RU2710580C2 - Аппарат, система и способ - Google Patents

Abstract

Предложен аппарат инициирования (АИ) для проведения взрывных работ, включающий в себя: магнитный приемник, конфигурация которого обеспечивает прием проходящего сквозь землю (ПСЗ) магнитного сигнала связи, отображающего команду с базовой станции; контроллер инициирования взрыва, который электрически связан с магнитным приемником и конфигурация которого обеспечивает генерирование данных отклика в ответ на команду; и электромагнитную (ЭМ) передающую систему (ЭПЕС), электрически связанную с контроллером инициирования взрыва, конфигурация которой обеспечивает передачу данных отклика для базовой станции с помощью ПСЗ электромагнитного (ЭМ) сигнала. Изобретение позволяет избежать отказов, отслеживать статус и информацию о любых ошибках, обеспечить более сложный поток данных, вносящий информацию о произведении взрыва. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

[01] Данная заявка связана с австралийской предварительной заявкой № 2014901099, поданной 27 марта 2014 г., на имя Orica International Pte Ltd., все описание которой включено сюда посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[02] Данное изобретение относится в целом к способам проведения взрывных работ, беспроводным электронным системам инициирования взрыва (БЭСИВ) и электронным средствам связи с аппаратами инициирования (АИ) в таких БЭСИВ.

[03] Варианты осуществления согласно изобретению можно использовать во многих приложениях, включая, например, открытые разработки, подземные разработки, карьерные разработки, гражданское строительство и/или сейсмическую разведку на суше или в океане.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[04] Электронные системы инициирования взрыва широко применяются в горном деле и инженерно-геологических исследованиях для обеспечения точно управляемых взрывных волн и сеток взрывных скважин.

[05] В приложениях, связанных с проведением взрывных работ, традиционные электронные детонаторы могут осуществлять связь с системой управления взрыванием, например - взрывной машинкой, с помощью проводных или беспроводных линий связи. В существующих беспроводных системах инициирования взрыва, беспроводной участок командного канала часто проходит над землей, так что радиосигналы можно пропускать от взрывной машинки к надземным беспроводным приемникам, а оттуда - посредством провода в буровую скважину к электронному инициирующему устройству, находящемуся в буровой скважине. В таких случаях, двухсторонняя связь между взрывной машинкой и скважинными электронными блоками позволяет диагностической аппаратуре снаружи ствола скважины опрашивать скважинное устройство в отношении условий его функционирования. Такая двухсторонняя связь может обеспечить тестирование условий функционирования скважинного устройства и подтверждение (например, с помощью контроля циклическим избыточным кодом) любых команд (например, временной задержки), которые посланы в скважинное устройство.

[06] Уже предложен способ осуществления связи между электронным скважинным инициирующим устройством и взрывной машинкой с помощью магнитных сигналов и магнитных датчиков; однако системы на основе магнитного поля, предназначенные для проведения взрывных работ, в типичном случае нуждаются в относительно громоздком, потребляющем большую мощность передающем оборудовании для генерирования флуктуаций магнитного поля достаточной напряженности для осуществления связи с находящимися внутри скважины устройствами на протяжении типичной области взрывных работ, составляющем, например, несколько сотен метров. Практичным может оказаться обеспечение достаточно мощного предающего оборудования для взрывной машинки над землей или в пределах подземных зон доступа; вместе с тем, в общем случае, снабжение находящегося в скважине устройства антенной и электропитанием для осуществления обратной связи со взрывной машинкой с помощью магнитного сигнала может оказаться непрактичным. Соответственно, сразу же после развертывания скважинного прибора, вышеупомянутые находящиеся над землей участки магнитной системы могут оказаться неспособными распознать статус или условия функционирования скважинных приборов, либо неспособными подтвердить, что скважинный прибор правильно принял посланную ему информацию.

[07] Желательно справиться с одним или несколькими недостатками или ограничениями, связанными с известными техническими решениями - смягчить эти недостатки или ограничения, либо, по меньшей мере, разработать полезную альтернативу.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[08] В соответствии с данным изобретением, предложен аппарат инициирования (АИ) для взрывных работ, включающий в себя:

магнитный приемник, конфигурация которого обеспечивает прием проходящего сквозь землю (ПСЗ) магнитного сигнала связи, отображающего команду с базовой станции;

контроллер инициирования взрыва, который электрически связан с магнитным приемником и конфигурация которого обеспечивает генерирование данных отклика в ответ на команду; и электромагнитную (ЭМ) передающую систему (ЭПЕС), электрически связанную с контроллером инициирования взрыва, конфигурация которой обеспечивает передачу данных отклика для базовой станции с помощью ПСЗ электромагнитного (ЭМ) сигнала.

[09] В данном изобретении также предложена беспроводная электронная система инициирования взрыва (БЭСИВ), включающая в себя АИ.

[10] В данном изобретении также предложен способ проведения взрывных работ, включающий в себя этапы, на которых:

принимают ПСЗ магнитный сигнал связи, отображающий команду для аппарата инициирования (АИ) с базовой станции;

генерируют посредством АИ данные отклика в ответ на команду; и

передают данные отклика для базовой станции с помощью ПСЗ электромагнитного (ЭМ) сигнала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[11] Далее, лишь в качестве примера и со ссылками на прилагаемые чертежи, будут описаны предпочтительные варианты осуществления данного изобретения, при этом:

[12] на фиг.1 представлена блок-схема беспроводной электронной системы инициирования взрыва (БЭСИВ), включающей в себя один или несколько аппаратов инициирования (АИ);

[13] на фиг.2 представлен эскиз аппаратов инициирования, погружаемых в буровые скважины с поверхности, и ретранслятора в одном из стволов скважин;

[14] на фиг.3 представлен эскиз аппаратов инициирования, погружаемых в буровые скважины с поверхности, и ретранслятора на поверхности;

[15] на фиг.4 представлен эскиз аппаратов инициирования в буровых скважинах вне тоннеля с множеством ретрансляционных станций; и

[16] на фиг.5 представлен эскиз аппаратов инициирования в буровых скважинах вне тоннеля с единственной ретрансляционной станцией.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Определения

[17] Согласно настоящему описанию, термин «беспроводная электронная система инициирования взрыва (БЭСИВ) для проведения взрывных работ» может относиться к системе для управления взрывом и инициирования его, например, с помощью заглубленных взрывчатых веществ при открытой разработке, подземной разработке, карьерной разработке, гражданском строительстве и/или сейсмической разведке на или в земле либо в океане.

[18] Согласно настоящему описанию, термин «аппарат инициирования (АИ)» может относиться к беспроводному аппарату инициирования, беспроводному устройству инициирования (если оно является цельным блоком в корпусе), беспроводному приемнику или, если речь идет о средстве, разрушаемом взрывом, к расходуемому приемнику («РП»).

[19] Согласно настоящему описанию, термин «земля» может относиться к земле, грунту, породе, почве, песку и/или строительным материалам, например, бетону или цементу, и т.д., в который может быть заглублен или помещен АИ для инициирования взрыва во взрывчатых веществах при открытых разработках, подземных разработках, карьерных разработках, гражданском строительстве и/или сейсмической разведке на или в земле либо в океане.

