ES2563827T3 - Detonadores inalámbricos con detección de estado y su uso - Google Patents

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ES2563827T3
ES2563827T3 ES12776092.4T ES12776092T ES2563827T3 ES 2563827 T3 ES2563827 T3 ES 2563827T3 ES 12776092 T ES12776092 T ES 12776092T ES 2563827 T3 ES2563827 T3 ES 2563827T3
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Charles Michael Lownds
Walter Hardy Piel
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Abstract

Un conjunto de detonador inalámbrico (10) para su uso junto con una máquina de voladura que transmite al menos una señal de comando inalámbrica al conjunto de detonador inalámbrico, comprendiendo el conjunto de detonador inalámbrico: un detonador (12) que comprende un cartucho y una carga de base para accionamiento; módulo de recepción y procesamiento de señal de comando (40) para recibir y procesar dicha al menos una señal de comando inalámbrica desde dicha máquina de voladura; al menos un sensor de estado (15) para detectar al menos una condición del entorno en una proximidad inmediata del conjunto de detonador inalámbrico; un módulo de activación / desactivación (42) para hacer al conjunto de detonador inalámbrico capaz de accionamiento en respuesta a una señal de comando para ENCENDER cuando dicho al menos un sensor de estado detecta que la al menos una condición del entorno cae dentro de parámetros predeterminados adecuados para voladura, manteniendo de otra manera el conjunto de detonador inalámbrico un modo seguro que no puede recibir y / o responder a una señal de comando para ENCENDER; y un circuito de encendido (43) asociado con la carga de base, caracterizado por que el circuito de encendido incluye un dispositivo de almacenamiento de carga de manera que, tras la recepción mediante el módulo de recepción y procesamiento de señal de comando de una señal de comando para ENCENDER, el dispositivo de almacenamiento de carga puede descargar una corriente en el circuito de encendido, siendo la corriente suficiente para accionar la carga de base; y por que el módulo de activación / desactivación comprende medios de descarga para purgar selectivamente la carga lejos del dispositivo de almacenamiento de carga para volver el conjunto de detonación inalámbrico incapaz de accionamiento cuando el al menos un sensor de estado detecta condiciones del entorno que caen fuera de dichos parámetros predeterminados adecuados para voladura.

Description

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DESCRIPCION
Detonadores inalambricos con deteccion de estado y su uso Campo de la invencion
La invencion se refiere al campo de los detonadores y componentes asociados, y metodos de voladura que emplean tales dispositivos. En particular, la invencion se refiere a conjuntos de detonador que estan sustancialmente libres de conexiones flsicas con una maquina de voladura asociada, y a mejoras en la seguridad de tales conjuntos de detonador inalambricos.
Antecedentes de la invencion
En operaciones de minerla, la fragmentacion y rotura eficaz de las rocas por medio de cargas explosivas exige habilidades y experiencia considerables. En la mayorla de las operaciones de minerla se plantan cargas explosivas en cantidades apropiadas en posiciones predeterminadas en la roca. Las cargas explosivas se accionan a continuacion mediante detonadores que tienen retardos de tiempo predeterminados, proporcionando de esta manera un patron deseado para voladura y fragmentacion de roca. Tradicionalmente, se transmiten senales a los detonadores desde una maquina de voladura asociada mediante sistemas no electricos que emplean cordon detonante de baja energla (LEDC) o tubo de impacto. Los detonadores electricos se han usado tambien con algun exito. Los detonadores electricos se unen tlpicamente a un arnes de cables, y se accionan tras la recepcion de una senal electrica sencilla. Como alternativa, pueden usarse alambres electricos para transmitir senales mas sofisticadas a y desde detonadores electronicos. Por ejemplo, tal senalizacion puede incluir ARMAR, DESARMAR e instrucciones de tiempo de retardo para programacion remota de la secuencia de encendido del detonador. Ademas, como una caracterlstica de seguridad, los detonadores pueden almacenar codigos de encendido y responder a senales de ARMAR y ENCENDER unicamente tras la recepcion de codigos de encendido coincidentes desde la maquina de voladura. Los detonadores electronicos pueden programarse con retardos de tiempo con una precision de 1 ms o menos.
El establecimiento de una disposition de voladura cableada implica el posicionamiento correcto de las cargas explosivas en perforaciones en la roca, y la conexion apropiada de alambres entre una maquina voladura asociada y los detonadores. El proceso es a menudo laborioso y altamente dependiente de la precision y escrupulosidad del operador de voladura. De manera importante, el operador de voladura debe asegurar que los detonadores estan en relation de transmision de senal apropiada con una maquina de voladura, de tal manera que la maquina de voladura al menos puede transmitir senales de comandos para controlar cada detonador, y a su vez accionar cada carga explosiva. Las conexiones flsicas inapropiadas entre componentes de la disposicion de voladura pueden conducir a perdida de comunicacion entre maquinas de voladura y detonadores, con los inevitables problemas de seguridad. Se requiere cuidado significativo para asegurar que los alambres pasan entre los detonadores y una maquina de voladura asociada sin interrupciones, enganches, dano u otra interferencia que pudiera evitar el control y operation apropiados de cada detonador mediante la maquina de voladura adjunta.
Los sistemas de detonador inalambricos ofrecen el potencial de eludir estos problemas, mejorando de esta manera la eficacia de seguridad y / u operacional en el sitio de voladura. Evitando el uso de conexiones flsicas (por ejemplo alambres electricos, tubos de impacto, LEDC o cables opticos) entre detonadores y otros componentes en el sitio de voladura (por ejemplo maquinas de voladura) se reduce la posibilidad de configuration inapropiada de la disposicion de voladura. Los detonadores inalambricos y correspondientes sistemas de detonador inalambricos son tambien mas susceptibles de aplicacion con operaciones de minerla automatizada, con configuracion robotica de detonadores y explosivos asociados en el campo, puesto que los detonadores inalambricos no estan afectados por las complejidades de 'concordancia' a las llneas de arnes en el sitio de voladura.
Sin embargo, el desarrollo de sistemas de voladura inalambricos presenta tremendos desaflos tecnicos con respecto a la seguridad. Por ejemplo, en contraste directo a los detonadores electronicos tradicionales que se “alimentan” para recibir senales de comandos unicamente una vez que se unen a un alambre de arnes en el sitio de voladura, los detonadores inalambricos deben comprender cada uno su propia fuente de alimentation independiente o interna (una “fuente de alimentacion de operacion”) suficiente para alimentar medios para recibir, procesar y opcionalmente transmitir senales inalambricas en el sitio de voladura. La mera presencia de esta propia fuente de alimentacion de operacion presenta un riesgo intrlnseco de accionamiento inadvertido para los detonadores inalambricos. Por ejemplo, la aplicacion accidental o inapropiada de la alimentacion electrica de operacion a la circuiterla de encendido durante el transporte y almacenamiento podrla dar como resultado el accionamiento inintencionado del detonador. Ademas, puesto que los detonadores inalambricos estan 'continuamente' alimentados estan en riesgo de recibir o actuar sobre senales de comandos inapropiadas o falsas en el sitio de voladura, incluso en localizaciones anteriores a su colocation en el sitio de voladura. Por lo tanto, sigue habiendo una enorme necesidad en la tecnica para mejorar la seguridad de sistemas de voladura que emplean detonadores electronicos y en particular sistemas inalambricos.
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En el documento US-2009/0314176 se desvela un aparato y metodo para voladura que esta relacionado con la presente divulgacion. El aparato y metodo implican la activacion o desactivacion del aparato de voladura de acuerdo con parametros predeterminados.
Sumario de la invencion
Es un objeto de la presente invencion, al menos en realizaciones preferidas, proporcionar un conjunto de detonador inalambrico con seguridad mejorada.
Es otro objeto de la presente invencion, al menos en realizaciones preferidas, proporcionar un metodo para encender uno o mas detonadores electronicos en un sitio de voladura.
Ciertas realizaciones ejemplares proporcionan un conjunto de detonador inalambrico para su uso junto con una maquina de voladura que transmite al menos una senal de comando inalambrica al detonador inalambrico, comprendiendo el conjunto de detonador inalambrico:
un detonador que comprende un cartucho y una carga de base para accionamiento;
modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando para recibir y procesar la al menos una senal de comando inalambrica desde la maquina de voladura;
al menos un sensor de estado para detectar al menos una condicion del entorno en una proximidad inmediata del conjunto de detonador inalambrico; y
un modulo de activacion / desactivacion para hacer al conjunto de detonador inalambrico capaz de accionamiento en respuesta a una senal de comando para ENCENDER unicamente cuando el al menos un sensor de estado detecta que la al menos una condicion del entorno cae dentro de parametros predeterminados adecuados para la voladura, manteniendo de otra manera el conjunto de detonador inalambrico un modo seguro que no puede recibir y / o responder a una senal de comando para ENCENDER.
