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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auslösen aufeinander
folgender Detonationen einer Serie von Sprengladungen.
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Es
ist bekannt, dass ein verbessertes Sprengen einer Gesteinsfläche durch
Anordnen von Sprengladungen in Reihen von beabstandeten Bohrlöchern und
durch Auslösen
aufeinander folgender Detonationen der Ladungen in jeder Reihe und
auch durch aufeinander folgende Detonationen von einer Reihe zu
einer nächsten
erzielt werden kann. Das Ziel davon ist, eine ”freie Fläche” nach jeder Explosion zu erzeugen,
bevor eine nachfolgende Explosion stattfindet.
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In
den letzten Jahren sind so genannte ”elektronische Zünder” zu einem
immer größeren Anteil
in der Absicht eingesetzt worden, eine größere Genauigkeit bei der Steuerung
der Zeitintervalle zwischen aufeinander folgenden Detonationen zu
erzielen. Eine elektrische Steuerungsschaltung wird bereitgestellt,
um die Auslösung
einer Folge von Sprengungen zu steuern, und ist dafür bestimmt,
eine Detonation jeder aufeinander folgenden Sprengladung jeweils
zu einem vorbestimmten Zeitabstand nach der vorhergehenden Detonation
zu bewirken.
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Ein
beachtlicher Aufwand an Forschungsarbeit ist bei dem Thema einer
Steuerung des Zeitabstandes zwischen aufeinander folgenden Explosionen
betrieben worden. Zuallererst wurden theoretische Studien ausgeführt, um
abhängig
von (a) der Beschaffenheit des steinigen Mediums und von (b) dem
Abstand der Sprengladungen das günstigste Zeitintervall
zu bestimmen. Dann mussten eine elektronische Steuerungsvorrichtung
und zugehörige Software
mit dem Ziel entwickelt werden, in der Praxis Detonationen zu aufeinander
folgenden Intervallen, welche so genau wie möglich den theoretisch erwünschten
Zeitintervallen entsprechen, zu erreichen.
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Das
Verhalten einer durch eine Explosion verursachten Vibration in beliebigem
teilweise steinigem Medium ist komplex, insbesondere wenn eine Folge
von durch Explosionen herrührenden
Vibrationen durch dasselbe steinige Medium aufgebracht werden und
miteinander Wechselwirken. Es gibt eine Menge veröffentlichte
Literatur zu diesem Thema, welche jemanden dazu verleiten könnte, (irrtümlich) anzunehmen,
dass die Sprengtechnologie (”Blasting Technology”) nun eine
exakte Wissenschaft ist.
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Es
ist natürlich
wahr, dass ein Einsatz von moderner Technologie zu einer effizienteren
Zerteilung des Gesteins führen
kann als die simple in der Vergangenheit, z. B. mit dem Einsatz
von Zündschnüren, eingesetzte
Technik, aber obwohl moderne Technologie verfügbar ist (mit hoch entwickelter Software
zur Steuerung des Sprengvorganges), können die praktischen Ergebnisse
von unterschiedlicher Qualität
sein.
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Eine
erwünschte
Zerteilung eines steinigen Mediums bedingt normalerweise eine Erzeugung
eines großen
Anteils eines zerteilten steinigen Materials, dessen Größe unter
eine vorbestimmte Größe verkleinert
ist, ohne Erzeugung einer (a) wesentlichen Menge von größeren Bruchstücken und
(b) ohne Erzeugung einer übermäßigen Menge
von unbrauchbaren kleinen Bruchstücken und Staub.
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Weiterhin
könnte
der nicht Eingeweihte denken, dass es ein positiver Vorteil wäre, harmonische Vibrationen
in einem festen steinigen Medium zu erzeugen, d. h. dass aufeinander
folgende durch Explosionen verursachte Vibrationen einander verstärken, um
eine harmonische Vibration auf die gesamte steinige Masse aufzubringen.
In der Praxis verursacht dies jedoch unerwünschte Bodenvibrationen.
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Insbesondere
trotz des Einsatzes hoch entwickelter Sprengtechniken, d. h. trotz
des Einsatzes theoretischer Berechnungen und hoch entwickelter elektronischer
Steuerungsvorrichtungen, um die Theorie zu implementieren, tritt
es von Zeit zu Zeit auf, dass sich harmonische Vibrationen in einer
teil weise steinigen Masse durch eine gesteuerte Folge von Explosionen
bilden.
