KR20140063523A

KR20140063523A - 상태 감지를 하는 무선 뇌관 및 그 사용

Info

Publication number: KR20140063523A
Application number: KR1020137031723A
Authority: KR
Inventors: 찰스 마이클 로운즈; 발터 하디 피엘
Original assignee: 오리카 인터내셔날 피티이 엘티디
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2014-05-27
Also published as: ES2563827T3; ZA201308055B; RU2013152738A; CA2834390C; WO2012149277A2; WO2012149277A3; AU2012249562A1; RU2608745C2; EP2702349B1; KR102004452B1; EP2702349A2; BR112013027605B1; CA2834390A1; US10267611B2; SG194664A1; EP2702349A4; PE20141779A1; CL2013003110A1; BR112013027605A2; AU2012249562B2

Abstract

무선 뇌관 시스템은 발파 장소에서 물리적 유선 연결을 해야 하는 일 없이 암석 발파를 제어하는 기회를 제공한다. 본 명세서에서는 무선 뇌관 조립체가 개시되고, 이 무선 뇌관 조립체는 바로 부근의 환경 조건(들)의 상태를 감지하고, 상기 환경 조건(들)이 미리 결정된 파라미터에 따라 적절한 것으로 고려되는 경우에만 발파(FIRE) 명령 신호를 수신 및/또는 처리하도록 활성이 된다. 또한 이러한 무선 뇌관 조립체를 수반하는 개선된 발파 방법, 및 대응하는 무선 전자 프라이머가 개시된다.

Description

상태 감지를 하는 무선 뇌관 및 그 사용{WIRELESS DETONATORS WITH STATE SENSING, AND THEIR USE}

본 발명은 뇌관(detonator) 및 이와 관련된 부품 분야 및 이러한 디바이스를 사용하여 발파(blasting)하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 관련된 발파 기계와 조립되는 실질적으로 물리적 연결이 없는 뇌관 조립체 및 이러한 무선 뇌관 조립체의 안전을 개선한 것에 관한 것이다.

채광 작업(mining operation)에서, 폭발 장약(explosive charge)에 의하여 암석(rock)을 효율적으로 파쇄(fragmentation)하고 파괴(breaking)하는 것은 상당한 숙련과 전문 기술을 요구한다. 대부분의 채광 작업에서 폭발 장약은 암석 내 미리 결정된 위치에 적절한 양이 식재(planted)된다. 폭발 장약은 이후 미리 결정된 시간 지연을 가지는 뇌관을 통해 작동(actuated)되어, 원하는 패턴의 발파 및 암석 파쇄를 제공한다. 전통적으로, 신호는 저에너지 기폭 코드(low energy detonating cord: LEDC) 또는 충격 튜브(chock tube)를 사용하는 비-전기 시스템을 통해 관련된 발파 기계로부터 뇌관으로 전달된다. 전기 뇌관은 또한 일부 성공적으로 사용되어 왔다. 전기 뇌관은 일반적으로 하니스 와이어(harness wire)에 부착되어, 전기 신호를 수신했을 때에만 작동한다.

대안적으로, 전기 와이어는 보다 복잡한 신호를 전자 뇌관으로 및 전자 뇌관으로부터 전송하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 신호 전송은 뇌관 점화 시퀀스(detonator firing sequence)의 원격 프로그래밍을 위해 준비(ARM), 해제(DISARM), 및 시간 지연 명령을 포함할 수 있다. 더욱이, 보안 특징(security feature)으로서, 뇌관은 점화 코드를 저장하며, 발파 기계로부터 일치(matching)하는 점화 코드를 수신할 때에만 준비(ARM) 및 발파(FIRE) 신호에 응답할 수 있다. 전자 뇌관은 1ms 이하의 정확도(accuracy)의 시간 지연을 가지고 프로그래밍될 수 있다.

유선 발파 장치를 수립하는 것은 암석의 보어홀(borehole) 내에 폭발 장약을 올바르게 위치 지정하고, 및 관련된 발파 기계 및 뇌관 사이에 와이어를 적절히 연결하는 것을 수반한다. 이 공정은 종종 노동 집약적이고 발파 오퍼레이터(operator)의 정확도 및 성실성(conscientiousness)에 매우 의존한다. 중요한 것은, 발파 오퍼레이터는 발파 기계가 적어도 각 뇌관을 제어하여 각 폭발 장약을 작동시키는 명령 신호를 전송할 수 있는 방식으로 뇌관이 발파 기계와 적절한 신호 전송 관계에 있는 것을 보장하여야 한다는 것이다. 발파 장치의 부품들 사이에 물리적 연결이 부적절하면, 불가피한 안전 우려와 함께, 발파 기계 및 뇌관 사이에 통신 손실을 야기할 수 있다. 부착된 발파 기계를 통한 각 뇌관의 적절한 제어 및 동작을 방해할 수 있는 파괴(disruption), 장애(snagging), 손상(damage) 또는 다른 간섭(interference) 없이 뇌관 및 관련된 발파 기계 사이에 와이어가 연장하는 것을 보장하기 위해 상당한 주의가 요구된다.

무선 뇌관 시스템은 이들 문제를 회피(circumventing)하는 가능성을 제공하여, 발파 장소(blast site)에서 안전 및/또는 동작 효율을 개선시킬 수 있다. 발파 장소(예를 들어, 발파 기계)에서 뇌관 및 다른 부품들 사이에 물리적인 연결(예를 들어, 전기적 와이어, 충격 튜브, LEDC, 또는 광케이블)의 사용을 회피하는 것에 의해, 발파 장치가 부적절하게 설정(set-up)될 가능성이 감소된다. 무선 뇌관 및 대응하는 무선 뇌관 시스템은, 무선 뇌관이 발파 장소에서 하니스 라인과 '결합(tieing-in)하는' 것에 복잡함이 부과되지 않기 때문에, 현장에서 뇌관 및 관련된 폭발 장약을 로봇으로 설정하는 것을 통해 자동화된 채광 작업을 하는 애플리케이션에 또한 보다 잘 순응할 수 있다.

그러나, 무선 발파 시스템을 개발하는 것은 안전 면에서 굉장한 기술적 문제를 제시한다. 예를 들어, 발파 장소에서 하니스 와이어에 일단 부착되어야, 명령 신호를 수신하기 위해 "전력이 투입되는" 전통적인 전자 뇌관과 정면 대치되는 것으로, 무선 뇌관은 발파 장소에서 무선 신호를 수신하고 처리하며 선택적으로 전송하는 수단에 전력을 공급할만큼 충분한 자체 독립적인 또는 내부 전원(power supply)("작동 전원")를 각각 포함하여야 한다. 이 작동 전원 자체를 단순히 제공하는 것은 무선 뇌관이 의도치 않게 작동할 수 있는 내재된 위험(inherent risk)을 제공한다. 예를 들어, 운송(transportation) 및 저장 동안 동작 전기 전력이 점화 회로(firing circuitry)에 우연히 또는 부적절하게 인가되면 의도치 않은 뇌관의 작동을 초래할 수 있다.

나아가, 무선 뇌관에 '연속적으로' 전력이 투입되기 때문에, 이 무선 뇌관은 발파 장소에서, 심지어 발파 장소에 배치(placement)되기 전에 현장(location)에서도 부적절한 또는 불필요한(spurious) 명령 신호를 수신하거나 또는 이 명령 신호에 따라 동작(acting upon)할 위험성이 있다. 이에 따라, 특히 무선 시스템에서 전자 뇌관을 사용하는 발파 시스템의 안전을 개선시킬 큰 필요성이 이 기술 분야에 존재한다.

본 발명의 목적은 적어도 바람직한 실시예에서 개선된 안전을 구비하는 무선 뇌관 조립체를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 적어도 바람직한 실시예에서 발파 장소에서 하나 이상의 전자 뇌관을 점화하는 방법을 제공하는 것이다.

특정 예시적인 실시예는, 적어도 하나의 무선 명령 신호를 무선 뇌관으로 전송하는 발파 기계와 함께 사용하기 위한 무선 뇌관 조립체로서,

쉘(shell) 및 작동할 베이스 장약(base charge)을 포함하는 뇌관;

발파 기계로부터 적어도 하나의 무선 명령 신호를 수신하고 처리하는 명령 신호 수신 및 처리 모듈;

무선 뇌관 조립체의 바로 부근에서 적어도 하나의 환경 조건을 감지(sensing)하는 적어도 하나의 상태 센서; 및

상기 적어도 하나의 상태 센서가 적어도 하나의 환경 조건이 발파하기에 적절한 미리 결정된 파라미터 내에 있는 것을 감지할 경우에만 무선 뇌관 조립체가 발파(FIRE) 명령 신호에 응답하여 작동하게 하며, 상기의 경우가 아니면 무선 뇌관 조립체가 발파(FIRE) 명령 신호를 수신하거나 그리고/또는 발파(FIRE) 명령 신호에 응답할 수 없는 안전 모드를 유지하게 하는 활성화/비활성화(activation/deactivation) 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 뇌관 조립체를 제공한다.

다른 예시적인 실시예는, 보어홀이 미리 드릴링된(pre-drilled) 암석을 발파하는 방법으로서,

1) 본 명세서에 설명된 바와 같이 적어도 하나의 무선 뇌관 조립체를 각 보어홀에 할당(assigning)하는 단계;

2) 선택적으로 휴대용 장치(hand-held device) 또는 로거(logger)를 사용하여 각 할당된 무선 뇌관 조립체와 통신하며 각 뇌관에 있는 데이터를 판독 및/또는 프로그래밍하는 단계;

3) 각 뇌관을 폭발 장약에 연결하여 프라이머(primer)를 형성하는 단계;

4) 각 프라이머를 보어홀에 밀어넣거나 하강시키는 단계;

5) 폭발물을 각 보어홀에 장전(loading)하는 단계;

6) 선택적으로 각 보어홀을 매립(stemming)하는 단계; 및

7) 각 뇌관을 제어하고 발파(FIRE)하는 무선 명령 신호를 전송하는 단계를 포함하고, 또한

각 무선 뇌관 조립체의 바로 부근에서 적어도 하나의 환경 조건을 감지하는 단계는 언제든지 더 포함하며, 각 조립체는 적어도 하나의 환경 조건이 발파를 위한 미리 결정된 조건 밖에 있거나 조건 밖에 있게 되는 경우에는 언제나 작동할 수 없게 제공된 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.