Realizaciones ejemplares adicionales proporcionan metodos para volar rocas pre-taladradas con perforaciones, comprendiendo los metodos las etapas de:
1) asignar a cada perforacion al menos un conjunto de detonador inalambrico como se describe en el presente documento;
2) usar opcionalmente un dispositivo portatil o registrador para comunicar con cada conjunto de detonador inalambrico asignado para leer y / o programar datos en cada detonador;
3) conectar cada detonador a una carga explosiva para formar un cebador;
4) empujar o bajar cada cebador en la perforacion;
5) cargar explosivo en cada perforacion;
6) opcionalmente contener cada perforacion;
7) transmitir senales de comandos inalambricas para controlar y ENCENDER cada detonador;
en el que en cualquier momento el metodo comprende ademas: detectar al menos una condicion del entorno en una proximidad inmediata de cada conjunto de detonador inalambrico, cada conjunto se vuelve incapaz de accionamiento en cualquier momento si la al menos una condicion del entorno esta o pasa a estar fuera de las condiciones predeterminadas para la voladura.
Realizaciones ejemplares adicionales proporcionan un cebador electronico inalambrico para su uso junto con una maquina de voladura, controlando dicha maquina de voladura dicho cebador electronico inalambrico mediante al menos una senal de comandos inalambrica, comprendiendo el cebador electronico inalambrico:
el conjunto de detonador inalambrico como se describe en el presente documento;
una carga explosiva en asociacion operativa con dicho detonador, de manera que el accionamiento de dicho circuito de carga base provoca el accionamiento de dicha carga explosiva;
dicho modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando en comunicacion de senal con dicho detonador de manera que tras la recepcion de una senal de comando para ENCENDER mediante dicho modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando se acciona dicha carga de base y por lo tanto dicha carga explosiva, proporcionando dicho al menos un sensor de estado condiciones del entorno de deteccion que caen dentro de parametros predeterminados adecuados para voladura.
DEFINICIONES:
Modulo de activacion / desactivacion: se refiere a cualquier parte de un conjunto de detonador inalambrico como se describe en el presente documento, que puede mediante cualquier medio activar y / o desactivar el conjunto de detonador inalambrico al menos en terminos de su capacidad para recibir y / o responder a una senal de comando inalambrica para ENCENDER. Un modulo de activacion / desactivacion opera junto con uno o mas sensores de
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estado del conjunto de detonador inalambrico para activar el conjunto (o para mantener el conjunto activo) para encendido del detonador si se detectan condiciones del entorno favorables o adecuadas en la proximidad inmediata del conjunto de detonador inalambrico, y / o para desactivar el conjunto (o para mantener el conjunto en un modo “seguro” inactivo) cuando se detectan condiciones del entorno desfavorables o inadecuadas en la proximidad inmediata del conjunto de detonador inalambrico. El modulo de activacion / desactivacion puede ser un dispositivo electronico individual, un circuito integrado o un conjunto de dispositivo o dispositivos electronicos y/o circuitos integrados.
Evento de voladura automatizado / automatico: abarca todos los metodos y sistemas de voladura que son susceptibles de establecimiento mediante medios remotos empleando, por ejemplo, sistemas roboticos en el sitio de voladura. De esta manera, los operadores de voladura pueden configurar un sistema de voladura, incluyendo una serie de detonadores y cargas explosivas, en el sitio de voladura desde una localizacion remota, y controlar los sistemas roboticos para configurar el sistema de voladura sin la necesidad de estar en las proximidades del sitio de voladura.
Carga de base: se refiere a cualquier porcion discreta de material explosivo en las proximidades de otros componentes del detonador y asociada con aquellos componentes de tal manera que permite accionar el material explosivo tras la recepcion de senales apropiadas desde los otros componentes. La carga de base puede retenerse en la envoltura principal de un detonador, o como alternativa puede localizarse cercana a la envoltura principal de un detonador. La carga de base puede usarse para suministrar alimentacion de salida a una carga de explosivos externa para iniciar la carga de explosivos externa, por ejemplo en un amplificador o cebador.
Maquina de voladura: se refiere a cualquier dispositivo que puede estar en comunicacion de senal con detonadores electronicos, por ejemplo para enviar senales ARMAR, DESARMAR y ENCENDER a los detonadores, y / o para programar los detonadores con tiempos de retardo y / o codigos de encendido. La maquina de voladura puede tambien ser capaz de recibir informacion tal como tiempos de retardo, codigos de encendido o datos con respecto a las condiciones del entorno en la proximidad inmediata de los detonadores, desde los detonadores directamente, o esto puede conseguirse mediante un dispositivo intermedio tal como un registrador para recopilar informacion de detonador y transferir la informacion a la maquina de voladura. “Amplificador” y “Cebador”: un amplificador se refiere a cualquier porcion de material explosivo que, cuando se asocia con un detonador forman un cebador de manera que se provoca que el material explosivo se accione o entre en ignicion tras la recepcion de energla desde el accionamiento de la carga de base. A su vez, si un cebador esta asociado con material explosivo adicional en forma de una carga explosiva por ejemplo en una perforacion, el accionamiento de la porcion de material explosivo del cebador puede provocar el accionamiento o ignicion de la carga explosiva para fragmentacion de roca que rodea la perforacion.
Estacion de comandos central: se refiere a cualquier dispositivo que transmite senales mediante transmision de radio o mediante conexion directa, a una o mas maquinas de voladura. Las senales transmitidas pueden codificarse o encriptarse. Tlpicamente, la estacion de voladura central permite comunicacion de radio con multiples maquinas de voladura desde una localizacion remota desde el sitio de voladura.
Carga / cargar: se refiere a un proceso para suministrar alimentacion electrica desde una fuente de alimentacion a un dispositivo de almacenamiento de carga, con el objeto de aumentar una cantidad de carga electrica almacenada mediante el dispositivo de almacenamiento de carga. Como se desea en realizaciones seleccionadas, la carga en el dispositivo de almacenamiento de carga puede sobrepasar un umbral suficientemente alto de manera que la descarga del dispositivo de almacenamiento de carga mediante un circuito de encendido provoca el accionamiento de una carga de base asociada con el circuito de encendido.
Dispositivo de almacenamiento de carga: se refiere a cualquier dispositivo que puede almacenar carga electrica. Un dispositivo de este tipo puede incluir, por ejemplo, un condensador, diodo, baterla recargable o baterla activable. Al menos en realizaciones preferidas, la diferencia de potencial de energla electrica usada para cargar el dispositivo de almacenamiento de carga es menor o significativamente menor que la diferencia de potencial de la energla electrica tras la descarga del dispositivo de almacenamiento de carga en un circuito de encendido. De esta manera, el dispositivo de almacenamiento de carga puede actuar como un multiplicador de tension, en el que el dispositivo posibilita la generacion de una tension que supera una tension umbral predeterminada para provocar el accionamiento de una carga de base conectada al circuito de encendido.
Reloj: abarca cualquier reloj adecuado para su uso junto con un detonador inalambrico de la invencion, por ejemplo para la cuenta atras de una ventana de despliegue, una ventana temporal para una voladura o un tiempo de retardo. En realizaciones particularmente preferidas, el termino reloj se refiere a un reloj de cristal, que comprende por ejemplo un cristal de cuarzo oscilador del tipo que es bien conocido, por ejemplo, en relojes de cuarzo convencionales y dispositivos de temporizacion. Los relojes de cristal pueden proporcionar temporizacion particularmente precisa de acuerdo con aspectos preferidos de la invencion. Para las aplicaciones de voladura mas sofisticadas, el dispositivo de detonador inalambrico incluso puede abarcar un reloj atomico a escala de chip (como se desvela por ejemplo en
http://spectrum.ieee.org/semiconductors/devices/chipscale-atomic-clock/, incorporado en el presente documento por referencia).
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Ventana de despliegue: se refiere a cualquier periodo de tiempo que puede programarse en un detonador electronico inalambrico como se describe en el presente documento, en el cual los sensores de estado estan inoperativos, o al menos el conjunto de detonador inalambrico no responde a tales sensores de estado. Por ejemplo, la ventana de despliegue puede permitir que se transporte o despliegue un conjunto de detonador inalambrico en un sitio de voladura sin las complicaciones de monitorizacion del entorno.
Energla electromagnetica: abarca energla de todas las longitudes de onda encontradas en el espectro electromagnetico. Esto incluye longitudes de onda de la division de espectro electromagnetico de rayos g, rayos X, ultravioleta, visible, infrarrojo, microondas y ondas de radio incluyendo UHF, VHF, onda corta, onda media, onda larga, VLF y ULF. Las realizaciones preferidas usan longitudes de onda encontradas en la division del espectro electromagnetico de radio, visible o de microondas.
