KR20160137620A - 자기 통신 신호를 사용하여 발파하기 위한 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

자기 통신 신호를 사용하여 발파하기 위한 장치, 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20160137620A
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스티븐 코트소니스
바이런 윅스
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오리카 인터내셔날 피티이 엘티디
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Abstract

발파용 개시 장치(IA)로서, 상기 IA는 베이스 스테이션(base station)으로부터 커맨드를 나타내는 TTE(through the earth) 자기 통신 신호를 수신하도록 구성된 자기 수신기(magnetic receiver); 상기 자기 수신기와의 전기적 통신에서, 상기 커맨드에 응답하여 응답 데이터를 생성하도록 구성된 발파 제어기(blasting controller); 및 상기 발파 제어기와의 전기적 통신에서, TTE 전자기(EM, electromagnetic) 신호를 사용하여, 상기 응답 데이터를 상기 베이스 스테이션에 전송하도록 구성된 전자기 전송 시스템(ETS, electromagnetic transmitter system)을 포함한다.

Description

자기 통신 신호를 사용하여 발파하기 위한 장치, 시스템 및 방법{APPARATUS, SYSTEM AND METHOD FOR BLASTING USING MAGNETIC COMMUNICATION SIGNAL}
관련 출원
본 출원은 Orica International Pte Ltd의 이름으로 2014년 3월 27일 출원된 호주 가출원 번호 201401099와 관련되며, 상기 전체의 명세서는 본 명세서에 참조로서 통합된다.
기술 분야
본 발명은 일반적으로 발파, 무선 전자 발파 시스템(WEBS, wireless electronic blasting systems) 및 상기 WEBS에서 개시 장치들(IAs, initiation apparatuses)과의 전자적 통신 방법과 관련된다.
본 발명의 실시예들은 예를 들면, 표면 채광(surface mining), 지하 채광(underground mining), 채석(quarrying), 토목(civil construction) 및/또는 육지 또는 해양에서 탄성파 탐사(seismic exploration)를 포함하는 많은 적용들에서 사용될 수 있다.
전자 발파 시스템들은 매우 정확한 제어된 폭발적 발파들 및 발파 패턴들을 제공하기 위해 채광 및 탐사에서 널리 사용된다.
발파 적용들에서, 통상적인 전자 기폭장치들은 발파 제어 시스템 예를 들면, 발파 기계와 유선 또는 무선 통신 링크들을 사용하여 통신할 수 있다. 기존의 발파 무선 시스템들에서, 커맨드 경로의 무선 구간은 종종 지상이며, 라디오 신호들은 발파 기계로부터 지상 무선 수신기로, 그리고 그로부터 유선을 통해 보어홀(borehole)로, 상기 보어홀 내의 전자 개시 디바이스로 이동간다. 상기 경우들에서, 발파 기계 및 홀-내(in-hole) 전자기기 간의 2-웨이 통신은 보어홀 외부의 진단 장치들로 하여금 홀-내 디바이스의 컨디션에 관하여 홀-내 디바이스에서 정보를 얻는다. 상기 2-웨이 통신은 홀-내 디바이스의 컨디션이 테스트되도록 하며, 홀-내 디바이스에 보내진 임의의 지시들(예를 들면, 타이밍 지연)이 컨펌되게 한다(예를 들면, 순환 중복 검사를 사용하여).
홀-내 전자 개시 디바이스와 발파 기계 간의 통신의 방법은 자기 신호들 및 자기 센서들을 사용하여 제안되었다. 그러나, 발파에 대한 자기 분야 기반 시스템들은 일반적 발파 범위 예를 들면, 수백 미터를 가로질러 홀-내 디바이스들과 통신하기 위한 충분한 세기의 자기장 파동들을 생성하기 위해 상대적으로 크고, 높은 출력의 전송 설비를 일반적으로 필요로 한다. 이는 지상 또는 지하 엑세스 지역들 내의 발파 기계에 대해 충분히 강력한 전송 설비를 제공하는 것은 현실적일 수 있으나; 그러나, 자기 신호를 사용하여 발파 기계와 통신하기 위해 필요한 안테나와 출력을 구비한 홀-내 디바이스를 제공하는 것은 일반적으로 현실적이지 않다. 따라서, 일단 홀-내 유닛이 설치되면, 자기 시스템의 지상 부분들은 홀-내 유닛들의 상태나 컨디션을 알아내거나 또는 홀-내 유닛이 그것에 보내진 정보를 올바르게 수신함을 컨펌할 수 없다.
상기 기술분야와 관련된 하나 이상의 단점 또는 제한들을 처리하거나 개선하는 것이 또는 적어도 유용한 대안을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 발파하기 위한 개시 장치(IA, initiator apparatus)가 제공되며, 상기 IA는
베이스 스테이션으로부터 커맨드를 나타내는 TTE(through the earth) 자기 통신 신호를 수신하도록 구성된 자기 수신기;
상기 자기 수신기와의 전기적 통신에서, 상기 커맨드에 응답하여 응답 데이터를 생성하도록 구성된 발파 제어기; 및
상기 발파 제어기와의 전기적 통신에서, TTE 전자기(EM, electromagnetic) 신호를 사용하여, 상기 응답 데이터를 상기 베이스 스테이션에 전송하도록 구성된 전자기 전송 시스템(ETS, electromagnetic transmitter system)을 포함한다.
또한 본 발명은 단계들을 포함하는 발파하는 방법을 제공하며, 상기 단계들은:
베이스 스테이션으로부터 개시 장치(IA)에 대한 커맨드를 나타내는 TTE 자기 통신 신호를 수신하는 단계;
상기 IA에 의해, 상기 커맨드에 응답하는 응답 데이터를 생성하는 단계; 및
TTE 전자기(EM) 신호를 사용하여 상기 응답 데이터를 상기 베이스 스테이션에 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 단지 예시로서 첨부 도면들을 참조하여 이하에 기술된다.
도 1은 하나 이상의 개시 장치들(IA)을 포함하는 무선 전자 발파 시스템(WEBS)의 블록 다이어그램이다.
도 2는 지표 아래의 보어홀들에서 IA들 및 보어홀들 중 하나에서 릴레이의 스케치이다.
도 3은 지표 아래의 보어홀들에서 IA들 및 보어홀들 중 하나에서 릴레이의 스케치이다.
도 4는 복수의 릴레이 스테이션들을 가지는 터널 밖 보어홀들에서 IA들의 스케치이다.
도 5는 단일의 릴레이 스테이션들을 가지는 터널 밖 보어홀들에서 IA들의 스케치이다.
정의들
본 명세서에 기술된 바와 같이, 발파용 무선 전자 발파 시스템(WEBS, wireless electronic blasting system)은 표면 채광(surface mining), 지하 채광(underground mining), 채석(quarrying), 토목(civil construction) 및/또는 육지 또는 해양에서 탄성파 탐사(seismic exploration)에서 예를 들면, 매장된 폭발물들(explosives)을 사용하여 발파를 제어하고 개시하기 위한 시스템이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 개시 장치(IA, initiating apparatus)는 무선 개시 장치, 무선 개시 디바이스(만약 그것이 하우징에서 원-피스 유닛인 경우), 무선 수신기 또는 만약 발파에 의해 파괴되도록 의도된 경우, 사용 후 버릴 수 있는 수신기(disposable receiver)("DRX")로서 지칭된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 "지표(earth)"는 지구, 땅, 돌, 흙, 모래 및/또는 건설 물질들 예를 들면, 콘크리트/시멘트 등을 지칭하며, IA가 표면 채광, 지하 채광, 채석, 토목 및/또는 육지 또는 해양에서 탄성파 탐사에서 발파를 위해 폭발물들에 매장되거나 위치될 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 자기 센서들(magnetic sensors)은 "검출기들" 또는 "자기계들"로서 지칭되며, (패러데이 법칙에 따라) 자기 유도(MI, magnetic induction)에 기초하여 또는 준-정적 자기장 검출기들로서(예를 들면, 자기-저항 센서들 또는 가우스미터들) 동작한다. 또한, 자기장을 "센싱"하는 것은 "측정" 또는 "검출"로서 지칭된다. 자기장 센서들은 삼축자력계일 수 있다.
