的简要顺序；和

图21A-F是操作者发出的点火发射命令后射弹/发射导管的主要活动的简要视图。

发明的详细描述

根据图1和9-11，根据本发明的系统10包括发射导管14、基座18和固定销钉22、瞄准装置24、推进平板26和射弹30。

基座18还包括位于射弹30和推射平板26下面的空腔34，该空腔内容纳有用来从发射导管14中发射射弹30的推进装药40。空腔34由位于发射导管14内部的内管38形成，使得内管38的壁支撑推进平板26。因此，内管38的外直径等于或小于推进平板26的外直径。

推进装药40由包含在抗静电和/或防水/防潮的布、纸和/或塑料袋中的高能材料，例如烟火(例如，黑色火药)或炸药形成。该小袋具有狭缝或口袋42，引爆器就被插入到该狭缝或口袋12中。用于引爆推进装药的引爆器46穿过位于基座18中的孔50。

固定销钉22通过吸收发射推力为系统提供横向和轴向的稳定性，使得能够从远处发射而不会牺牲所希望的导管取向(即，瞄准)。例如，可以将销钉强制推进地下或推入支撑石头的中间。石头、沙袋、木材或其他合适的物体可以放在发射导管14的下面和/或周围来将发射导管14保持在所希望的位置中。

为了允许推进装药放在空腔34中，发射导管14与基座18和内管38可拆卸地连接。锁定销54(穿过发射导管和内管彼贴近的壁)以将发射导管14安装或从内管38上除去。可以理解的是，当从内管38上拆下发射导管14时将推进装药放在空腔中。

发射导管、基座和销钉最好是由合适的材料制成，例如金属合金或复合物(例如，钢或铝)或者塑料来提供一个坚固的结构并且允许每次发射之后系统的重新使用。如将会理解的，破裂后石头会埋没该系统或采矿机械将碾过该系统。在前一种情况中，可以将链条或其它合适的装置(没有显示)连接在发射导管14或基座18上来将该系统从石头下面找出以便重新使用。

瞄准装置24通常是光发射装置，例如闪光灯或激光器，其可拆卸地固定在发射导管14上来将导管与希望的目标对准。装置24具有一个与发射导管14的外表面形状相同的圆形凹座58，其允许装置24固定在发射导管14上。

参照图2-4，推进平板26是圆盘形状的并且具有一个略小于空腔34上方发射导管14的内直径的外直径。推进平板的外圆表面与发射导管的内壁之间的间隙应当不超过大约0.120″，并且最好不超过大约0.045″，以便在推进平板和发射导管的壁之间形成有效的密封。推进平板具有一个由推进平板26下侧的凹入区域62形成的面向后端的肋条密封来改善发射导管14中的气压密封，从而提高发射效率。凹入区域62提供了一个位于射弹下面的压力腔来加速发射导管14中的射弹。推进平板26具有多个横向取向的成肋状的槽66a-d，它们与射弹30的尾翼70a-d对齐。在发射过程中这些槽将这些尾翼可分离地保持在适当的位置中，并因此也将射弹保持在适当位置，并且在发射过程中在结构上支持这些尾翼片，从而保证实现更高的压力和发射速度。空气阻力使得推进平板从正在飞出发射导管14的射弹的后端分离，从而保证射弹稳定地飞行到达目标。推进平板26通常是不可以再利用的并且最好由便宜、重量轻的材料例如塑料制成。推进平板不仅可利用烟火还可以利用压缩空气或压缩的其它气体将射弹从发射导管14发射出来。

图1，5A，5C，6和12是射弹30的不同视图。射弹30包括弹头部分74、弹体部分78和弹尾部份82。弹头部分74基本上是平面的或凹入的以降低在冲力的作用下射弹从外形参差不齐的或有角的石头表面上偏转进而不能起爆爆炸装药的可能性。弹体部分78包括爆炸装药86和起爆装置90，如已经说明的，在邻近发射之前分别安放在射弹弹体中。弹尾部分82具有多个尾翼70a-d来稳定射弹的轨道。射弹弹体可以由多种便宜的和重量轻的材料制成，其中注模塑料是最优选的。

弹体部分78具有一个过渡成尾翼70a-d的圆形或成型的末端94，以在飞行过程中为整个射弹弹体提供气流过渡段。如将会理解的，末端94还可以是相对尾翼向下倾斜的来实现同样的目的。