Condicion del entorno: se refiere a cualquier parametro, condition o estado medible del medio o materiales en una proximidad general o inmediata de un conjunto de detonador inalambrico como se describe en el presente documento. Tales parametros, condiciones o estados pueden incluir uno o mas de la siguiente lista no limitante: luz visible, otra radiation electromagnetica, temperatura, humedad, contenido de humedad, densidad de material circundante, presion, vibration, aceleracion, movimiento, etc., como se detecta mediante uno o mas sensores de estado de un conjunto de detonador inalambrico. Para hacer a un conjunto de detonador inalambrico “activo” para recibir y procesar una senal de comando para ENCENDER su detonador asociado o componente, la condicion o condiciones del entorno detectadas deben satisfacer parametros predeterminados que son apropiados o aprobados previamente para la voladura. Tales parametros segun se miden mediante los sensores de estado pueden requerir una lectura cero o cercana a cero mediante los sensores de estado (por ejemplo una ausencia o ausencia casi completa de vibracion, aceleracion o movimiento), o puede requerirse que este en o muy cerca de un valor especlfico (por ejemplo un contenido de humedad preciso) o puede requerirse que supere o no supere un valor umbral predeterminado (por ejemplo un nivel bajo de luz adecuado en un momento dado, o segun se recibe durante un periodo de tiempo dado). En realizaciones adicionales las condiciones del entorno detectadas deben caer en un intervalo de parametros aprobado o predeterminado para la voladura (por ejemplo condiciones de densidad indicativas de que el conjunto de detonador inalambrico esta rodeado apropiadamente por material explosivo y / o material contenedor). Por lo tanto, tales condiciones del entorno predeterminadas pueden limitarse dentro de o en parametros estrictos, o pertenecer a un intervalo de parametros segun se consideran apropiadas para la voladura, y opcionalmente tener en cuenta condiciones del sitio de voladura. Ademas, tales condiciones del entorno pueden detectarse a la vez, en varias ocasiones, o continuamente durante un periodo especlfico, antes de que se realice una evaluation con respecto a si estas condiciones cumplen los requisitos de parametros especlficos requeridos para una voladura particular.
Dispositivo portatil o dispositivo de registro: incluye cualquier dispositivo adecuado para registrar information con respecto a un detonador en el sitio de voladura. Preferentemente, el dispositivo de registro puede registrar tambien informacion adicional tal como, por ejemplo, codigos de identification para cada detonador, informacion con respecto al entorno del detonador, la naturaleza de la carga explosiva junto con el detonador, etc. En realizaciones seleccionadas, un dispositivo de registro puede formar una parte integral de una maquina de voladura, o como alternativa puede pertenecer a un dispositivo distinto tal como por ejemplo, una unidad programable portatil que comprende medios de memoria para almacenar datos relacionados con cada detonador tales como datos que corresponden a las condiciones del entorno, y preferentemente medios para transferir estos datos a una estacion de comandos central o una o mas maquinas de voladura. Una funcion del dispositivo de registro puede ser leer la ID de detonador/conjunto de modo que el detonador puede “encontrarse” mediante una maquina de voladura asociada, y tener comandos tales como comandos de ENCENDER dirigidos para ello segun sea apropiado.
Proximidad inmediata: se refiere a un area o volumen alrededor de un conjunto de detonador inalambrico, que comprende roca, agua, aire y otros materiales que constituyen el entorno alrededor o que rodea al detonador inalambrico. Por ejemplo, la proximidad inmediata puede incluir todos los materiales dentro de 1 cm, 10 cm, 1 m, 5 m o 20 m o mas de las superficies externas del conjunto de detonador inalambrico y sus componentes, o puede incluir, en otras realizaciones, unicamente los materiales que entran en contacto con las superficies externas o internas del conjunto de detonador inalambrico. Fuente de alimentation micro-nuclear: se refiere a cualquier fuente de alimentation adecuada para alimentar la circuiterla de operation, circuiterla de comunicaciones o circuiterla de encendido de un detonador o conjunto de detonador inalambrico de acuerdo con la presente invention. La naturaleza del material nuclear en el dispositivo es variable y puede incluir, por ejemplo, una baterla basada en tritio.
Fuente de alimentacion pasiva: incluye cualquier fuente electrica de alimentacion que no proporciona alimentacion en una base continua, sino en su lugar proporciona alimentacion cuando se induce a hacerlo mediante estlmulo externo. Tales fuentes de alimentacion incluyen, pero sin limitation, un diodo, un condensador, una baterla recargable o una baterla activable. Preferentemente, una fuente de alimentacion pasiva es una fuente de alimentacion que puede cargarse y descargarse con facilidad de acuerdo con energla recibida y otras senales. Mas preferentemente la fuente de alimentacion pasiva es un condensador.
Fuente de alimentacion: se refiere a cualquier fuente de alimentacion que puede proporcionar un suministro continuo, constante, intermitente o selectivo de energla electrica. Esta definition abarca dispositivos que dirigen
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corriente tal como una baterla o un dispositivo que proporciona una corriente continua o alterna. Tlpicamente, una fuente de alimentacion proporciona alimentacion a unos medios de recepcion y / o de procesamiento de senales, para permitir la recepcion e interpretacion fiable de senales de comandos deducidas desde una maquina de voladura.
Preferentemente: identifica caracterlsticas preferidas de la invencion. A menos que se especifique de otra manera, el termino preferentemente se refiere a caracterlsticas preferidas de las realizaciones mas amplias de la invencion, como se define por ejemplo mediante las reivindicaciones independientes, y otras realizaciones desveladas en el presente documento.
Sensor de estado: se refiere a cualquier componente o dispositivo que pueda tomar mediciones o llevar a cabo el analisis de una condicion o parametro del entorno, por ejemplo, seleccionado desde pero sin limitacion: luz visible, otra radiacion electromagnetica, temperatura, humedad, contenido de humedad, presion, densidad de material circundante, vibracion de material circundante, aceleracion del sensor en respuesta al movimiento, movimiento, etc. Por ejemplo, un sensor de estado para temperatura incluirla un termometro, preferentemente con algunos medios para obtener datos de temperatura, y para transferir tales datos a otro componente o dispositivo. Un ejemplo de un sensor de estado de vibracion incluirla un acelerometro, un sensor de vibracion o un nivel. Un ejemplo de un sensor de densidad puede incluir un dispositivo para emitir y / o recibir energla acustica para evaluar una densidad de un medio circundante o adyacente al sensor (por ejemplo para evaluar si el medio comprende roca, grava, tierra, agua, aire, etc.).
Caja superior: se refiere a cualquier dispositivo que forma parte de un conjunto de detonador inalambrico que esta adaptado para localizacion en o cerca de la superficie del suelo cuando el conjunto de detonador inalambrico esta en uso en un sitio de voladura en asociacion con una perforation y carga explosiva localizada en la misma. Las cajas superiores estan tlpicamente localizadas por encima del suelo o al menos en una position dentro, en o cerca de la perforacion que es mas adecuada para recepcion y / o transmision de senales inalambricas, y para retransmitir estas senales al detonador hasta la perforacion. En realizaciones preferidas, cada caja superior comprende uno o mas componentes seleccionados del detonador inalambrico de la presente invencion. Transceptor: se refiere a cualquier dispositivo que puede recibir y / o transmitir senales inalambricas. Aunque el termino “transceptor” abarca tradicionalmente un dispositivo que puede tanto transmitir como recibir senales, un transceptor cuando se usa de acuerdo con la presente invencion incluye un dispositivo que puede funcionar solamente como un receptor de senales inalambricas, y no transmite senales inalambricas o que transmite unicamente senales inalambricas limitadas. Por ejemplo, bajo circunstancias especlficas el transceptor puede localizarse en una posicion donde puede recibir senales desde una fuente, pero no puede transmitir senales de vuelta a la fuente o a otra parte. En realizaciones muy especlficas, cuando el transceptor forma parte de un amplificador o cebador localizado bajo tierra, el transceptor puede ser capaz de recibir senales a traves de la roca desde una fuente inalambrica localizada por encima de una superficie del suelo, pero puede no ser capaz de transmitir senales de vuelta a traves de la roca a la superficie. En estas circunstancias, el transceptor opcionalmente puede tener la funcion de transmision de senal desactivada o ausente. En otras realizaciones, el transceptor puede transmitir senales unicamente a un registrador mediante conexion electrica directa, o como alternativa mediante senales inalambricas de corto alcance.
Cableado: cualquier conexion flsica entre cualquier componente de un conjunto de detonador inalambrico como se describe en el presente documento, o entre cualquier componente o elementos de un aparato de voladura, puede ser mediante una conexion cableada seleccionada desde, pero sin limitacion, cables de alambre electrico o de fibra optica, etc.
Inalambrico: se refiere a que no hay alambres flsicos, cables o llneas (tales como alambres electricos, tubos de impacto, LEDC o cables opticos) que conectan el conjunto de detonador inalambrico de la invencion o componentes del mismo entre si o a unos componentes asociados de un aparato de voladura tal como una maquina de voladura o una fuente de alimentacion. Las senales inalambricas pueden tomar cualquier forma que no implique alambres flsicos, cables o llneas incluyendo, pero sin limitacion, aquellos que comprenden energla electromagnetica (incluyendo pero sin limitacion senales de radio o cualquier frecuencia), energla acustica o mediante magneto- inductancia incluyendo senales extraldas desde un campo magnetico oscilante.