[20] Согласно настоящему описанию, термин «магнитные датчики» может относиться к «детекторам» или «магнитометрам», которые могут работать на основе магнитной индукции (МИ) (в соответствии с законом Фарадея), или к детекторам квазистатического магнитного поля (например, магниторезистивным датчикам или гауссметрам). Термин «восприятие» магнитного поля также может относиться к «измерению» или «обнаружению». Датчики магнитного поля могут быть трехосными магнитометрами.

[21] Работа описываемых здесь магнитной передающей системы и магнитной принимающей системы основана на модуляции магнитных полей, генерируемых магнитной передающей системой и обнаруживаемых магнитными датчиками в магнитной принимающей системе. Модуляция магнитных полей может распространяться на частоты, измеряемые в герцах (Гц) и составляющие примерно 50 Гц, менее чем примерно 50 Гц, между примерно 5 Гц и 50 Гц, или ниже примерно 5 Гц.

[22] Термины «электромагнитный (ЭМ) приемник», «ЭМ передатчик», «ЭМ сигнал(ы)», «ЭМ диапазон», «ЭМ частоты» и «ЭМ распространение» относятся к использованию методов радиочастотного (РЧ) модулирования и детектирования в дальней зоне, как известно в данной области техники. В вариантах осуществления, ЭМ приемник, передатчик и/или приемопередатчик используют радиочастоты (РЧ). В вариантах осуществления, ЭМ частоты включают в себя частоты в диапазоне от 300 Гц до 300 гигагерц (ГГц). ЭМ частоты могут включать в себя ультранизкие частоты (УНЧ) в диапазоне от 300 Гц до 3000 Гц. ЭМ частоты могут включать в себя очень низкие частоты (ОНЧ) в диапазоне от 3 до 30 килогерц (кГц). ЭМ частоты могут включать в себя низкие частоты (НЧ) в диапазоне от 30 до 300 кГц. ЭМ частоты могут быть ниже 120 кГц. ЭМ частоты может быть ниже 70 кГц. ЭМ частоты могут быть выше 1 килогерца (кГц) или выше 20 кГц. ЭМ частоты могут включать в себя 50 кГц.

[23] Согласно настоящему описанию, термины «проводная связь», «линия проводной связи» и «проводное соединение» в целом относятся к использованию соединительного провода, электрического проводника, кабеля или подобного им соединения для передачи сигналов из передатчика в приемник (или между приемопередатчиками) на некоторое расстояние. Согласно настоящему описанию, термины «беспроводная связь», «линия беспроводной связи» и «беспроводное соединение» в целом относятся к передаче сигналов из передатчика в приемник (или между приемопередатчиками) на некоторое расстояние с помощью магнитных и/или электрических полей, электромагнитных волн (включая радиочастотные волны) или акустических/сейсмических волн, обеспечивая тем таким образом связь от беспроводного передатчика к беспроводному приемнику (или между беспроводными приемопередатчиками) без необходимости формирования устойчивого физического соединения (например, провода или проводника) между ними. Описываемый здесь приемник функционирует, принимая проводные или беспроводные сигналы, данные или сообщения. Описываемый здесь передатчик функционирует, передавая принимая проводные или беспроводные сигналы, данные или сообщения. Описываемый здесь приемопередатчик может функционировать либо как приемник, либо как передатчик, либо может выполнять обе функции.

Беспроводная электронная система инициирования взрыва (БЭСИВ)

[24] Как изображено на фиг.1, БЭСИВ 100 включает в себя базовую станцию 114, магнитную передающую систему (МПеС) 118, по меньшей мере один аппарат 102 инициирования (АИ) и по меньшей мере одну электромагнитную принимающую систему (ЭПС) 108. Эти компоненты могут иметь различные конфигурации и осуществлять связь по разным каналам, образуя БЭСИВ 100.

[25] Базовая станция 114 осуществляет связь с МПеС 118 посредством проводной или беспроводной связи по начальной линии 103 связи. МПеС 118 осуществляет связь с одним или несколькими АИ 102 посредством магнитных сигналов по прямой линии 104 связи. Конфигурация АИ 102 обеспечивает прием магнитных сигналов и - при необходимости - посылку ответа обратно на базовую станцию 114 посредством ЭПС 108 по обратной линии 106 связи с использованием беспроводных сигналов, в частности, ЭМ сигналов на основе ЭМ распространения. ЭМ сигналы используются для передачи электронных цифровых данных в пакетах. Конфигурация АИ 102 обеспечивает посылку данных отклика в ЭПС 108: эти данные отклика генерируются в ответ на команды из базовой станции 114, как подробнее описывается ниже. В результате, эти ЭМ сигналы можно также называть «сигналами отклика». В некоторых вариантах осуществления, конфигурация базовой станции 114 может обеспечивать осуществление связи по базовой линии 107 связи с ЭПС 108, а конфигурация ЭПС 108 может дополнительно обеспечивать передачу сообщений в АИ 102 по обратной линии 106 связи.

[26] Как отмечалось выше, в БЭСИВ 100 один или несколько АИ 102 находятся в одной или нескольких соответствующих буровых скважин в земле и принимают сообщения из базовой станции 114 посредством МПеС 118, а в некоторых вариантах осуществления - из базовой станции 114 посредством ЭПС 108. АИ 102 могут находиться в соответствующих отдельных буровых скважинах, или одна буровая скважина может включать в себя множество колонок взрывчатых веществ, разделенных забоечным материалом, каждая из которых оснащена АИ 102. Каждый АИ 102 включает в себя корпус 129 вокруг основного блока АИ 102 (включающего в себя все компоненты или большинство их), а конфигурация корпуса обеспечивает введение и заглубление в буровую скважину, причем корпус может иметь диаметр менее 100 мм или около 60 мм. Когда базовая станция 114 посылает сообщения по начальной линии 103 связи в МПеС 118, МПеС 118 затем посылает сообщения по прямой линии 104 связи путем генерирования и модуляции магнитного поля, которое обуславливает посылку ПСЗ сигналов в магнитную принимающую систему (МПрС) 120 АИ 102. Сообщения из МПеС 118 включают в себя команды инициирования, и могут включать в себя команды не инициирования. В некоторых вариантах осуществления, базовая станция 114 может посылать команды не инициирования по базовой линии 107 связи в ЭПС 108 и далее в АИ 102 по обратной линии 106 связи. Команды инициирования и не инициирования описываются ниже.

[27] Как изображено на фиг.1, ЭПС 108 (которую можно назвать «повторителем») включает в себя по меньшей мере один ретрансляционный принимающий модуль 110, способный обнаруживать ЭМ сигналы из АИ 102 по обратной линии 106 связи, и одну или несколько ретрансляционных станций 112, осуществляющих связь с каждым ретрансляционным принимающим модулем 110 (по проводной или беспроводной линии связи) с помощью линии 109 связи между средствами ретрансляции. В вариантах осуществления, обратная линия 106 связи может быть двухсторонней (и называться «двухсторонней линией обратной связи»), а ЭПС 108 может включать в себя ЭМ передатчик или ЭМ приемопередатчик (в ретрансляционном приемном модуле 110) для передачи ЭМ сигналов по обратной линии 106 связи в АИ 102. Таким образом, ретрансляционный принимающий модуль 110 может функционировать как приемопередатчик, и принимая, и посылая информацию по обратной линии 106 связи.