본 명세서에서 기술된 바와 같이 자기 전송 시스템 및 자기 수신 시스템은 자기 전송 시스템에 의해 생성된 자기장들의 변조에 기초하여 동작하며 자기 수신 시스템에서 자기 센서들에 의해 검출된다. 자기장 변조는 약 50Hz, 약50Hz 미만, 약 5Hz 및 50Hz 사이 또는 약 5Hz 미만의 헤르츠(Hz)로 측정된 것과 같은 주파수들을 포함한다.
용어 전자기(EM, electromagnetic) 수신기, EM 전송기, EM 신호(들), EM 범위, EM 주파수들 및 EM 전파는 기술분야에서 공지된 것과 같은 원거리장 라디오 주파수(RF) 변조 및 검출 기법들의 사용을 지칭한다. 실시예들에서, EM 수신기, 전송기 및/또는 트랜스시버는 라디오 주파수들(RF)을 활용한다. 실시예들에서, EM 주파수들은 300Hz에서 300GHz의 범위에서 주파수들을 포함한다. EM 주파수들은 300Hz에서 3000Hz 범위의 초저주파수들(ULF, ultra low frequencies)을 포함할 수 있다. EM 주파수들은 3에서 30kHz 범위의 초장파(VLF, very low frequencies)를 포함할 수 있다. EM 주파수들은 30에서 300kHz 범위의 저주파(LF, low frequencies)를 포함할 수 있다. EM 주파수들은 120kHz 미만일 수 있다. EM 주파수들은 70kHz 미만일 수 있다. EM 주파수들은 1kHz 초과 또는 20kHz 초과일 수 있다. EM 주파수들은 50kHz를 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어들 "유선 통신", "유선 통신 링크" 및 "유선 연결"은 신호들을 전송기로부터 수신기(또는 트랜스시버들 간에)로 거리를 넘어 전송하기 위해 연결하는 선, 전기적 컨덕터, 케이블 또는 기타 유사 연결의 사용을 일반적으로 지칭한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어들 "무선 통신", "무선 통신 링크" 및 "무선 연결"은 자기 및/또는 전기장들, 전자기파들(파디오 주파수 전파들을 포함) 또는 음파들/지진파들을 사용하여 신호들을 전송기로부터 수신기(또는 트랜스시버들 간에)로 거리를 넘어 전송하는 것을 일반적으로 지칭하며, 따라서 무선 송신기로부터 무선 수신기(또는 무선 트랜스시버들 간) 통신들을 그들 사이의 지속되는 물리적 연결(예를 들면, 유선 또는 컨덕터)을 형성할 필요 없이 가능하게 한다. 본 명세서에 기술된 봐와 같이 수신기는 유선 또는 무선 신호들, 데이터 또는 전송들을 수신하도록 기능한다. 본 명세서에 기술된 바와 같이 전송기는 유선 또는 무선 신호들, 데이터 또는 전송들을 송신하도록 기능한다. 본 명세서에 기술된 바와 같이 수신기 또는 전송기 둘 다로서 기능하거나 또는 양 기능들을 수행할 수 있다.
무선 전자 발파 시스템(WEBS, Wireless Electronic Blasting System)
도 1에 도시된 바와 같이, WEBS(100)는 베이스 스테이션(114), 자기 전송 시스템(MTS, magnetic transmitter system)(118), 적어도 하나의 개시 장치(IA, initiating apparatus)(102) 및 적어도 하나의 전자기 수신 시스템(ERS, electromagnetic receiver system)(108)을 포함한다. 이들 컴포넌트들은 WEBS(100)을 형성하기 위해 다양한 방식들로 구성되며 다양한 채널들을 통해 통신한다.
베이스 스테이션(114)은 MTS(118)과 초기 링크(initial link)(103)를 따라 유선 또는 무선 통신을 통해 통신한다. MTS(118)는 포워드 링크(forward link)(104)를 따라 자기 신호들을 통해 하나 이상의 IA들과 통신한다. IA(102)는 자기 신호들을 수신하도록 구성되며, 필요하다면, 무선 신호들 특히 EM 전파에 기초한 EM 신호들을 사용하여 백 링크(back link)(106)를 따라 ERS(108)를 통해 베이스 스테이션(114)에 리턴한다. EM 신호들은 패킷들에 전자 디지털 데이터를 전송하는데 사용된다. IA(102)는 ERS(108)에 응답 데이터를 보내도록 구성된다: 이들 응답 데이터는 이후에 더 상세히 기술될 바와 같이, 베이스 스테이션(114)으로부터의 커맨드들에 응답하여 생성된다. 그 결과, 이들 EM 신호들은 "응답 신호들"로서 또한 지칭될 수 있다. 일부 실시예들에서, 베이스 스테이션(114)은 베이스 링크(base link)(107)를 통해 ERS(108)와 통신하도록 구성될 수 있고, ERS(108)은 백 링크(106)를 통해 IA(102)에 통신을 전송하도록 더 구성될 수 있다.
상기 기재된 바와 같이, WEBS(100)에서, 하나 이상의 IA들(102)은 지표에서 하나 이상의 각각의 보어홀들에 위치되며, MTS(118)를 통해 베이스 스테이션(114)으로부터, 일부 실시예들에서는 ERS(108)을 통해 베이스 스테이션(114)으로부터, 통신들을 수신한다. IA들(102)은 각각의 별개의 보어홀들에 있을 수 있고 또는 하나의 보어홀은 각각의 IA(102)와 함께 다짐 재료들(stemming material)에 의해 분리된 복수의 폭발물 컬럼들을 포함할 수 있다. 각 IA(102)는 IA(102)의 메인 바디 주변에(컴포넌트들의 전부 또는 대부분을 포함하는) 하우징(128)을 포함하며, 하우징은 보어홀에서 삽입 및 매장을 하게 하도록 구성되며, 100mm 미만 또는 약 60mm의 지름을 가질 수 있다. 베이스 스테이션(114)이 초기 링크(103)를 통해 통신들을 MTS(118)에 송신하면, 그 후 MTS(118)는 TTE를 IA(102)의 자기 수신 시스템(MRS)에 연장하는 자기장을 생성하고 변조함으로써 포워드 링크(104)를 통해 통신들을 송신한다. MTS(118)로부터의 통신들은 개시 커맨드들을 포함하고, 비-개시 커맨드들(non-initiation commands)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 베이스 스테이션(114)은 비-개시 커맨드들을 베이스 링크(107)를 통해 ERS(108)에 그리고 백 링크(106)를 통해 IA(102)에 송신한다. 개시 및 비-개시 커맨드들은 이후에 기술된다.
도 1에 도시된 바와 같이, ("리피터(repeater)"로도 지칭될 수 있는) ERS(108)는 IA(102)로부터 백 링크(106)를 통해 EM 신호들을 검출할 수 있는 적어도 하나의 릴레이 수신기 모듈(110) 및 인터-리피터 링크(inter-repeater link)(109)를 사용하여 (유선 또는 무선 링크를 통해) 각 릴레이 수신기 모듈(110)과 통신하는 하나 이상의 릴레이 스테이션들(112)을 포함한다. 실시예들에서, 백 링크(106)는 2-웨이일 수 있고("2-웨이 백 통신 링크"로도 지칭될 수 있음), ERS(108)는 백 링크(106)을 따라 EM 신호들을 IA(102)에 전송하기 위한 EM 전송기 또는 EM 트랜스시버를 (릴레이 수신기 모듈(110)에) 포함할 수 있다. 따라서, 릴레이 수신기 모듈(110)은 백 링크(106)를 따라 정보를 수신하고 송신하는 트랜스시버로도 기능할 수 있다.