Amplificador inalambrico: en general la expresion “amplificador inalambrico” o “amplificador electronico inalambrico” o “WEB”, o “amplificador electronico” o “cebador inalambrico” abarca un dispositivo que comprende una carga explosiva para accionarse mediante el accionamiento de un detonador asociado. El amplificador puede asociarse con o comprender un detonador, mas preferentemente un detonador electronico (comprendiendo tlpicamente al menos un cartucho de detonador y una carga de base) o un conjunto de detonador inalambrico como se describe en el presente documento, as! como medios para provocar el accionamiento de la carga de base tras la recepcion mediante dicho cebador de una senal para ENCENDER desde al menos una maquina de voladura asociada, para formar de esta manera un cebador. Por ejemplo, tales medios para provocar el accionamiento pueden incluir un transceptor o medios de recepcion de senal, medios de procesamiento de senal y circuiterla de encendido para activarse en el caso de una recepcion de una senal de ENCENDIDO. Componentes preferidos del amplificador (o cebador) inalambrico pueden incluir ademas medios para transmitir information con respecto al conjunto de detonador inalambrico a otros conjuntos o a una maquina de voladura, o medios para retransmitir senales
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inalambricas a otros componentes del aparato de voladura. Tales medios para transmitir o retransmitir pueden formar parte de la funcion del transceptor. Cualquier conjunto de detonador inalambrico como se describe en el presente documento puede formar parte de un amplificador electronico inalambrico o cebador correspondiente como se describe en el presente documento. Ejemplos adicionales de amplificadores electronicos inalambricos se describen en la publicacion de patente internacional WO2007/124539 publicada el 8 de noviembre de 2007, que se incorpora en el presente documento por referencia.
Senales de comandos inalambricas: pueden comprender cualquier forma o formas de energla, en el que “formas” de energla puede tomar cualquier forma apropiada para comunicacion inalambrica de los detonadores. Por ejemplo, tales formas de energla pueden incluir, pero sin limitacion, energla electromagnetica incluyendo luz, infrarrojo, ondas de radio (incluyendo ULF) y microondas, o como alternativa pueden tomar alguna otra forma tal como induccion electromagnetica o energla acustica. Ademas, “formas” de energla pueden pertenecer al mismo tipo de energla (por ejemplo luz, infrarroja, ondas de radio, microondas, etc.) pero pueden implicar diferentes longitudes de onda o frecuencias de la energla.
Conjunto de detonador inalambrico: se refiere a un detonador (que comprende tlpicamente al menos un cartucho y una carga de base) junto con componentes asociados para recepcion y / o procesamiento de senales inalambricas y medios para accionar la carga de base o el detonador tras la recepcion de una senal de comando para ENCENDER. De acuerdo con los conjuntos de detonador inalambricos descritos en el presente documento, los conjuntos pueden incluir componentes adicionales adecuados para detectar una o mas condiciones del entorno en la proximidad inmediata del conjunto, y medios para activar y / o desactivar la funcionalidad del conjunto, y por lo tanto la capacidad de accionamiento del detonador, que depende de estas condiciones del entorno. Los componentes distintos al detonador pueden localizarse en contacto flsico o cableado con el detonador, o pueden estar separados del detonador con un enlace de comunicacion cableado o inalambrico entre estos componentes y el detonador. Los otros componentes pueden estar asociados Intimamente con el detonador en el conjunto, o estar localizados en un alojamiento, contenedor o caja superior separados, que puede conectarse a o estar remotos del detonador, pero en la misma proximidad general (por ejemplo dentro de 100 m) del detonador.
Breve descripcion de los dibujos
Las realizaciones se describiran ahora, a modo de ejemplo unicamente, en las que:
La Figura 1:
La Figura 2:
La Figura 3: La Figura 4:
La Figura 5:
es una vista en perspectiva de un conjunto de detonacion inalambrico de acuerdo con una primera realizacion;
es una vista en perspectiva de un cebador electronico inalambrico de acuerdo con una segunda realizacion;
es una vista transversal del cebador electronico inalambrico de la Figura 2;
es una vista en seccion transversal en alzado lateral del cebador electronico inalambrico de la Figura 2; y
es un diagrama de flujo que ilustra un metodo para volar roca pre-taladrada con perforaciones de acuerdo con un tercera realizacion.
Descripcion detallada de la invencion
Los sistemas de voladura inalambricos ayudan a eludir la necesidad de sistemas de cableado complejos en el sitio de voladura, y riesgos asociados de colocacion y conexion inapropiadas de los componentes del sistema de voladura. Sin embargo, el despliegue de sistemas de comunicaciones inalambricas para operaciones de voladura ha presentado nuevos desaflos significativos para la industria, incluyendo nuevos problemas de seguridad.
La Figura 1 muestra un conjunto de detonador inalambrico 10 de acuerdo con una primera realizacion. El conjunto de detonador inalambrico 10 tiene un alojamiento 11 que contiene diversos componentes electronicos (no visibles, pero se analizan en mas detalle a continuation). Extendiendose desde un extremo del conjunto esta el detonador 12 que tiene un extremo de entrada de llnea de senal (no visible) y un extremo de accionamiento 13 que contiene una carga de base (tambien no visible). Tambien mostrado en la Figura 1, el conjunto de detonador inalambrico 10 incluye sensores de estado 15 integrados en el alojamiento 11 de manera que pueden detectar al menos una condition del entorno fuera del conjunto de detonador inalambrico, y transmitir information con respecto a la condition del entorno detectada para procesar mediante componentes electronicos (no mostrados) localizados en el alojamiento.
En esta realizacion particular, los sensores de estado 15 estan en forma de detectores de luz, tales como fotocelulas. Por consiguiente, el conjunto de detonador inalambrico 10 de la Figura 1 es particularmente adecuado para su uso en aplicaciones de minerla por encima del suelo. El fallo de los sensores de estado 15 para detectar la luz es representativo de que el conjunto 10 esta localizado en un orificio de voladura. A la inversa, si uno o mas de los sensores de estado detectan luz es representativo de que el conjunto 10 esta fuera de un orificio de voladura.
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Las Figuras 2 a 4 muestran un cebador electronico inalambrico 20 que incluye el conjunto de detonador inalambrico 10 de la Figura 1, junto con una carga amplificadora 21. La carga amplificadora 21 comprende un cartucho 22 para contener material explosivo 31. El encendido de la carga de base del detonador 12 provoca que el material explosivo 31 de la carga amplificadora 21 explote.
Como se muestra en las Figuras 3 y 4, el extremo de accionamiento 13 del detonador 12 esta insertado en y se recibe en un rebaje alargado que se extiende en el material explosivo en la carga amplificadora 21. Como se muestra particularmente en la Figura 3, el detonador 12 incluye una carga de base 30, que esta localizada en el extremo de accionamiento 13. Cuando el conjunto 10 y la carga amplificadora 21 se ensamblan para formar el cebador 20, el detonador 12 se extiende profundamente en la carga amplificadora 21, y especlficamente en el rebaje de la carga amplificadora 31. En esta posicion, el extremo de accionamiento 13 del detonador 12, y especlficamente la carga de base 30, estan dispuestos centralmente en la carga amplificadora 21 y rodeado por material explosivo 31 que forma la carga explosiva principal del cebador 20.
Las Figuras 3 y 4 muestran, en forma esquematica, un circuito electronico 32 del conjunto de detonador inalambrico 10, que incluye un modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando 40, una fuente de alimentacion (que en esta realizacion es en la forma de la baterla 41), y el modulo de activacion / desactivacion 42. La baterla 41 proporciona alimentacion a los otros componentes/modulos del circuito electronico 32. El circuito electronico 32 incluye tambien sensores de estados 15.
En esta realizacion, el modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando 40 facilita la comunicacion entre el conjunto de detonador 10 y una maquina de voladura. Para este fin, el modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando 40 puede recibir y procesar senales de comandos por ejemplo mediante comunicacion de senal de RF.
El modulo de activacion / desactivacion 42 opera con los sensores de estado 15 para determinar si el conjunto 10 deberla estar en un modo activo o seguro. En esta realizacion particular, cuando esta en el modo activo, el modulo 42 permite al detonador 12 responder a una senal de comando para ENCENDER (que se emite desde la maquina de voladura) accionando e iniciando la carga de base 30 del cebador 20. Cuando esta en un modo seguro, el modulo 42 impide al detonador 12 responder a una senal de comando para ENCENDER, y se evita la iniciacion de la carga de base 30. En otras palabras, el modulo de activacion / desactivacion 42 hace al conjunto de detonador inalambrico 10 capaz de accionamiento, y de provocar la detonacion de la carga amplificadora 30, en respuesta a una senal de comando para ENCENDER unicamente cuando los sensores de estado 15 detectan que la condicion del entorno cae dentro de parametros predeterminados adecuados para voladura. Cuando la condicion del entorno cae fuera de parametros predeterminados adecuados para voladura, el conjunto de detonador inalambrico mantiene de otra manera un modo seguro que no puede recibir y / o responder a una senal de comando para ENCENDER.