다른 예시적인 실시예는, 발파 기계와 함께 사용하기 위한 무선 전자 프라이머로서, 상기 발파 기계는 적어도 하나의 무선 명령 신호를 통해 상기 무선 전자 프라이머를 제어하며, 상기 무선 전자 프라이머는,

본 명세서에 설명된 바와 같은 무선 뇌관 조립체;

상기 베이스 장약 회로에 의해 상기 폭발 장약의 작동을 발생시키도록 상기 뇌관과 작동가능하게 관련된 폭발 장약을 포함하며,

상기 명령 신호 수신 및 처리 모듈은, 상기 적어도 하나의 상태 센서가 발파하기에 적절한 미리 결정된 파라미터 내에 있는 환경 조건을 감지하는 경우, 상기 명령 신호 수신 및 처리 모듈에서 발파(FIRE) 명령 신호가 수신될 때 상기 베이스 장약 및 이에 따라 상기 폭발 장약이 작동되도록 상기 뇌관과 신호 통신하는 것을 제공하는 것을 특징으로 하는 무선 전자 프라이머를 제공한다.

용어 정의:

활성화/비활성화 모듈(activation/deactivation module): 이는 적어도 발파(FIRE) 무선 명령 신호를 수신하거나 그리고/또는 이에 응답하는 능력 면에서 무선 뇌관 조립체를 임의의 수단에 의하여 활성화 및/또는 비활성화시킬 수 있는, 본 명세서에 설명된 무선 뇌관 조립체의 임의의 부분을 말한다. 활성화/비활성화 모듈은 바람직하거나 적절한 환경 조건이 무선 뇌관 조립체의 바로 부근에서 검출되는 경우 뇌관의 점화를 위해 조립체를 활성화하는(또는 조립체를 활성으로 유지하는), 및/또는 바람직하지 않거나 적절치 않는 환경 조건이 무선 뇌관 조립체의 바로 부근에서 검출되는 경우 조립체를 비활성화하는(또는 조립체를 비활성 "안전" 모드에 유지하는) 무선 뇌관 조립체의 하나 이상의 상태 센서와 함께 동작한다. 활성화/비활성화 모듈은 개별 전자 디바이스, 집적 회로, 또는 전자 디바이스(들) 및/또는 집적 회로의 조립체일 수 있다.

자동화된/자동 발파 이벤트(automated/automatic blasting event): 이는 예를 들어 발파 장소에서 로봇 시스템을 사용하는 원격 수단을 통해 수립될 수 있는 모든 방법 및 발파 시스템을 포함한다. 이런 방식으로, 발파 오퍼레이터는 원격 현장으로부터 발파 장소에서 뇌관 및 폭발 장약의 어레이를 포함하는 발파 시스템을 설정하고, 발파 장소의 부근에 있을 필요 없이 로봇 시스템을 제어하여 발파 시스템을 설정할 수 있다.

베이스 장약(base charge): 이는 뇌관의 다른 부품들로부터 적절한 신호를 수신할 때 폭발 물질(explosive material)이 작동될 수 있게 하는 방식으로 뇌관의 다른 부품들에 근접하여 이들 부품과 관련된 폭발 물질의 임의의 이산 부분(discrete portion)을 말한다. 이 베이스 장약은 뇌관의 메인 케이싱 내에 유지되거나, 또는 대안적으로 뇌관의 메인 케이싱 부근에 위치될 수 있다. 이 베이스 장약은 출력 동력(output power)을 외부 폭발 장약에 전달하여 예를 들어 부스터(booster) 또는 프라이머 내 외부 폭발 장약을 개시(initiate)하는데 사용될 수 있다.

발파 기계(blasting machine): 이는 예를 들어 준비(ARM), 해제(DISARM), 및 발파(FIRE) 신호를 뇌관에 송신하고, 그리고/또는 뇌관을 지연 시간 및/또는 점화 코드로 프로그래밍하기 위해 전자 뇌관과 신호 통신할 수 있는 임의의 디바이스를 말한다. 발파 기계는 또한 직접 뇌관으로부터 뇌관의 바로 부근에서 환경 조건에 관한 지연 시간, 점화 코드 또는 데이터와 같은 정보를 수신할 수 있고, 또는 이것은 뇌관 정보를 수집하고 이 정보를 발파 기계에 전달하는 로거(logger)와 같은 중간 디바이스를 통해 달성될 수 있다.

"부스터" 및 "프라이머"("booster" and "primer"): 부스터는, 폭발 물질이 베이스 장약의 작동으로부터 에너지를 수신할 때 작동되거나 점화(ignite)될 수 있도록, 뇌관과 관련될 때, 프라이머를 형성하는 폭발 물질의 임의의 부분을 말한다. 이에, 프라이머가 예를 들어 보어홀 내 폭발 장약 형태의 다른 폭발 물질과 관련되면, 프라이머의 폭발 물질 부분이 작동하면 보어홀을 둘러싸는 암석의 파쇄를 위한 폭발 장약의 작동 또는 점화를 야기할 수 있다.

중앙 명령 스테이션(central command station): 이는 신호를 무선-전송을 통해 또는 직접 연결에 의해 하나 이상의 발파 기계에 전송하는 임의의 디바이스를 말한다. 전송된 신호는 인코딩되거나 암호화될 수 있다. 일반적으로, 중앙 발파 스테이션은 발파 장소로부터 원격에 있는 현장으로부터 다수의 발파 기계와 무선 통신을 수행한다.

충전(charge/charging): 이는 전하 저장 디바이스에 의해 저장된 전기 전하의 양을 증가시키기 위하여 전력 공급부로부터 전기 전력을 전하 저장 디바이스로 공급하는 공정을 말한다. 선택된 실시예에서 원하는 대로, 전하 저장 디바이스에 있는 전하는 점화 회로를 통해 전하 저장 디바이스의 방전(discharging)이 점화 회로와 관련된 베이스 장약의 작동을 야기할만큼 충분히 높은 임계값을 초과할 수 있다.

전하 저장 디바이스(charge storage device): 이는 전기 전하를 저장할 수 있는 임의의 디바이스를 말한다. 이러한 디바이스는 예를 들어, 커패시터, 다이오드, 재충전가능한 배터리 또는 활성화가능한 배터리를 포함할 수 있다. 적어도 바람직한 실시예에서, 전하 저장 디바이스를 충전하는데 사용되는 전기 에너지의 전위차는 전하 저장 디바이스를 점화 회로에 방전할 때의 전기 에너지의 전위 차보다 더 적거나 상당히 더 적다. 이런 방식으로, 전하 저장 디바이스는 전압 승산기(multiplier)로서 동작할 수 있고, 여기서 디바이스는 점화 회로에 연결된 베이스 장약의 작동을 야기하는 미리 결정된 임계 전압을 초과하는 전압을 생성할 수 있다.

클록(clock): 이는 예를 들어 전개 창, 발파 시간 창, 또는 지연 시간을 카운트 다운(count down)하는 본 발명의 무선 뇌관과 함께 사용하기에 적절한 임의의 클록을 포함한다. 특히 바람직한 실시예에서, 클록이라는 용어는 예를 들어 종래의 석영 시계 및 타이밍 디바이스에서 잘 알려진 유형의 예를 들어 발진하는 석영 결정을 포함하는 결정 클록과 관련된다. 결정 클록은 본 발명의 바람직한 측면에 따라 특히 정확한 타이밍을 제공할 수 있다. 대부분 복잡한 발파 응용에서, 무선 뇌관 디바이스는 (본 명세서에 참조 문헌으로 병합된, 예를 들어, http://spectrum.ieee.org/semiconductors/devices/chipscale-atomic-clock/에 개시된 바와 같이) 심지어 칩-스케일의 원자 클록을 포함할 수 있다.

전개 창(deploy window): 이는 상태 센서가 동작하지 않거나 또는 적어도 무선 뇌관 조립체가 이 상태 센서에 응답하지 않는, 본 명세서에 설명된 무선 전자 뇌관에 프로그래밍될 수 있는 임의의 시간 기간을 말한다. 예를 들어, 전개 창은 무선 뇌관 조립체가 환경 모니터링을 복잡하게 함이 없이 발파 장소로 운반되거나 발파 장소에서 전개될 수 있게 한다.

전자기 에너지(electromagnetic energy): 이는 전자기 스펙트럼에서 발견되는 모든 파장의 에너지를 포함한다. 이것은 γ-선, X-선, 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로파, 및 UHF, VHF, 단파, 중파, 장파, VLF 및 ULF를 포함하는 무선 전파의 전자기 스펙트럼 부분의 파장을 포함한다. 바람직한 실시예는 전자기 스펙트럼의 무선, 가시광선 또는 마이크로파 부분에서 발견되는 파장을 사용한다.