백 링크(106)를 따른 EM 신호 TTE의 효과적인 전송 범위는 (즉, IA(102)로부터 ERS(108)로) - EM 범위(132)로도 지칭됨 - 일부 지표들에서는 100m까지 또는 다른 지표들에서는 50m, 25m, 20m까지일 수 있다. EM 신호들에서 동작적 EM 주파수들은 지표의 흡수 계수에 대한 요구되는 최대 경로 손실(예를 들면, 40dB), 요구되는 효과적인 전송 범위에 기초하여 선택될 수 있다. EM 주파수는 앞서 언급된 바와 같이 1kHz 및 120kHz 사이, 20kHz 및 70kHz 사이 또는 50kHz 부근의 RF 주파수일 수 있다.
WEBS(100)는 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 표면 용도(예를 들면, 표면 채광)로 구성될 수 있다. 광구는 수직으로 시추된 보어홀들(130)을 가지는 노천 채광 벤치(open mining bench)를 포함할 수 있다. 각 IA(102)는 보어홀들(130) 중 하나에 로딩되기에 앞서 부스터(booster)로 채워질 수 있다. IA들(102)은 별개의 보어홀들에 있을 수 있고 또는 하나의 보어홀은 복수의 IA들(102)을 가지는 폭발물 컬럼일 수 있다. IA들(102)을 로딩한 후에, 벌크 폭발물이 홀들(130)에 로딩된다. 릴레이 수신기 모듈(110)은 IA들(102)의 EM 범위(132) 내의 사이트에 배치된다. 릴레이 수신기 모듈(110)은 도 2에 도시된 바와 같이 홀들(130) 중 하나에 또는 도 3에 도시된 바와 같이 지면에 배치된다. 만약 지면에 배치되면, 릴레이 수신기 모듈(110) 및 릴레이 스테이션(112)은 (인터-리피터 링크(109)를 포함하여) 케이블 배치의 용이성을 위해 발파가 사이트 트래픽(site traffic) 등을 클리어한 후에 배치될 수 있다.
실시예들에서, WEBS(100)는 도1d 및 1e에 도시된 바와 같이 터널 용도(예를 들면, 지하 채광)로 구성될 수 있다. 터널 용도에서, 릴레이 수신기 모듈(110)은 IA들(102)의 모든 그룹에 대한 EM 범위(132) 내의 터널(134)에 배치된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 터널(124)은 예를 들면, 터널(134)을 따라 배치된 또는 터널(134) 밖 각각의 홀들(130)에 배치된 복수의 릴레이 수신기 모듈들(110)을 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 터널(134)은 터널(134)의 메인 부분에 위치된 단일의 릴레이 수신기 모듈을 포함할 수 있다. 릴레이 수신기 모듈들(110)은 인터-리피터 링크(109) 케이블들을 통해 IA들(102)로부터 안전한 거리에서 연결될 수 있다.
베이스 스테이션 & 자기 전송 시스템(MTS)
상기 언급된 바와 같이, 베이스 스테이션(114)은 (EM 신호들을 포함하는) 유선 신호들 또는 무선 신호들을 통해 MTS(118)와 통신할 수 있다. MTS(118)는 베이스 스테이션(114)과 함께 예를 들면, 지하 광구 위 지면상의 안전한 위치에 위치될 수 있다. MTS(118)는 자기-유도(MI, magneto-induction) 신호일 수 있는 자기 신호들을 사용하여 IA(102)와 통신할 수 있다. 베이스 스테이션(114)은 유선 또는 무선 신호들을 MTS(118)에 전송하기 위한 유선 또는 무선 전송기를 포함할 수 있다. 또한 베이스 스테이션(114)은 베이스 링크(107)를 따라 DRS(108)로부터 통신의 수신, 실시예들에서, 베이스 스테이션(114)로부터 DRS(108)로 리턴 통신을 위한 유선 또는 무선 수신기, 수신기 및 전송기, 또는 트랜스시버를 가질 수 있다.
임의의 적절한 MTS(118)가 자기 신호들을 전송하는데 사용될 수 있다. MTS(118)는 IA(102)의 위치에서 및/또는 미리 선택된 발파 패턴으로 모든 IA들(102)의 위치들에서 지표에 자기장을 생성하기에 충분한 전류 소스 및 하나 이상의 전도성 코일들을 포함할 수 있다. IA(102)의 위치에서 자기장은 특정 커맨드를 표현하기 위해 변조될 수 있고, IA(102)는 상기 커맨드를 결정하기 위해 자기 통신 신호를 복조하도록 구성될 수 있다. 보안 목적들로, 자기 통신 신호는 미리 결정된 인코딩 방식을 사용하여 인코딩되고 미리 결정된 인코딩 방식을 사용하여 제어기에 의해 디코딩될 수 있다.
베이스 스테이션(114)으로부터 IA로의 통신을 위한 커맨드들("발파 커맨드들" 또는 "지시들"로도 지칭됨)은 예를 들면, 다음 중 임의의 것 하나 이상을 포함할 수 있다:
핑 커맨드가 IA(102)에 의해 수신되었음을 및/또는 IA(102)의 컨디션이 추후 발화를 위해 충족됨을 나타내는 핑-검출 응답을(응답 데이터에서) IA(102)가 생성하도록 지시하는 핑 커맨드(ping command);
IA(102)가 응답 데이터에서 진단 데이터를 생성하고 송신하도록 지시하는 진단 커맨드(진단 데이터는 아래에서 더 자세히 기술됨), 서로 다른 진단 커맨드들이 각각의 서로 다른 진단 상태들에 사용될 수 있음;
백 링크(106)를 통해 응답 데이터를 전송하기 전에 IA(102)가 선택된 응답 딜레이 타임(베이스 스테이션(114)에 의해 선택됨)동안 딜레이하도록 지시하는 응답 딜레이 커맨드;
IA(102)가 그것의 시계 또는 타이머를 베이스 스테이션 시간과 동기화하도록 지시하는 데이터를 가지는 시간 동기화(sync) 커맨드(이는 모든 IA들(102)의 시계들을 동기화할 수 있음);
그것의 폭발을 개시하기 전에 카운트하기 위해 IA(102)에 대해 발파 패턴에 기초하여 결정되는, 선택된 시간 또는 시간 딜레이를 제공하는 시간-딜레이 커맨드;
IA(102)를 무장하기 위한 암(arm) 커맨드;
IA(102)가 개시를 위해 카운트다운을 시작하기 위한 발화(fire) 커맨드;
기존의 전자 발파 시스템들(예를 들면, Orica의 i-konTM 시스템)에서 사용된 것과 같은 기타 커맨드들.
임의의 커맨드는 발파 패턴에서 IA들(102) 중 하나를 식별하는 개시 식별자(IID, initiator identifier)를 포함할 수 있고, 만약 저장된 IID와 일치하는 커맨드 IID를 가진다면, 식별된 IA(102)는 관련 응답 데이터를 생성하고 송신할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 임의의 커맨드는 본 명세서의 그 전체가 참조로서 통합된 PCT 출원공개번호 WO2010085837(명칭:"Selective Control of Wireless Initiation Devices at at Blast Site")에 기술된 것과 같이 그룹 ID(GID)를 포함할 수 있다. 커맨드에서 GID와 일치하는 IA들(102)은 관련 응답 데이터를 생성하고 ERS(108)에 송신한다. 개시 커맨드들은 폭발물(116)의 개시 또는 기폭으로 이끄는 것들 예를 들면, 발화 커맨드이다. 비-개시 커맨드들은 개시 또는 기폭을 커버하지 않는 것들이며, 그러므로 송신하기에 덜 위험하다. 예를 들면, 핑 커맨드, 진단 커맨드, 응답 딜레이 제어 커맨드들, 시간 동기화 커맨드.