De manera similar, en ciertos casos, el fallo del sensor de estado para detectar una condicion del entorno apropiada puede ser indicativo de colocacion incorrecta o inapropiada del conjunto 10. A la inversa, en ciertos casos, la deteccion de una condicion del entorno puede ser indicativa de colocacion incorrecta o inapropiada del conjunto 10. Por ejemplo, en una realizacion en que los sensores de estado son sensores de luz, la deteccion de cualquier luz es indicativa de que el conjunto esta localizado fuera de una perforation.
En la realizacion ilustrada en las Figuras 2 a 4, el modulo de activacion / desactivacion 42 toma la forma de un conmutador en el circuito de encendido 43, de manera que cuando los sensores de estado 15 detectan condiciones del entorno adecuadas para una voladura, el conjunto 10 adopta o mantiene un estado activo y el interruptor se cierra para conectar el circuito de encendido 43 a la carga de base 30 lista para accionar la carga de base (tras la recepcion mediante el modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando 40 de una senal de comando para ENCENDER). Sin embargo, cuando los sensores de estado 15 detectan condiciones del entorno inadecuadas para voladura, el conjunto adopta o mantiene un estado seguro y el conmutador esta abierto de modo que la carga de base 30 no puede recibir ninguna senal para accionamiento de la misma, incluso si el modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando 40 recibe y procesa una senal de comando para ENCENDER.
Por lo tanto, el conjunto de detonador inalambrico 10 adopta o mantiene un estado seguro inadecuado para recibir y / o responder a una senal de comando para ENCENDER. Esto tiene la ventaja de minimizar el riesgo de accionamiento inadvertido o accidental. Esto aumenta la seguridad del conjunto de detonador inalambrico 10.
En al menos algunas realizaciones alternativas, el modulo de activacion / desactivacion puede tomar la forma de un conmutador en el modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando, de manera que cuando el sensor o sensores de estado detectan condiciones del entorno adecuadas para una voladura, el conjunto adopta o mantiene un estado activo y el conmutador se cierra para activar parte o todo el modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando y el conjunto puede recibir y responder a una senal de comando para ENCENDER. En una realizacion de este tipo, cuando el sensor o sensores de estado detectan condiciones del entorno inadecuadas para voladura, el conjunto adopta o mantiene un estado seguro y el conmutador esta abierto de modo que parte o todo el modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando no recibe, procesa y/o responde a una senal de comando para ENCENdEr.
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En las realizaciones de la Figuras 1 a 4 el circuito electronico esta contenido enteramente en o fijado a un unico alojamiento. Sin embargo, en algunas realizaciones alternativas, componentes / modulos electricos seleccionados se mantienen en una caja superior por encima del suelo que esta cableada a un detonador por debajo del suelo. Por ejemplo, pueden emplearse alambres mas largos para conectar partes del circuito electronico. Ademas, cualquiera de las conexiones cableadas puede reemplazarse mediante conexiones inalambricas, incluyendo pero sin limitacion, fibra optica, RF, IR, Bluetooth u otras conexiones inalambricas de manera que los componentes de un conjunto de detonador inalambrico, as! como otros componentes asociados y / o dispositivos, pueden estar flsicamente separados entre si, pero, a pesar de ello, operan como parte del mismo dispositivo o conjunto.
La Figura 5 ilustra un metodo para voladura de roca pre-taladrada con una o mas perforaciones. El metodo incluye las etapas de:
en la etapa 101 asignar a cada perforacion al menos un conjunto de detonador inalambrico como se describe en el presente documento;
en la etapa 102 usar opcionalmente un dispositivo portatil o registrador para comunicar con cada conjunto asignado
para leer datos desde y / o para programar datos en cada detonador;
en la etapa 103 conectar cada conjunto a un material explosivo para formar un cebador;
en la etapa 104 colocar cada cebador en la perforacion;
en la etapa 105 cargar explosivo en cada perforacion;
en la etapa 106 contener opcionalmente cada perforacion;
en la etapa 107 transmitir senales de comandos inalambricas para controlar y ENCENDER cada conjunto.
El metodo incluye tambien, en la etapa 108, detectar al menos una condicion del entorno en una proximidad inmediata de cada conjunto de detonador inalambrico, volviendo cada conjunto incapaz de accionamiento si la al menos una condicion del entorno detectada es o se hace desfavorable o cae fuera de condiciones predeterminadas para voladura. En la Figura 5, la etapa 108 tiene lugar despues de la etapa 107. Sin embargo, en algunas realizaciones alternativas, la etapa 108 puede tener lugar antes de, despues, o concurrentemente con cualquiera de las etapas 101 a 107.
En la etapa 107, las senales de comandos pueden comprender cualquier forma de senales inalambricas como se describe en el presente documento, pero en realizaciones seleccionadas pueden ser senales de RF o magneto- inductivas.
Opcionalmente, la deteccion de la al menos una condicion del entorno puede ser especlfica a las condiciones del entorno que se espera que se asocien normalmente con un sitio de voladura, o especlficas a un sitio de voladura particular, de manera que el fallo al satisfacer los parametros predeterminados con respecto a la al menos una condicion del entorno es indicativo de la ausencia del conjunto de detonador inalambrico del sitio de voladura o colocacion inapropiada del conjunto de detonador inalambrico en el sitio de voladura. Como alternativa, la deteccion de la condicion o condiciones del entorno pueden ser especlficas a condiciones del entorno normalmente esperadas en una perforacion, de manera que el fallo al satisfacer los parametros predeterminados con respecto a la condicion o condiciones del entorno para un conjunto de detonador inalambrico particular es indicativo de que el detonador inalambrico no esta situado apropiadamente en una perforacion.
En cualquiera de los metodos desvelados en el presente documento, cada conjunto de detonador inalambrico puede comprender ademas de manera opcional una caja superior remota del cartucho de detonador y componentes asociados, situada en o por encima del nivel del suelo, en el que la deteccion de las condiciones del entorno tiene lugar en o por encima del nivel del suelo en cada perforacion. Como alternativa, cada conjunto de detonador inalambrico puede incluir un contenedor o alojamiento para contener o alojar al menos componentes distintos al detonador del conjunto.
En cualquiera de los metodos desvelados en el presente documento, la deteccion puede detectar al menos una condicion del entorno seleccionada de, pero sin limitacion: temperatura, luz, vibracion, humedad, densidad. En cualquiera de los metodos desvelados en el presente documento, opcionalmente al menos la etapa 101 y opcionalmente etapas adicionales, pueden realizarse en una 'ventana de despliegue', en la que la deteccion no tiene lugar, o cada conjunto de detonador inalambrico no responde a tal deteccion, despues de que tiene lugar la deteccion, y cada detonador inalambrico responde a la condicion del entorno detectada.
El metodo puede incluir una etapa adicional de cuenta a atras de una ventana temporal en la que cada conjunto de detonador inalambrico detecta su condicion o condiciones del entorno por medio de sus sensores de estado, y fuera de la que cada conjunto de detonador inalambrico esta inactivo no detectando su condicion o condiciones del entorno. De esta manera, cada conjunto de detonador inalambrico unicamente puede recibir y / o procesar una senal de comando para ENCENDER si se cumplen ambas de las siguientes condiciones: la senal de comando para ENCENDER se envla a y se recibe mediante cada conjunto de detonador inalambrico en una ventana temporal especlfica, y cada conjunto de detonador inalambrico 'detecta' condiciones del entorno en su proximidad inmediata y son adecuadas para voladura.
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En realizaciones seleccionadas de los metodos desvelados en el presente documento, los metodos pueden comprender ademas una etapa opcional de: transmitir desde cada conjunto de detonador inalambrico a una maquina de voladura asociada, dispositivo portatil o registrador, datos que corresponden a la condicion o condiciones del entorno en la proximidad inmediata de cada conjunto de detonador inalambrico en el sitio de voladura. De esta manera, una maquina de voladura, dispositivo portatil o registrador puede recopilar, y opcionalmente registrar o procesar informacion con respecto a condiciones del entorno en el sitio de voladura, y su capacidad de adecuacion para voladura, segun se detecta mediante los conjuntos de detonador inalambricos. Esta coleccion de datos en si misma presenta ventajas de seguridad significativas, mediante los conjuntos de detonador inalambrico desvelados en el presente documento.
Para mayor certeza y claridad, cualquiera de los conjuntos y metodos de detonador inalambricos para voladura descritos en el presente documento puede implicar un unico evento de deteccion para condiciones del entorno en la proximidad inmediata de cada conjunto de detonador inalambrico (por ejemplo en un tiempo predeterminado despues la colocacion del detonador o bajo demanda desde la maquina de voladura), o deteccion infrecuente (por ejemplo cuando se solicita desde una maquina de voladura asociada), o deteccion periodica o continua de condiciones del entorno para cada detonador inalambrico. Las realizaciones desveladas en el presente documento no estan limitadas en este sentido.