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Die
harmonischen Vibrationen können
eine unerwünschte
Zerteilung des Gesteins verursachen und können auch der Ursprung für bedeutende
Umweltprobleme sein, wobei unakzeptable Lärmpegel und auch möglicherweise
zerstörende
Bodenvibrationen erzeugt werden können. Steinbrüche befinden sich
oft in der Nähe
von Gebäuden,
z. B. Häusern oder
Fabrikgebäuden,
und es gibt umgebungsbedingte Anforderungen, dass Lärmpegel
und Vibrationswerte unter gesetzten Grenzen gehalten werden müssen.
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Vibrationsmessungen
sind normalerweise vor Ausführung
gewöhnlicher
Sprengvorgänge
erforderlich, um Anforderungen einer lokalen Behörde oder anderer Steinbrucharbeitsvorgänge kontrollierende
Vertretungen einzuhalten. Dies bedingt jedoch zusätzliche
Kosten, welche viele Betreiber nicht bereit sind zu zahlen, mit
entsprechend ungünstigen Auswirkungen
auf in der Nähe
lebende oder arbeitende Anwohner.
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Aus
der
US-4725991 (Shell)
ist bekannt, dass zerstörende
Vibrationen während
eines Gesteinsprengprogrammes in dem Boden gebildet werden können, was
eine ungünstige
Auswirkung auf (a) die Qualität
der Zerteilung, (b) die Effizienz der Verwendung von Sprengungen
und (c) die Fundamente und Beschaffenheit jedes in der Nähe befindlichen Gebäudes hat.
Das Shell-Patent erkennt auch an, dass dieses Thema von vielen wissenschaftlichen Dokumenten
und Veröffentlichungen,
z. B. von dem US Department of Mines, adressiert worden ist, und alle
stimmen zu, dass sich sehr komplexe Wellenformen (mit verschiedenen
Frequenzen) in einer steinigen Masse durch eine Folge von detonierenden Sprengladungen
aufbauen.
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Es
ist auch erkannt, dass Vibrationen mit einer relativ niedrigen Frequenz
eine ungünstige
Auswirkung auf Gebäudewände und
Fundamente (a) mit Blick auf die horizontale Wellenaus breitung,
(b) vertikale Wellenausbreitung und (c) seitliche (rüttelnde) Verschiebung
der Wände
haben kann.
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Es
gibt auch erwünschte
Zeitintervalle mit Blick auf geforderte Zerteilung einer steinigen
Masse und effiziente Verwendung von Sprengungen.
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Während es
viele Referenzen bezüglich
der Wünschbarkeit
einer Erzielung eines optimalen Timings bei Sprengungen (d. h. bezüglich guter
Zerteilung, während
gleichzeitig unerwünschte
Gebäude beeinflussende
Bodenvibrationen vermieden werden) gibt, ist in der Shell-Patentreferenz
die eigentliche Lehre des Shell-Patentes:
- (a)
eine Testsprengung in einer steinigen Masse an einem neuen Standort
ausführen;
- (b) Messung der Vibrationsprofile an ausgewählten Messstellen im Abstand
von der Testsprengung; und
- (c) Einsatz von mathematischen Berechnungen, um ein erwünschtes
einzelnes bestes Zeitintervall zwischen aufeinander folgenden Sprengungen
einer Serie von Ladungen, welche sich in voneinander getrennten
Bohrlöchern
in der steinigen Masse befinden, abgeleitet von Vibrationsdaten
der besten Aufnahme abzuleiten.
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Die
Shell-Referenz lehrt ein elegantes mathematisches Modell, welches
eingesetzt wird, um die Berechnung von erwünschten Zeitintervallen durchzuführen, aber
ein wesentlicher Aspekt dieser Lehre ist, dass das berechnete Zeitintervall
auf das gesamte Sprengprogramm angewendet wird, welches ein konstantes
Zeitintervall zwischen aufeinander folgenden Sprengungen in der
Reihe ist.
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Insbesondere
kann die Lehre der Shell-Referenz gleichzeitig nur mit einer Frequenz
umgehen, wohingegen die Erfindung kein ”Testloch” benötigt. Weiterhin ist bei der
Shell-Referenz die Frequenz abhängig
von dem Ladungsgewicht.
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Während die
vorliegende Erfindung auf einer Aufteilung des Problems in ein gleichzeitiges
Erzielen (a) einer effizienten Zerteilung und (b) einer Minimierung
unerwünschenswerter
Gebäudefundament erschütternder
Vibrationen basiert, unterscheidet sich die von der Shell-Referenz
angebotene Lösung deshalb
wesentlich von der erfindungsgemäßen.
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Die
vorliegende Erfindung versucht deshalb das Problem zu vereinfachen,
indem verbesserte und verschiedene Mittel vorgesehen sind, um das
Timing eines Detonationsauslösesystems
mit dem Ziel zu steuern, das Risiko von harmonischen Vibrationen,
welche in einem steinigen Medium durch Auslösen von aufeinander folgenden
Detonationen einer Serie von Sprengladungen erzeugt werden, zu überwinden
oder zumindest zu mildern.