为了提供所希望的飞行特性，最好是射弹的重心位于弹体部分中而压力的中心位于弹尾部分。为实现该特征，弹尾的直径可以选取为不小于弹体直径的大约25％并且最好是不小于大约50％，和不大于弹体直径的大约100％并且最好是不大于大约75％，并且弹尾的长度“L”可以选取为至少是射弹30总长度“LT”的大约60％和最好是处于在大约70％至大约80％的范围内。

弹体部分78具有多个内部肋条70a-d用于支撑爆炸装药86。射弹具有至少6个并且最好是至少8个位于末端94的内表面上的内部肋条98a-h，从而在发射过程中支撑爆炸装药，而不需要使用分离的压力散布板，从而防止爆炸装药在发射加速的过程中分解成碎片。

爆炸装药86最好是铸造炸药，例如“PENTOLITE(季戊四醇四硝酸脂和三硝基甲苯混合成的一种烈性炸药)”、“COMP-B”或任何其它合适的具有高起爆速度的可塑炸药。炸药86暴露在弹头部分74中，如图8所示，在起爆装置90起爆之前其在与石头表面110的撞击的作用下变形。这提供了撞击波从起爆的爆炸装药向石头的最佳转移。

如果发生空射(例如，如果起爆装置没有起爆)，射弹30的结构设计成使得弹头部分在与石头表面的撞击的作用下粉碎并且射弹爆炸装药86将分裂成粒状的粉末，从而使未爆炸炸药对人体和设备无害。于是，包围弹体部分78的外壁的厚度在大约1至大约6mm之间并且更可取的是大约2至大约5mm，从而提供足够的强度来经受在飞行过程中由爆炸装药作用在壁上的压力，同时保持壁的强度足够低以在万一发生射弹空射时使射弹前端在撞击的作用下分解。同样设计弹体部分78中的肋条98a-h为弹体部分78提供特别的加固，以便在万一发生空射时使射弹获得保证爆炸装药彻底分解所需要的特定粉碎特性。

图7示出了起爆装置90的结构的横断面视图。起爆装置90包括撞针114、偏压撞针114的弹簧元件118、雷管122、起爆器126、将撞针114与雷管122分离的保险销(例如，Cotter销)130、起爆器支架125、末端塞子127和起爆装置主体123。撞针，通常由金属或塑料制成，可移动地安装在起爆装置90中使得撞针能够在起爆装置主体123中向前移动。当射弹撞击石头表面时，撞针114克服弹簧元件118偏压并随后撞击雷管122。雷管122起爆并且接下来引爆起爆器126，起爆器126随后引爆爆炸装药86。在起爆装置(不包括起爆器)的运输过程中，保险销130防止撞针114与雷管122接触并且由此防止撞击引信而意外起爆。该结构保证起爆装置具有UN1，4S的运输安全等级。

起爆装置90可运动地和松散地安装在起爆装置通道134中以允许起爆装置进行一些横向的(侧边对侧边)和纵向的(端对端)运动。通过使起爆装置90的外壁和起爆装置通道134的内壁之间存在间隙可以实现这一点。已经发现，与起爆装置牢固地保持在通道中的固定位置相比较，该间隙提供更可靠的起爆。位于起爆装置的侧壁和通道的侧壁之间的间隙最好在大约0.5到大约4.0mm的范围内变化。起爆装置90还能够通过与爆炸装药接触而从后面向前面运动。最好是，腔的容积最好是在起爆装置的体积的大约百分之45到大约百分之90之间；腔的长度最好是在起爆装置90的长度的大约75％到大约90％之间；和腔的宽度可以在起爆装置90的宽度的大约65％到大约95％并且最好是在大约75％到大约85％之间。

此外，在图5B所示的第二种起爆装置的结构中，起爆装置90具有一个比后端142更宽的前端138，其使起爆装置只有在正确的方向中才能够插入到起爆装置通道134中。这可防止不正确的安装。

现在将讨论系统的操作。在瞄准导管之前，从内管38和基座18上取下发射导管14，将推进装药40放在内管38内的空腔34中，与推进装药连接的引爆器46穿过孔50，发射导管14重新安装到内管38和基座18上，插入锁定销54来将发射导管和基座锁定在相应位置上，并且固定销钉22由石头支持或推进到地中。为了瞄准发射导管，瞄准装置24安置在发射导管上，从瞄准装置24发出一束光束，并且反复定位发射导管直到光束照向所希望的目标区域。一旦发射导管和基座固定在所瞄准的位置处，从发射导管上取走瞄准装置24。