환경 조건(environmental condition): 이는 본 명세서에 설명된 무선 뇌관 조립체의 일반적인 또는 바로 부근에 있는 매질(medium) 또는 물질의 임의의 파라미터, 조건 또는 측정가능한 상태를 말한다. 이러한 파라미터, 조건 또는 상태는 다음 비제한적인 리스트, 즉 무선 뇌관 조립체의 하나 이상의 상태 센서에 의해 검출된, 가시광선 광, 다른 전자기 복사선(radiation), 온도, 습도, 수분 함량(moisture content), 주변 물질의 밀도, 압력, 진동, 가속도, 움직임 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 무선 뇌관 조립체를 관련된 또는 부품 뇌관을 발파(FIRE)하는 명령 신호를 수신하고 처리하는 "활성"으로 제공하기 위해, 감지된 환경 조건(들)은 발파에 적절하거나 이전에 발파 승인된 미리 결정된 파라미터를 만족시켜야 한다. 상태 센서에 의해 측정된 이러한 파라미터는 상태 센서에 의한 판독값이 영 또는 영 근사값(near zero)일 것(예를 들어, 진동, 가속도, 또는 움직임이 없거나 또는 거의 완전히 없는 것)을 요구할 수 있고, 또는 특정 값(예를 들어, 정확한 수분 함량)에 있거나 이 특정 값에 매우 근접할 것을 요구하거나 또는 미리 결정된 임계값(예를 들어, 소정의 시간에 또는 소정의 시간 기간에 걸쳐 수신된 적절히 낮은 광 레벨)을 초과하거나 초과하지 않을 것을 요구할 수 있다. 다른 실시예에서 감지된 환경 조건은 승인된 또는 미리 결정된 범위의 발파 파라미터(예를 들어, 무선 뇌관 조립체가 폭발 물질 및/또는 매립 물질에 의해 적절히 둘러싸인 것을 나타내는 밀도 조건) 내에 있어야 한다. 이에 따라, 이러한 미리 결정된 환경 조건은 엄격한 파라미터 내에 또는 엄격한 파라미터로 제한되거나, 또는 선택적으로 발파 장소 조건을 고려하여 발파하기에 적절한 것으로 고려되는 파라미터 범위에 속할 수 있다. 더욱이, 이러한 환경 조건은 이들 조건이 특정 발파에 필요한 특정 파라미터의 요구조건을 만족할지 여부에 대한 평가를 하기 전에 동시에, 여러 경우에, 또는 특정 기간에 걸쳐 연속적으로 감지될 수 있다.

휴대용 장치(hand-held device) 또는 로깅(logging) 디바이스: 이는 발파 장소에서 뇌관에 관한 정보를 레코딩하기에 적절한 임의의 디바이스를 포함한다. 바람직하게는, 로깅 디바이스는 또한 예를 들어, 각 뇌관에 대한 식별 코드, 뇌관의 환경에 관한 정보, 뇌관과 관련된 폭발 장약의 특성 등과 같은 추가적인 정보를 레코딩할 수 있다. 선택된 실시예에서, 로깅 디바이스는 발파 기계와 일체 부분을 형성하거나, 또는 대안적으로 예를 들어, 환경 조건에 대응하는 데이터와 같은 각 뇌관에 관한 데이터를 저장하는 메모리 수단, 및 바람직하게는 이 데이터를 중앙 명령 스테이션 또는 하나 이상의 발파 기계로 전송하는 수단을 포함하는 휴대용 프로그래밍 가능한 유닛과 같은 다른 디바이스에 속할 수 있다. 로깅 디바이스의 하나의 기능은 관련된 발파 기계에 의해 뇌관이 "발견될" 수 있는 뇌관/조립체 ID를 판독하고, 적절하게 이 뇌관으로 향하는 발파(FIRE) 명령와 같은 명령를 제공하는 것일 수 있다.

바로 부근(immediate vicinity): 이는 무선 뇌관 주위에 또는 이를 둘러싸는 환경을 구성하는 암석, 물, 공기 및 임의의 다른 물질을 포함하는 무선 뇌관 조립체 주위 영역 또는 볼륨을 말한다. 예를 들어, 이 바로 부근은 무선 뇌관 조립체 및 그 부품의 외부 표면에서 1cm, 10cm, 1m, 5m 또는 20m 이상 내에 있는 모든 물질을 포함하거나, 또는 다른 실시예에서 무선 뇌관 조립체의 외부 표면 또는 내부 표면과 접촉하는 물질만을 포함할 수 있다.

소핵 전력 소스(micro-nuclear power source): 이는 본 발명에 따른 뇌관 또는 무선 뇌관 조립체의 동작 회로, 통신 회로, 또는 점화 회로에 전력을 공급하는 데 적합한 임의의 전력 소스를 말한다. 디바이스 내 핵 물질(nuclear material)의 특성은 가변적이고, 예를 들어, 트리튬(tritium) 기반 배터리를 포함할 수 있다.

수동 전력 소스(passive power source): 이는 연속적으로 전력을 제공하는 것이 아니라, 외부 자극을 통해 전력을 제공하도록 유도될 때 전력을 제공하는 임의의 전기 전력 소스를 포함한다. 이러한 전력 소스는 다이오드, 커패시터, 재충전가능한 배터리, 또는 활성화가능한 배터리를 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 바람직하게는, 수동 전력 소스는 수신된 에너지 및 다른 신호에 따라 손쉽게 충전 및 방전될 수 있는 전력 소스이다. 가장 바람직하게 수동 전력 소스는 커패시터이다.

전력 소스(power source): 이는 전기 에너지의 연속적인, 끊임없는, 간헐적인, 또는 선택적인 공급을 제공할 수 있는 임의의 전력 소스를 말한다. 이 정의는 배터리와 같은 직류 전류를 제공하는 디바이스 또는 직류 또는 교류 전류를 제공하는 디바이스를 포함한다. 일반적으로, 전력 소스는 전력을 명령 신호 수신 및/또는 처리 수단에 제공하여, 발파 기계로부터 유도된 명령 신호를 신뢰성있게 수신하고 해석하는 것을 가능하게 한다.

바람직하게는(preferably): 이는 본 발명의 바람직한 특징을 식별한다. 달리 지정되지 않는다면, 바람직하게는 라는 용어는 예를 들어 독립 청구항 및 본 명세서에 개시된 다른 발명에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 최광의의 실시예의 바람직한 특징을 말한다.

상태 센서(state sensor): 이는 예를 들어 가시광선, 다른 전자기 복사선, 온도, 습도, 수분 함량, 압력, 주변 물질의 밀도, 주변 물질의 진동, 움직임, 운동 등에 응답한 센서의 가속도 등으로부터 선택되지만 이들로 제한되지 않는 환경 조건 또는 파라미터를 측정하거나 또는 분석을 수행할 수 있는 임의의 부품 또는 디바이스를 말한다. 예를 들어, 온도에 대한 상태 센서는 바람직하게는 온도 데이터를 획득하여, 이 데이터를 다른 부품 또는 디바이스로 전송하는 일부 수단을 구비하는 온도계를 포함할 수 있다. 진동 상태 센서의 일례는 가속도계, 진동 센서, 또는 레벨을 포함할 수 있다. 밀도 센서의 일례는 음향 에너지를 방출 및/또는 수신하여 센서 주변 또는 센서에 인접한 매질의 밀도를 평가하는 (예를 들어, 매질이 암석을 포함하는지, 자갈을 포함하는지, 모래를 포함하는지, 물을 포함하는지, 공기 등을 포함하는지 여부를 평가하는) 디바이스를 포함할 수 있다

상부 박스(top-box): 이는 무선 뇌관 조립체가 보어홀 및 이 내에 위치된 폭발 장약과 관련된 발파 장소에 사용될 때 지면(ground)의 표면에 또는 지면의 표면 부근 현장에 적응된 무선 뇌관 조립체의 일부를 형성하는 임의의 디바이스를 말한다. 상부 박스는 무선 신호의 수신 및/또는 전송에 및 이 신호를 보어홀 아래 뇌관으로 중계(relaying)하는데 보다 적절한, 일반적으로 지상(above-ground)에 위치되거나 또는 적어도 보어홀 내에, 보어홀에 또는 보어홀 부근 위치에 위치된다. 바람직한 실시예에서, 각 상부 박스는 본 발명의 무선 뇌관의 하나 이상의 선택된 부품을 포함한다.

트랜시버(transceiver): 이는 무선 신호를 수신 및/또는 전송할 수 있는 임의의 디바이스를 말한다. "트랜시버"라는 용어는 전통적으로 신호를 전송하고 수신할 수 있는 디바이스를 포함하는 것이지만, 본 발명에 따라 사용되는 트랜시버는, 무선 신호의 수신기로만 기능하고 무선 신호를 전송하지 않는 디바이스 또는 제한된 무선 신호만을 전송하는 디바이스를 포함한다. 예를 들어, 특정 상황(circumstance)에서 트랜시버는 소스로부터 신호를 수신할 수 있으나, 신호를 다시 소스 또는 다른 곳으로 전송할 수 없는 위치에 위치될 수 있다. 트랜시버가 지하에 위치된 부스터 또는 프라이머의 일부를 형성하는 매우 특정한 실시예에서, 트랜시버는 지면의 표면 위에 위치된 무선 소스로부터 암석을 통해 신호를 수신할 수 있으나, 신호를 다시 이 암석을 통해 표면으로 전송할 수는 없을 수 있다. 이런 상황에서 트랜시버는 선택적으로 신호 전송 기능이 디스에이블되거나 없을 수 있다. 다른 실시예에서, 트랜시버는 직접 전기적 연결을 통해, 또는 대안적으로 단거리 무선 신호를 통해 로거에만 신호를 전송할 수 있다.

유선(wired): 본 명세서에 설명된 무선 뇌관 조립체의 임의의 부품들 사이에, 또는 발파 장치의 임의의 부품들 또는 요소들 사이에 임의의 물리적 연결은 전기 와이어 또는 광섬유 케이블 등으로부터 선택되지만 이들로 제한되지 않는 유선 연결을 통해 이루어질 수 있다.

무선(wireless): 이는 본 발명의 무선 뇌관 조립체 또는 그 부품들을 서로 또는 발파 기계 또는 전력 소스와 같은 발파 장치의 관련된 부품들에 연결하는 물리적인 와이어, 케이블 또는 라인(전기 와이어, 충격 튜브, LEDC, 또는 광케이블과 같은 것)이 없는 것을 말한다. 무선 신호는, 전자기 에너지(무선 신호 또는 임의의 주파수를 포함하나 이들로 제한되지 않음), 음향 에너지를 포함하거나 또는 자기-유도를 통해 발진하는 자기장으로부터 추출된 신호를 포함하지만 이들로 제한되지 않는, 물리적인 와이어, 케이블 또는 라인을 수반하지 않는 임의의 형태를 취할 수 있다.