[28] Эффективный диапазон передачи ПСЗ ЭМ сигналов по обратной линии 106 связи (т.е., из АИ 102 в ЭПС 108) -называемый ЭМ диапазоном 132 - может составлять до 100 метров (м) в некоторых грунтах, или до 50 м, 25 м или 20 м в других грунтах. Рабочие ЭМ частоты в ЭМ сигналах можно выбирать на основе требуемых максимальных потерь на трассе (например, 40 децибел или дБ), и требуемого эффективного диапазона передачи для коэффициента поглощения грунта. EM частота может быть РЧ частотой между 1 кГц и 120 кГц, между 20 кГц и 70 кГц, или может составлять около 50 кГц, как упоминалось выше.

[29] Конфигурация БЭСИВ 100 может обеспечивать использование на поверхности (например, при открытых разработках), как показано на фиг.2 и 3. Место разработки может включать в себя уступ открытой разработки с буровыми скважинами 130, пробуренными вертикально. Каждый АИ 102 может быть огрунтован дополнительным зарядом перед погружением в одну из буровых скважин 30. АИ 102 могут находиться в отдельных буровых скважинах, или одна буровая скважина может включать в себя множество колонок взрывчатого вещества с множеством АИ 102. После загрузки АИ 102, в скважины 130 загружают взрывчатое вещество без оболочки. Ретрансляционный принимающий модуль 110 развертывают на месте в пределах ЭМ диапазона 132 АИ 102. Ретрансляционный принимающий модуль 110 развертывают в одной скважин 130, как показано на фиг.2, или на поверхности, как показано на фиг.3. Если развертывают на поверхности, то ретрансляционный принимающий модуль 110 и ретрансляционную станцию 112 можно развертывать после того, как взрывом освобожден путь для прокладки на месте, и т.д., с целью упрощения прокладки кабелей (включая линию 109 связи между средствами ретрансляции).

[30] В вариантах осуществления, конфигурация БЭСИВ 100 может обеспечивать использование в тоннеле (например, при подземных разработках), как показано на фиг.1D и 1E. При использовании в тоннеле, ретрансляционный принимающий модуль 110 размещают в тоннеле 134 в пределах ЭМ диапазона 132 для всех АИ 102 из группы. Тоннель 134 может включать в себя множество ретрансляционных принимающих модулей 110, разнесенных, например, вдоль тоннеля 134, или размещенных в соответствующих скважинах 130 вне тоннеля 134, как показано на фиг.3. Тоннель 134 может включать в себя единственный ретрансляционный принимающий модуль, размещенный на основном участке тоннеля 134, как показано на фиг.4. Ретрансляционные принимающие модули 110 можно соединять посредством кабелей линии 109 связи между средствами ретрансляции с ретрансляционной станцией 112 на безопасном расстоянии от АИ 102.

Базовая станция и магнитная передающая система(МПеС)

[31] Как отмечалось выше, базовая станции 114 может осуществлять связь с МПеС 118 посредством проводных сигналов или беспроводных сигналов (включая ЭМ сигналы). МПеС 118 можно разместить так, что базовая станции 114 окажется, например, на поверхности над шахтой в безопасном месте. МПеС 118 может осуществлять связь с АИ 102 с помощью магнитных сигналов, которые могут быть магнитно-индуцируемыми (МИ) сигналами. Базовая станция 114 может включать в себя проводной или беспроводной передатчик для передачи проводных или беспроводных сигналов в МПеС 118. Базовая станция 114 также может иметь проводной или беспроводной приемник, приемник и передатчик, или приемопередатчик для приема сообщения по базовой линии 107 связи из ЭПС 108, а в вариантах осуществления - возвращаемого сообщения из базовой станции 114 в ЭПС 108.

[32] Для передачи магнитных сигналов можно использовать любую подходящую МПеС 118. МПеС 118 может включать в себя источник тока и одну или несколько проводящих катушек для генерирования магнитного поля в земле в месте нахождения АИ 102, и/или в местах нахождения всех АИ 102 при заранее определенной сетке взрывных скважин. Магнитное поле в месте нахождения АИ 102 можно модулировать так, что оно будет отображать конкретную команду, а конфигурация АИ 102 может обеспечивать демодуляцию магнитного сигнала связи. В целях безопасности, магнитный сигнал связи можно кодировать с помощью заранее определенного алгоритма кодирования и декодировать посредством контроллера с помощью заранее определенного алгоритма декодирования.

[33] Команды (которые можно назвать «командами инициирования взрыва» или «предписаниями») из базовой станции 114 для связи с АИ 102 могут включать в себя, например, одну или несколько следующих команд:

[34] команду отправки эхо-запроса, предписывающую АИ 102 генерировать отклик на обнаружение эхо-запроса (в данных отклика), отображающий факт приема посредством АИ 102 команды отправки эхо-запроса и/или тот факт, что условия функционирования АИ 102 удовлетворительны для последующего произведения взрыва;

[35] диагностическую команду, предписывающую АИ 102 генерировать и посылать диагностические данные в данных отклика (более подробное описание диагностических данных будет приведено ниже), причем для соответствующих диагностических статусов можно использовать разные диагностические команды;

[36] команду задержки отклика, предписывающую АИ 102 реализовать задержку на выбранное время задержки отклика (выбираемое базовой станцией 114) перед передачей данных отклика по обратной линии 106 связи;

[37] команду временной синхронизации (синхрокоманду), содержащую данные и предписывающую АИ 102 синхронизировать свой генератор тактовых импульсов или таймер со временем базовой станции (это может приводить к синхронизации генераторов тактовых импульсов всех АИ 102);

[38] команду временной задержки, обеспечивающую выбранное время или выбранную временную задержку в результате определения на основе сетки взрывных скважин для АИ 102 с целью подсчета перед инициированием его взрывчатого вещества;

[39] команду боевого взвода, предназначенную постановки АИ 102 на боевой взвод;

[40] команду произведения взрыва для АИ 102, предназначенную для начала обратного отсчета с целью инициирования; и

[41] другие команды, используемые в существующих электронных системах инициирования взрыва (например, в системе i-kon™ от фирмы Orica).

[42] Любая команда может включать в себя идентификатор инициатора (ИДИ), который идентифицирует один из АИ 102 в сетке взрывных скважин, а идентифицированный АИ 102 может генерировать и посылать уместные данные отклика, если они имеют хранимый ИДИ, совпадающий с ИДИ команды. В альтернативном или дополнительном варианте, любая команда может включать в себя идентификатор группы (ИДГ), такой, как описанный в публикации № WO201008583 заявки (под названием ʺSelective Control Of Wireless Initiation Devices At A Blast Siteʺ («Управление беспроводными устройствами инициирования на месте взрывных работ»)), которая подана по Договору о патентной кооперации и во всей ее полноте включена сюда посредством ссылки. АИ 102, ИДГ которых совпадает с ИДГ в команде, могут генерировать и посылать уместные данные отклика в ЭПС 108. Команды инициирования - это команды, которые приводят к инициированию или детонации взрывчатого вещества 116, например, это может быть команда произведения взрыва. Команды не инициирования - это команды, которые не охватывают инициирование или детонацию и поэтому менее опасны для посылки; например, это может быть команда отправки эхо-запроса, диагностическая команда, команда управления задержкой отклика, команда временной синхронизации.