通过首先将起爆器插入到起爆装置的开口端中，随后将起爆装置放入起爆装置通道中，和将爆炸装药放入射弹的前端中来组装射弹。

推进平板26与尾翼70a-d的底部接合并将组装后的射弹30和与之固着的推进平板放到发射导管中，使推进平板26首先进入发射管。然后清空发射区域。然后利用合适的步骤(例如遥控装置、电子或非电子脉冲、或火柴)引爆推进装药40并将射弹从导管中发射出来。

当射弹撞击目标区域时，爆炸装药稍微变形来与石头表面的形状相称，并且射弹和石头表面之间的接触力以足以克服弹簧元件118的阻力的力量向前驱动撞针。然后撞针的尖端200撞击和起爆用来点燃和起爆起爆器126的雷管122。然后起爆器的起爆随后又引爆炸装药，该炸药将需要击碎的石头表面炸成碎片。

在本发明的第二个实施例中，该系统可以包括一个或多个用来运输和定位导管的机动单元，允许系统遥控操作的发射、接收、采集单元，和/或从远离导管的位置处瞄准导管的远程观察装置。

第二个实施例的一个重要方面在于采用了电磁能，例如加密的无线电信号，其允许操作者远程地和安全地控制该系统的从起爆起爆器到射弹中爆炸装药的最终配置的操作，并且不会出现由于其它无关的、采矿和结构操作中常有的射频源所引起的意外起爆。

如上所述，根据第二个实施例的系统在如上述的系统之外可以包括下面的元件中的一些或全部：

·机动运载工具或其它合适的平台

·远程观察装置

·RF控制器/发射器

·RF接收器/发射器

·射弹和推进装药中的RF接收器/采集器

运载工具可以是改进的采矿机器或其它合适的运载工具。改进运载工具来安装一个发射导管，其可以是(1)通过定位圆筒进行安置和瞄准到目标石头堆上或者是(2)通过快速接头或其它合适的布置而滑落进相应的位置并从运载工具脱离。如果粉碎目标石头堆时希望相当多的石头落下，后者允许运载工具以不受损害的方式拖回。图13显示一个典型的装载-搬运-卸放(LHD)运载工具，在其前端安装有发射管。

将该运载工具安放成用于射击或者将发射导管安放成用于射击的位置，如图14A和14B所示。一旦定位后，操作者应当转移到安全的位置来点燃起爆器。

可以使用远程观察装置来安全地观察目标石头堆，而不需要工作人员进入到不稳固的石头堆可能突然崩塌的危险地带中。在一些情况中，存在对目标石头堆的瞄准线(例如，在放矿口(drawpoint)中堵塞物位于井口的下面，露天矿中的不需要支撑物的大石头或不稳固的石墙)。在另一些情况中，目标石头堆可能是看不见的(例如，在放矿口的井口周围的高放矿口堵塞物)。在其中任何一种情况中，该远程观察装置包括远程操作的摄像机或光纤。远程观察装置的摄像机或其它装置可以安装在运载工具上或发射导管上并用来得到目标石头堆的图像。该摄像机可以由操作者如下所述地进行控制。

将RF控制器/发射器假定成一个操作者个人持有的手持单元。该控制器包括一个能够与安装在运载工具上或安装在发射导管上的接收器/发射器通信的RF发射器。该控制器/发射器能够发射覆盖达到几百米的小范围的信号。该控制器/发射器包括电子元件、具体是硅芯片和附属的软件能够允许操作者向RF接收器/发射器发送加密的指令。该控制器/发射器包括防止意外操作的安全开关、只有操作者能够激活的用来输入键控密码和其它指令及软件编码的键盘。键控密码或加密编码能够时时地改变来保证持续的安全。

在现代化的矿井中，存在许多伴随矿山通信、网络电话、来自大型机器的引擎噪音以及计算机的RF噪音源。作为本发明的一部分的RF控制器/发射器的一个基本安全特征在于将要发射的RF信号加密，使得该接收器/发射器只对这些加密的信号反应而对那些外来的RF信号(包括处于同一个载波频率的信号)都不发生反应。

RF接收器/发射器位于运载工具上或发射导管上。该单元接收来自RF控制器/发射器的加密的控制信号并且将它们再发射给发射导管中的射弹上携带的RF接收器/发射器并再发射给伴随该射弹推进系统的单元。还可以使用该单元来接收和再发射用于控制发射导管的位置和/或控制用来观察目标石头堆的远程摄像机或光纤的控制信号。