무선 부스터(wireless booster): 일반적으로 "무선 부스터" 또는 "무선 전자 부스터", 또는 "WEB", 또는 "전자 부스터" 또는 "무선 프라이머"라는 표현은 관련된 뇌관의 작동에 의해 작동되는 폭발 장약을 포함하는 디바이스를 수반한다. 부스터는 뇌관, 가장 바람직하게는 전자 뇌관(일반적으로 적어도 뇌관 쉘 및 베이스 장약을 포함하는) 또는 본 명세서에 설명된 무선 뇌관 조립체, 뿐만 아니라 적어도 하나의 관련된 발파 기계로부터 발파(FIRE) 신호를 프라이머에서 수신할 때 프라이머를 형성하도록 베이스 장약을 작동시키는 수단과 관련되거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이 작동시키는 수단은 트랜시버 또는 신호 수신 수단, 신호 처리 수단, 및 FIRE 신호를 수신하는 이벤트에 활성화되는 점화 회로를 포함할 수 있다. 무선 부스터(또는 프라이머)의 바람직한 부품은 무선 뇌관 조립체에 관한 정보를 다른 조립체 또는 발파 기계에 전송하는 수단, 또는 무선 신호를 발파 장치의 다른 부품에 중계하는 수단을 더 포함할 수 있다. 이 전송 수단 또는 중계(relay) 수단은 트랜시버의 기능의 일부를 형성할 수 있다. 본 명세서에 설명된 임의의 무선 뇌관 조립체는 본 명세서에 설명된 무선 전자 부스터 또는 대응하는 프라이머의 일부를 형성할 수 있다. 무선 전자 부스터의 다른 예는 본 명세서에 원용되어 포함된, 2007년 11월 8일에 공개된 국제 특허 공개 번호 WO2007/124539에 설명되어 있다.

무선 명령 신호(wireless command signal): 이는 임의의 형태 또는 형태들의 에너지를 포함할 수 있고, 여기서 에너지의 "형태"는 뇌관이 무선 통신하는데 적절한 임의의 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 이런 형태의 에너지로는 광, 적외선, 무선 전파(ULF를 포함하는), 및 마이크로파를 포함하는 전자기 에너지를 포함할 수 있으나 이들로 제한되지 않으며, 또는 대안적으로 전자기 유도 또는 음향 에너지와 같은 일부 다른 형태를 취할 수 있다. 게다가, 에너지의 "형태"는 동일한 유형의 에너지(예를 들어, 광, 적외선, 무선 전파, 마이크로파 등)에 속하지만 상이한 파장 또는 주파수의 에너지를 수반할 수 있다.

무선 뇌관 조립체(wireless detonator assembly): 이는 무선 신호를 수신 및/또는 처리하는 관련된 부품 및 발파(FIRE) 명령 신호를 수신할 때 베이스 장약 또는 뇌관을 작동시키는 수단과 함께 뇌관(일반적으로 적어도 쉘 및 베이스 장약을 포함하는)을 말한다. 본 명세서에 설명된 무선 뇌관 조립체에 따라, 조립체는 조립체의 바로 부근에서 하나 이상의 환경 조건을 감지하기에 적절한 다른 부품, 및 환경 조건에 따라 조립체의 기능 및 이에 따라 뇌관의 작동가능성을 활성화 및/또는 비활성화하는 수단을 포함할 수 있다. 비-뇌관 부품은 뇌관과 물리적으로 또는 유선으로 접촉하여 위치되거나, 또는 이들 부품 및 뇌관 사이에 유선 또는 무선 통신 링크를 통해 뇌관으로부터 분리될 수 있다. 다른 부품은 조립체 내 뇌관과 긴밀히 관련되거나, 또는 뇌관에 연결되거나 또는 이 뇌관으로부터 원격에 있을 수 있으나, 뇌관과 동일한 일반 부근(예를 들어, 100m 내에) 있는 별개의 하우징, 컨테이너 또는 상부 박스에 위치될 수 있다.

이제 실시예들이 단지 예시로서 설명된다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 무선 기폭 조립체의 사시도;
도 2는 제 2 실시예에 따른 무선 전자 프라이머의 사시도;
도 3은 도 2의 무선 전자 프라이머의 절단도;
도 4는 도 2의 무선 전자 프라이머의 측단면도;
도 5는 제 3 실시예에 따라 보어홀이 미리 드릴링된 암석을 발파하는 방법을 도시하는 흐름도.

무선 발파 시스템은 발파 장소에서 복잡한 배선 시스템에 대한 필요성, 및 발파 시스템의 부품들이 부적절하게 배치되고 연결되는 것과 관련된 위험을 회피할 수 있게 한다. 그러나, 발파 작업을 위한 무선 통신 시스템을 개발하는 것은 새로운 안전 문제를 포함하여 산업계에 상당한 새로운 문제를 제시한다.

도 1은 제 1 실시예에 따른 무선 뇌관 조립체(10)를 도시한다. 무선 뇌관 조립체(10)는 여러 전자 부품(미도시되었으나 아래에 보다 상세히 설명됨)을 포함하는 하우징(11)을 구비한다. 신호-라인 진입 단부(미도시) 및 베이스 장약(또한 미도시)를 포함하는 작동 단부(13)를 구비하는 뇌관(12)이 조립체의 일 단부로부터 연장한다. 또한 도 1에 도시된 바와 같이, 무선 뇌관 조립체(10)는 하우징(11)에 집적된 상태 센서(15)를 포함하며, 이들 상태 센서는 무선 뇌관 조립체 외부의 적어도 하나의 환경 조건을 감지하여, 하우징 내에 위치된 전자 부품(미도시)에 의해 처리하기 위한 감지된 환경 조건에 관한 정보를 전송할 수 있도록 구성된다.

이 특정 실시예에서, 상태 센서(15)는 광전지(photocell)와 같은 광 검출기 형태로 되어 있다. 따라서, 도 1의 무선 뇌관 조립체(10)는 지상에서 채광 작업을 하는데 사용하기에 특히 적절하다. 상태 센서(15)가 광을 검출하지 못하면 조립체(10)가 발파 홀 내에 위치된 것을 나타낸다. 역으로, 상태 센서 중 하나 이상이 광을 검출하면 조립체(10)가 발파 홀 외부에 있는 것을 나타낸다.

도 2 내지 도 4는 부스터 장약(21)과 함께 도 1의 무선 뇌관 조립체(10)를 포함하는 무선 전자 프라이머(20)를 도시한다. 부스터 장약(21)은 폭발 물질(31)을 포함하는 쉘(22)을 포함한다. 뇌관(12)의 베이스 장약을 점화하면 부스터 장약(21)의 폭발 물질(31)이 폭발한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 뇌관(12)의 작동 단부(13)는 부스터 장약(21) 내 폭발 물질에 삽입되거나 이 폭발 물질 내로 연장하는 장형의 리세스 내에 수용된다. 도 3에 구체적으로 도시된 바와 같이, 뇌관(12)은 작동 단부(13) 내에 위치된 베이스 장약(30)을 포함한다. 조립체(10) 및 부스터 장약(21)이 프라이머(20)를 형성하도록 조립되면, 뇌관(12)은 부스터 장약(21) 내로 깊이 연장하며, 구체적으로 부스터 장약(31)의 리세스 내로 연장한다. 이 위치에서, 뇌관(12), 및 구체적으로 베이스 장약(30)의 작동 단부(13)는 부스터 장약(21)의 중심에 배치되고, 프라이머(20)의 메인 폭발 장약을 형성하는 폭발 물질(31)에 의해 둘러싸인다.

도 3 및 도 4는 명령 신호 수신 및 처리 모듈(40), 전력 소스(이 실시예에서는 배터리(41) 형태인), 및 활성화/비활성화 모듈(42)을 포함하는 무선 뇌관 조립체(10)의 전자 회로(32)의 개략도를 도시한다. 배터리(41)는 전력을 전자 회로(32)의 다른 부품/모듈에 제공한다. 전자 회로(32)는 또한 상태 센서(15)를 포함한다.

이 실시예에서, 명령 신호 수신 및 처리 모듈(40)은 뇌관 조립체(10) 및 발파 기계 사이에 통신을 가능하게 한다. 이를 위해, 명령 신호 수신 및 처리 모듈(40)은 예를 들어 RF 신호 통신을 통해 명령 신호를 수신하고 처리할 수 있다.

활성화/비활성화 모듈(42)은 상태 센서(15)와 동작하며 조립체(10)가 활성 모드에 있어야 하는지 또는 안전 모드에 있어야 하는지 여부를 결정한다. 이 특정 실시예에서, 활성 모드에 있을 때, 모듈(42)은 뇌관(12)이 프라이머(20)의 베이스 장약(30)을 작동시키고 개시하는 것에 의해 (발파 기계로부터 발행된) 발파(FIRE) 명령 신호에 응답할 수 있게 한다. 안전 모드에 있을 때, 모듈(42)은 뇌관(12)이 발파(FIRE) 명령 신호에 응답하는 것을 방지하고 베이스 장약(30)이 개시되는 것이 방지된다. 다시 말해, 활성화/비활성화 모듈(42)은 상태 센서(15)가 환경 조건이 발파하기에 적절한 미리 결정된 파라미터 내에 있는 것을 감지할 때에만 발파(FIRE) 명령 신호에 응답하여 무선 뇌관 조립체(10)를 작동시킬 수 있고 부스터 장약(30)을 기폭시킬 수 있게 한다. 환경 조건이 발파하기에 적절한 미리 결정된 파라미터 밖에 있는 경우, 무선 뇌관 조립체는 발파(FIRE) 명령 신호를 수신하거나 그리고/또는 이에 응답할 수 없는 안전 모드를 유지한다.

유사하게, 특정 경우에, 상태 센서가 적절한 환경 조건을 감지하지 못하면 조립체(10)가 부정확하거나 부적절하게 배치된 것을 나타낼 수 있다. 역으로, 특정 경우에, 환경 조건을 감지하면 조립체(10)가 부정확하거나 부적절하게 배치된 것을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상태 센서가 광 센서인 실시예에서, 임의의 광을 감지하면 조립체가 보어홀 외부에 위치된 것을 나타낸다.

도 2 내지 도 4에 도시된 실시예에서, 활성화/비활성화 모듈(42)은 점화 회로(43)에서 스위치 형태를 취하는데, 이때 상태 센서(15)가 발파하기에 적절한 환경 조건을 감지하면, 조립체(10)는 활성 상태를 채용하거나 유지하고 스위치를 닫아서 점화 회로(43)를 베이스 장약(30)에 연결하여 발파(FIRE) 명령 신호를 명령 신호 수신 및 처리 모듈(40)에서 수신할 때) 베이스 장약을 작동시킬 준비를 한다. 그러나, 상태 센서(15)가 발파하기에 적절치 않은 환경 조건을 감지하면, 조립체는 안전 상태를 채용하거나 유지하고 스위치를 열어서 명령 신호 수신 및 처리 모듈(40)이 발파(FIRE) 명령 신호를 수신하고 처리하는 경우에도 베이스 장약(30)이 그 작동을 위한 신호를 전혀 수신하지 못하게 한다.