개시 장치(IA, initiating apparatus)
도 1에 도시된 바와 같이, IA(102)는 자기 TTE 통신 신호들을 검출하기 위한 하나 이상의 자기장 센서들을 포함하는 자기 수신 시스템(MTS)(120); 포워드 링크(104)를 사용하여 송신된 커맨드들을 수신하고 IA(102)의 기능들을 제어하기 위한 MRS(120)에 연결된 "발파 제어 시스템"(BCS)(122)으로도 지칭되는 전자 발파 제어기(적어도 하나의 전자 마이크로제어기를 포함); IA(102)의 컴포넌트들에 전원을 공급하기 위한 전기적 에너지 저장소(124)(예를 들면, 배터리 및/또는 캐파시터); 적어도 간접적으로 BCS(122)에 연결된 개시 컴포넌트(126); 및 전자 저장소(124)로부터 저장된 에너지에 의해 개시될 수 있는 폭발물(116)(예를 들면, 부스터 차지(booster charge))를 포함할 수 있다. MRS(120)는 자기 통신 신호를 검출하고, BCS(122)에 대한 대응하는 전자 신호를 생성하도록 구성되며, 그 후 BCS(122)는 저장된 전자적 명령어들 및 코드들에 기초하여 대응하는 신호로부터 커맨드를 결정하도록 구성된다.
개시 컴포넌트(126)는 전기적 저장소(124) 또는 전기적 저장소(124)로부터 디렉팅된 파워를 사용하여 폭발물(116)을 점화하는 전자기적 또는 광학적 소스로부터 전기적 차지(charge)를 수신하는 기폭장치(detonator)일 수 있다. 개시 컴포넌트로서 동작하는 예시적 광학적 소스는 US 8,272,325(2012년 9월 25일)에 기술된 것과 같은 레이저를 포함할 수 있다. 실시예들에서, IA(102)는 베이스 스테이션(114)에 통합되는 통상적으로 사용가능한 발파 기계로부터 암(arm), 발화 및 시간-딜레이 커맨드를 수신하고, 미리 프로그래밍된 딜레이 후에 뇌관을 (폭발물(116)을 통해) 활성화하도록 구성되는 전자 기폭장치를 제어할 수 있다.
또한 IA(102)는 전기적으로 BCS(122)와 통신하고 적어도 간접적으로 BCS(122)와 연결되는 EM 전송 시스템(128)을 포함할 수 있다. ETS(128)는 백 링크(106)에 대한 EM 신호들을 생성하도록 구성된 하나 이상의 EM 안테나들을 포함한다. ETS(128)는 "소스"로도 지칭될 수 있다. 이들 안테나들("IA 안테나들"로도 지칭됨)은 전송 컴포넌트(218)의 튜닝 가능한 일치하는 네트워크(222)(예를 들면, 스위치 캐퍼시터 저항성 축전 탱크 또는 전류 드라이버를 포함)를 사용하여 선택된 전송 주파수에 튜닝된 코일 안테나들일 수 있다. IA 안테나는 IA(102)의 하우징 내부에 잔존하는 동안 가능한 한 큰 단면적을 가지는 단일의 솔레노이드 코일들일 수 있다. 예를 들면, 60mm 지름. 이들 코일들은 예를 들면, 50과 500 사이의 턴들 및 양호도(Q, high quality factor)를 가질 수 있다.
IA(102)는 단지 (아래에서 더 자세히 기술되는 응답 데이터를 나타내는) EM 신호들을 베이스 스테이션(114)에 직접적으로 전송가능을 요구함/전송하는데 요구됨 없이, 백 링크(106)를 통해 ERS(108)로 전송가능을/전송하는데 요구될 수 있다. EM 신호들을 생성하는데 사용되는 전기적 파워가 자기 신호들을 생성하는데 사용되는 전기적 파워보다 덜 요구됨에 따라, 백 링크(106)에 전원을 공급하기 위해 IA(102)에 의해 요구되는 에너지 저장소는 더 낮은 레벨들로 제한될 수 있고, 그에 의해 안전 염려들을 개선한다.
일부 실시예들에서, IA(102)와 ERS(108) 둘 다는 백 링크(106)를 따라 EM 신호들을 송신하고 수신할 수 있는, 수신기와 전송기 둘 다 또는 "트랜스시버 컴포넌트"를 형성하는 조합을 포함한다. ERS(108)의 EM 전송기 및 수신기 또는 트랜스시버는 릴레이 수신기 모듈(110)에 위치될 수 있고, 릴레이 수신기 모듈(110)에서 안테나를 공유할 수 있다. IA(102)는 ERS(108) TTE로부터 백 링크(106)를 따라 리턴 EM 신호들을 수신하도록 구성된 EM 수신기 또는 EM 트랜스시버를 포함할 수 있다. IA(102)의 안테나는 IA(102)의 내부에 포함되거나 또는 IA(102)의 메인 바디로부터 연장될 수 있고, IA(102)의 메인 바디로부터 연장되는 안테나 케이블(전기적 컨덕터 또는 선을 포함)에 의해 BCS(122)에 전기적으로 연결된다. 안테나 케이블은 EM 신호들을 송신하고 수신하기 위해(일부 실시예들에서) 메인 바디 및 안테나 사이의 신호들을 전달한다. IA(102)의 메인 바디는 MRS(120), BCS(122), 전기적 저장소(124) 및 개시 구획(initiation compartment)(126)을 포함한다. 실시예들에서, IA 안테나는 보어볼의 길이의 약 2분의 1보다 높게 연장될 수 있다. 다른 실시예들에서, IA 안테나는 보어홀의 이음고리(collar)까지 대략 보어홀의 전체 길이만큼 연장될 수 있다.
실시예들에서, IA(102)는 복수의 별개의 연결가능한 모듈들로서 구성될 수 있으며, 다음 중 하나 이상을 포함한다: 센서 모듈, 개시기 모듈(개시기 또는 기폭장치를 포함); 및 EM 전송기 신호 모듈. 센서 모듈은 MRS(120), 발파 제어 시스템(122) 및 전기 저장소(124)의 메인 부분을 포함할 수 있다. 개시기 모듈은 개시 컴포넌트(126)을 포함할 수 있다. EM 전송기 신호 모듈은 EM 전송기 시스템(128) 및 전기 저장소(124)의 신호하는 부분을 포함할 수 있다. IA(102)에서 복수의 별개의 전기 저장소 부분들을 가지는 것은(즉, 서로 다른 모듈들에서 메인 부분과 신호하는 부분) IA(102)에 의한 진단적 통신들 동안에 메인 소스로부터 파워 드로우(power draw)를 감소시킬 수 있으며, 따라서 발화하기에 충분한 파워를 유지한다. 또한 IA(102)는 원하지 않는 개시 또는 기폭에 이르게 할 수 있는 거짓 신호하기 또는 개시 모듈에 파워 전달을 개선하기 위한 안전 모듈을 포함할 수 있다. 센서 모듈 및 개시 모듈은 둘 다 기계적으로(예를 들면, 꽂는장치(bayonet), 클립 또는 나선형) 그리고 전기적으로(예를 들면, 2 또는 4 핀 커넥터를 사용하여) 또는 광학적으로 연결되어, 센서 모듈은 개시 모듈에 커맨드들을 전송할 수 있고, 센서 모듈 및 개시 모듈은 홀에 위치되기 바로 전에 연결될 수 있다(예를 들면, 안전상의 이유들로). ERS(108)에 통신을 제공하기 위하여, EM 전송기 신호 모듈은 센서 모듈 및/또는 개시 모듈 둘 다에 기계적으로 그리고 전기적으로 또는 광학적으로 연결될 수 있으며, 따라서 전송 모듈은 신호들을 센서 모듈로부터 수신된 커맨드들에 기초하여 수신할 수 있다. IA(102)를 형성하기 위해 조립된 때, 센서 모듈, 개시 모듈 및 EM 전송기 신호 모듈은 홀에 삽입 및 매장을 되도록 구성된 전체 하우징(129)에 핏팅될 수 있다. 이들 구분가능한 실시예들에서, EM 전송기 신호 모듈은 기존의 전자적 기폭장치들 또는 전자적 개시기들에 연결될 수 있다.