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Aus
der
EP-0 601 831 ist
auch bekannt, eine Vorrichtung zum Aktivieren einer Mehrzahl von
Gruppen von elektrisch angesteuerten Ladungen nach entsprechend
vorbestimmten Zeitverzögerungen vorzusehen,
welche eine Hauptsteuerungseinheit zum Erzeugen von Hauptsteuerungssignalen,
welche einer Anordnung zum Auslösen
einer Mehrzahl von elektrischen verzögerten mit den jeweiligen Ladungen
von jeder Gruppe von elektrisch angesteuerten Ladungen verbundenen
Vorrichtungen entsprechen, und eine Mehrzahl von Hilfssteuerungseinheiten
umfasst, welche mit der Hauptsteuerungseinheit verbindbar sind und
wobei jede geeignet ist, um eine jeweilige Gruppe von entfernten
elektrischen Verzögerungsvorrichtungen
zu steuern, welche mit den entsprechenden elektrisch angesteuerten
Ladungen verbunden sind. Jede Hilfssteuerungseinheit besitzt lokale
Steuerungsmittel zum Erzeugen von lokalen Steuerungssignalen von
den Hauptsteuerungssignalen, welche mit lokalen Steuerungssignalen
anderer Hilfssteuerungseinheiten synchronisiert werden, zum Auslösen der
elektrischen Verzögerungsvorrichtungen
der jeweiligen Gruppe von elektrisch angesteuerten Ladungen, und
Zündmittel,
welche geeignet sind, um elektrische Energie zu den elektrischen
Verzögerungsvorrichtungen
und entsprechenden elektrisch angesteuerten Ladungen zuzuführen.
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Diese
Referenz lehrt auch das Vorhandensein von Software, um die geplanten
Verzögerungszeiten
einzustellen, um das beste Leistungsverhalten für einen gewählten Parameter, z. B. bessere Gesteinszerteilung,
verminderte Bodenvibration oder verminderten Luftzugspegel zu erreichen.
Die relevanten Kriterien für
jeden Parameter befinden sich in der Software.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist ein Steuerungssystem, wie in Anspruch 1
definiert, vorgesehen.
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Vorzugsweise
besitzt das System ein elektrisch betriebenes Steuerungsgerät, um eine
Zündung
der Zünder
auszulösen,
wobei jeweils ein Zünder
einer in einem jeweiligen Bohrloch befindlichen Sprengladung zugeordnet
ist, und Mittel zum Steuern von einem Zeitintervall zum Steuern
der Intervalle der zwischen aufeinander folgenden Zündungen
einer zumindest einen Phase der Serien von Ladungen.
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Die
Mittel, durch welche das elektrisch betriebene Steuerungsgerät eine Zündung von
aufeinander folgenden Zündern
auslöst,
können
von jeder geeigneten Art sein, einschließlich direkter elektrischer
Verbindungsleitungen, Funkübertragung
oder Einsatz an sich bekannter Erschütterungsleitsysteme (”shock tubing” system).
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Jeder
Zünder
kann eine entsprechende individuelle ihm zugeordnete Zeitintervall-Steuerungseinheit
besitzen. Alternativ kann auch eine gebräuchliche Fernbedienungseinheit
vorgesehen sein, um gezielt Zeitintervalle zwischen aufeinander
folgenden Zündungen
der Zünder
eines zumindest einen Teils der Serien von Ladungen bereitzustellen.
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In
einer weiteren bevorzugten Anordnung besitzt das System ein elektrisch
betriebenes Steuerungsgerät,
um eine Zündung
der Zünder
auszulösen,
wobei jeweils ein Zünder
einer in einem jeweiligen Bohrloch befindlichen Sprengladung zugeordnet ist;
einen Sequenz-Generator, welcher mit dem Steuerungsgerät verbunden
ist und welcher programmiert oder programmierbar ist, um einen Vorgang
des Steuerungsgerät
zu bewirken, so dass dieses aufeinander folgende Detonationen der
einen Phase der Serien von Ladungen auslösen kann; und elektronische
Einstellmittel, um aufeinander folgende Zündungen der Zünder von
der zumindest einen Phase der Serien von Ladungen zu ausgewählten Zeitintervallen
auszulösen.
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Die
elektronischen Einstellmittel können
mit dem Steuerungsgerät
verbunden sein, um vorbestimmte Einstellungen zu programmierten
von dem Sequenz-Generator gesetzten Zeitintervallen einzusetzen.