이에 따라, 무선 뇌관 조립체(10)는 발파(FIRE) 명령 신호를 수신하거나 그리고/또는 응답하기에 적절치 않은 안전 상태를 채용하거나 유지한다. 이것은 의도치 않게 또는 우연히 작동될 위험을 최소화하는 잇점을 제공한다. 이것은 무선 뇌관 조립체(10)의 안전을 증가시킨다.

적어도 일부 대안적인 실시예에서, 활성화/비활성화 모듈은 명령 신호 수신 및 처리 모듈에서 스위치 형태를 취할 수 있는데, 이때 상태 센서(들)가 발파에 적절한 환경 조건을 감지하면, 조립체는 활성 상태를 채용하거나 유지하고 스위치를 닫아서 명령 신호 수신 및 처리 모듈의 일부 또는 전부를 활성화시켜서 조립체는 발파(FIRE) 명령 신호를 수신하고 이에 응답할 수 있다. 이러한 실시예에서, 상태 센서(들)가 발파하는데 적절치 않은 환경 조건을 감지하면, 조립체는 안전 상태를 채용하거나 유지하고 스위치를 열어서 명령 신호 수신 및 처리 모듈의 일부 또는 전부가 발파(FIRE) 명령 신호를 수신, 처리, 및/또는 응답하지 않는다.

도 1 내지 도 4의 실시예에서 전자 회로는 단일 하우징 내에 완전히 포함되거나 또는 단일 하우징에 부착된다. 그러나, 일부 대안적인 실시예에서, 선택된 전기적 부품/모듈은 지하 뇌관에 배선된 지상에 상부 박스에 유지된다. 예를 들어, 더 긴 와이어들이 전자 회로의 부분들을 연결하는데 사용될 수 있다. 나아가, 유선 연결 중 어느 것이 광섬유, RF, IR, 블루투스(Bluetooth) 또는 다른 무선 연결을 포함하지만 이들로 제한되지 않는 무선 연결 로 대체될 수 있어서 무선 뇌관 조립체의 부품들, 및 다른 관련된 부품 및/또는 디바이스들이 서로 물리적으로 분리될 수 있으나, 그럼에도 불구하고 동일한 디바이스 또는 조립체의 일부로 동작할 수 있다.

도 5는 하나 이상의 보어홀이 미리 드릴링된 암석을 발파하는 방법을 도시한다. 본 방법은,

단계(101)에서 본 명세서에 설명된 적어도 하나의 무선 뇌관 조립체를 각 보어홀에 할당하는 단계;

단계(102)에서 선택적으로 휴대용 장치 또는 로거를 사용하여 각 할당된 조립체와 통신하며 각 뇌관으로부터 데이터를 판독하거나 그리고/또는 데이터를 각 뇌관에 프로그래밍하는 단계;

단계(103)에서 각 조립체를 폭발 물질에 연결하여 프라이머를 형성하는 단계;

단계(104)에서 각 프라이머를 보어홀에 배치하는 단계;

단계(105)에서 폭발물을 각 보어홀에 장전하는 단계;

단계(106)에서 선택적으로 각 보어홀을 매립하는 단계; 및

단계(107)에서 각 조립체를 제어하고 발파(FIRE)하는 무선 명령 신호를 전송하는 단계를 포함한다.

본 방법은 또한, 단계(108)에서, 각 무선 뇌관 조립체의 바로 부근에서 적어도 하나의 환경 조건을 감지하는 단계를 더 포함하며, 각 조립체는 감지된 적어도 하나의 환경 조건이 발파를 위한 미리 결정된 조건 밖에 있거나 이 조건에 맞지 않은 경우 작동할 수 없게 제공된다. 도 5에서, 단계(108)는 단계(107) 후에 발생한다. 그러나, 일부 대안적인 실시예에서, 단계(108)는 단계(101) 내지 단계(107) 중 어느 하나 전에, 후에, 또는 동시에 발생할 수 있다.

단계(107)에서, 명령 신호는 본 명세서에 설명된 바와 같은 무선 신호의 임의의 형태를 포함할 수 있으나, 선택된 실시예에서 RF 또는 자기 유도(magneto-inductive) 신호일 수 있다.

선택적으로, 적어도 하나의 환경 조건을 감지하는 것은, 적어도 하나의 환경 조건에 대해 미리 결정된 파라미터가 만족되지 못하면 무선 뇌관 조립체가 발파 장소에 없거나 무선 뇌관 조립체가 발파 장소에 부적절하게 배치된 것을 나타낼 수 있도록 통상적으로 발파 장소와 관련될 것으로 예상되는 환경 조건에 특정되거나 또는 특정 발파 장소에 특정될 수 있다. 대안적으로, 환경 조건(들)을 감지하는 것은, 특정 무선 뇌관 조립체에 대한 환경 조건(들)에 대해 미리 결정된 파라미터가 만족되지 못하면 무선 뇌관이 보어홀에 적절히 위치되지 않는 것을 나타낼 수 있도록 보어홀 내에 통상적으로 예상되는 환경 조건에 특정될 수 있다.

본 명세서에 개시된 방법 중 어느 것에서, 각 무선 뇌관 조립체는 지면(ground-level)에 또는 지면 위에 위치된 뇌관 쉘 및 관련된 부품들로부터 원격에 있는 상부 박스를 선택적으로 더 포함할 수 있고, 여기서 환경 조건을 감지하는 것은 각 보어홀에서 지면 레벨에 또는 지면 레벨 위에서 발생한다. 대안적으로, 각 무선 뇌관 조립체는 조립체의 적어도 비-뇌관 부품을 포함하거나 수용하는 컨테이너 또는 하우징을 포함할 수 있다.

본 명세서에 개시된 방법 중 어느 것에서, 감지는 온도, 광, 진동, 습도, 밀도로부터 선택되지만 이들로 제한되지 않는 것으로 선택된 적어도 하나의 환경 조건을 감지할 수 있다. 본 명세서에 개시된 방법 중 어느 것에서, 선택적으로 적어도 단계(101) 및 선택적으로 다른 단계는 감지가 발생하지 않거나 또는 각 무선 뇌관 조립체가 감지에 응답하지 않는 '전개 창' 내에서 수행될 수 있고, 이 전개 창 이후 감지가 발생하며 각 무선 뇌관은 감지된 환경 조건에 응답한다.

본 방법은 시간-창을 카운트 다운하는 추가적인 단계를 포함할 수 있는데, 이 시간 창 내에서는 각 무선 뇌관 조립체가 상태 센서에 의하여 환경 조건(들)을 감지하고, 이 시간 창 외에서는 각 무선 뇌관 조립체는 환경 조건(들)을 감지하지 않는 것에 의해 비활성화된다. 이런 방식으로, 각 무선 뇌관 조립체는 다음 두 조건, 즉 발파(FIRE) 명령 신호가 특정 시간 창 내에 각 무선 뇌관 조립체에 송신되고 이 조립체에 의해 수신되는 것, 및 각 무선 뇌관 조립체가 발파하기에 적절한 바로 부근에서 환경 조건을 '감지'하는 것을 모두 만족시키는 경우에만 발파(FIRE) 명령 신호를 수신 및/또는 처리할 수 있다.

본 명세서에 개시된 방법의 선택된 실시예에서, 본 방법은 발파 장소에서 각 무선 뇌관 조립체의 바로 부근에서 환경 조건(들)에 대응하는 데이터를 각 무선 뇌관 조립체로부터 관련된 발파 기계, 휴대용 장치 또는 로거로 전달하는 선택적인 단계를 더 포함할 수 있다. 이런 방식으로, 발파 기계, 휴대용 장치 또는 로거는 발파 장소에서의 환경 조건, 및 무선 뇌관 조립체에 의해 검출된 발파하기에 적합한 적절성에 대한 정보를 수집하고 이 정보를 선택적으로 레코딩하거나 처리할 수 있다. 이 데이터 수집 그 자체는 본 명세서에 개시된 무선 뇌관 조립체에 의하여 상당한 안전 상의 이점을 제공한다.

확실성 및 명료성을 더 크게 하기 위해, 무선 뇌관 조립체 중 어느 하나 및 본 명세서에 개시된 발파 방법은 (예를 들어, 뇌관 배치 후 미리 결정된 시간에 또는 발파 기계로부터의 요구시에) 각 무선 뇌관 조립체의 바로 부근에서 환경 조건에 대한 단일 감지 이벤트를 수반하거나, 또는 (예를 들어, 관련된 발파 기계로부터 요구시에) 드문 감지, 또는 각 무선 뇌관에 대한 환경 조건의 주기적인 또는 연속적인 감지를 수반할 수 있다. 본 명세서에 개시된 실시예는 이런 점으로 제한되지 않는다.

주의깊은 조사를 통해, 본 발명자는 종래 기술의 특정 무선 뇌관 및 발파 시스템이 뇌관이 의도치 않게 또는 우연히 작동되는 것이 문제인 것을 발견하였다. 발파 기계 및 관련된 무선 뇌관 사이에 신속하고 정확한 무선 통신은 무선 통신 시스템의 특성에 상관없이 여러 문제를 제시한다. 무선 뇌관에 의해 적절하고 정확히 처리되어야 하는 가장 중요한 신호 중 하나는 발파(FIRE) 신호이다. 통신 시스템이 명령시 뇌관을 점화하지 못하거나, 또는 임의의 다른 시간에 부적절하게 뇌관이 작동하면, 뇌관을 취급하거나 이 뇌관에 매우 근접해 있는 사람에게 심각한 부상을 초래하거나 사망을 초래할 위험이 상당할 수 있다. 의도치 않거나 또는 우연한 뇌관 작동을 방지하는 것은 발파 작업에 매우 중요하다.