当接收器/发射器发出“发射”命令时，它向射弹发送加密指令使得射弹中的引信启动、对其自身通电和预打开保险。它还向引爆射弹推进系统的接收器/采集器单元发送加密指令。

接收器/采集器单元不仅可以位于推进装药中还可以位于射弹中。在任何一种情况中，每次射击使用一个或多个接收器/采集器并且由于这些单元是消耗件所以最好是低成本的。

当识别出需要加电和起爆射弹的加密信号时，位于推进装药(例如，盛有大量无烟炸药的弹药筒、电火柴和小起爆炸药)中的接收器/采集器来被激活。一旦接收到这些信号，该单元开始采集电磁能并将电磁能量转换成电能，电能存储在电存储装置例如电容中。当该单元中的芯片确定累积了适当的电荷时，产生一个控制信号起爆该推进装药从而起爆射弹。

另一方面，通过打开一个由螺线管操作的阀将压缩空气排出到位于射弹后面的发射导管中，运载工具上或发射导管上的接收器/发射器单元可以直接射出该射弹。另一方面，通过激励电子螺线管来排出压缩气体弹药，运载工具上或发射导管上的接收器/发射器可以直接射出该射弹。

使用位于射弹内部的接收器/采集器来启动、加电、打开保险和控制起爆射弹弹上携带的爆炸装药的引信的操作。当识别出一个要求加电的加密信号时，该单元被激活。一旦接收到该信号该单元开始采集电磁能并将电磁能量转换成电能，电能存储在一个弹上携带的电存储装置例如电容中。当该单元中的芯片确定累积有适当的电荷时，产生一个控制信号来预打开爆炸装载物中的引信(射弹脱离发射导管后进行最终打开保险)。电存储装置保持足够的电荷来进行发射之后和在接下来的射弹的飞行过程中的额外的打开保险和控制功能。

用于推进装药的接收器/采集器的功能元件如图17所示。位于射弹中的接收器/采集器的功能元件如图18A和18B所示。

电子、无线电控制的引信或起爆装置可以优先于前面讨论的起爆装置使用并且是该系统的核心。该起爆装置中采用了许多的重要保险功能。首先，射弹中包括大量的爆炸装药和甚至带有其自己的推进装药。当操作者托起该射弹、运送它和将它放入发射导管时，爆炸和推进(如果使用了)炸药处于惰性状态并且不能够意外地发射。第二，当射弹发射时，在射弹已经发射之后起爆爆炸装药，并且无论会遇到什么类型的撞击条件都要起爆。如上所述，射弹可能会撞击到倾斜的表面上并且将增加射弹引信不爆炸的可能性。由于撞击的倾斜是无法控制的，所以不爆炸的可能性成为一个安全问题，第二个实施例中的系统不仅采用了在撞击的作用下粉碎的射弹而且还采用了包含一个或多个故障保险装置(例如时间计数器)的射弹。这些单元含有检测发射力的小传感器。该传感器将不会启动直到引信已经被预打开保险，从而使其不会在接收到加密的点火命令之前意外地启动。一旦该传感器(可以是压电、机械或电子传感器)检测到发射力，启动一个或多个计数器。设定第一计数器，以在经过一个离射弹脱离发射导管经过足够长的时间段之后闭合最终打开引信保险的开关。这可以防止在发射循环中爆炸装药意外地起爆。现在射弹已经处于飞行状态并且已完全打开保险。设定第二个计数器，以在经过一段足够长的时间之后(该射弹应当已经到达其目标石头堆)起爆射弹中的爆炸装药。这是一个故障保险结构，其保证在石头堆中不存在没有起爆的炸药。另一方面可以在第一个计数器已经完成计时之后启动第二个计数器(也就是，在射弹已经脱离发射导管之后)。该选择可以编程在接收器/采集器芯片中。

在该起爆装置的变形结构中，该起爆装置或引信本身可以包括一个与打开保险和点火电路相连接的电起爆器或电火柴或其它小的炸药起爆装置。该引信可以包括由射弹的撞击启动的传感器或闭合开关。该传感器或闭合开关足够敏感，能在倾斜撞击的作用下或射弹飞行方向改变的情况下工作。点火系统的两种类型的例子如图19A至19B所示。在射弹中可以有一个或几个全部由接收器/采集器芯片控制的引信元件。用于打开引信保险的控制逻辑(一个或多个打开阶段)和用于激活引信的电能被存储在射弹上携带的接收器/采集器芯片中。在本发明的第二个实施例中，通过操作者从他的RF控制器/发射器单元发出加密信号来遥控地完成打开引信保险。可以要求操作者将引信装入到射弹中，但是在射弹中决不能存在一个能够打开引信保险或起爆射弹的能量源。