Alternativ können
die elektronischen Einstellmittel mit dem Sequenz-Generator verbunden
sein, um vorbestimmte Einstellungen zu programmierten von dem Sequenz-Generator gesetzten
Zeitintervallen einzusetzen.
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Die
Bestimmung der benötigten
Zeitintervalle ist abhängig
von Lagefaktoren, welche (a) die Umstände der zu sprengenden teilweise
steinigen Masse und (b) die Entfernung zwischen Sprengladungen, die
aufeinander folgend detonieren, beinhalten.
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Unter
bestimmten Umständen
wird die Auswahl von Zeitintervallen deshalb derart vorbestimmt, dass
aufeinander folgende (verschiedene) Zeitintervalle der zumindest
einen Phase der Serien von Detonationen sich voneinander unterscheiden,
so dass eine erwünschte
Folge von Sprengungen erzielt wird, durch welche das Risiko harmonische
Vibrationen in der steinigen Masse aufzubauen, vermieden oder zumindest
minimiert wird.
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Die
Erfindung kann deshalb durch elektronische Mittel vorsätzlich einen
variablen Zeitabschnitt in jedes aufeinander folgende Zeitintervall
(zumindest in einer Phase) zwischen aufeinander folgende Detonationen
einführen,
um dabei zumindest das Risiko der Generierung einer fortlaufenden
Stimulation und Verstärkung
der harmonischen Vibrationen zu minimieren und um dabei eine Beeinflussung
der Vibrationen durch eine Frequenzverschiebung in dem steinigen
Medium hervorzurufen, während
dennoch eine erwünschte
Folge von Sprengungen und eine Zerteilung des steinigen Mediums
erzielt wird.
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In
einem erfindungsgemäßen System
können
die aufeinander folgenden Zeitintervalle in zumindest einem Teil
der Serien von Detonationen derart gesteuert werden, dass das Risiko
harmonische Vibrationen (Resonanz) in der steinigen Masse aufzubauen,
vermieden (oder zumindest minimiert) wird. Die aufeinander folgenden
gruppierten Zeitintervalle können
unter gewissen Umständen
der teilweise steinigen Masse dieselben sein. Alternativ können sie
sich von einer Detonation zur anderen um feste Beträge oder
um variable Beträge
unterscheiden, vorausgesetzt, dass die kumulierte Einwirkung nicht
die Erzeugung einer harmonischen Vibration in der steinigen Masse
ergibt.
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Erfindungsgemäß werden
die aufeinander folgenden Zeitintervalle derart bestimmt, dass aufeinander
folgende Vibrationswellenformen sich untereinander beeinflussen,
wiederum mit dem Ziel, die Erzeugung von harmonischen Vibrationen
in der steinigen Masse zu minimieren oder zu vermeiden. Zum Beispiel
könnten
für ein
erstes Zeitintervall von x Millisekunden ein zweites und drittes
Zeitintervall ½x
beziehungsweise ¼x
sein.
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Das
erste Zeitintervall kann deshalb auf eine minimale Periode gesetzt
sein, um eine so genannte ”Stauung” in der
steinigen Masse zu verhindern und folgende Zeitintervalle haben
fortschreitend abnehmende Zeitintervalle, um so eine Beein flussurig
zu erzeugen und dadurch die Risiken, dass sich Vibrationen mit Resonanz
aufbauen, zu reduzieren.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist auch ein Verfahren, wie in Anspruch
13 definiert, vorgesehen.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird nun im Detail, lediglich beispielhaft, mit Bezug
auf die angefügten
Zeichnungen beschrieben, wobei gilt:
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1 ist
eine schematische Abbildung einer Gesteinsfläche mit einer Serie von Sprengladungen, welche
in beabstandeten Bohrlöchern
angeordnet sind, und bei welcher ein erfindungsgemäßes System
verwendet werden kann, um aufeinander folgende Detonationen einer
Serie von Sprengladungen auszulösen;
und
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2 ist
eine schematische Abbildung des erfindungsgemäßen Systems.
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Zuerst
bezugnehmend auf 1 der Zeichnungen ist eine Gesteinsfläche 10 mit
einer oder mehreren Reihen 11 von beabstandeten Bohrlöchern 12 dargestellt,
wobei jedes eine darin befindliche Sprengladung 13 mit
einem damit verbundenen elektronischen Zünder, welcher durch eine elektrisch
betriebene Fernbedienungseinheit angesteuert werden kann, besitzt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist ausgelegt, um aufeinander folgende Detonationen einer Serie
von Sprengladungen 13, welche sich in voneinander getrennten
Bohrlöchern 12 befinden,
nach aufeinander folgenden Zeitintervallen auszulösen, so dass
sich eine ”freie
Fläche” durch
eine Explosion ausbildet, bevor eine nachfolgende Explosion stattfindet.