Аппарат инициирования (АИ)

[43] Как показано на фиг.1, АИ 102 может включать в себя: магнитную передающую систему (МПрС) 120, которая включает в себя один или несколько датчиков магнитного поля для обнаружения магнитных ПСЗ сигналов связи; электронный контроллер инициирования взрыва (включающий в себя по меньшей мере один электронный микроконтроллер), который называется контроллерной системой инициирования взрыва (КСИВ), обозначенной позицией 122 и соединенной с МПрС 120 для приема команд, посылаемых с помощью прямой линии 104 связи, и для управления функциями АИ 102; аккумулятор 124 электроэнергии (например, батарею или и/или конденсатор) для электропитания компонентов АИ 102; компонент 126 для инициирования, соединенный, - по меньшей мере непосредственно - с КСИВ 122; и взрывчатое вещество 116 (например, дополнительный заряд), выполненный с возможностью инициирования аккумулированной энергии из электрического аккумулятора 124. Конфигурация МПрС 120 обеспечивает обнаружение магнитного сигнала связи и генерирование соответствующего электронного сигнала для КСИВ 122: тогда КСИВ 112 придают конфигурацию на основе запомненных электронных предписаний и кодов для определения команды исходя из соответствующего сигнала.

[44] Компонент 126 для инициирования может быть детонатором, который принимает электрический заряд из электрического аккумулятора 124, а также либо электромагнитным, либо оптическим источником, который воспламеняет взрывчатое вещество 116 с помощью направленной мощности из электрического аккумулятора 124. Возможный оптический источник, работающий в качестве компонента для инициирования, может включать в себя лазер, как описано в патенте US № 8272325 (от 25 сентября 2012). В вариантах осуществления, АИ 102 может управлять электронным детонатором, конфигурация которого обеспечивает прием команд боевого взвода, произведения взрыва и временной задержки из взрывной машинки, поставляемой промышленностью и встраиваемой в базовую станцию 114, и активацию заряда взрывчатого вещества (посредством взрывчатого вещества 116) после предварительно запрограммированной задержки.

[45] АИ 102 также может включать в себя ЭМ передающую систему (ЭПеС) 128, которая с помощью электронных средств осуществляет связь с КСИВ 122 и соединена с ней, по меньшей мере, косвенно. ЭПеС 128 включает в себя одну или несколько EM антенн, конфигурация которых обеспечивает генерирование ЭМ сигналов для обратной линии 106 связи. ЭПеС 128 можно назвать «источником». Эти антенны (называемые антеннами АИ) могут быть рамочными антеннами, настраиваемыми на выбранную частоту передачи с помощью настраиваемой схемы 222 согласования (включающей в себя, например, резистивно-емкостный контур с коммутируемым конденсатором или формирователь тока) компонента 218 для передачи. Антенна АИ может представлять собой обмотки единственного электромагнита с как можно большей площадью поперечного сечения, но остающиеся внутри корпуса АИ 102, например - имеющие диаметр 60 мм. Эти обмотки могут иметь, например, от 50 до и 500 витков и высокую добротность (Q).

[46] От АИ 102 может потребоваться лишь способность или возможность передавать ЭМ сигналы (отображающие данные отклика, подробнее описываемые ниже) в ЭПС 108 по обратной линии 106 связи, а способность или возможность передавать непосредственно на базовую станцию 114 при этом может и не требоваться. Поскольку электрическая мощность, потребляемая для генерирования ЭМ сигналов, обязательно меньше, чем электрическая мощность, потребляемая для генерирования магнитных сигналов, аккумулирование энергии, необходимое для того, чтобы АИ 102 смог осуществить электропитание обратной линии 106 связи, можно ограничить более низкими уровнями, тем самым смягчая проблемы безопасности.

[47] В некоторых вариантах осуществления, и АИ 102, и ЭПС 108 включают в себя и приемник, и передатчик, или некоторую совокупность, образующую «компонент приемопередатчика», выполненный с возможностью и посылать, и принимать ЭМ сигналы по обратной линии 106 связи. ЭМ передатчик и приемник, или приемопередатчик ЭПС 108 может находиться в ретрансляционном принимающем модуле 110 и совместно с ним пользоваться антенной, находящейся в ретрансляционном принимающем модуле 110. АИ 102 может включать в себя ЭМ приемник, или EM приемопередатчик, конфигурация которого обеспечивает прием возвращаемых ПСЗ ЭМ сигналов по обратной линии 106 связи из ЭПС 108. Антенна АИ 102 может быть заключена внутри АИ 102 или может выступать из основного блока АИ 102 и быть электрически соединенной с КСИВ 122 посредством кабеля антенны (включающего в себя электрический проводник или провод), идущего от основного корпуса АИ 102: кабель антенны переносит сигналы между основным блоком и антенной для посылки и приема (в некоторых вариантах осуществления) ЭМ сигналов. Основной блок АИ 102 включает в себя МПрС 120, КСИВ 122, электрический аккумулятор 124 и компонент 126 для инициирования. В вариантах осуществления, антенна АИ может простираться вверх примерно на половину длины буровой скважины. В других вариантах осуществления, антенна АИ может простираться вверх примерно на всю длину буровой скважины до устья буровой скважины.

[48] В вариантах осуществления, АИ 102 можно придать конфигурацию множества отдельных соединяемых модулей, включая один или несколько из следующих: модуль датчика; модуль инициатора (включающий в себя инициатор или детонатор); и сигнальный модуль ЭМ передатчика. Модуль датчика может включать в себя МПрС 120, контроллерную систему 122 инициирования взрыва и основной участок электрического аккумулятора 124. Модуль инициатора может включать в себя компонент 126 для инициирования. Сигнальный модуль ЭМ передатчика может включать в себя ЭМ передающую систему 128 и сигнальный участок электрического аккумулятора 124. Имея множество отдельных участков аккумулирования электроэнергии в АИ 102 (т.е., основной участок и сигнальный участок в разных модулях) можно снизить отток мощности из основного источника, когда АИ 102 передает диагностические сообщения, тем самым поддерживая мощность, достаточную для произведения взрыва. АИ 102 может также включать в себя модуль безопасности, чтобы устранить передачу ложных сигналов или перенос мощности в модуль для инициирования, что могло бы привести к нежелательному инициированию или детонации. Модуль датчика и модуль для инициирования можно соединять и механически (например, с помощью байонета или зажима или резьбы), и электрически (например, с помощью 2-хштырькового или 4-штырькового соединителя) или оптически, так что модуль датчика сможет передавать команды в модуль для инициирования, и поэтому модуль датчика и модуль для инициирования можно состыковывать непосредственно перед размещением в скважине (например, по причинам безопасности). Чтобы обеспечить связь с ЭПС 108, сигнальный модуль ЭМ передатчика можно соединить с модулем датчика и/или модулем для инициирования и механически, и электрически или оптически, так что модуль передатчика сможет принимать сигналы из модуля датчика на основании принимаемых команд. Когда осуществляют сборку с целью формирования АИ 102, модуль датчика, модуль для инициирования и сигнальный модуль ЭМ передатчика может быть встроен в общий корпус 129, конфигурация которого обеспечивает введение и заглубление в скважину. В этих отдельных вариантах осуществления, сигнальный модуль ЭМ передатчика может быть подключен к существующим электронным детонаторам или электронным инициаторам.