本发明的创新能够通过它的操作顺序而更好地被理解。图20A-20E显示了为了除去放矿口堵塞物而用运载工具安装发射导管的顺序。在安装到运作工具上或从运载工具拆卸过程中有关发射导管定位的所有情况中，使推进系统和点火系统完全放电并且不能发生意外起爆。在运载工具移动到工作位置之前，射弹和推进装药已经安放到发射导管中。

现在操作者移动到一个安全的点火位置。可以使用他的手持RF控制器/发射器单元来远程观察目标石头堆(如果使用了远程观察系统)并进一步瞄准发射导管(如果使用了远程操作系统)。

一旦发射器已经定位、打开保险和准备发射，操作者向位于运载工具或发射导管上的RF接收器/发射器发出一个加密的发射命令。发出发射命令后事件的发生顺序如图21A-F所示。该发射命令的结果是发射出射弹，并通过与目标石头堆的撞击或者通过由位于射弹弹上携带的接收器/采集器发出的故障保险自破坏命令引爆爆炸装药。

现在给出关于图13-21的更详细的说明。图13显示运载工具201由操作员202驾驶沿地下水平卷道运输。如图所示发射导管203通过快速联结液压释放机械204而被安装或可运动地支撑在运载工具201的前端。RF接收器/发射器单元205固定在发射导管203上。操作员202持有一个能与RF接收器/发射器单元205通信的手持RF发射器/控制器单元(没有显示)。

图14A和14B显示远程地将发射导管放置进入到发射位置的简要顺序图。在图14A中，含有一个固定在运载工具206的前端的发射导管207的运载工具206移动到放矿口208的井口下方的位置处。几块巨大的石头209堵塞该放矿口208。在图14B中，运载工具206已经将发射导管207拆卸并放在放矿口208下方、不稳固的堵塞物209的下面。运载工具206已经沿水平卷道移动回到安全的位置。

射弹的另一个结构如图15所示。该射弹包括一个弹体外壳210和一个具有足够厚度的推进平板211，其厚度足以经受住通常高达500psi(3.5MPA)的发射压强。弹体的后部充满了惰性填充材料212，例如混凝土。射弹前部的空腔中充满了烈性炸药213。RF接收器/采集器214安放在射弹中。传感器或撞击闭合开关215位于射弹弹身上。RF接收器/采集器单元214包括一个硅芯片，该硅芯片又包括电荷采集和存储装置、加速度传感器、打开保险开关、计数器和起爆器。该传感器或撞击闭合开关在撞击时发出一个信号或避合了电路。在射弹在一个预定的时间内没有撞击目标时，RF接收器/采集器单元214起爆主要的爆炸装药213以防止未起爆的炸药遗留在石头堆中。

另一个射弹结构如图16所示。该射弹包括：一个用于炸药217的容器216，一个由例如塑料尾翼形成的轻质量的弹体218，和一个具有足够的厚度来经受通常在100到200psi(0.70到1.4MPA)级别的发射压强的推进平板219。在该设计中，整个前部容器216中充满了炸药217。对于如图16中所示的重型射弹，RF接收器/采集器单元220位于炸药217的本体中。传感器或撞击闭合开关221位于射弹的前部中。该RF接收器/采集器单元220包括一个硅芯片，该硅芯片又包括电荷采集和存储装置、加速度传感器、打开保险开关、计数器和起爆器。该传感器或撞击闭合开关在撞击时发出信号或接通电路使得该起爆器起爆主要的爆炸装药217。射弹没有在一个预定的时间内撞击目标时，RF接收器/采集器单元220起爆主爆炸装药217以防止未起爆的炸药遗留在石头堆中。

点燃推进装药的接收器/采集器222的功能元件如图17所示。该接收器/采集器222包含一个安装在采集器224上的接收天线223，采集器224采集适当加密的电磁能量并将该能量存储在存储装置225(例如电容)中。当存储装置225中累积有适当数量的电荷时，开关226闭合来释放所储存的电能穿过为推进装药设置的起爆装置227并由此发射射弹。