신호들 및 노이즈
상기 언급된 바와 같이, 통신이 WEBS(100)에서 발생할 수 있는 3개의 경로들이 있다: (A) 베이스 스테이션(114)로부터 MTS(118)로의 초기 링크(103); (B) MTS(118)로부터 IA(102)로의 포워드 링크(104); (C) IA(102)로부터 ERS(108)로의 백 링크(106); ERS(108)과 베이스 스테이션(114) 사이의 베이스 링크(107). 초기 링크(103)를 따른 통신은 단방향성이고, 유선 또는 무선 링크를 통할 수 있다. 포워드 링크(104)는 단방향성이고, 자기 신호들을 통해 발생할 수 있다. 백 링크(106)는, 단지 1-웨이(단지 IA(102)로부터 ERS(108)로) 또는 2-웨이(IA(102)와 ERS(108) 간 앞뒤로)로 동작하든지 간에, EM 신호들을 통해 발생한다. 베이스 링크(107)는 EM 신호들을 ERS(108)로부터 수신하기 위해 배타적으로 또는 ERS(108) 및 베이스 스테이션(114) 간에 앞뒤로 통신하기 위해 사용된다.
실시예들에서, IA(102)는 베이스 스테이션(114)로부터 통신들을 서로 다른 두 경로들:포워드 링크(104) 및 백 링크(106)를 통해 수신할 수 있다. 상기 언급된 바와 같이, 베이스 스테이션(114)은 MTS(118)로부터 IA(102)로 자기 신호들을 통해 통신할 수 있고, 베이스 스테이션(114)은 EM 신호들을 사용하여 백 링크(106)를 따라 ERS(108)를 통해 통신들을 송신한다. IA(102)는 단지 이들 경로들 중 하나, 백 링크(106)를 따라, ERS(108) 및 베이스 스테이션(114)로 응답 데이터를 송신한다.
백 링크(106)를 따른 통신이 2-웨이인 실시예들에서, ERS(108)를 통한 베이스 스테이션(114)으로부터의 신호들은 진단 또는 비-개시 신호들로 제한될 수 있다. 상기 실시예에서, MTS(118)를 통해 베이스 스테이션(114)으로부터 수신된 신호들은 개시 신호들로 제한될 수 있다. 이 통신 구조는 백 링크(106)를 통한 잘못된 신호들 때문의 폭발의 위험들 또는 사이트에서 위조의 EM 신호들(예를 들면, 노이즈 또는 EM 간섭) 때문의 위험들을 감소시킬 수 있다.
응답 데이터("피드백 데이터"로도 지칭됨)는 통신의 임의의 관련 형태를 나타내기 위해 생성될 수 있으며, 다음 중 하나 이상을 포함한다:
상기 IA에서 상기 커맨드의 수신의 수신확인(acknowledgement)을 나타내는 수신확인 데이터;
IA(102)에서 커맨드의 수신의 수신확인을 나타내는 수신 시간 데이터, 단순 수신확인(ACK) 또는 미수신(not acknowledge) 신호 톤을 포함;
수신된 커맨드를 식별하는 커맨드 ID, 커맨드가 에러 없이 수신되었다는 컨펌을 포함(예를 들면, 순환 중복 검사에 기초하여);
언제 커맨드들이 IA(102)에 의해 수신되었는지 나타내는 수신 시간 데이터(수신 시간 데이터는 수신확인 데이터와 조합될 수 있음);
IA(102)에서 상태 기계(state machine)의 현재 상태를 나타내는 상태 데이터(예를 들면, ARMED, DISABLED, SAFE 등);
IA(102)의 현재 상황(status) 및/또는 IA(102)의 컴포넌트들의 상황들을 나타내는 데이터, 파워 서플라이(214)의 상황(예를 들면, 동작중, 비동작중), 포워드 링크(104)의 상황(예를 들면, 동작중, 비동작중), 전기 저장소(124)의 상황(예를 들면, 동작중, 비동작중), 개시 컴포넌트(126)의 상황(예를 들면, 동작중, 비동작중)을 포함;
IA(102)에 저장된 잔존하는 전기 파워의 하나 이상의 측정치들을 나타내는 배터리 데이터(예를 들면, 본 명세서에 앞서 언급된 바와 같이, 개시 컴포넌트(126)를 위한 및 ETS(128)를 위한 별개의 파워 서플라이들 - 전기 저장소(124)에 의해서도 표현됨 - 이 있을 수 있음;
IA(102)에 의해 생성된 에러 코드들을 나타내는 에러 데이터, 에러들 및 에러 코드들 중 하나 이상을 포함할 수 있음(실시예들에서, 적어도 16비트 길이일 수 있음);
개시를 위한 그것의 잠재력을 결정하기 위해 IA(102)의 컨디션을 나타내는 컨디션 데이터, 이는 퓨즈 브릿지 선의 저항, 발화 커패시터 상의 전압 및/또는 레이저 개시기의 저항 또는 (예를 들면, IA(102)에 의해 수행된 미리 결정된 테스트 루틴에 따라) 이들 측정치들이 저장된 범위들 밖인지의 에러 플래그들을 포함;
IA(102)의 성능 측정치들을 나타내는 성능 데이터("메트릭 데이터"로도 지칭됨), 통신의 메트릭들 포함. 예를 들면, 수신된 자기 신호 세기, RSSI(Received Signal Strength Indication), 수신된 신호 대 노이즈 비 또는 커맨드들에 대한 비트 에러 비율;
IA(102)의 환경을 모니터링하는 것으로부터의 환경 데이터, IA(102)에 포함된 센서들(예를 들면, 습도 센서들, 온도 센서들, 진동 센서들 등)을 사용하여 습도, 온도, 진동 등에 대한 파라미터 값들 포함;
IA(102)의 식별자, 예를 들면, IA들(102) 중 하나를 식별하는 반 고유 개시기 식별자(IID), 및/또는 IA들(102)의 그룹에 대한 그룹 ID(GID)를 나타내는 식별자(ID) 데이터;
선택된 발파, 좌표들, 로우 번호, 홀 번호 및/또는 로깅 시퀀스와 관련하여 IA(102)에 저장된 설정 데이터; 및
개시기 타이밍(예를 들면, 기폭장치 타이밍)을 나타내는 개시기 타이밍 데이터.
예시적 사이트들에서, 매우 감쇠하는 암석(highly attenuating rock)이 통신 경로에 위치될 수 있다. 예를 들면, 미터당 200번 또는 20dB보다 큰 감쇠 상수를 가지는 수중 포화 다공성 퇴적암(water saturated porous sedimentary rock). IA(102)에서 작은 파워 서플라이에 의해 제한되면서 백 통신 링크(106)에 대해 요구되는 전송 거리를 달성하는 것은 상대적으로 긴 통신 시간을 요구할 수 있다. 예를 들면, 심지어 제한된 데이터 레이트(비트 레이트)로 3분에서 10분보다 긴 시간.
실시예들에서, IA(102)에 의해 생성된 EM 신호들은 낮은 비트 레이트 예를 들면, 신호당 단일 톤(즉, 중앙 또는 캐리어 주파수)일 수 있고, 각 IA(102)에 대해 고유할 수 있고, 단순한 커맨드 예를 들면, 성공적 수신확인 또는 에러에 대응할 수 있다. 데이터의 패킷들은 예를 들면, 온-오프 키잉(on-off keying)을 사용하여 생성될 수 있다. 백 링크(106)를 통한 EM 패킷의 수신을 위한 기간은 약 1분보다 길거나 약 3분에서 약 10분 사이일 수 있다. 약 3분의 기간을 가지는 예시들에서, 패킷들은 단일 비트(예를 들면, 0 또는 1) 또는 5비트보다 적은 비트 또는 8비트보다 적은 비트 또는 16비트 보다 적은 비트 또는 적어도 16비트를 포함할 수 있다.