Сигналы и шум

[49] Как отмечалось выше, возможны четыре тракта, по которым можно осуществлять связь в БЭСИВ 100: (A) начальная линия 103 связи от базовой станции 114 к МПеС 118; (B) прямая линия 104 связи от МПеС 118 к АИ 102; (C) обратная линия 106 связи от АИ 102 к ЭПС 108; и (D) базовая линия 107 связи между ЭПС 108 и базовой станцией 114. Связь по начальной линии 103 связи может быть однонаправленной и может осуществляться по проводной или беспроводной линии связи. Прямая линии 104 связи может быть однонаправленной, а связь при этом будет происходить посредством магнитных сигналов. Независимо от того, работает обратная линия 106 связи только в одну сторону (только от АИ 102 к ЭПС 108), или в две стороны (способствуя обмену сообщениями между АИ 102 и ЭПС 108), связь происходит посредством ЭМ сигналов. Базовую линию 107 связи можно использовать исключительно для приема ЭМ сигналов из ЭПС 108 или для обмена сообщениями между ЭПС 108 и базовой станцией 114.

[50] В вариантах осуществления, АИ 102 может принимать сообщения из базовой станции 114 двумя разными путями: по прямой линии 104 связи и обратной линии 106 связи. Как отмечалось выше, базовая станции 114 может осуществлять связь посредством магнитных сигналов от МПеС 118 к АИ 102, и базовая станция 114 может посылать сообщения посредством ЭПС 108 по обратной линии 106 связи с помощью ЭМ сигналов. АИ 102 может лишь посылать данные отклика одним из этих путей - по обратной линии 106 связи - в ЭПС 108 и дальше на базовую станцию 114.

[51] В вариантах осуществления, где связь по обратной линии 106 связи является двухсторонней, сигналы, идущие из базовой станции 114 через ЭПС 108 можно ограничить диагностическими сигналами и сигналами не инициирования. В таком варианте осуществления, сигналы, принимаемые из базовой станции 114 через МПеС 118, можно ограничить сигналами инициирования. Эта структура связи может понизить риски взрывов из-за ошибочных сигналов, проходящих по обратной линии 106 связи, или риски из-за паразитных сигналов (например, шума или ЭМ помех) на месте разработок.

[52] Данные отклика (которые также можно называть «данными обратной связи») можно генерировать так, что они будут предоставляться в любой форме, подходящей для связи, включая любые одни или несколько из:

[53] данных подтверждения, отображающих подтверждение приема команды посредством АИ 102, которые могут включать в себя: тональный сигнал простого подтверждение (ПДТ) или не подтверждения (НПДТ);

[54] идентификатора (ИД) команды, идентифицирующего принимаемую команду, который может включать в себя подтверждение приема команды без ошибки (например, на основании контроля циклическим избыточным кодом);

[55] данных о времени приема, отображающих, когда АИ 102 принял команду (данные о времени приема можно объединять с данными подтверждения);

[56] данных о состоянии, отображающих текущее состояние машины состояний в АИ 102 (например, НА БОЕВОМ ВЗВОДЕ, ОТКЛЮЧЕН, ЗАЩИТА, и т.д.);

[57] данных о статусе, отображающих текущий статус АИ 102 и/или статусы компонентов АИ 102, включая: статус источника 214 питания (например, рабочий, нерабочий), статус прямой линии 104 связи (например, рабочая, нерабочая), статус электрического аккумулятора 124 (например, рабочий, нерабочий), статус компонента 126 для инициирования (например, рабочий, нерабочий);

[58] данных батареи, отображающих один или несколько замеров остающейся электрической мощности, аккумулированной в АИ 102 (например, как упоминалось выше, возможные отдельные источники питания - также представляемые электрическим аккумулятором 124 - для компонента 126 для инициирования и для ЭПеС 128);

[59] данных об ошибках, отображающих коды ошибок, генерируемые посредством АИ 102, которые могут включать в себя одну или несколько ошибок и один или несколько кодов ошибок (которые в вариантах осуществления могу иметь длину, по меньшей мере, 16 бит);

[60] данных об условиях функционирования, отображающих условия функционирования АИ 102, используемые с целью определения его потенциала для инициирования, которые могут включать в себя сопротивление проволоки мостика электровоспламенителя, напряжение конденсатора зажигания и/или сопротивление лазерного инициатора, или флажки ошибок, если эти замеры находятся вне хранимых диапазонов, например, в соответствии с заранее определенной программой испытаний, которую исполняет АИ 102;

[61] данных рабочих характеристик (которые можно назвать «данными метрик»), отображающих замеры рабочих характеристик АИ 102, включая метрики для связи, например, уровень принимаемых магнитных сигналов, индикацию уровня принимаемого сигнала (ИУПС), отношение «принимаемый сигнал - шум», частоту ошибок по битам для команд;

[62] данных об окружающей среде, получаемых в результате мониторинга среды, окружающей АИ 102, включая значения параметров влажности, температуры, вибраций, и т.д., с помощью датчиков, заключенных в АИ 102 (например, датчиков влажности, датчиков температуры, датчиков вибраций, и т.д.);

[63] данных идентификатора (ИД), отображающих идентификатор АИ 102, например, квазиоднозначный идентификатор инициатора (квазиоднозначный ИДИ), который идентифицирует один из АИ 102 и/или ИД группы (ИДГ), предназначенный для группы АИ 102;

[64] данных хранимых наладочных параметров в АИ 102, связанных с выбранным взрывом, координатами, номером ряда, номером скважины и/или последовательностью каротажа; и

[65] данных синхронизации инициаторов, отображающих синхронизацию инициаторов (например, синхронизацию детонаторов).

[66] В возможных местах разработок, на трактах связи может находиться порода, сильно ослабляющая сигналы, например, пористая осадочная порода, насыщенная водой, с постоянной затухания, которая в 200 или более раз превышает 20 дБ на метр. Чтобы достичь требуемого расстояния передачи для обратной линии 106 связи при накладываемом ограничении малого источника питания в АИ 102, могут потребоваться относительно длительные времена передачи, например, превышающие 3-10 минут, даже при ограниченных скоростях передачи данных (скоростях передачи данных в битах).

[67] В вариантах осуществления, ЭМ сигналы, которые генерирует АИ 102, могут передаваться с низкой скоростью передачи, выражаемой в битах, например, по одному тону (т.е., центральной или несущей частоте) на сигнал; скорость передачи может быть особой для каждого АИ 102 и может соответствовать простой команде, например, успешному подтверждению или ошибке. С помощью амплитудной манипуляции можно генерировать, например, пакеты данных. Период приема ЭМ пакета по обратной линии 106 связи может быть более, чем примерно 1 мин, или находиться между примерно 3 и примерно 10 мин. В примерах, где период составляет примерно 3 минуты, пакеты могут включать в себя одиночный бит (например, 0 или 1), или менее 5 бит, или менее 8 бит, или менее 16 бит, или, по меньшей мере, 16 бит.

[68] Типичные источники шума в шахте могут быть постоянными или иметь амплитуду, зависимую от времени: примеры включают в себя шины электропитания, мощные машины и оборудование связи. Чтобы улучшить ситуацию с вредными воздействиями этих источников шума на обратную линию 106 связи, ЭПеС 128 может воспользоваться скачкообразной перестройкой или сдвигом частот для достижения помехоустойчивости, особенно - устойчивости к узкополосым помехам. Например, можно выбрать несколько частот для каждого АИ 102 в выбранной группе АИ 102, и тогда каждый АИ 102 сможет передавать на наиболее доступной частоте (например, на основе уровня сигнала или помех) или по всем доступным каналам. АИ 102 может посылать тестовые сигналы по обратной линии 106 связи и принимать соответствующие тестовые сигналы отклика из ЭПС 108, чтобы определить наиболее доступную частоту. Ретрансляционный принимающий модуль 110 и/или ЭПеС 128 (когда работает в качестве приемника в вариантах осуществления, предусматривающих двухстороннюю обратную линию связи) может отфильтровывать заранее определенные источники шума, как описывается ниже.