两种情况下用于控制爆炸装药中的引信的打开保险和故障保险操作的接收器/采集器228的功能元件分别如图18A和18B所示。在图18A中，使用传感器229来检测发射导管中的加速度的开始和射弹对目标石头堆的撞击。接收器/采集器单元228包含一个安装在采集器231上的接收天线230，采集器231采集适当加密的电磁能量并将该能量存储在存储装置232(例如电容)中。当存储装置232中累积有适当数量的电荷时，开关233闭合从而预打开引信回路的保险。与此同时，推进装药已经起爆并且射弹开始加速。传感器229启动计数器234，该计数器在经过一个时间后(使射弹脱离发射导管)闭合开关235。或者在发射开始时或者在计数器234结束时计数器236启动。当射弹撞击目标石头堆时，传感器229闭合开关237，释放存储在存储装置232中的电能横穿过起爆器，随后起爆器引爆射弹中的主要爆炸装药。如果射弹没有撞击石头堆或者因其它失败没有在安全的时间期限中起爆，计数器236完成计时并且闭合开关237，释放存储在存储装置232中的电能横穿起爆器，随后起爆器起爆射弹中的主要爆炸装药。在图18B中，接收器/采集器单元239中的小传感器238检测射弹的发射。接收器/采集器单元239包含一个安装在采集器241上的接收天线240，采集器241采集适当加密的电磁能量并将该能量存储在存储装置242(例如电容)中。当存储装置242中累积有适当数量的电荷时，开关243闭合从而预打开引信回路的保险。与此同时，推进装药已经启动并且射弹开始加速。传感器238启动计数器244，该计数器经过一个时间后(使射弹脱离发射导管)闭合开关245。计数器246或者在发射开始时或者在计数器244结束时启动。当射弹撞击目标石头堆时，撞击开关闭合以释放存储在存储装置242中的电能横穿过起爆器，随后起爆器起爆射弹中的主要爆炸装药。如果射弹没有撞击石头堆或者因其它失败没有在安全的时间期限中起爆，计数器246完成计时并且闭合开关247，由此释放存储在存储装置242中的电能，使其经旁路绕过撞击开关而横穿起爆器，这起爆了射弹中的主要爆炸装药。

对于两种情况的典型的引信装置的功能元件如图19A和19B所示。在图19A中，使用传感器248检测射弹对目标石头堆的撞击。RF接收器/采集器单元249包括：一个RF采集器元件；一个加密编码器，使适当加密的RF能量能够被收集在电能存储装置中；一个开关，其被闭合以在发射之前预打开引信保险；一个计数器，用来确定射弹离开发射导管后何时闭合最终打开保险的开关；和一个计数器，当射弹没有撞击石头堆或者因其它失败导致在安全的时间段中不能起爆时决定何时起爆炸药。传感器248与接收器/采集器249连接并且控制接收器/采集器单元249中的开关。接下来接收器/采集器单元249控制起爆器250。采用一个撞击开关252来检测射弹对目标石头堆的冲击。RF接收器/采集器单元251包括：一个RF采集器元件；一个加密编码器，使适当加密的RF能量能够被收集在电能存储装置中；一个开关，其被闭合来在发射之前预打开引信保险；一个计数器，用来确定射弹离开发射导管后何时闭合最终打开保险的开关；和一个计数器，当射弹没有撞击石头堆或者因其它失败导致在安全的时间段中不能起爆时决定何时起爆炸药。撞击开关252将接收器/采集器251与起爆器253连接。如果撞击开关没能工作或者启动故障保险计数器之后没有发生撞击，接收器/采集器251闭合内部开关，释放存储的电能，使其经旁路254横穿起爆器。

图20A-E示出了操作员向石头堆发射射弹的操作的简要顺序图。在图20A中，操作员255驾驶的运载工具256驶向堵塞有石头堆259的放矿口258；在该运载工具上，发射管257就固定在运输位置中。在图20B中，操作员260停止该运载工具261并且将发射导管262放在放矿口263下面。如图所示RF接收器/发射器264安装在发射导管262上。操作员260还没有离开运载工具261并且该操作员被保护而不致被从石头堆265滑落下来的石块砸伤。在图20C中，运载工具266已经从放矿口267运动离开，发射导管268放在用来向石头堆269发射射弹的位置处，并且认为操作员270已经处于安全的位置。在图20D中，操作员271已经启动其手持的RF控制器/发射器272并且已经向位于发射导管275上的接收器/发射器274发送一个加密信号273。该信号273使得发射器被启动。图20E显示石头堆277已经落下而围绕该发射导管278，该发射管随后可以安全地从石头堆中拖出来。操作员279和运载工具280呆在安全的位置，远离石块从放矿口落下所经过的那些地方。