본 명세서에서는 무선 뇌관 조립체 및 이 무선 뇌관 조립체를 수반하는 발파 방법이 개시된다. 무선 뇌관 조립체는 특히 뇌관이 발파 장소에서 발파하는데 필요한 곳에 적절히 위치되어 있지 않을 때 의도치 않은 뇌관 작동을 회피하거나 또는 적어도 실질적으로 회피하는 수단을 제공하는 신규한 부품의 조합을 사용한다. 특정 실시예에서, 무선 뇌관 조립체는 각 무선 뇌관 조립체의 바로 부근에서 환경 조건(들)을 단일, 연속적인 또는 간헐적인 샘플링 또는 감지를 위한 하나 이상의 상태 센서를 포함한다. 이런 방식으로, 무선 뇌관 조립체는 환경 조건(들)이 미리 결정된 파라미터 내에 있는 경우에만 점화될 수 있게 제공된다. 미리 결정된 파라미터 내에 있지 않은 경우에는, 적어도 선택된 실시예에서, 무선 뇌관 조립체는 무선 뇌관 조립체가 발파(FIRE) 무선 명령 신호를 수신할 수 없거나 또는 이 명령 신호에 따라 동작할 수 없는 "안전 모드"로 절환되거나 이 "안전 모드"에 유지될 수 있다.

본 발명의 무선 뇌관 조립체는 일반적으로 발파 기계와 함께 일반적으로 발파 장소에서 사용될 수 있는 뇌관 또는 전자 뇌관을 포함할 수 있다. 발파 기계는 준비(ARM), 해제(DISARM), 또는 발파(FIRE) 명령 신호를 포함하나 이들로 제한되지 않는 적어도 하나의 무선 명령 신호를 각 무선 뇌관 조립체로 전송할 수 있다. 선택된 실시예에서, 무선 뇌관 조립체는,

쉘 및 작동을 위한 베이스 장약을 포함하는 뇌관;

발파 기계로부터 적어도 하나의 무선 명령 신호를 수신하고 처리하기 위한 명령 신호 수신 및 처리 모듈;

무선 뇌관 조립체의 바로 부근에서 적어도 하나의 환경 조건을 감지하기 위한 적어도 하나의 상태 센서;

적어도 하나의 상태 센서가 적어도 하나의 환경 조건이 발파하기에 적절한 미리 결정된 파라미터 내에 있는 것을 감지할 때에만 무선 뇌관 조립체가 발파(FIRE) 명령 신호에 응답하여 작동할 수 있게 하고, 상기의 경우가 아니면 무선 뇌관 조립체가 발파(FIRE) 명령 신호를 수신하거나 그리고/또는 발파(FIRE) 명령 신호에 응답할 수 없는 안전 모드를 유지하게 하는 활성화/비활성화(activation/deactivation) 모듈; 및

명령 신호 수신 및 처리 모듈, 적어도 하나의 상태 센서, 및 활성화/비활성화 모듈에 전력을 공급하기 위한 적어도 하나의 전력 소스를 포함한다.

뇌관 쉘은 뇌관 쉘의 일 단부 쪽에 일반적으로 위치된 (그러나 반드시 여기에 위치되어야 하는 것은 아니다) 베이스 장약과 함께 이 기술 분야에 친숙한 것을 포함하는 임의의 형태를 취할 수 있다. 명령 신호 수신 및 처리 수단은 전자기 신호(예를 들어, 저주파 및 극저주파 무선 전파, 광을 포함하는 무선 전파), 음향 신호 등을 포함하나 이들로 제한되지 않는 임의의 형태의 무선 신호를 수신하기 위해 이 목적에 적합한 임의의 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 무선-주파수 범위에 전자기 복사선을 사용하는 명령 신호에 대해, 명령 신호 수신 및 처리 모듈은 무선 뇌관 조립체에 의해 수신된 RF 신호의 처리 또는 해석을 가능하게 하는 RF 수신기 및 관련된 전자 부품을 포함할 수 있다. 지하에 위치된 무선 뇌관 조립체로 전송된 무선 신호에 있어서, 저주파 또는 초저주파 무선 전파가 바람직할 수 있고, 이 경우 명령 신호 수신 및 처리 모듈은 그에 상응하게 구성될 수 있다.

적어도 하나의 상태 센서는 무선 뇌관 조립체와 일체로 사용가능한 특징을 형성하지만, 각 상태 센서는 뇌관 쉘에 대해 임의의 위치에, 예를 들어 뇌관 쉘 내에 또는 외부에, 선택적으로 뇌관과 분리되거나 이에 연결된 컨테이너 또는 하우징 내에 또는 이의 일부에, 또는 발파 장소에서 지면 레벨에 또는 이 지면 레벨 위에 위치하도록 의도된 상부 박스의 부품으로, 암석의 보어홀 아래에 위치된 무선 뇌관 조립체의 다른 부품과 유선 또는 무선 단거리 통신을 하게 위치될 수 있다. 본 명세서에 설명된 뇌관이 무선 전자 부스터 또는 대응하는 프라이머의 일부를 형성하는 추가적인 실시예에서, 각 상태 센서 또는 센서들은 무선 전자 부스터 또는 프라이머의 하우징 또는 케이싱 위에 또는 이 부근에 위치될 수도 있다. 예를 들어, 상태 센서가 광을 검출하는 광전지인 경우, 상태 센서는 무선 전자 부스터의 하우징 또는 케이싱의 표면 위에 위치되거나 이 표면에 걸쳐 연장될 수 있어서, 광전지에 의해 광이 검출되면 하우징 또는 케이싱 내에 위치되거나 이 내에 실질적으로 위치된 뇌관을 비활성화시키거나 이 비활성을 유지할 수 있다.

각 상태 센서는 무선 뇌관 바로 부근에서 다음의 비제한적인 파라미터 리스트, 즉 온도, 광 레벨, 진동, 가속도, 습도, 주변 물질의 밀도, 주변 물질의 압력, 움직임을 포함하나 이들로 제한되지 않는 임의의 환경 조건을 감지하는 유형일 수 있다. 각 무선 뇌관 조립체는 선택적으로 하나를 초과하거나 또는 사실상 여러 상이한 유형의 상태 센서를 포함하여, 조립체는 하나를 초과하는 환경 조건을 감지할 수 있고, 무선 뇌관 조립체는 모든 상태 센서가 각 환경 조건이 발파하기에 적합한 미리 결정된 파라미터 내에 있는 것을 검출하는 경우에만 발파(FIRE) 명령 신호를 수신하거나 이에 응답하도록 활성화될 수 있다.

예를 들어, 무선 뇌관 조립체는 광 센서 및 가속도계의 조합을 포함하는 상태 센서를 포함할 수 있다. 무선 뇌관 조립체의 운송 및/또는 배치 동안, 광 센서는 광에 (적어도 주기적으로) 노출될 수 있고, 가속도계는 진동 및 다른 움직임에 의해 야기된 가속도를 (적어도 주기적으로) 감지할 수 있다. 이에 따라, 상태 센서에 의해 광, 움직임, 또는 진동이 검출되면, 활성화/비활성화 모듈에 의하여 무선 뇌관 조립체에 "안전 모드"의 비활성화(또는 유지)를 초래할 수 있다.

광 센서가 광(또는 적절히 낮은 레벨의 광)을 검출하지 못하고, 진동 센서가 (선택적으로 미리 결정된 최소 시간 기간 동안) 진동(또는 적절히 낮은 레벨의 진동)을 검출하지 못할 때에만, 이들 환경 조건은 발파하기에 적절한 미리 결정된 환경 조건의 파라미터 내에 있게 되는데, 그 이유는 이들 조건만이 발파를 위한 적절한 설정에 따라 부스터 및 폭발 물질과 관련하여 보어홀 아래에 무선 뇌관 조립체를 배치시에 예상되는 환경 조건에 대응할 수 있기 때문이다.

무선 뇌관 조립체는 또한 명령 신호 수신 및 처리 모듈 및 적어도 하나의 상태 센서를 포함하나 이들로 제한되지 않는 각 무선 뇌관 조립체의 부품들에 전력을 공급하는 적어도 하나의 전력 소스를 각각 포함한다. 이러한 전력 소스는 단순히 배터리 또는 커패시터와 같은 충전가능한 디바이스를 포함할 수 있다. 대안적으로 전력 소스는 소핵 전력 소스, 또는 전기 에너지를 공급하는 임의의 다른 수단일 수 있다. 다른 실시예에서, 무선 뇌관은, 예를 들어 능동 전력 소스 및 수동 전력 소스를 포함하는 하나를 초과하는 전력 소스, 및 예를 들어 그 개시 내용이 본 명세서에 원용되어 포함된 2009년 8월 4일에 등록된 미국 특허 번호 7,568,429에 개시된 것과 대응하는 특징을 포함할 수 있다.

본 명세서에 개시된 무선 뇌관 조립체는 상태 센서 또는 센서들과 함께 동작하는 활성화/비활성화 모듈을 더 포함한다. 활성화/비활성화 모듈은 상태 센서(들)에 의해 검출된 환경 조건(들)에 따라 무선 명령 신호, 및 보다 구체적으로 발파(FIRE) 무선 명령 신호를 수신하거나 이 신호에 응답하도록 무선 뇌관 조립체의 기능을 선택적으로 활성화 및/또는 선택적으로 비활성화하는 임의의 수단을 포함한다. 적어도 하나의 상태 센서가 환경 조건이 발파하기에 적절한 미리 결정된 파라미터 내에 있는 것을 감지하는 경우에만 활성화/비활성화 모듈은 무선 뇌관이 발파(FIRE) 명령 신호를 수신 및/또는 동작할 수 있게 한다. 활성화/비활성화 모듈의 비제한적인 예는 전술된 바로부터 명백할 것이다.