A traves de investigacion cuidadosa, los inventores han determinado que ciertos detonadores inalambricos y sistemas de voladura de la tecnica anterior son problematicos con respecto a accionamiento inadvertido o accidental de los detonadores. La comunicacion inalambrica rapida y precisa entre una maquina de voladura y detonadores inalambricos asociados presenta un desaflo diflcil, independientemente de la naturaleza de los sistemas de comunicacion inalambricos. Una de las senales mas importantes que debe procesarse apropiadamente y de manera precisa mediante un detonador inalambrico es la senal de ENCENDER. El fallo de los sistemas de comunicacion para encender detonadores bajo comandos, o accionamiento de detonador inapropiado en cualquier otro momento, puede dar como resultado un riesgo significativo de lesiones graves o muerte para cualquiera que maneje o este en proximidad cercana a los detonadores. La prevention de accionamiento de detonador inadvertido o accidental es de importancia primordial para operaciones de voladura.
Se desvelan en el presente documento conjuntos de detonadores inalambricos, y metodos para voladura que implican los conjuntos de detonadores inalambricos. Los conjuntos de detonador inalambricos utilizan una combination novedosa de componentes que, conjuntamente, proporcionan un medio para evitar o al menos evitar sustancialmente el accionamiento inadvertido del detonador especialmente cuando los detonadores no se situan apropiadamente segun se requiera para voladura en el sitio de voladura. En ciertas realizaciones particulares, los conjuntos de detonador inalambricos comprenden uno o mas sensores de estado para muestreo o deteccion unica, continua o intermitente de la condicion o condiciones del entorno en la proximidad inmediata de cada conjunto de detonador inalambrico. De esta manera, los conjuntos de detonador inalambricos se vuelven capaces de encenderse unicamente si la condicion o condiciones del entorno caen dentro de parametros predeterminados. De otra manera, al menos en realizaciones seleccionadas, los conjuntos de detonador inalambricos pueden conmutar en o permanecer en un “modo seguro”, en el que los conjuntos de detonador inalambricos no pueden recibir, o no puede accionar tras, una senal de comando inalambrica para ENCENDER.
Los conjuntos de detonador inalambricos de la invention comprenden generalmente un detonador o detonador electronico que puede usarse tlpicamente en el sitio de voladura junto con una maquina de voladura. La maquina de voladura puede transmitir al menos una senal de comando inalambrica a cada conjunto de detonador inalambrico tal como, pero sin limitation, senales de comandos para ARMAR, DESARMAR o ENCENDER. En realizaciones seleccionadas el conjunto de detonador inalambrico comprende:
un detonador que comprende un cartucho y una carga de base para accionamiento;
modulo de reception y procesamiento de senal de comando para recibir y procesar al menos una senal de comando inalambrica desde una maquina de voladura;
al menos un sensor de estado para detectar al menos una condicion del entorno en una proximidad inmediata del conjunto de detonador inalambrico;
un modulo de activation / desactivacion para hacer al conjunto de detonador inalambrico capaz de accionamiento en respuesta a una senal de comando para ENCENDER unicamente cuando el al menos un sensor de estado detecta que la al menos una condicion del entorno cae dentro de parametros predeterminados adecuados para voladura, manteniendo de otra manera el conjunto de detonador inalambrico un modo seguro que no puede recibir y / o responder a una senal de comando para ENCENDER; y
al menos una fuente de alimentation para alimentar el modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando, el al menos un sensor de estado, y el modulo de activacion / desactivacion.
El cartucho de detonador puede tomar cualquier forma incluyendo aquellas que son familiares en la tecnica, junto con una carga de base tlpicamente pero no necesariamente localizada hacia un extremo del cartucho de detonador. Los medios de recepcion y procesamiento de senal de comando pueden tomar cualquier forma adecuada para este fin, para recibir cualquier forma de senales inalambricas incluyendo, pero sin limitacion, senales electromagneticas (por ejemplo ondas de radio que incluyen ondas de radio de baja frecuencia y de ultra baja frecuencia, luz), senales
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acusticas, etc. Por ejemplo, para senales de comando que usan radiacion electromagnetica en el rango de frecuencia de radio, un modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando puede comprender un receptor de RF, y componentes electronicos asociados para posibilitar el procesamiento o interpretation de las senales de RF recibidas para que se accionen mediante el conjunto de detonador inalambrico. Para senales de radio transmitidas a conjuntos de detonador inalambricos situados bajo tierra, pueden preferirse ondas de radio de baja frecuencia o ultra baja frecuencia, con el modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando adaptado en consecuencia.
El al menos un sensor de estado forma una caracterlstica util integral del conjunto de detonador inalambrico, pero cada sensor de estado puede localizarse en cualquier position con relation al cartucho de detonador: por ejemplo dentro o fuera del cartucho de detonador, opcionalmente dentro o parte de un contenedor o alojamiento separado o conectado al detonador, o como un componente de una caja superior pretendido para situar en o por encima del nivel del suelo en el sitio de voladura, en comunicacion de corto alcance cableada o inalambrica con otros componentes del conjunto de detonador inalambrico localizados debajo de una perforation en la roca. En realizaciones adicionales, en las que un detonador como se describe en el presente documento forma parte de un amplificador electronico inalambrico o cebador correspondiente, cada sensor o sensores de estado incluso pueden localizarse en o cerca de un alojamiento o envoltura del amplificador o cebador electronico inalambrico. Por ejemplo, si el sensor de estado es una fotocelula para detectar luz, el sensor de estado puede localizarse en o extenderse a traves de una superficie del alojamiento o la envoltura del amplificador electronico inalambrico, de manera que la detection de la luz mediante la fotocelula desactiva o mantiene inactivo un detonador localizado en o sustancialmente en el alojamiento o envoltura.
Cada sensor de estado puede ser de un tipo que detecta cualquier condition del entorno tal como pero sin limitation la siguiente lista no exhaustiva de parametros en la proximidad inmediata del detonador inalambrico: temperatura, niveles de luz, vibration, aceleracion, humedad, densidad de material circundante, presion de material circundante, movimiento. Cada conjunto de detonador inalambrico opcionalmente puede incluir mas de uno o de hecho varios tipos diferentes de sensor de estado de modo que el conjunto detecta mas de una condicion del entorno, en el que el conjunto de detonador inalambrico puede estar unicamente activo para recibir o responder a una senal de comando para ENCENDER si todos los sensores de estado detectan que la respectiva condicion del entorno esta dentro de parametros predeterminados para que sean adecuados para voladura.
Por ejemplo, un conjunto de detonador inalambrico puede comprender sensores de estado que incluyen una combination de un sensor de luz y un acelerometro. Durante el transporte y / o colocation de los conjuntos de detonador inalambricos, el sensor de luz se expondra (al menos periodicamente) a la luz, y un acelerometro detectara (al menos periodicamente) aceleraciones provocadas por las vibraciones y otros movimientos. Por lo tanto, cualquier deteccion de luz, movimiento o vibracion mediante los sensores de estado puede dar como resultado la desactivacion (o mantenimiento) de un “modo seguro” para el conjunto de detonador inalambrico, mediante el modulo de activation / desactivacion.
Unicamente cuando el sensor de luz no detecta luz (o un nivel de luz razonablemente bajo), y el sensor de vibracion no detecta vibracion (o un nivel razonablemente bajo de vibracion) (opcionalmente durante un periodo de tiempo mlnimo predeterminado), caerlan estas condiciones del entorno dentro de los parametros de condiciones del entorno predeterminadas para que sean adecuadas para voladura, puesto que tales condiciones corresponderlan a condiciones del entorno esperadas tras la colocacion del conjunto de detonador inalambrico debajo de una perforacion en asociacion con un amplificador y material explosivo, de acuerdo con la configuration apropiada para una voladura.
Los conjuntos de detonadores inalambricos incluyen cada uno tambien al menos una fuente de alimentation para alimentar los componentes de cada conjunto de detonador inalambrico, incluyendo pero sin limitacion el modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando y el al menos un sensor de estado. Una fuente de alimentacion de este tipo puede comprender simplemente una baterla o dispositivo cargable tal como un condensador. Como alternativa la fuente de alimentacion puede ser una fuente de alimentacion micronuclear, o cualquier otro medio para suministrar energla electrica. En realizaciones adicionales, un detonador inalambrico puede incluir mas de una fuente de alimentacion, incluyendo por ejemplo una fuente de alimentacion activa y una fuente de alimentacion pasiva y caracterlsticas correspondientes como se conoce, por ejemplo, en la Patente de Estados Unidos 7.568.429 expedida el 4 de agosto de 2009, la materia objeto de la cual se incorpora en el presente documento por referencia.