광산에서 일반적 노이즈 소스들은 상수 일 수 있거나 또는 시간-종속적 진폭을 가질 수 있다: 예시들은 파워 라인들, 중장비 및 통신 장치를 포함한다. 백 통신 링크(106)에서 이들 노이즈 소스들의 유해한 효과들을 개선하기 위해, ETS(128)는 간섭 특히 협대역 간섭을 막기 위해 주파수 호핑 또는 쉬프팅을 사용할 수 있다. 예를 들면, 다수의 주파수들은 IA(102)의 선택된 그룹의 각 IA(102)에 대해 선택될 수 있고, 각 IA(102)는 가장 사용가능한 주파수(예를 들면, 신호 세기 또는 간섭에 기초하여)에서 또는 모든 사용가능한 채널들에서 전송할 수 있다. IA(102)는 가장 사용가능한 주파수를 결정하기 위해 테스트 신호들을 백 링크(106)를 따라 송신하고 ERS(108)로부터 대응하는 테스트 응답 신호들을 수신할 수 있다. 이하에서 기술될 바와 같이, (2-웨이 백 링크 실시예들에서 수신기로서 동작할 때) 릴레이 수신기 모듈(110) 및/또는 ETS(128)는 미리 결정된 노이즈 소스들을 필터링할 수 있다.
복수의 IA들(102)을 가지는 적용들에서, IA(102)는 서로 다른 각각의 EM 주파수들(즉, 병렬)에서 송신할 수 있다. 상기 병렬 변조 방식은 모든 설치된 IA(102)로 하여금 한 번에 응답하게 하며, 따라서 통신 시간이 IA들(102)의 수가 검출되는 것과 관계없이 제한될 수 있다. 예를 들면, 그룹에서 모든 IA들(102)에 대해 단지 3에서 10분이 요구됨. 다른 적용들에서, 각각의 IA들로부터의 EM 신호들은 서로 다른 선택된 응답 딜레이 시간동안 시간-지연될 수 있고 각 IA(102)의 신원은 수신된 응답 시간으로부터 및/또는 수신된 EM 응답 신호들의 시퀀스 및 순서로부터 (베이스 스테이션(114))에서 결정될 수 있다. 일부 적용들은 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 릴레이 수신 모듈(110)에 병렬 또는 직렬로 전송하도록 구성된 IA(102)의 제1 그룹 및 제2 릴레이 수신 모듈(110)에 병렬 또는 직렬로 전송하도록 구성된 IA(102)의 서로 다른 제2 그룹을 포함할 수 있다.
ERS(108)는 IA들(102)의 서로 다른 각각의 EM 주파수들("토널 피크들(tonal peaks)"로도 지칭됨)을 검출하기 위해 주파수 도메인 분석을 사용하도록 구성된다. 토널 피크들의 스페이싱(spacing)은 예를 들면, 약 2에서 20Hz로부터 이도록 선택될 수 있다. ERS(108)는 노이즈 필터들을 포함할 수 있으며, 사용되는 IA들(102)의 미리 선택된 전송 주파수들이 아닌 EM 노이즈를 감소하도록 구성된 주파수 필터들을 포함한다. 릴레이 수신 모듈(110)은 사이트에서 환경적 노이즈에 기초하여 선택된 패스 밴드들을 가지는 밴드패스(bandpass) 필터들을 포함할 수 있다. 사용되는 IA들(102)의 전송 주파수들은 사이트에서 EM 노이즈 소스들의 미리 결정된 주파수들과 서로 다르도록 선택될 수 있고, 따라서 ERS(108)로 하여금 EM 노이즈와 EM 신호들 간의 주파수가 IA들(102)과 다르게 한다.
IA(102)의 상태는 BCS(122)에서 상태 기계에 의해 제어될 수 있다. 예를 들면, 하이버네이션 모드 제공, 모드, 장전 무드, 발화 모드 리스닝 등.
전자기 수신 모듈(ERS, Electromagnetic Receiver System)
상기 논의된 바와 같이, EM 수신기(108)는 도 1에 도시되며, 릴레이 스테이션들(112) 및 릴레이 수신 모듈(110)을 포함한다. ERS(108)의 릴레이 수신 모듈(110)은 릴레이 수신 모듈(110)으로부터 릴레이 스테이션(들)(112)로 인터-리피터 링크(109)를 따른 유선 통신을 위한 전도성 케이블의 하나 이상의 선들에의 연결을 위한 유선 인터페이스를 포함할 수 있다. 대안적으로, 릴레이 수신 모듈(110)은 직접적으로 케이블 또는 선들 또는 무선 링크를 사용하여, 사이트의 구성에 따라 베이스 링크(107)를 사용하여 베이스 스테이션(114)에 연결될 수 있다. 앞서 기술된 바와 같이, ERS(108)는 백 링크(106)를 따라 통신하기 위한 연결 인터페이스를 포함한다.
릴레이 수신 모듈(110)은 폐기가능할 수 있다. 예를 들면, 발파 중에 소모가능. 릴레이 수신 모듈(110)은 예를 들면, 약 50m에서 100m의 배장된 IA들(102) 내에서 EM 신호의 검출을 하게 할 수 있다. 다수의 릴레이 수신 모듈들(110)이 사이트에서 큰 동작 영역을 커버하는데 사용될 수 있다.
릴레이 수신 모듈(110)은 IA(102)로부터 EM 신호를 수신할 수 있는 적어도 하나의 안테나를 포함한다. 이 안테나는 (동조 검출(resonant detection)을 위해) 매칭되는 네트워크를 가지는 전도성 코일일 수 있다. 적어도 하나의 안테나는 서로 다른 극성 및 방향들을 가지는 EM 신호들을 검출하기 위해 서로 다른 방향들로 위치된 복수의 안테나들을 포함한다.
상기 기술된 바와 같이, 릴레이 수신기 모듈(110)은 EM 신호들을 수신하기 위한 안테나를 구비한 EM 수신기를 포함한다. 릴레이 수신기 모듈(110)은 수신된 EM 신호를 디코딩하고 응답 데이터를 추출하기 위한 전자 프로세서를 포함한다. 대안적으로, 릴레이 수신 모듈(110)은 응답 신호들을 단순히 증폭하고 패스한다(즉, "릴레이" 또는 "부스트"). 릴레이 수신 모듈(들)(110) 및 릴레이 스테이션(들)(112)은 상호 간 그리고 베이스 스테이션(114)에 연결하기 위한 인터페이스들을 포함한다: 이들 인터페이스들은 유선 인터페이스를 위한 유선 전송기(예를 들면, 케이블, EthernetTM 등을 사용) 또는 무선 인터페이스를 위한 무선 전송기(예를 들면, WiFiTM, ZigBeeTM, 자기 유도 등)를 포함한다. 인터 리피터 링크(109) 및/또는 베이스 링크(107)는 부분적으로 사이트에서 이미 존재하는 통신 네트워크들 예를 들면, 리키 피더 케이블(leaky feeder cable), 이더넷 케이블 또는 기존의 광산 통신 시스템을 사용하는 기존의 인프라 리피터를 사용할 수 있다. 릴레이 스테이션들(112)의 각각은 배터리 파워 서플라이를 포함할 수 있다.
릴레이 수신 모듈(들)(110) 및/또는 릴레이 스테이션(들)(112)은 예를 들면, EM 신호가 검출된 시간, 그것이 유래된 IA들(102)의 식별 및 임의의 시스템 진단들(예를 들면, 각 EM 신호에 대한 신호 대 노이즈 비를 포함)을 포함하는 EM 시스템의 성능을 나타내는 릴레이 응답 데이터를 생성할 수 있다. 릴레이 수신 모듈(들), 릴레이 스테이션(들)(112) 및/또는 베이스 스테이션(114)은 예를 들면, IA(102)에서 사용된 변조 방식(또는 프로토콜)에 일치하는 미리 선택된 복조 방식을 저장하고 적용함으로써 응답 신호들로부터 응답 데이터를 추출할 수 있다.
발파 방법
WEBS(100)를 사용하여 발파하는 또는 발파하기 위한 방법은 셋업 페이즈, 테스트 페이스 및 발파 페이즈를 포함한다.