[69] В приложениях с множеством АИ 102, эти АИ 102 могут передавать на разных соответствующих ЭМ частотах (т.е., параллельно). Такой алгоритм модуляции - параллельный - может позволять всем развернутым АИ 102 отвечать одновременно, поэтому время связи можно ограничить независимо от количества обнаруживаемых АИ 102; например, для всех АИ 102 в группе при этом потребуется лишь от 3 до 10 минут (мин). В других приложениях ЭМ сигналы из соответствующих АИ можно подвергнуть временной задержке на разные выбранные времена задержки отклика, вследствие чего можно установить идентичность каждого АИ 102 (на базовой станции 114) исходя из времени принятого отклика и/или из последовательности и порядка принимаемых ЭМ сигналов отклика. Некоторые приложения могут предусматривать первую группу АИ 102, конфигурация которых обеспечивает параллельную или последовательную передачу в первый ретрансляционный принимающий модуль 110, и отличающуюся вторую группу АИ 102, конфигурация которых обеспечивает параллельную или последовательную передачу во второй ретрансляционный принимающий модуль 110, например, как показано на фиг.4.

[70] Конфигурация ЭПС 108 может обеспечивать использование анализа в частотной области для обнаружения различных соответствующих ЭМ частот (которые можно назвать «тональными пиками») АИ 102. Промежутки между тональными пиками можно выбрать составляющими, скажем, от примерно 2 до примерно 20 герц (Гц). ЭПС 108 может включать в себя фильтры шума, включая частотные фильтры, конфигурация которых обеспечивает снижение ЭМ шума, который не соответствует предварительно выбранным частотам передачи АИ 102 при эксплуатации. Ретрансляционный принимающий модуль 110 может включать в себя полосовые фильтры с выбранными полосами пропускания, основанными на шуме окружающей среды, характерном на месте разработок. Частоты пропускания АИ 102 при эксплуатации можно выбрать отличающимися от заранее определенных частот EM источников шума на месте разработки, тем самым позволяя ЭПС 108 проводить дифференциацию по частоте между ЭМ шумом и ЭМ сигналами из АИ 102.

[71] Состоянием АИ 102 может управлять машина состояний в КСИВ 122, например, обеспечивая режим пониженного энергопотребления, режим прослушивания, режим боевого взвода и режим произведения взрыва (и т.д.).

Электромагнитная принимающая система (ЭПС)

[72] ЭМ приемник 108 изображен на фиг.1 и, как говорилось выше, включает в себя ретрансляционные станции 112 и ретрансляционный принимающий модуль 110. Ретрансляционный принимающий модуль 110 ЭПС 108 может включать в себя проводной интерфейс для соединения с одним или несколькими проводами в проводящем кабеле для проводной связи по линии 109 связи между средствами ретрансляции - от ретрансляционного принимающего модуля 110 к ретрансляционной станции (ретрансляционным станциям) 112. В альтернативном варианте, ретрансляционный принимающий модуль 110 может быть соединен с помощью кабеля или проводов или беспроводной линии связи непосредственно с базовой станцией 114 с помощью базовой линии 107 связи, в зависимости от места разработки. ЭПС 108 включает в себя интерфейс соединения для связи по обратной линии 106 связи, как описано выше.

[73] Ретрансляционный принимающий модуль 110 может быть сменным, например, расходуемым во время взрыва. Ретрансляционный принимающий модуль 110 может обеспечивать обнаружение ЭМ сигналов в пределах, например, от около 50 м до около 100 м от заглубленных АИ 102. Для охвата большой рабочей площади на месте разработки можно использовать многочисленные ретрансляционные принимающие модули 110.

[74] Ретрансляционный принимающий модуль 110 включает в себя, по меньшей мере, одну антенну, выполненную с возможностью приема ЭМ сигналов из АИ 102. Эта антенна может быть проводящей рамкой со схемой согласования (обеспечивающей резонансное обнаружение). Упомянутая, по меньшей мере, одна антенна может включать в себя множество антенн, размещенных в разных ориентациях для обнаружения ЭМ сигналов с разными поляризациями и ориентациями.

[75] Как описано выше, ретрансляционный принимающий модуль 110 включает в себя ЭМ приемник с антенной для приема ЭМ сигналов. Ретрансляционный принимающий модуль 110 включает в себя электронный процессор для декодирования принимаемых ЭМ сигналов и извлечения данных отклика; в альтернативном варианте, ретрансляционный принимающий модуль 110 может просто усиливать и пропускать (т.е., «ретранслировать» или «наращивать») сигналы отклика. Ретрансляционный принимающий модуль (ретрансляционные принимающие модули) 110 и ретрансляционная станция (ретрансляционные станции) 112 могут включать в себя интерфейсы для соединения друг с другом и с базовой станцией 114: эти интерфейсы могут включать в себя проводной передатчик для проводного интерфейса (например, с использованием кабеля, Ethernet™, и т.д.) или беспроводной передатчик для беспроводного интерфейса (например, с использованием WiFi™, ZigBee™, магнитной индукции, и т.д.). На линии 109 связи между средствами ретрансляции и/или базовой линии 107 связи возможно использование, в частности, повторителя существующей инфраструктуры, который пользуется сетями связи, уже существующими на месте разработок, например, возможно использование кабеля антенны в виде линии передачи с излучающими элементами, кабеля Ethernet, или существующих систем связи. Каждая из ретрансляционных станций 112 может включать в себя батарейный источник питания.

[76] Ретрансляционный принимающий модуль (ретрансляционные принимающие модули) 110 и/или ретрансляционная станция (ретрансляционные станции) 112 могут генерировать ретранслируемые данные отклика, отображающие рабочие характеристики ЭМ системы, включая, например, времена, за которые обнаруживаются ЭМ сигналы, идентификацию АИ 102, из которых идут эти сигналы, и любые другие диагностические параметры системы (включая, например, отношение «сигнал-шум» для каждого ЭМ сигнала). Ретрансляционный принимающий модуль (ретрансляционные принимающие модули), ретрансляционная станция (ретрансляционные станции) 112 и/или базовая станция 114 могут извлекать данные отклика из сигналов отклика, например, сохраняя и применяя предварительно определенный алгоритм демодуляции, который согласован с алгоритмом (или протоколом) модуляции, используемым в АИ 102.

Способ проведения взрывных работ

[77] Способ, осуществляемый или предназначенный для проведения взрывных работ с помощью БЭСИВ 100 включает в себя: фазу установки, фазу тестирования и фазу произведения взрыва.