Los conjuntos de detonador inalambricos desvelados en el presente documento comprenden ademas un modulo de activacion / desactivacion, que opera junto con el sensor o sensores de estado. El modulo de activacion / desactivacion comprende cualquier medio para activar y / o desactivar selectivamente la funcionalidad de los conjuntos de detonador inalambricos para recibir o responder a las senales de comando inalambricas, y mas especlficamente a una senal de comando inalambrica para ENCENDER, de acuerdo con la condicion o condiciones del entorno detectadas mediante el sensor o sensores de estado. Unicamente cuando el al menos un sensor de estado detecta que la condicion del entorno cae dentro de parametros predeterminados adecuados para voladura, el modulo de activacion / desactivacion hace al detonador inalambrico capaz de recibir y / o capaz de actuar tras una
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senal de comando para ENCENDER. Ejemplos no limitantes de los modulos de activacion / desactivacion se haran evidentes a partir de lo anterior.
El conjunto de detonador inalambrico comprende ademas un circuito de encendido asociado con la carga de base accionable a traves de la aplicacion de una corriente a traves del circuito de encendido. En tales realizaciones, el modulo de activacion / desactivacion puede comprender un conmutador para abrir el circuito de encendido cuando el al menos un sensor de estado detecta condiciones del entorno que caen fuera de parametros predeterminados adecuados para voladura, para evitar de esta manera que la corriente fluya a traves del circuito de encendido, y para evitar el accionamiento de la carga de base, incluso si el modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando recibe una senal de comando para ENCENDER.
Cada conjunto de detonador inalambrico comprende un dispositivo de almacenamiento de carga tal como un condensador junto con un circuito de encendido, de modo que tras la recepcion mediante el modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando de una senal de comando para ENCENDER, el condensador esta conectado mediante el circuito de encendido a la carga de base. Esto a su vez puede provocar una corriente en el circuito de encendido suficiente para accionar la carga de base. En tales realizaciones, el modulo de activacion / desactivacion puede comprender, por ejemplo, medios de descarga para purgar selectivamente la carga lejos del dispositivo de almacenamiento de carga siempre que al menos un sensor de estado detecte condiciones del entorno que caen fuera de parametros predeterminados adecuados para voladura.
Los ejemplos anteriores no son limitantes y son meramente ilustrativos de los tipos de modulos de activacion / desactivacion que pueden ser adecuados para modular la capacidad de respuesta de un conjunto de detonador inalambrico como se desvela en el presente documento para las condiciones del entorno en su proximidad inmediata, segun se detecta mediante el sensor o sensores de estado.
Por lo tanto, los conjuntos de detonador inalambricos desvelados en el presente documento comprenden un sensor o sensores de estado que operan junto con un modulo de activacion / desactivacion para controlar si cada conjunto de detonador inalambrico esta o no en una condicion adecuada para accionar el detonador (tras la recepcion de una senal de comando para ENCENDER). Los sensores de estado para un conjunto de detonador inalambrico particular pueden seleccionarse en terminos de la condicion del entorno que detectan, o en terminos de su sensibilidad a esa condicion de entorno, de acuerdo con el transporte, almacenamiento y uso final pretendido del conjunto de detonador inalambrico. Por ejemplo, los sensores de estado para un conjunto de detonador inalambrico particular pueden seleccionarse para detectar una condicion del entorno particular asociada con un sitio de voladura, de manera que el fallo para satisfacer los parametros predeterminados con respecto a la condicion o condiciones del entorno puede ser indicativo de la ausencia del conjunto de detonador inalambrico del sitio de voladura o colocacion inapropiada del conjunto de detonador inalambrico en el sitio de voladura. Como alternativa, el al menos un sensor de estado puede seleccionarse para detectar condiciones del entorno normalmente asociadas con condiciones debajo de una perforacion en roca a volar, tal como una temperatura, humedad, presion particulares o incluso condiciones del entorno asociadas con la roca o materiales circundantes tales como densidad.
Las condiciones del entorno tales como exposicion de luz, o la deteccion de movimiento, aceleracion o vibracion pueden asociarse con el transporte o colocacion del conjunto de detonador inalambrico antes de la voladura. Por lo tanto, en ciertas realizaciones, los sensores de estado pueden seleccionarse en consecuencia en los cuales cada conjunto de detonador inalambrico permanece en una condicion inactiva que no puede recibir o responder a senales de comando para ENCENDER mientras se detecte cualquier luz o movimiento mediante sus sensores de estado.
Cada sensor de estado puede colocarse en cualquier posicion con relacion al cartucho de detonador, y pueden preferirse ciertas posiciones de acuerdo con la condicion del entorno particular que se detecte. Por ejemplo, algunos sensores de estado pueden localizarse en cada cartucho de detonador, protegidos por lo tanto de danos o infiltracion de agua durante el transporte o colocacion o del conjunto de detonador inalambrico. Sin embargo, tales sensores de estado, cuando se localizan en el cartucho de detonador, pueden opcionalmente ser capaces de detectar al menos una condicion del entorno en un exterior del cartucho de detonador. Puede requerirse que otros sensores de estado esten localizados en un exterior de un cartucho de detonador para realizar su funcion, o en el interior o exterior de un contenedor o alojamiento para componentes del conjunto. Por ejemplo, algunos conjuntos de detonador inalambricos pueden comprender una 'caja superior' remota del cartucho de detonador y componentes asociados, para permanecer en o por encima del nivel del suelo cuando el conjunto de detonador inalambrico se coloca en un sitio de voladura, en el que al menos un sensor de estado puede asociarse con la caja superior. Por ejemplo, si un sensor de estado particular detecta si un conjunto de detonador inalambrico particular puede recibir o no senales de radio desde una maquina de voladura, entonces a menos que las senales de RF sean adecuadas para recorrer a traves de la roca, el sensor de estado puede situarse mejor en o por encima del nivel del suelo.
Sin embargo, las realizaciones seleccionadas no estan limitadas al uso de cajas superiores, y abarcan conjuntos de detonador inalambricos en los que los componentes distintos de detonador estan localizados o alojados en un alojamiento u otro contenedor remoto del detonador (con comunicacion inalambrica con el detonador) o con una conexion cableada con el detonador separada del detonador, o flsicamente unida al detonador. Los sensores de
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estado pueden localizarse en o sobre o a traves de una superficie exterior o alojamiento de cualquier caja superior, contenedor o alojamiento presente.
Cada sensor de estado puede situarse tambien en o en asociacion con otros componentes en la proximidad del detonador. Por ejemplo, si el detonador forma parte de un amplificador electronico inalambrico o cebador correspondiente, el conjunto puede contenerse o retenerse sustancialmente en o conectarse a un alojamiento o envoltura para el amplificador electronico inalambrico o cebador correspondiente. Dependiendo de la naturaleza de los sensores de estado a emplearse, puede ser preferente tener los sensores de estado localizados de tal manera que se extiendan a traves del alojamiento o envoltura, o esten localizados en una superficie exterior del alojamiento o envoltura. De esta manera, cada sensor de estado puede detectar condiciones del entorno inmediatamente adyacentes al exterior del alojamiento o envoltura. Por ejemplo, si cada sensor de estado es una fotocelula o
detector de luz, cualquier luz que caiga en el exterior del alojamiento o envoltura del amplificador electronico
inalambrico o cebador serla indicativa de la no colocacion o colocacion inapropiada del amplificador electronico
inalambrico en el sitio de voladura. A su vez, la luz detectada mediante los sensores de estado situados para
detectar luz fuera del alojamiento o envoltura, da como resultado transmision de, o mantenimiento de, una senal a un conjunto localizado en o sustancialmente en o conectado al alojamiento o envoltura, por lo tanto para provocar que el conjunto adopte o retenga un estado inactivo o inadecuado para accionamiento.
En realizaciones aun adicionales, cada conjunto de detonador inalambrico puede comprender opcionalmente un reloj para cuenta a atras de una 'ventana de despliegue'. Cada ventana de despliegue puede ser una ventana temporal preseleccionada en la que cada sensor de estado esta inactivo, o en la que el detonador inalambrico no responde a su sensor o sensores de estado. Una vez que el reloj ha completado la cuenta atras de la ventana de despliegue, el al menos un sensor de estado puede a continuacion iniciar o volver a iniciar la condicion o condiciones del entorno en la proximidad inmediata del conjunto, de modo que el conjunto responde entonces a la condicion o condiciones del entorno. De esta manera, el uso de un reloj para proporcionar una ventana de despliegue permite a los sensores de estado permanecer latentes (o el conjunto de detonador inalambrico no responde a los sensores de estado) al menos durante un periodo de tiempo adecuado, por ejemplo, para que se desplieguen los conjuntos de detonador inalambricos y se coloquen debajo de las perforaciones en la roca. Despues de que se haya agotado la ventana de despliegue, los detonadores inalambricos pueden a continuacion adoptar o recuperar una condicion en respuesta a la condicion o condiciones del entorno en la proximidad inmediata de los conjuntos de detonador inalambricos segun se detecta mediante los sensores de estado. Cada bloque puede programarse con cualquier tiempo para la ventana de despliegue, tal como, pero sin limitation 5, 15, 60 o 120 minutos o mas dependiendo de, por ejemplo, las disposiciones de voladura, las condiciones de sitio de voladura, la distancia desde el lugar de control para la voladura, etc.