일 실시예에서, 무선 뇌관 조립체는 점화 회로를 통해 전류를 인가하는 것을 통해 작동가능한 베이스 장약과 관련된 점화 회로를 더 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 활성화/비활성화 모듈은, 적어도 하나의 상태 센서가 발파하기에 적절한 미리 결정된 파라미터 외부에 있는 환경 조건을 감지하면 점화 회로를 개방하여, 점화 회로를 통해 전류가 흐르는 것을 방지하고, 명령 신호 수신 및 처리 모듈이 발파(FIRE) 명령 신호를 수신하는 경우에도 베이스 장약의 작동을 방지하는 스위치를 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 각 무선 뇌관 조립체는 점화 회로와 함께 커패시터와 같은 전하 저장 디바이스를 선택적으로 포함하여, 명령 신호 수신 및 처리 모듈에서 발파(FIRE) 명령 신호가 수신될 때, 커패시터는 점화 회로를 통해 베이스 장약에 연결될 수 있다. 이것은 베이스 장약을 작동하기에 충분한 전류를 점화 회로를 야기할 수 있다. 이러한 실시예에서, 활성화/비활성화 모듈은 예를 들어 적어도 하나의 상태 센서가 발파하기에 적절한 미리 결정된 파라미터 외부에 있는 환경 조건을 감지하는 한, 전하 저장 디바이스로부터 전하를 선택적으로 유출(bleed)하는 방전 수단을 포함할 수 있다.

상기 실시예는 본 명세서에 개시된 무선 뇌관 조립체의 응답을 상태 센서(들)에 의해 감지된 바와 같은 바로 부근에 있는 환경 조건으로 변조(modulate)하기에 적합할 수 있는 활성화/비활성화 모듈의 유형을 단지 예시하는 것일 뿐 본 발명을 제한하는 것이 아니다.

따라서, 본 명세서에 개시된 무선 뇌관 조립체는 각 무선 뇌관 조립체가 (발파(FIRE) 명령 신호의 수신 시에) 뇌관을 작동시키기에 적절한 조건에 있는지 여부를 제어하도록 활성화/비활성화 모듈과 함께 동작하는 상태 센서 또는 센서들을 포함한다. 특정 무선 뇌관 조립체를 위한 상태 센서는 무선 뇌관 조립체의 의도된 운송, 저장 및 의도된 최종 사용에 따라 센서가 검출하는 환경 조건에 대하여 또는 이 환경 조건에 대한 감도에 대하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 특정 무선 뇌관 조립체를 위한 상태 센서는 발파 장소와 관련된 특정 환경 조건을 검출하도록 선택될 수 있어서, 환경 조건(들)에 대하여 미리 결정된 파라미터가 만족되지 못하면 발파 장소에 무선 뇌관 조립체가 없거나 또는 발파 장소에서 무선 뇌관 조립체가 부적절하게 배치된 것을 나타낼 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 상태 센서는 특정 온도, 습도, 압력과 같은 발파될 암석의 보어홀 아래의 조건과 통상 관련된 환경 조건, 또는 심지어 밀도와 같은 주변 암석 또는 물질과 관련된 환경 조건을 감지하도록 선택될 수 있다.

광 노출, 또는 움직임, 가속도, 또는 진동의 검출과 같은 환경 조건은 발파하기 전에 무선 뇌관 조립체의 운송 또는 배치와 관련될 수 있다. 이에 따라 특정 실시예에서, 상태 센서는 적절히 선택될 수 있어서 각 무선 뇌관 조립체는 임의의 광 또는 움직임이 상태 센서에 의해 검출되는 동안에는 발파(FIRE) 명령 신호를 수신하거나 이 신호에 응답할 수 없는 비활성 조건에 유지될 수 있다.

각 상태 센서는 뇌관 쉘에 대해 임의의 위치에 배치될 수 있고, 특정 위치가 검출되는 특정 환경 조건에 따라 선호될 수 있다. 예를 들어, 일부 상태 센서는 각 뇌관 쉘 내에 위치될 수 있어서, 무선 뇌관 조립체의 운송 또는 배치 동안 손상되거나 또는 물이 침투하는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 이러한 상태 센서는 뇌관 쉘 내에 위치될 때 뇌관 쉘의 외부에서 적어도 하나의 환경 조건을 선택적으로 검출할 수 있다. 다른 상태 센서는 검출 기능을 수행하기 위하여 뇌관 쉘 외부에, 또는 조립체의 부품을 위한 컨테이너 또는 하우징 내부 또는 외부에 위치되게 요구될 수 있다. 예를 들어, 일부 무선 뇌관 조립체는 무선 뇌관 조립체가 발파 장소에 배치될 때, 지면에 또는 지면 위에 유지되도록 뇌관 쉘 및 관련된 부품으로부터 원격에 위치되는 '상부 박스'를 더 포함할 수 있고, 여기서 적어도 하나의 상태 센서가 이 상부 박스와 관련될 수 있다. 예를 들어, 특정 상태 센서가 특정 무선 뇌관 조립체가 발파 기계로부터 무선 신호를 수신할 수 있는지 여부를 검출하면, RF 신호가 암석을 통해 진행하기에 적합하지 않는 한, 상태 센서는 지면 레벨에 또는 지면 레벨 상에 최상으로 위치될 수 있다.

그러나, 선택된 실시예는 상부 박스의 사용으로 제한되지 않고, 뇌관으로부터 원격에 있는 (뇌관과 무선 통신을 하는) 또는 뇌관으로부터 분리되거나 또는 뇌관에 물리적으로 부착된 뇌관과 유선으로 연결된 하우징 또는 다른 컨테이너에 비-뇌관 부품이 위치되거나 수용된 무선 뇌관 조립체를 포함한다. 상태 센서는 존재하는 임의의 상부 박스, 컨테이너 또는 하우징의 외부 표면 또는 하우징 내에 또는 위에 또는 이를 통해 위치될 수 있다.

각 상태 센서는 또한 뇌관에 근접한 다른 부품들 위에 위치되거나 이 다른 부품들과 관련될 수 있다. 예를 들어, 뇌관이 무선 전자 부스터 또는 대응하는 프라이머의 일부를 형성하는 경우, 조립체는 무선 전자 부스터 또는 대응하는 프라이머를 위한 하우징 또는 케이싱에 포함되거나 또는 실질적으로 이 내에 유지되거나 또는 이에 연결될 수 있다. 사용될 상태 센서의 특성에 따라, 하우징 또는 케이싱을 통해 연장하거나, 또는 하우징 또는 케이싱의 외부 표면 위에 위치되는 방식으로 상태 센서가 위치되게 하는 것이 바람직할 수 있다. 이런 방식으로, 각 상태 센서는 하우징 또는 케이싱의 외부에 바로 인접한 환경 조건을 검출할 수 있다. 예를 들어, 각 상태 센서가 광전지 또는 광 검출기인 경우, 무선 전자 부스터 또는 프라이머의 하우징 또는 케이싱의 외부에 광이 도달하면 발파 장소에 무선 전자 부스터가 배치되지 않거나 또는 부적절하게 배치된 것을 나타낼 수 있다. 그리하여, 하우징 또는 케이싱 외부의 광을 검출하도록 위치된 상태 센서에 의해 광이 검출되면, 하우징 또는 케이싱 내에 위치되거나 또는 실질적으로 이 내에 위치되거나 또는 이에 연결된 조립체에 신호를 전송하거나 유지하여서, 조립체로 하여금 작동하기에 적절치 않은 비활성 상태를 채용하거나 유지하게 할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 각 무선 뇌관 조립체는 '전개 창'을 카운트 다운하는 클록을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 각 전개 창은, 각 상태 센서가 비활성이거나 또는 무선 뇌관이 상태 센서(들)에 응답하지 않는 미리 선택된 시간 창일 수 있다. 클록이 전개 창의 카운트 다운을 완료하면 적어도 하나의 상태 센서는 조립체의 바로 부근의 환경 조건(들)의 감지를 시작하거나 재시작할 수 있어서, 조립체는 이후 환경 조건(들)에 응답할 수 있다. 이런 방식으로, 전개 창을 제공하는 클록을 사용하면, 상태 센서가 예를 들어 암석의 보어홀 아래에 전개되고 배치되는 무선 뇌관 조립체에 적어도 적절한 시간 기간 동안 휴면(또는 무선 뇌관 조립체가 상태 센서에 응답하지 않는 것)을 유지할 수 있다. 전개 창이 만료된 후, 무선 뇌관은 상태 센서에 의해 감지된 무선 뇌관 조립체의 바로 부근의 환경 조건(들)에 응답하여 조건을 채용하거나 복귀할 수 있다. 각 클록은 예를 들어 발파 장치, 발파 장소 조건, 발파를 위한 제어 장소로부터의 거리 등에 따라 5분, 15분, 60분 또는 120분 이상을 포함하나 이들로 제한되지 않는 전개 창에 대해 임의의 시간으로 프로그래밍될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 무선 뇌관 조립체는, 무선 뇌관 조립체가 감지하거나 또는 상태 센서를 통해 바로 부근의 환경 조건(들)을 감지하는 것을 수용하는 시간-창을 카운트 다운하는 클록을 포함할 수 있고, 여기서 각 무선 뇌관 조립체는 뇌관을 작동시키기에 적절치 않은 비활성 상태를 유지한다. 따라서, 이러한 실시예에서, 각 무선 뇌관 조립체는, 조립체가 시간-창 내에 있지 않고 조립체가 발파하기에 적절한 환경에 있지 않는 한, 발파(FIRE) 명령 신호를 수신 및/또는 처리하거나 이에 응답할 수 없게 비활성으로 유지된다.

다른 예시적인 실시예에서, 본 명세서에 개시된 무선 뇌관 조립체는 각 무선 뇌관 조립체의 발파 장소에서 각 무선 뇌관 조립체의 바로 부근의 환경 조건(들)에 대응하는 데이터를 관련된 발파 기계, 휴대용 장치 또는 로거에 전송하는 무선 신호 전송 수단을 더 포함할 수 있다. 이런 방식으로, 임의의 관련된 발파 기계, 휴대용 장치 또는 로거는 (발파 장소에서 보어홀 내 환경 조건과 같은) 발파 장소에서 환경 조건에 관한 정보 및 발파 이벤트를 실행하기 위한 조건의 적절성을 수집하고 선택적으로 처리할 수 있다. 이 데이터 수집은 그 자체가 본 명세서에 설명된 무선 뇌관에 의하여 상당한 안전 상의 이점을 제공한다.