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Bei
der explosiven Zerteilung eines steinigen Mediums ist es wichtig,
gesteuerte aufeinander folgende Zeitintervalle zwischen jeder Detonation
zu erzielen, um eine Anzahl von unterschiedlichen kritischen Kriterien
zu erfüllen.
Zuallererst sollten die Zeitintervalle nicht zu kurz sein, um das
so genannte ”Gedränge” (”Crowding”) zu verhindern,
d. h. um bei jeder Explosion die Erzeugung einer ”freien
Fläche” des Gesteins
zu erzielen, bevor eine weitere Sprengladung detoniert. Zweitens
sollte das Zeitintervall nicht zu lang sein, so dass ein gesamter
durch eine Sprengladung gebildeter Gesteinsvorhang vollständig absinken
könnte.
Drittens sollte sich der Gesteinsvorhang, welcher aufgrund einer
Explosion absinkt, in der Nähe
der Gesteinsfläche
befinden, von welcher er ausgebildet worden ist, so dass er geeignet
ist, zu einem gewissen Anteil als ein Schutz zu wirken gegenüber dem,
was ein zerteiltes steiniges Material anrichten kann, nachdem eine
nachfolgende Sprengladung ausgelöst
worden ist. Viertens sollte eine Scherung zwischen Bohrlöchern und
eine Störung
von aufeinander folgenden Sprengladungen vermieden werden.
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Es
sollte auch bedacht werden, das es höchst unerwünscht ist, (bei jeder teilweise
steinigen Masse, welche durch eine Serie von aufeinander folgenden
Sprengladungen zerteilt werden soll), zu erlauben, dass sich eine
harmonische Vibration in der steinigen Masse aufbaut. Dies ist die
Ursache von ernsthaften Umweltgefährdungen, möglicherweise durch übermäßigen Lärm aber
primär
durch Bodenvibration für
in der Nähe
der Gesteinsfläche,
z. B. eines typischen Steinbruches, lebende und/oder arbeitende
Anwohner. Bezüglich
der Lage der Gebäude
in der Nähe
eines Steinbruches ist es oft sehr wichtig, ein Erzeugen von Frequenzen
in dem Bereich von 5 bis 18 Hertz, welche dazu neigen, harmonische
Vibrationen in dem Gebäude
aufzubauen, zu vermeiden.
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Die
in 2 der Zeichnungen dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsform
ist bestimmt, um vorsätzlich
ein variables Zeitintervall zwischen aufeinander folgenden Detonationen
(zumindest bei einem Teil oder einer Phase einer Serie von Detonationen)
mit der Absicht einzuführen,
die oben angeführten
Nachteile zu vermeiden. Insbesondere versucht die Erfindung das
Risiko fortlaufender Stimulierungen und Verstärkun gen einer Bodenvibration, welche
durch Auslösung
von aufeinander folgenden Detonationen einer Serie von Sprengladungen
erzeugt wird, zu überwinden
oder zumindest zu mildern.
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Eine
Serie von Detonationen kann aus bis zu 200 (oder mehr) getrennten
Detonationen bestehen, und es ist wichtig, zu vermeiden, dass sich
harmonische Vibrationen in der steinigen Masse durch die Detonationen
aufbauen. Das bedeutet in der Praxis, dass es verschiedene Zeitintervalle
zwischen aufeinander folgenden Detonationen bei der zumindest einen
Phase der Serien, z. B. einer Phase von zumindest drei Detonationen,
geben sollte und dass solche Variationen auch in weiteren Phasen
der Serien angewendet werden. Jede ausgeprägte ”Phase” einer Serie von explosiven
Detonationen (z. B. bis zu 200) besteht vorzugsweise aus zumindest
drei Detonationen, da in der Praxis die meisten restlichen Vibrationen,
welche durch einen beliebigen Abschnitt der Folge von Explosionen
der Phase der steinigen Masse erteilt werden, in der Zeit praktisch
ausklingen, in welcher die Folge danach wiederholt wird.
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Um
es anders auszudrücken,
die Erfindung sieht als eine Mindestanforderung vor, dass das Zeitintervall
t1,2 zwischen einer Explosion 1 und
einer Explosion 2 und das Zeitintervall t2,3 zwischen
der Explosion 2 und einer Explosion 3 (in einer
Phase von zumindest drei Explosionen einer Serie von Explosionen)
sorgfältig
gesteuert werden, wobei sich t1,2 der Art
von t2,3 unterscheidet, dass eine fortlaufende
Stimulation und Verstärkung
von Vibrationen, welche sich in der steinigen Masse aufbauen, vermieden wird.