셋업 페이즈는 다음 단계들을 포함할 수 있다:
사이트의 미리 선택된 발파 패턴에서 선택된 IA(102) 위치들의 미리 선택된 발화 포지션들의 자기 범위 내에서 베이스 스테이션(114) 및 MTS(118)를 안전한 위치(예를 들면, 비석또는 다른 폭발 위험으로부터 보호되는 위치, 비석 범위 밖 등)에 설치하기;
복수의 IA들(102) 프로그래밍하기;
IA들(102)을 미리 선택된 발화 포지션들에 위치시키거나 로딩하기;
IA들(102)의 EM 범위(132) 내에 릴레이 수신기 모듈(들)을 설치히가;
릴레이 스테이션들(112)을 릴레이 수신기 모듈들(110) 및 베이스 스테이션(114)의 통신 범위(예를 들면, 유선 또는 무선) 내에 설치하기; 및
보어홀들에 폭발물들을 로딩하기.
테스트 페이즈는 다음 단계들을 포함할 수 있다:
베이스 스테이션(114)이 커맨드를 MTS(118) 또는 ERS(108)에 전송;
MTS(118)가 포워드 링크(104)를 통해 커맨드를 IA들(102)에 전송 또는 ERS(108)가 백 링크(106)를 통해 커맨드를 IA(102)에 전송;
IA들(102)이 베이스 스테이션으로부터 커맨드들 중 선택된 하나를 나타내는 TTE 자기 통신 신호를 각각 수신;
IA들(102)이 커맨드를 결정하기 위해 자기 통신 신호를 각각 프로세싱;
IA들(102)이 커맨드에 기초하여 응답 데이터를 각각 생성;
IA들(102)이 EM 신호들을 사용하여 응답 데이터를 각각 생성하고 ERS(108)에 전송(병렬 또는 직렬);
ERS(108)가 응답 데이터를 베이스 스테이션(114)에 전송; 및
베이스 스테이션(114)이 수신된 응답 데이터를 프로세싱, 커맨드 신호들의 올바른 수신 예를 들면, 타이밍 신호의 올바른 수신을 컨펌하는 것 포함.
발파 페이즈는 다음 단계들을 포함할 수 있다:
사이트의 사람들 및 값나가는 장치 치우기;
베이스 스테이션(114)이 발파를 시작하기 위한 개시 커맨드를 생성하고 이 개시 커맨드를 MTS(118)에 송신;
MTS(118)이 개시 커맨드를 포워드 링크(104)를 통해 IA들(102)에 전송;
IA들(102)이 각 카운트다운(이전에 수신된 타이밍 정보에 기초)이 완료된 때 기폭을 개시하기 위한 개시 커맨드를 각각 수신하고 프로세싱, 따라서 발파를 수행;
테스트 페이스의 단계들을 서로 다른 커맨드들에 대해 복수회 반복될 수 있다. 예를 들면, 컨디션 보고 커맨드가 타이밍 커맨드에 후속될 수 있고 그 후 다른 컨디션 보고 커맨드.
EM 신호 전송 단계는 다음 단계들을 포함할 수 있다:
각 IA(102)가 EM 신호를 위한 전송 주파수(예를 들면, 중앙 주파수 또는 캐리어 주파수)를 선택, 예를 들면, 시간 차트(주파수 대 시간) 및 시계(210)으로부터의 시스템 시간에 기초, 및 IID에 기초;
각 IA(102)가 EM 신호를 생성하기 위해 선택된 전송 주파수를 사용하여 응답 신호를 변조; 및
ERS(108)가 선택된 전송 주파수(IA들(102) 각각에 대해 선택된 전송 주파수는 미리 결정된 스케쥴이거나 ERS(108)이 발파의 모든 IA들(102)을 포함하여 동시적으로 선택된 범위 상 모든 주파수들을 모니터링함)에서 복조함으로써 응답 신호를 검출.
적용들
사용에서, WEBS(100)에 의해 제공되는 2개의 서로 다른 채널들을 사용하는 2-웨이 통신 방법은:
사용자(예를 들면, 시스템 운영자)로 하여금 베이스 스테이션(114)로부터 커맨드를 발행하게 하고;
IA(102)로 하여금 포워드 링크(104)를 통해 또는 백 링크(106)를 통해 커맨드를 수신하게 하고;
IA(102)로 하여금 커맨드에 응답하여 응답 데이터를 활성화시키고 생성하게 하고;
IA(102)로 하여금 EM 신호들을 사용하여 응답 데이터를 백 링크(106)를 통해 릴레이 수신기 모듈(110)에 송신하게 하고;
릴레이 수신기 모듈(110)로 하여금 릴레이 스테이션(들)(112)을 통해 응답 데이터를 베이스 스테이션(114)에 송신하게 하고;
베이스 스테이션(114)으로 하여금 예를 들면, IA(102)의 정정 동작을 컨펌하기 위해 응답 데이터를 생성하고 사용자에게 제기하게 한다.
또한 WEBS(100)는 탐광 예를 들면, 석유 및/또는 가스에서 당면한 일부 과제들을 개선할 수 있다. 고의적 또는 비고의적 각선 손상(leg-wire damage)은 석유 및 가스에 대한 탄성파 탐광 중에 폭발물 기폭에 대한 주요 실패 모드이다. 이는 탄성파 탐사의 성능을 위해 위치된 폭발물들이, 그들이 보통 다른 활동들 예를 들면, 채광, 채석에서 폭발물들에 대해 사용되는 것보다 훨씬 긴, 연장된 기간들(예를 들면, 몇 달) 동안, 위치에 남겨질 수 있다(즉, 잠들어있음)는 사실에 의해 악화된다. 예를 들면, 탄성파 탐사 중에 기폭에 실패한 폭발물들은 다양한 기관들 문서화된 지도 위치(들)과 함께 버려진 것으로서 보고되어야 한다.
비록 무선 발파가 그것이 기폭 실패의 원인인 각선 손상을 제거하므로 석유와 가스의 탄성파 탐광에 분명한 장점을 제공하지만, 기술분야의 현태 상태는 매장된 폭발물 디바이스로부터 어떠한 정보도 통신되도록 하게 하지 않는다. WEBS(100)는 예를 들면, 상태 정보의 통신을 위한 수단들을 제공함으로써 이 단점을 극복할 수 있다. 추가로, 백-채널 신호는 장래에 폭발 디바이스의 신원에 대한 비콘(beacon)으로서 또는 추가로, 적절히 인에이블된 디바이스들 예를 들면 석유 및 가스 시추 드릴들에 대한 경고 비콘으로서 사용가능할 수 있다.
옵션은 보어홀(130)의 이음고리에서 IA(102)로부터 리피터 스테이션까지 임시 선들("각선들(leg wires)"로도 지칭됨)을 통해 보어홀의 밖과 통신하기 위해 구성될 수 있다. 상기 실시예에서, IA(102)는 여전히 무선 MI 신호를 통해 발화되나, 임시 선들은 설치 후 발화 전에 고대역 진단들을 위해 사용될 수 있다. 임시 선을 통한 2웨이 통신은 홀 내 IA들(102)과 자기 통신중에 또는 그 후에 수행될 수 있으며, 이 경우 진단 정보가 자기장 세기 및 신호 대 노이즈 비를 포함할 수 있다. 또한 IA(102)가 설치와 스위치 온 사이에 휴면상태인 곳에서, 임시 선들은 홀 내 디바이스들을 "스위치 온"하는데 사용될 수 있다. (이는 (배터리의) 전기적 에너지를 절약하고 보어홀 내의 IA(102)의 수명을 연장한다). 비록 이 옵션이 적절해 보이나, 보어홀의 각선들은 보통 개시 시스템의 가장 취약한 컴포넌트이다. 임시 선들을 통한 홀 내 IA(102)와의 통신 실패는, 홀 내 IA(102)가 결함이 있거나 단지 그 선들이 고장남을 표시한다. 본 명세서에 기술된 WEBS(100)는 ERS(108)에 무선 백 링크(106)를 제공하고 무선 백 링크(106)는 임시 각선들보다 손상의 위험이 더 적다.