본 발명은 무선 뇌관 조립체, 발파 시스템, 및 발파 방법의 특정 실시예에 대하여 설명되었으나, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 구체적으로 설명되지 않은 다른 무선 뇌관 조립체, 발파 시스템, 및 발파 방법들이 그럼에도 불구하고 본 발명의 의도된 범위 내에 있을 수 있는 것을 인식할 수 있을 것이다. 첨부된 청구범위는 모든 이러한 실시예를 포함하는 것으로 의도된다.

Claims

적어도 하나의 무선 명령 신호를 무선 뇌관 조립체에 전송하는 발파 기계와 함께 사용하기 위한 무선 뇌관 조립체로서,
쉘 및 작동을 위한 베이스 장약(base charge)을 포함하는 뇌관(detonator);
상기 발파 기계로부터 상기 적어도 하나의 무선 명령 신호를 수신하고 처리하기 위한 명령 신호 수신 및 처리 모듈;
상기 무선 뇌관 조립체의 바로 부근에서의 적어도 하나의 환경 조건을 감지하는 적어도 하나의 상태 센서; 및
상기 적어도 하나의 상태 센서가 상기 적어도 하나의 환경 조건이 발파하기에 적절한 미리 결정된 파라미터 내에 있는 것을 감지하는 경우에는 무선 뇌관 조립체가 발파(FIRE) 명령 신호에 응답하여 작동하게 하며, 상기의 경우가 아니면 무선 뇌관 조립체가 발파(FIRE) 명령 신호를 수신하거나 그리고/또는 발파(FIRE) 명령 신호에 응답할 수 없는 안전 모드를 유지하게 하는 활성화/비활성화(activation/deactivation) 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 뇌관 조립체.
제1항에 있어서, 상기 명령 신호 수신 및 처리 모듈은 RF 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 뇌관 조립체.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 상태 센서는 상기 뇌관 조립체의 적어도 하나의 환경 조건을 감지하며, 적절한 환경 조건을 검출하지 못하면 상기 발파 장소에 상기 무선 뇌관 조립체가 없거나 상기 발파 장소에 상기 무선 뇌관이 부적절하게 배치된 것을 나타내는 것을 특징으로 하는 무선 뇌관 조립체.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 상태 센서는 발파될 암석의 보어홀(borehole) 아래의 조건과 통상 관련된 적어도 하나의 환경 조건을 감지하는 것을 특징으로 하는 무선 뇌관 조립체.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 상태 센서는 상기 뇌관 쉘 내에 위치된 것을 특징으로 하는 무선 뇌관 조립체.
제1항에 있어서, 상기 무선 뇌관 조립체가 발파 장소에 배치될 때 지면(ground-level)에 또는 지면 위에 유지되도록 상기 뇌관 쉘 및 관련된 부품으로부터 원격에 상부 박스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 뇌관 조립체.
제1항에 있어서, 상기 다른 부품 및 상기 뇌관 사이에 유선 또는 무선 링크를 통해 상기 뇌관이 아닌 상기 조립체의 부품을 적어도 포함하거나 수용하는 컨테이너 또는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 뇌관 조립체.
제1항에 있어서, 상기 베이스 장약과 관련된 점화 회로를 더 포함하며, 상기 베이스 장약은 상기 점화 회로를 통해 전류를 인가하는 것에 의해 작동가능하고, 상기 활성화/비활성화 모듈은, 상기 적어도 하나의 상태 센서가 상기 적어도 하나의 환경 조건이 발파하기에 적절한 미리 결정된 파라미터 밖에 있는 것을 감지하면, 상기 점화 회로를 개방하여, 발파(FIRE) 명령 신호가 상기 명령 신호 수신 및 처리 모듈에 의해 수신될 때에도 상기 베이스 장약의 작동을 방지하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 뇌관 조립체.
제1항에 있어서, 점화 회로와 함께 커패시터와 같은 전하 저장 디바이스를 더 포함하며, 발파(FIRE) 명령 신호가 상기 명령 신호 수신 및 처리 모듈에 의해 수신될 때, 상기 커패시터는 상기 점화 회로를 통해 상기 베이스 장약에 연결되어, 상기 베이스 장약을 작동시킬 만큼 충분한 전류를 상기 점화 회로에 야기하며, 상기 활성화/비활성화 모듈은, 적어도 하나의 상태 센서가 발파하기에 적절한 미리 결정된 파라미터 밖에 있는 환경 조건을 감지하는 한, 상기 전하 저장 디바이스로부터 전하를 선택적으로 유출하는 방전 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 뇌관 조립체.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 상태 센서가 비활성이거나 또는 상기 무선 뇌관이 상기 적어도 하나의 상태 센서에 응답하지 않는 전개 창을 카운트 다운하는 클록을 더 포함하며, 카운트 다운 후 상기 적어도 하나의 상태 센서는 상기 뇌관 조립체의 바로 부근에서의 적어도 하나의 환경 조건을 감지하고, 상기 뇌관 조립체는 상기 적어도 하나의 환경 조건에 응답하는 것을 특징으로 하는 무선 뇌관 조립체.
제1항에 있어서, 발파 이벤트를 위한 시간-창을 카운트 다운하는 클록을 더 포함하며, 상기 상태 센서는 상기 시간-창 내에서만 상기 조립체의 바로 부근의 적어도 하나의 환경 조건을 감지하도록 활성인 것을 특징으로 하는 무선 뇌관 조립체.
제1항에 있어서, 각 상태 센서는 온도, 광, 움직임, 가속도, 진동, 습도, 밀도, 및 압력으로부터 선택된 적어도 하나의 환경 조건을 감지하는 것을 특징으로 하는 무선 뇌관 조립체.
제1항에 있어서, 상기 발파 장소에서 바로 부근의 환경 조건에 대응하는 데이터를 관련된 발파 기계, 휴대용 장치(hand-held device) 또는 로거(logger)에 전송하는 무선 신호 전송 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 뇌관 조립체.
보어홀이 미리 드릴링된 암석을 발파하는 방법으로서,
1) 제1항의 적어도 하나의 무선 뇌관 조립체를 각 보어홀에 할당하는 단계;
2) 선택적으로 휴대용 장치 또는 로거를 사용하여 각 할당된 조립체와 통신하며 각 조립체로부터 데이터를 판독하거나 그리고/또는 데이터를 각 조립체로 프로그래밍하는 단계;
3) 각 조립체를 폭발 물질에 연결하여 프라이머를 형성하는 단계;
4) 각 프라이머를 상기 보어홀에 배치하는 단계;
5) 폭발물을 각 보어홀에 장전(load)하는 단계;
6) 선택적으로 각 보어홀을 매립하는 단계; 및
7) 각 뇌관을 제어하고 발파(FIRE)하는 무선 명령 신호를 전송하는 단계를 포함하며, 또한
각 무선 뇌관 조립체의 바로 부근에서 적어도 하나의 환경 조건을 감지하는 단계는 언제든지 더 포함하며,
각 조립체는 상기 감지된 환경 조건이 발파를 위한 미리 결정된 파라미터 밖에 있는 경우에는 언제든지 작동할 수 없게 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 단계 7)에서 상기 명령 신호는 RF 신호인 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 환경 조건을 감지하는 것은, 발파하기 위한 바람직한 환경 조건을 검출하지 못하면 발파 장소에 무선 뇌관 조립체가 없거나 상기 발파 장소에 상기 무선 뇌관 조립체가 부적절히 배치된 것을 나타낼 수 있도록, 발파 장소와 관련된 환경 조건에 특정된 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 환경 조건을 감지하는 것은, 적어도 하나의 환경 조건이 특정 무선 뇌관 조립체에 대해 상기 미리 결정된 파라미터 밖에 있는 것으로 감지되면 무선 뇌관 조립체가 보어홀에 부적절하게 위치되었거나 또는 보어홀에 위치되지 않은 것을 나타낼 수 있도록, 보어홀 내에 통상 예상되는 환경 조건에 특정된 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 각 무선 뇌관 조립체는 지면에 위치되거나 지면 위에 위치된 뇌관 쉘 및 관련된 부품으로부터 원격에 상부 박스를 더 포함하며, 상기 무선 명령 신호를 수신하는 단계는 각 보어홀에서 지면 레벨에서 또는 지면 레벨 위에서 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 적어도 단계 1) 및 선택적으로 다른 단계는 상기 감지가 일어나지 않거나 또는 각 무선 뇌관 조립체가 이 감지에 응답하지 않는 전개 창 내에서 수행되고, 이 전개 창 후에 상기 감지가 일어나고, 각 무선 뇌관 조립체는 환경조건에 응답하는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 감지는 온도, 광, 움직임, 가속도, 진동, 습도, 밀도, 및 압력으로부터 선택된 적어도 하나의 환경 조건을 감지하는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 발파 장소에서 각 무선 뇌관 조립체의 바로 부근에서 환경 조건(들)에 대응하는 데이터를 각 무선 뇌관 조립체로부터 관련된 발파 기계, 휴대용 장치 또는 로거로 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 시간-창을 상기 발파에 할당하는 단계를 더 포함하며, 각 무선 뇌관 조립체는 상기 시간-창을 카운트 다운하는 클록을 포함하며, 상기 감지하는 단계는 상기 시간 창 내에서만 계속되거나 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
발파 기계와 함께 사용하기 위한 무선 전자 프라이머로서, 상기 발파 기계는 적어도 하나의 무선 명령 신호를 통해 상기 무선 전자 프라이머를 제어하며, 상기 무선 전자 프라이머는,
제1항의 무선 뇌관 조립체;
상기 베이스 장약이 작동하면 상기 폭발 장약이 작동하도록 상기 뇌관과 동작가능하게 관련된 폭발 장약을 포함하고,
상기 명령 신호 수신 및 처리 모듈은, 상기 적어도 하나의 상태 센서가 발파하기에 적절한 미리 결정된 파라미터 내에 있는 환경 조건을 감지하는 경우, 상기 명령 신호 수신 및 처리 모듈에 의해 발파(FIRE) 명령 신호가 수신될 때 상기 베이스 장약이 작동되고 이에 따라 상기 폭발 장약이 작동되도록 상기 뇌관과 신호 통신하는 것을 특징으로 하는 무선 전자 프라이머.