En realizaciones aun mas adicionales, los conjuntos de detonador inalambricos pueden comprender un reloj para cuenta a atras de una ventana temporal en la que el conjunto de detonador inalambrico detecta, o esta receptivo a detectar, mediante los sensores de estado, la condicion o condiciones del entorno de su proximidad inmediata, en el que cada conjunto de detonador inalambrico mantiene un estado inactivo inadecuado para el accionamiento del detonador. En tales realizaciones, por lo tanto, cada conjunto de detonador inalambrico permanece inactivo para responder a, recibir y / o procesar una senal de comando para ENCENDER a menos que el conjunto este en la ventana temporal, y a menos que el conjunto este en un entorno apropiado y adecuado para la voladura.
En otras realizaciones ejemplares, los conjuntos de detonador inalambricos desvelados en el presente documento pueden comprender ademas medios de transmision de senal inalambrica, para transmitir a una maquina de voladura asociada, dispositivo portatil o registrador, datos que corresponden a la condicion o condiciones del entorno en la proximidad inmediata de cada conjunto de detonador inalambrico en el sitio de voladura para cada conjunto de detonador inalambrico. De esta manera, cualquier maquina de voladura asociada, dispositivo portatil o registrador puede recopilar y opcionalmente procesar information con respecto a las condiciones del entorno en el sitio de voladura (tal como las condiciones del entorno en las perforaciones en el sitio de voladura) y la capacidad de adecuacion de estas condiciones para ejecutar un evento de voladura. Esta coleccion de datos en si misma presenta ventajas de seguridad significativas, mediante los detonadores inalambricos desvelados en el presente documento.
Aunque la invention se ha descrito con referencia a realizaciones especlficas de conjuntos de detonador inalambricos, sistemas de voladura y metodos de voladura, un experto en la materia reconocerla otros conjuntos de detonador inalambricos, sistemas de voladura y metodos para voladura que no se han descrito especlficamente, no obstante radicarlan dentro del alcance pretendido de la invencion. Se pretende abarcar todas tales realizaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

  1. 5
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    65
    REIVINDICACIONES
    1. Un conjunto de detonador inalambrico (10) para su uso junto con una maquina de voladura que transmite al menos una senal de comando inalambrica al conjunto de detonador inalambrico, comprendiendo el conjunto de detonador inalambrico:
    un detonador (12) que comprende un cartucho y una carga de base para accionamiento;
    modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando (40) para recibir y procesar dicha al menos una senal de comando inalambrica desde dicha maquina de voladura;
    al menos un sensor de estado (15) para detectar al menos una condicion del entorno en una proximidad inmediata del conjunto de detonador inalambrico;
    un modulo de activacion / desactivacion (42) para hacer al conjunto de detonador inalambrico capaz de accionamiento en respuesta a una senal de comando para ENCENDER cuando dicho al menos un sensor de estado detecta que la al menos una condicion del entorno cae dentro de parametros predeterminados adecuados para voladura, manteniendo de otra manera el conjunto de detonador inalambrico un modo seguro que no puede recibir y / o responder a una senal de comando para ENCENDER; y un circuito de encendido (43) asociado con la carga de base,
    caracterizado por que el circuito de encendido incluye un dispositivo de almacenamiento de carga de manera que, tras la recepcion mediante el modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando de una senal de comando para ENCENDER, el dispositivo de almacenamiento de carga puede descargar una corriente en el circuito de encendido, siendo la corriente suficiente para accionar la carga de base; y
    por que el modulo de activacion / desactivacion comprende medios de descarga para purgar selectivamente la carga lejos del dispositivo de almacenamiento de carga para volver el conjunto de detonacion inalambrico incapaz de accionamiento cuando el al menos un sensor de estado detecta condiciones del entorno que caen fuera de dichos parametros predeterminados adecuados para voladura.
  2. 2. El conjunto de detonador inalambrico de la reivindicacion 1, en el que el modulo de recepcion y procesamiento de una senal de comando (40) comprende un receptor de RF.
  3. 3. El conjunto de detonador inalambrico de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el al menos un sensor de estado (15) detecta al menos una condicion del entorno del conjunto de detonador, de manera que el fallo al detectar una condicion del entorno apropiada es indicativo de la ausencia del conjunto de detonador inalambrico de, o colocacion inapropiada del detonador inalambrico en, el sitio de voladura.
  4. 4. El conjunto de detonador inalambrico de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el al menos un sensor de estado (15) detecta al menos una condicion del entorno que esta normalmente asociada con condiciones debajo de una perforacion en la roca a volar.
  5. 5. El conjunto de detonador inalambrico de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el al menos un sensor de estado (15) esta localizado en dicho cartucho de detonador.
  6. 6. El conjunto de detonador inalambrico de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende ademas una caja superior remota del cartucho de detonador y componentes asociados, para permanecer en o por encima del nivel del suelo cuando el conjunto de detonador inalambrico esta colocado en un sitio de voladura.
  7. 7. El conjunto de detonador inalambrico de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende ademas un contenedor o alojamiento para contener o alojar al menos los componentes del conjunto distintos al detonador, con un enlace cableado o inalambrico entre los otros componentes y el detonador.
  8. 8. El conjunto de detonador inalambrico de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho modulo de activacion / desactivacion comprende ademas un conmutador para abrir el circuito de encendido cuando dicho al menos un sensor de estado detecta que la al menos una condicion del entorno cae fuera de dichos parametros predeterminados adecuados para voladura, para evitar de esta manera el accionamiento de la carga de base incluso tras la recepcion mediante el modulo de recepcion y procesamiento de senal de una senal de comando para ENCENDER.
  9. 9. El conjunto de detonador inalambrico de la reivindicacion 1, en el que el dispositivo de almacenamiento de carga incluye un condensador.
  10. 10. El conjunto de detonador inalambrico de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende ademas un reloj para contar hacia atras una ventana de despliegue, en la que el al menos un sensor de estado esta inactivo, o en la que el detonador inalambrico no responde a al menos un sensor de estado, despues de lo cual el al menos un sensor de estado (15) detecta la al menos una condicion del entorno en la proximidad inmediata del conjunto de detonador, y el conjunto de detonador responde a la al menos una condicion del entorno.
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  11. 11. El conjunto de detonador inalambrico de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende ademas un reloj para contar hacia atras una ventana temporal para un evento de voladura, en el que los sensores de estado (15) estan activos para detectar la al menos una condicion del entorno de la proximidad inmediata del conjunto unicamente en dicha ventana temporal.
  12. 12. El conjunto de detonador inalambrico de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que cada sensor de estado (15) detecta al menos una condicion del entorno seleccionada de entre: temperatura, luz, movimiento, aceleracion, vibracion, humedad, densidad y presion.
  13. 13. El conjunto de detonador inalambrico de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que comprende ademas medios de transmision de senal inalambrica, para transmitir a una maquina de voladura asociada, dispositivo portatil o registrador, datos que corresponden a la condicion del entorno en su proximidad inmediata en el sitio de voladura.
  14. 14. Un metodo para volar roca pre-taladrada con perforaciones, comprendiendo el metodo las etapas de:
    1) asignar a cada perforacion al menos un conjunto de detonador inalambrico de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13;
    2) usar opcionalmente un dispositivo portatil o registrador para comunicar con cada conjunto asignado para leer datos desde y / o programar datos en cada conjunto;
    3) conectar cada conjunto a un material explosivo para formar un cebador;
    4) colocar cada cebador en la perforacion;
    5) cargar explosivo en cada perforacion;
    6) opcionalmente contener cada perforacion;
    7) transmitir senales de comandos inalambricas para controlar y ENCENDER cada detonador;
    caracterizado por que en cualquier momento el metodo comprende ademas: detectar al menos una condicion del entorno en una proximidad inmediata de cada conjunto de detonador inalambrico, en la cual en cualquier momento uno de los conjuntos de detonador inalambricos detecta que la al menos una condicion del entorno esta o pasa a estar fuera de los parametros predeterminados para voladura, los medios de descarga del respectivo conjunto de detonacion inalambrico purgan la carga lejos del dispositivo de almacenamiento de carga para volver a ese conjunto incapaz de accionamiento.
  15. 15. Un cebador electronico inalambrico para su uso junto con una maquina de voladura, controlando dicha maquina de voladura dicho cebador electronico inalambrico mediante al menos una senal de comando inalambrica, comprendiendo el cebador electronico inalambrico:
    el conjunto de detonador inalambrico (10) de la reivindicacion 1;
    una carga explosiva en asociacion operativa con dicho detonador (12), de manera que el accionamiento de dicha carga de base provoca el accionamiento de dicha carga explosiva;
    dicho modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando (40) en comunicacion de senal con dicho detonador (12) de manera que tras la recepcion de una senal de comando para ENCENDER mediante dicho modulo de recepcion y procesamiento de senal de comando (40) dicha carga de base y por lo tanto dicha carga explosiva se accionan, proporcionando dicho al menos un sensor de estado condiciones del entorno de deteccion que caen dentro de parametros predeterminados adecuados para voladura.
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