[78] Фаза установки может включать в себя следующие этапы, на которых:

[79] развертывают базовую станцию 114 и МПеС 118 в безопасном месте (которое может быть, например, защищено от осколков породы, образующихся при взрыве, или другой взрывоопасности вне дальности разлета осколков породы, образующихся при взрыве, и т.д.) на месте разработки в пределах магнитного диапазона предварительно выбранных положений произведения взрыва для выбранных мест нахождения АИ 102 в заранее выбранной сетке взрывных скважин;

[80] программируют множество АИ 102;

[81] размещают или загружают АИ 102 в предварительно определенные положения произведения взрыва;

[82] развертывают ретрансляционный принимающий модуль (ретрансляционные принимающие модули) 110 в пределах ЭМ диапазона 132 АИ 102;

[83] развертывают ретрансляционные станции 112 в пределах диапазона связи (например, проводной или беспроводной) ретрансляционных принимающих модулей 110 и базовой станции 114; и

[84] загружают взрывчатые вещества в буровые скважины.

[85] Фаза тестирования может включать в себя следующие этапы, на которых:

[86] базовая станция 114 передает команду в МПеС 118 или в ЭПС 108;

[87] МПеС 118 передает команду в АИ 102 по прямой линии 104 связи, или ЭПС 108 передает команду в АИ 102 по обратной линии 106 связи;

[88] каждый из АИ 102 принимает ПСЗ магнитный сигнал связи, отображающий выбранную одну из команд с базовой станции;

[89] каждый из АИ 102 обрабатывает магнитный сигнал связи для обнаружения команды;

[90] каждый из АИ 102 генерирует данные отклика на основании этой команды;

[91] каждый из АИ 102 генерирует и передает (параллельно или последовательно) данные отклика в ЭПС 108 с помощью ЭМ сигналов;

[92] ЭПС 108 передает данные отклика на базовую станцию 114; и

[93] базовая станция 114 обрабатывает принимаемые данные отклика, которые могут включать в себя подтверждение правильного приема сигналов команд, например - правильного приема сигнала синхронизации.

[94] Фаза произведения взрыва может включать в себя следующие этапы, на которых:

[95] освобождают место разработки от персонала и ценного оборудования;

[96] базовая станция 114 генерирует команду инициирования, чтобы начать инициирование взрыва, и посылает эту команду инициирования в МПеС 118;

[97] МПеС 118 передает команды инициирования в АИ 102 по прямой линии 104 связи; и

[98] каждый из АИ 102 принимает и обрабатывает команды инициирования, чтобы инициировать детонацию каждый раз, когда завершается обратный отсчет (на основе ранее принятой информации о синхронизации), тем самым производя взрыв.

[99] Этапы в фазе тестирования можно повторять множество раз для разных команд, за командой отчета об условиях функционирования может следовать команда синхронизации, а за ней - другая команда отчета об условиях функционирования.

[100] Этап передачи ЭМ сигналов может включать в себя этапы, на которых:

[101] каждый из АИ 102 выбирает частоту передачи (например, центральную частоту или частоту несущей) для ЭМ сигналов, например - на основании временной диаграммы (зависимости частоты от времени) и системного времени из генератора 210 тактовых импульсов, а также на основании ИДИ;

[102] каждый АИ 102 модулирует сигнал отклика с помощью выбранной частоты передачи, чтобы генерировать ЭМ сигналы; и

[103] ЭПС 108 обнаруживает сигнал отклика путем демодуляции на выбранной частоте передачи (где выбранная частота передачи для каждого из АИ 102 заранее определена в плане частот, или где ЭПС 108 оперативно контролирует одновременно все частоты на протяжении выбранного диапазона, включающего в себя все АИ 102, во время взрыва).

Приложения

[104] При эксплуатации, БЭСИВ 100 обеспечивает способ двухсторонней связи с использованием двух разных каналов, заключающийся в том, что:

[105] пользователь (например, оператор системы) выдает команду из базовой станции 114;

[106] АИ 102 принимает команду по прямой линии 104 связи или по обратной линии 106 связи;

[107] АИ 102 активируется и генерирует данные отклика в ответ на команду;

[108] АИ 102 посылает данные отклика с помощью ЭМ сигналов в ретрансляционный принимающий модуль 110 по обратной линии 106 связи;

[109] ретрансляционный принимающий модуль 110 посылает данные отклика на базовую станцию 114 через ретрансляционную станцию (ретрансляционные станции) 112; и

[110] базовая станция 114 генерирует данные отклика и предоставляет их пользователю, например, для подтверждения правильной работы АИ 102.

[111] БЭСИВ 100 также может смягчать некоторые из проблем, возникающих в процессе разведки, например, на нефть и газ. Ключевым режимом отказа при детонации взрывчатого вещества во время разведки на нефть и газ с помощью сейсмических волн является повреждение участкового провода, соединяющего детонаторы. Это обстоятельство усугубляется тем фактором, что взрывчатые вещества, закладываемые для осуществления сейсморазведочных работ, могут оставаться на своем месте (т.е., ожидать применения) в течение длительных периодов (например, многих месяцев), выходящих далеко за рамки обычно используемых для взрывчатых веществ в других видах деятельности, например, горном деле, карьерных разработках и т.д. О взрывчатых веществах, которые не детонировали, например, во время сейсморазведочных работ, следует сообщать в различные руководящие организации как об оставленных, сообщая также место (места) их нахождения, нанесенное (нанесенные) на карту.

[112] Хотя беспроводное инициирование взрыва обеспечивает очевидное преимущество для сейсморазведки на нефть и газ, поскольку исключает повреждение участкового провода, соединяющего детонаторы, как причину отказа детонации, современное состояние данной области техники не позволяет передавать какую бы то ни было информацию из заглубленного взрывного устройства. БЭСИВ 100 может преодолевать этот недостаток за счет наличия средства связи, позволяющего передавать, например, информацию о статусе. Кроме того, сигнал канала обратной связи можно использовать в качестве маяка для идентификации взрывного устройства в будущем, или - помимо этого - в качестве предостерегающего маяка для надлежащим образом приспособленных устройств, например - буров для бурения на нефть и газ.

[113] Можно предусмотреть вариант связи из буровой скважины по временным проводам (которые можно назвать «участковыми проводами») от АИ 102 к промежуточной усилительной станции в устье буровой скважины 130. В таком варианте осуществления, взрыв с помощью АИ 102 по-прежнему происходит посредством беспроводного сигнала МИ, но временные провода можно было бы использовать и для широкополосной диагностики после развертывания и перед взрыванием. Сообщения двухсторонней связи можно было бы посылать по временному проводу во время или после магнитной связи со скважинными АИ 102, и в этом случае диагностическая информация могла бы включать в себя напряженность магнитного поля и отношение «сигнал-шум». Временные провода также можно было бы использовать для «включения» скважинного устройства в случаях, где АИ 102 находится в состоянии ожидания между развертыванием и включением (это позволило бы сэкономить электрическую энергию (в батарее) и продлить срок службы АИ 102 в буровой скважине). Хотя этот вариант может показаться подходящим, участковые провода в буровой скважине зачастую являются наиболее уязвимым компонентом инициирующей системы. Отказ связи со скважинным АИ 102 по временным проводам мог бы указать, что скважинный АИ 102 неисправен, или просто что повреждены провода. Описанная здесь БЭСИВ 100 обеспечивает беспроводную обратную линию 106 связи с ЭПС 108, и эта беспроводная обратная линия 106 связи менее подвержена риску повреждения, чем временные участковые провода.