图21A-F显示操作者发出的点火命令后发生的主要活动的简要视图。图21A显示在发射导管283内处于点火位置的发射包282。RF接收器/发射器单元284安装在发射导管283上。如图21B所示，当RF接收器/发射器单元285接收到从操作员的手持控制器/发射器发出的适当加密的信号时，向位于射弹包287中的接收器/采集器单元286发出一个加密信号。该信号启动接收器/控制器286来闭合引信上的预打开保险的开关并采集RF能量并将其存储在弹上携带的存储装置中。接下来，如图21C所示，RF接收器/发射器287向位于推进装药289中的另一个接收器/采集器单元288发送一个加密信号。该接收器/采集器单元288采集RF能量并将其存储在自身携带的存储装置中。当该电存储装置完全充电之后，自动起爆推进装药289并开始加速射弹290。如图21D所示，射弹291的加速启动了计数器，该计数器用来确定射弹291何时已经脱离发射导管293。在图21E中，射弹294已经脱离发射导管295并且处于自由飞行状态。当弹上携带的接收器/采集器296中的计数器确定一个预定的时间间隔已经经过时，该计数器产生一个控制信号来闭合最终打开保险的开关以便完全打开爆炸装药中的引信的保险。接收器/采集器单元296中的第二个计数器与打开引信保险的计数器一起开始计数，或者在该打开引信保险的计数器结束并完全打开引信保险时开始计数。在图21F中，射弹297撞击目标石头堆298并且引信引爆爆炸装药299。在射弹297在撞击的作用下没有引爆或者没有撞击目标石头堆的情况下，当第二计数器确定一个预定的时间间隔已经经过，该计数器产生一个控制信号来起爆爆炸装药299。

虽然已经详细说明了本发明的各种实施例，显而易见的是对于本领域中的技术人员来说可以得到这些实施例的改进和变形。然而，很容易理解这些改进和变形都将落入如在附加的权利要求中所设定本发明的范围中。

Claims (36)

1.一种用于发射射弹来除去挖方中的石头堆的系统，包括：

射弹，其具有：

弹头，基本上是平面的或凹面的来阻止射弹从石头的表面偏转；

弹体，装有爆炸装药和起爆装置；和

弹尾，具有多个横向取向的尾翼以控制射弹的轨道；和

用于发射所述射弹的导管。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述起爆装置在其近端具有雷管，且在其末端具有撞针，通过强迫撞针远离雷管的弹簧元件和限制撞针向雷管运动的保险销将撞针和雷管彼此分开。

3.根据权利要求1所述的系统，其中导管具有位于导管底部的空腔，用于盛装从导管中发射射弹的推进装药。

4.根据权利要求3所述的系统，其中还包括：

位于推进装药和射弹底部之间的推进平板，推进平板的顶部与射弹的底部接触，以在推进装药起爆时将射弹推出导管。

5.根据权利要求4所述的系统，其中推进平板的外周与导管的内侧之间的空隙相当小，基本上密封了空腔中已起爆的推进装药所产生的气体，由此在推进平板的相对的两侧形成气体压力差，其中推进平板底部上的压力大于推进平板顶部上的压力。

6.根据权利要求4所述的系统，其中推进平板的底部是凹形的。

7.根据权利要求1所述的系统，其中炸药是从包括三硝基甲苯TNT、季戊炸药PETN、三甲撑三硝基胺RDX、环四甲撑四硝胺HMX、硝酸铵基炸药在内的材料组中选出的材料，以及选出材料的混合物。

8.根据权利要求1所述的系统，其中导管包括接收器/发射器，用来接收来自发射器的控制信号并向射弹中的接收器发射第二控制信号。

9.一种用于除去挖方中的石头堆的射弹，包括：

位于射弹前端的弹头；

弹体，位于弹头后面并且具有起爆装置和爆炸装药，该起爆装置包括用来起爆爆炸装药的起爆器，并且其位于长度和宽度中的至少一个超过起爆装置的长度和宽度中相应的一个的空腔中，从而允许起爆装置对应于射弹的运动而在空腔中进行经度方向的和纬度方向的运动中的至少一个运动；和