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Abhängig von
einer Lageanalyse könnte eine
minimale Periode von sagen wir 18 Millisekunden und eine maximale
von sagen wir 140 Millisekunden bestimmt werden. Nach dem Auslösen des
ersten Schusses könnte
das bestimmte Maximum (140 ms) z. B. für den zweiten Schuss halbiert
werden (70 ms) und z. B. für
den dritten Schuss nochmals halbiert werden (35 ms). Die Folge könnte dann
wiederholt werden.
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Die
Eingabe von geeigneten Auslösedaten kann
durch die genannte Eingabe in ein geeignetes Software-Programm ausgeführt werden,
oder die gesamte Festlegung kann bezüglich Eingabe und Ausgabe durch
einen Computer gesteuert werden.
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Der
Unterschied der Zeitintervalle kann durch Vorhandensein (1) von
Zünderkappen
mit gleichen Zeitverzögerungen
zwischen Ansteuern und Verursachen der Detonation der dazugehörigen Sprengladung,
und (2) durch Variierung des Zeitintervalls zwischen aufeinander
folgenden Ansteuerungen der Zünderkappen
erzielt werden. Alternativ können
die Zünderkappen
mit verschiedenen Zeitverzögerungen
ausgewählt
werden, um für
gleiche Zeitintervalle zwischen aufeinander folgenden Ansteuerungen
der Zünderkappen
zu sorgen. Ferner kann das benötigte
variable Zeitintervall zwischen aufeinander folgenden Explosionen
durch eine sorgfältig kontrollierte
Auswahl von (a) Zünderkappen
mit unterschiedlichen Zeitverzögerungen
und (b) einem gesteuerten Zeitintervall zwischen aufeinander folgenden
Ansteuerungen der Kappen erreicht werden.
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Abhängig von
dem Zeitintervall zwischen aufeinander folgenden Phasen, z. B. wenn
sie ausreichend verzögert
sind, so dass der ”Klingeleffekt” (”Bell Ringing” Effect)
in der steinigen Masse abgeklungen ist (typischerweise 1 bis 4 Zyklen),
können die
Zeitintervallunterschiede zwischen Detonationen in einer oder mehreren
aufeinander folgenden Phasen der Serien wiederholt werden, d. h.
sie können den
Zeitintervallen in einer ersten der Phasen entsprechen.
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Die
Vorrichtung umfasst eine elektrisch betriebene Fernbedienungseinheit 14,
welche mit elektrisch zündbaren
Zündern
verbindbar ist, wobei jeweils ein Zünder jeder in einem jeweiligen
Bohrloch 12 befindlichen Sprengladung 13 zugeordnet
ist, wobei ein typischer Vertreter dieser Zünder mit dem Bezugs zeichen 15 in 2 bezeichnet
ist. Vorzugsweise ist der Zünder 15 ein
so genannter ”elektronischer Zünder”, welcher
dem gewöhnlichen
Fachmann der Sprengtechnologie bekannt ist und nicht mit mehr im Detail
hier beschrieben werden muss.
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Eine
Sequenz-Generator-Schaltung 16 ist mit dem Steuerungsgerät 14 verbundenen
und ist programmiert oder geeignet, um programmiert zu werden, um
einen Betrieb des Steuerungsgerätes 14 zu
bewirken, so dass dieses aufeinander folgende Detonationen der Sprengladungen 13 in
jeglicher Serie auslösen
kann.
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Die
Vorrichtung besitzt auch geeignete elektronische Schaltungsmittel 17,
welche bewirken, dass das Steuerungsgerät 14 aufeinander folgende Zündungen
der Zünder
(in zumindest einer Phase einer Serie von Detonationen, z. B. einer
Folge von drei Detonationen; und insbesondere in mehr als einer Phase
der Serien) nach Zeitintervallen, welche sich voneinander unterscheiden,
um die Erzeugung von harmonischen Vibrationen in dem steinigen Medium zu
vermeiden oder zumindest zu minimieren, auszulösen.
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Die
elektronischen Schaltungsmittel 17 können eingerichtet sein, um
berechnete variable Elemente bezüglich
der Zeitintervalle zwischen aufeinander folgenden Auslösungen von
Detonationen von Sprengladungen einzuführen, und dies wird derart festgelegt,
dass die oben genannten Nachteile vermieden werden. In einer typischer
Situation, welche nur durch ein Beispiel gegeben ist, könnte es
ein Zeitintervall von 25 Millisekunden zwischen einer Detonation 1 und
einer Detonation 2, ein Zeitintervall von 50 Millisekunden
zwischen Detonationen einer Sprengladung 2 und einer Sprengladung 3,
und ein Zeitintervall von 30 Millisekunden zwischen Detonationen
der Sprengladung 3 und einer Sprengladung 4 geben.