WEBS(100)는 상업적 기폭 시장의 기존의 디바이스들 및 단방향의 무선 시스템과 비교하여 다음 이점들 중 하나 이상을 가질 수 있다.
설치 후, IA(102)는 그것의 상태에 대한 정보를 얻고 IA(102)는 그것의 상태 및/또는 임의의 에러들을 사용자에게 통신한다;
(무선) 백 링크(106)는 보어홀들을 따라 또는 그 사이에 연장되거나 사이트 주변의 선들의 손상에 의한 실패들을 회피하게 한다;
타이밍/발화 정보 등을 포함하는 더 복잡한(즉, 상대적으로 정보 집약인) 데이터 스트림이 자기 유도에 의해 제공될 수 있고, 컨펌 신호가 저 주파수 RF에서 전송되며, 따라서 짧게, 저-파워로 지표 아래의 IA(102)에 고-에너지 전송들이 지표에서 파워링될 수 있고, 컨펌 데이터 스트림들은 저-주파수 RF를 사용하여 지표 아래로부터 전송될 수 있다; 및
기존의 상업적으로 사용가능한 통신 프로토콜들을 사용하여 IA(102)와의 네트워크 통신(예를 들면, Orica의 i-konTM 기폭장치와 사용되는 절차들)이 백 링크(106)이 2웨이인 경우 유지될 수 있다.
해석
많은 수정들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 통상의 기술자에게 명백해질 것이다.
본 명세서에서 임의의 선행 문헌에 대한 참조 또는 공지된 임의의 주제에 대한 참조는 선행 문헌(또는 그로부터 도출된 정보) 또는 공지된 주제가 이 명세서와 관련된 시도의 분야에서 공통적 일반 지식의 부분을 형성한다는 인식 또는 인정 또는 제안의 임의의 형태가 아니며 그렇게 받아들여져서는 아니된다.

Claims (26)

  1. 발파용 개시 장치(IA, initiator apparatus)로서,
    베이스 스테이션(base station)으로부터 커맨드를 나타내는 TTE(through the earth) 자기 통신 신호를 수신하도록 구성된 자기 수신기(magnetic receiver);
    상기 자기 수신기와의 전기적 통신에서, 상기 커맨드에 응답하여 응답 데이터를 생성하도록 구성된 발파 제어기(blasting controller); 및
    상기 발파 제어기와의 전기적 통신에서, TTE 전자기(EM, electromagnetic) 신호를 사용하여, 상기 응답 데이터를 상기 베이스 스테이션에 전송하도록 구성된 전자기 전송 시스템(ETS, electromagnetic transmitter system)을 포함하는 것을 특징으로 하는 개시 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발파 제어기는 상기 자기 통신 신호로부터 상기 커맨드를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 개시 장치.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 발파 제어기는:
    상기 IA에서 상기 커맨드의 수신의 수신확인(acknowledgement)을 나타내는 수신확인 데이터;
    언제 상기 커맨드가 상기 IA에 의해 수신되었는지 나타내는 수신 시간 데이터;
    상기 IA에서 상태 기계의 현재 상태를 나타내는 상태 데이터;
    상기 IA에 저장된 잔존하는 전기적 출력의 하나 이상의 측정치들을 나타내는 배터리 데이터;
    상기 IA에 의해 생성된 에러 코드들을 나타내는 에러 데이터;
    상기 IA의 컨디션을 나타내는 컨디션 데이터;
    상기 IA의 성능 측정치들을 나타내는 성능 데이터;
    상기 IA의 환경을 모니터링하는 것으로부터의 환경 데이터; 및
    상기 IA의 식별자를 나타내는 식별자(ID, identifier) 데이터 중 임의의 것을 포함하기 위해 상기 응답 데이터를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 개시 장치.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 EM 신호는 상기 IA에 대해 고유하도록 선택된, 미리 선택된 전송 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는 개시 장치.
  5. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 EM 신호는 상기 IA에 대해 고유하도록 선택된 미리 선택된 전송 주파수들의 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 개시 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 패턴은 각각의 서로 다른 시간들에서 서로 다른 전송 주파수들 간에 호핑(hopping)을 포함하는 것을 특징으로 하는 개시 장치.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IA는 보어홀(borehole)에 삽입 및 매장하게 하도록 구성된 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 개시 장치.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 EM 소스는 라디오-주파수(RF) 소스이며, 상기 EM 신호는 RF 신호인 것을 특징으로 하는 개시 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 EM 신호는 1kHz와 120kHz 사이의 하나 이상의 주파수들을 포함하는 것을 특징으로 하는 개시 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 EM 신호는 20kHz와 70kHz 사이의 하나 이상의 주파수들을 포함하는 것을 특징으로 하는 개시 장치.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ETS는 상기 IA의 메인 바디에 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 개시 장치.
  12. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ETS는 상기 IA의 메인 바디에 케이블에 의해 연결된 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 개시 장치.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IA의 상기 위치에서의 자기장(magnetic field)은 상기 자기 통신 신호를 나타내기 위해 변조 스키마(modulation scheme)를 사용하여 변조되는 것을 특징으로 하는 개시 장치.
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IA는 리턴 TTE EM 신호를 수신하기 위한 EM 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 개시 장치.
  15. 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 IA는 상기 응답 데이터를 전송하기 전에 선택된 응답 딜레이 시간 동안 딜레이하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 개시 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 응답 딜레이 시간은 상기 커맨드에서 수신되는 것을 특징으로 하는 개시 장치.
  17. 청구항 1 내지 16 중 어느 한 항에서 청구된 상기 IA를 포함하는 무선 전자 발파 시스템(WEBS, wireless electronic blasting system).
  18. 청구항 17에 있어서,
    자기장 생성기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전자 발파 시스템.
  19. 청구항 17 또는 18에 있어서,
    상기 ETS로부터 상기 EM 신호를 수신하기 위한 EM 수신 시스템(ERS, EM receiver system)을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전자 발파 시스템.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 ERS는 상기 ETS로부터 그라운드(ground)를 통해 상기 EM 신호를 수신하기 위한 적어도 하나의 릴레이 수신기 모듈; 및 상기 릴레이 수신기 모듈과의 전자 통신에서 상기 EM신호의 상기 응답 데이터를 상기 베이스 스테이션에 전송하기 위한 적어도 하나의 릴레이 스테이션을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전자 발파 시스템.
  21. 청구항 19 또는 20에 있어서,
    상기 ERS 및/또는 상기 베이스 스테이션은 상기 IA의 변조 프로토콜에 대응하는 복조 프로토콜(demodulation protocol)을 사용하여 상기 응답 데이터를 추출하기 위해 상기 EM 신호를 복조하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 전자 발파 시스템.
  22. 청구항 19 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ERS는 상기 EM 수신기에 파워링하기(powering) 위한 파워 소스(power source)를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전자 발파 시스템.
  23. 청구항 19 내지 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ERS는 상기 IA의 하나 이상의 미리 선택된 전송 주파수들에서 EM 노이즈를 감소시키도록 구성된 주파수 필터들을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 전자 발파 시스템.
  24. 청구항 17 내지 23 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 개시 장치(IA)들을 포함하며, 각 IA는 청구항 1 내지 16 중 어느 하나에서 청구된 상기 IA이며, 상기 IA들은 각각의 서로 다른 미리 선택된 EM 전송 주파수들을 가지는 것을 특징으로 하는 무선 전자 발파 시스템.
  25. 발파하는 방법으로서,
    베이스 스테이션(base station)으로부터 개시 장치(IA, initiator apparatus)에 대한 커맨드를 나타내는 TTE(through the earth) 자기 통신 신호를 수신하는 단계;
    상기 IA에 의해, 상기 커맨드에 응답하여 응답 데이터를 생성하는 단계; 및
    TTE 전자기(EM, electromagnetic) 신호를 사용하여 상기 베이스 스테이션에 대한 상기 응답 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 IA에 의해, 상기 자기 통신 신호로부터 상기 커맨드를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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