弹尾，位于弹体的后面并且具有多个横向取向的尾翼，用来稳定射弹的轨道。

10.根据权利要求9所述的射弹，其中弹头是大致呈平面的和凹面的两种形式中的至少一种，以阻止射弹从石头的表面偏转。

11.根据权利要求9所述的射弹，其中弹体的外直径不小于弹尾部分外直径的25％，且不大于弹尾部分外直径的100％。

12.根据权利要求9所述的射弹，其中弹体具有由塑料制成的外壁。

13.根据权利要求9所述的射弹，其中弹尾具有长度并且该长度至少是射弹总长度的60％。

14.根据权利要求12所述的射弹，其中外壁的厚度在1至6mm之间。

15.根据权利要求9所述的射弹，其中弹体包括多个位于爆炸装药下面并支撑爆炸装药的肋条，并且肋条的数量至少为6个。

16.根据权利要求9所述的射弹，其中射弹的重心位于弹体中，而射弹的压力中心位于弹尾中。

17.根据权利要求9所述的射弹，其中还包括至少一个接收单元，用于接收来自发射器的控制信号，并用来预打开保险、打开保险或起爆起爆装置。

18.根据权利要求9所述的射弹，其中还包括计数器，用来确定射弹从发射导管点火发射后的一时间间隔，并提供控制信号来完全打开起爆装置的保险。

19.根据权利要求9所述的射弹，其中还包括计数器，用来确定射弹从发射导管点火发射后的一时间间隔，并提供控制信号来引爆起爆装置。

20.根据权利要求9所述的射弹，其中空腔的宽度至少是起爆装置体积的宽度的65％并且不超过95％。

21.根据权利要求9所述的射弹，其中空腔的长度在起爆装置长度的75％至100％的范围内。

22.根据权利要求9所述的射弹，其中起爆装置的宽度小于空腔的宽度。

23.根据权利要求9所述的射弹，其中起爆装置的侧壁与空腔的侧壁之间的空隙在0.5至4.0mm的范围内。

24.根据权利要求9所述的射弹，其中在空腔的内壁和起爆装置的外壁之间存在空隙并且该空隙在0.5至4.0mm的范围内。

25.根据权利要求9所述的射弹，其中起爆装置包括位于近端的雷管和起爆器以及位于末端的撞针，通过强迫撞针远离雷管的弹簧元件和限制撞针向雷管运动的保险销将撞针和雷管彼此分开。

26.根据权利要求9所述的射弹，其中起爆装置的末端具有比该起爆装置的近端大的外直径，使得沿空腔的整个长度可以容纳该起爆装置的近端并且沿空腔的整个长度不可以容纳该起爆装置的末端。

27.一种用来除去挖方中的石头堆的方法，包括：

瞄准装有射弹的发射导管，使得射弹在发射之后撞击石头堆上预先选定的目标区域；

从遥远的位置向接收器发射由控制器/发射器产生的控制信号，使得至少有下面的一种情况发生：发射射弹并打开射弹的保险；

从导管中发射射弹；和

射弹的弹头与目标区域接触。

28.根据权利要求27所述的方法，其中还包括：

当射弹发射时，向计数器发射第二控制信号；

当该计数器确定已经达到了预定的时间间隔时，产生第三控制信号来执行下列步骤中的至少一个：

打开射弹中的起爆装置的保险，和

起爆所述起爆装置来引爆射弹中的爆炸装药。

29.根据权利要求27所述的方法，其中还包括：

射弹中的起爆装置中的撞针向前克服弹簧元件的阻力而运动；和

用撞针的前部冲击雷管来起爆该雷管，从而起爆起爆器并由此引爆射弹中盛装的爆炸装药。

30.根据权利要求27所述的方法，其中还包括：

将控制信号转换成电能；和

当在转换步骤中产生预定量的电能时，向点火发射装置传送所述电能来启动发射步骤。

31.根据权利要求27所述的方法，其中还包括：

将控制信号转换成电能；和

当在转换步骤中产生预定量的电能时，传送所述电能来启动一装置以预打开或打开射弹中的起爆装置的保险。

32.根据权利要求27所述的方法，其中飞行过程中射弹的速度在25m/sec至250m/sec的范围内。

33.根据权利要求27所述的方法，其中射弹的弹头是钝头无尖的，以防射弹从尖角的表面上偏转。

34.根据权利要求27所述的方法，其中瞄准步骤包括：将雷达发射装置安放在导管上并且将从雷达发射装置发出的辐射束与目标对准。

35.一种用来除去挖方中的石头堆的方法，包括：

瞄准装有射弹的发射导管，使得在发射之后射弹撞击石头堆上的目标区域；

从导管中发射射弹；

当射弹发射时，控制计数器开始计数；

如果该计数器确定已经经过预定的时间间隔，则计数器产生第二控制信号起爆起爆装置从而引爆射弹中的爆炸装药。

36.根据权利要求35所述的方法，其中还包括从远处向接收器发射第三控制信号，使下面步骤中的至少一个发生：发射射弹和打开射弹的保险。

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