Der Unterschied der Zeitintervalle ist eine berechnete Variable,
welche empirisch entsprechend jeglichem teilweise steinigem Material
oder Standortbedingungen bestimmt wird.
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Die
Erfindung kann eingesetzt werden, um die Zeitintervalle von Loch
zu Loch in einer Reihe zu steuern, um für Verzögerungen ”zwischen Löchern” zu sorgen. Alternativ oder
zusätzlich
kann die Erfindung verwendet werden, um Verzögerungsintervalle zwischen
Reihen zu steuern. Die Erfindung kann auch verwendet werden, um
die Verzögerungsintervalle
bei ”Ring-Schuss”-Detonationen
zu steuern, z. B. wie es beim Tunnelbau eingesetzt wird.
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Die
Zeitintervalle können
manuell eingegeben oder automatisch berechnet werden, um in einem
erforderlichen Umfang variabel zu sein, und/oder sie können zufällig erzeugt
werden. Es ist vorgesehen, dass ein Computer-Programm entwickelt
werden kann, in welches verschiedene Lageparameter eingegeben werden
können,
wobei geeignete mathematische Modelle eingesetzt werden, wobei geeignete
Software derart entwickelt werden kann, dass erforderliche Unterschiede
der Zeitintervalle zwischen den aufeinander folgenden Detonationen der
zumindest einen Phase einer Serie von Detonationen erzielt werden.
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Deshalb
werden in einem erfindungsgemäßen System
die aufeinander folgenden Zeitintervalle in zumindest einem Teil
der Serien von Detonationen derart gesteuert, dass das Risiko, harmonische
Vibrationen (Resonanz) in der steinigen Masse aufzubauen, vermieden
oder zumindest minimiert wird. Unter gewissen Umständen einer
teilweise steinigen Masse können
die Musterwiederholungen dieselben sein. Alternativ können sie
sich von einem Muster zu einem anderen um feste Beträge oder
um variable Beträge
unterscheiden, vorausgesetzt, dass die kumulierte Einwirkung nicht
zu einer Erzeugung von harmonischen Vibrationen in der steinigen
Masse führt.
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In
einer bevorzugten Anordnung ist das elektronische Schaltungsmittel 17 programmiert,
um eine geeignete Eingabe aufzunehmen, so dass aufeinander folgende
Zeitintervalle derart bestimmt werden können, dass aufeinander folgende
Vibrations wellenformen sich untereinander beeinflussen, wiederum mit
dem Ziel, die Erzeugung von harmonischen Vibrationen in der steinigen
Masse zu minimieren oder zu vermeiden. Zum Beispiel könnten für ein erstes Zeitintervall
von x Millisekunden ein zweites und drittes Zeitintervall ½x beziehungsweise ¼x sein.
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Das
erste Zeitintervall kann deshalb auf eine maximale Periode gesetzt
sein, um eine so genannte ”Stauung” in den
aufeinander folgenden Vibrationen, welche auf die steinige Masse
aufgebracht werden, zu vermeiden (und auch, um den so genannten ”Vorhang”-Effekt
aufrechtzuerhalten) und folgende Zeitintervalle können fortschreitend
abnehmende Zeitperioden haben, um so eine Beeinflussung zu erzeugen und
dadurch die Risiken, dass sich Vibrationen mit Resonanz aufbauen,
zu reduzieren.
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Es
sollte klar sein, dass das in 2 dargestellte
Beispiel nur eine schematische Abbildung ist, und dass viele Variationen
bezüglich
des abgebildeten Systems innerhalb des Umfangs der beanspruchten
Erfindung vorhanden sein können.
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Insbesondere
kann das elektrisch betriebene Steuerungsgerät eingerichtet sein, um die
Zündungen
der aufeinander folgenden Zünder
mit elektrischen Verbindungsleitungen, Funkübertragung oder einem an sich
bekannten ”Erschütterungsleitsystem” auszulösen.
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Die
abgebildete Ausführungsform
ist eine gewöhnliche
Fernbedienungseinheit, um gezielt Zeitintervalle zwischen aufeinander
folgenden Zündungen
der Zünder
aufzubringen. In einer nicht dargestellten alternativen Anordnung
kann jedoch jeder Zünder
eine entsprechende individuelle mit ihm verbundene Zeitintervall-Steuerungseinheit
besitzen.
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2 stellt
schematisch das Vorhandensein eines Sequenz-Generators 16 und elektronischer Schaltungsmittel 17 dar.
Diese Komponenten umfassen gewissermaßen verbundene Zeitintervall-Steuerungsmittel
zum Steuern der Intervalle zwischen aufeinander folgenden Zündungen
des zumindest einen Teils der Serien von Sprengladungen.