[114] БЭСИВ 100 может обладать одним или несколькими из следующих преимуществ по сравнению с существующими устройствами и ненаправленными беспроводными системами для рынка промышленных детонаторов:

[115] после развертывания возможен опрос АИ 102 на предмет его статуса, причем АИ 102 может сообщить пользователю свой статус и/или информацию о любых ошибках;

[116] (беспроводная) обратная линия 106 связи позволяет избежать отказов, которые могли быть обусловлены повреждением проводов, в противном случае проходивших бы по буровым скважинам и/или между ними или вокруг места разработок;

[117] магнитная индукция может обеспечить более сложный (т.е., относительно информационно-плотный) поток данных, вносящий информацию о тактировании и/или произведении взрыва, с одновременной передачей подтверждающего сигнала на низких РЧ, вследствие чего можно пересылать в подповерхностный АИ 102 высокоэнергетические сообщения по поверхности с помощью низких РЧ; и

[118] если обратная линия 106 связи является двухсторонней, то с помощью существующих коммерчески доступных протоколов связи (например процедур, используемых с детонаторами i-kon™ от фирмы Orica) можно поддерживать сетевую связь с АИ 102.

Интерпретация

[119] Специалистам в данной области техники будут ясны многие модификации в рамках объема притязаний данного изобретения.

[120] Приводимая в данном описании ссылка на любую известную публикацию (или полученную из нее информацию), или на любой объект, который известен, не является и не должна считаться подтверждением или допущением или какой-либо формой предположения, что известная публикация (или полученная из нее информация) или известный объект образует часть известных сведений общего характера в области деятельности, к которой относится данное описание.

Claims (42)

1. Аппарат инициирования (АИ) для взрывных работ, включающий в себя:

корпус, выполненный с возможностью обеспечения введения и заглубления в буровую скважину;

магнитный приемник, выполненный с возможностью приема проходящего сквозь землю (ПСЗ) магнитного сигнала связи, отображающего команду с базовой станции;

контроллер инициирования взрыва, который электрически связан с магнитным приемником и выполнен с возможностью генерирования данных отклика в ответ на указанную команду; и

электромагнитную (ЭМ) передающую систему (ЭПЕС), электрически связанную с контроллером инициирования взрыва и выполненную с возможностью передачи данных отклика для базовой станции с помощью ПСЗ электромагнитного (ЭМ) сигнала из буровой скважины сквозь землю к электромагнитной принимающей системе (ЭПС), которая обнаруживает ПСЗ электромагнитный (ЭМ) сигнал, при этом ЭПЕС представляет собой радиочастотный (РЧ) источник, а ЭМ сигнал представляет собой РЧ сигнал.

2. АИ по п.1, в котором контроллер инициирования взрыва выполнен с возможностью определения указанной команды исходя из магнитного сигнала связи.

3. АИ по п.1 или 2, в котором контроллер инициирования взрыва выполнен с возможностью генерирования данных отклика, включающих в себя любые из следующих:

данные подтверждения, отображающие подтверждение приема команды посредством АИ;

данные о времени приема, отображающие, когда АИ принял команду;

данные о статусе, отображающие текущее состояние машины состояний в АИ;

данные батареи, отображающие один или несколько замеров остающейся электрической мощности, аккумулированной в АИ;

данные об ошибках, отображающие коды ошибок, генерируемые посредством АИ;

данные об условиях функционирования, отображающие условия функционирования АИ;

данные рабочих характеристик, отображающие замеры рабочих характеристик АИ;

данные об окружающей среде, получаемые в результате мониторинга среды, окружающей АИ; и

данные идентификатора (ИД), отображающие идентификатор АИ.

4. АИ по любому из пп.1-3, в котором ЭМ сигнал включает в себя предварительно выбранную частоту передачи, выбранную как особая для АИ.

5. АИ по любому из пп.1-3, в котором ЭМ сигнал включает в себя сетку предварительно выбранных частот передачи, выбираемых как особые для АИ.

6. АИ по п.5, в котором сетка включает в себя скачкообразное изменение между разными частотами передачи в соответствующие разные моменты времени.

7. АИ по п.1, в котором РЧ сигнал включает в себя одну или несколько частот между 1 и 120 кГц.

8. АИ по п.7, в котором РЧ сигнал включает в себя одну или несколько частот между 20 и 70 кГц.

9. АИ по любому из пп.1-8, в котором ЭПЕС включает в себя антенну в основном блоке АИ.

10. АИ по любому из пп.1-8, в котором ЭПЕС включает в себя антенну, соединенную кабелем с основным блоком АИ.

11. АИ по любому из пп.1-10, в котором магнитное поле в месте нахождения АИ модулируется с помощью алгоритма модуляции для отображения магнитного сигнала связи.

12. АИ по любому из пп.1-11, включающий в себя ЭМ приемник для приема возвращаемого ПСЗ ЭМ сигнала.

13. АИ по любому из пп.1-12, при этом АИ выполнен с возможностью задержки на выбранное время задержки отклика перед передачей данных отклика.

14. АИ по п.13, в котором время задержки отклика принимается в указанной команде.

15. Беспроводная электронная система инициирования взрыва (БЭСИВ), включающая в себя АИ по любому из пп.1-14.

16. БЭСИВ по п.15, включающая в себя генератор магнитного поля для генерирования ПСЗ магнитного сигнала связи.

17. БЭСИВ по п.15 или 16, включающая в себя ЭМ принимающую систему (ЭПС) для приема ЭМ сигнала из ЭПЕС.

18. БЭСИВ по п.17, в которой ЭПС включает в себя по меньшей мере один ретрансляционный принимающий модуль для приема ЭМ сигнала свозь землю от ЭПЕС и по меньшей мере одну ретрансляционную станцию, осуществляющую электронную связь с ретрансляционным принимающим модулем для передачи данных отклика в ЭМ сигнале на базовую станцию.

19. БЭСИВ по п.17 или 18, в которой ЭПС и/или базовая станция выполнены с возможностью демодуляции ЭМ сигнала для извлечения данных отклика с помощью протокола демодуляции, который соответствует протоколу модуляции АИ.

20. БЭСИВ по любому из пп.17-19, в которой ЭПС включает в себя источник питания, предназначенный для запитывания ЭМ приемника.

21. БЭСИВ по любому из пп.17-20, в которой ЭПС включает в себя частотные фильтры, выполненные с возможностью понижения ЭМ шума на одной или нескольких предварительно выбранных частотах передачи АИ.

22. БЭСИВ по любому из пп.15-21, включающая в себя множество аппаратов инициирования (АИ), каждый из которых является АИ по любому из пп.1-14, причем эти АИ имеют соответствующие разные предварительно выбранные частоты ЭМ передачи.

23. Способ проведения взрывных работ, включающий в себя этапы, на которых:

принимают ПСЗ магнитный сигнал связи, отображающий команду для аппарата инициирования (АИ), заглубленного в буровую скважину, с базовой станции;

генерируют посредством АИ данные отклика в ответ на указанную команду; и

передают данные отклика для базовой станции с помощью ПСЗ электромагнитного (ЭМ) сигнала из буровой скважины сквозь землю к электромагнитной принимающей системе (ЭПС), которая обнаруживает ПСЗ электромагнитный (ЭМ) сигнал, причём ЭМ сигнал представляет собой РЧ сигнал.

24. Способ по п.23, включающий в себя этап, на котором АИ определяет указанную команду из магнитного сигнала связи.

25. Способ по п.23 или 24, в котором РЧ сигнал включает в себя одну или несколько частот между 1 и 120 кГц.

26. Способ по п.27, в котором РЧ сигнал включает в себя одну или несколько частот между 20 кГц и 70 кГц.

Images