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In
einer anderen Ausführungsform
wird der Sequenz-Generator 16 beibehalten und ist mit dem Steuerungsgerät 14 verbunden,
wobei er programmiert oder programmierbar ist, um den Betrieb des Steuerungsgerätes 14 zu
bewirken, so dass dieses aufeinander folgende Detonationen der Serien
von Sprengladungen auslösen
kann. Zusätzlich
können die
elektronischen Schaltungsmittel 17, obwohl nicht im Detail
dargestellt, elektronische Einstellmittel umfassen, welche mit dem
Steuerungsgerät 14 verbunden
sein können,
wie in 2 dargestellt, um vorbestimmte Einstellungen bezüglich programmierter durch
den Sequenz-Generator 16 gesetzter Zeitintervalle einzusetzen.
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Alternativ
können
die elektronischen Einstellmittel mit dem Sequenz-Generator 16 verbunden sein,
um vorbestimmte Einstellungen zu programmierten von dem Sequenz-Generator 16 gesetzten Zeitintervallen
einzusetzen.
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Die
Auswahl der benötigten
Zeitintervalle, welche in die elektronischen Mittel 17 eingegeben werden,
ist abhängig
von Lagefaktoren, welche (a) die Umstände der zu sprengenden teilweise
steinigen Masse und (b) die Entfernung zwischen Sprengladungen,
die aufeinander folgend detonieren, beinhalten.
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Die
Auswahl von Zeitintervallen kann derart vorbestimmt werden, dass
aufeinander folgende Zeitintervalle des zumindest einen Teils der
Serien von Detonationen sich voneinander unterscheiden, so dass
eine erwünschte
Folge von Sprengungen erzielt wird, durch welche das Risiko harmonische
Vibrationen in der steinigen Masse aufzubauen, vermieden oder zumindest
minimiert wird.
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Die
elektronischen Einstellmittel 17 können derart programmiert sein,
um vorsätzlich
einen variablen Zeitabschnitt in jedes aufeinander folgende Zeitintervall
einführen.
Alternativ kann es derart programmiert sein, dass die aufeinander
folgenden Zündungen
mit aufeinander folgenden Zeitintervallen ausgelöst werden, welche sich voneinander
um solch einen Betrag unterscheiden, das sich aufeinander folgende
Vibrationswellenformen, welche auf die steinige Masse einwirken,
untereinander beeinflussen.
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Um
zum Schluss zu kommen, die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind,
Zeitintervalle zwischen aufeinander folgenden Detonationen der zumindest
einen Phase (z. B. einer Folge von drei Detonationen) einer Serie
von Detonationen (z. B. bis zu 200 Detonationen) zu bestimmen, so
dass eine effiziente und erwünschte
Zerteilung einer steinigen Masse erreicht wird, während die
Erzeugung von niederfrequenten Vibrationen, welche dazu neigen eine
ungünstige
Auswirkung auf in der Nähe
befindliche Gebäude
zu haben, minimiert wird. Wie oben erwähnt, sollten die Zeitintervalle
nicht zu kurz sein, um das so genannte ”Gedränge” zu vermeiden, aber sie sollten nicht
zu lang sein, so dass ein gesamter durch eine Sprengladung ausgebildeter
Gesteinsvorhang vollständig
absinken kann. Schließlich
sollte sich ein durch eine Sprengladung absinkender Gesteinsvorhang
noch in der Nähe
der Gesteinsfläche
befinden, von welcher er ausgebildet worden ist, so dass er geeignet
ist, zu einem gewissen Anteil als ein Schutz zu wirken gegenüber dem,
was ein zerteiltes Gesteinsmaterial anrichten kann, nachdem eine
nachfolgende Sprengladung ausgelöst
worden ist.
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Der
hier erforderliche Zeitunterschied zwischen aufeinander folgenden
Detonationen kann erzielt werden durch: (a) Verwenden von Zünderkappen
mit konstanten Zeitverzögerungen
zwischen Auslösung
und Detonation, und verschiedene Zeitintervalle zwischen aufeinander
folgenden Zündungen; (b)
Zünderkappen
mit verschiedenen Zeitverzögerungen
und entweder konstante Zeitverzögerung zwischen
aufeinander folgenden Zündungen
oder sogar einheitlicher Zündung
zumindest jeder Phase; und (c) unterschiedliche Zeitintervalle zwischen
aufeinander folgenden Zündungen
jeder Phase und Zünderkappen
mit unterschiedlichen Zeitverzögerungen.
Unabhängig
davon, welche Mittel verwendet werden, benötigt die Erfindung einen Zeitunterschied zwischen
aufeinander folgenden Detonationen der zumindest einen Phase einer
Serie von Detonationen.