БЕСПРОВОДНЫЕ ДЕТОНАТОРЫ С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ СОСТОЯНИЯ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
WIRELESS DETONATORS WITH STATE DETERMINATION USE THEREOF

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к области детонаторов и соответствующих компонентов, и способов взрывных работ с использованием таких устройств. В частности, изобретение относится к сборкам детонатора, которые по существу не содержат физических соединений с соответствующей взрывной машинкой, и к улучшениям безопасности таких сборок беспроводного детонатора.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
При проведении горных работ эффективная фрагментация и разрушение горной породы, используя заряды взрывчатого вещества, требуют значительного навыка и экспертизы. При проведении большинства горных работ заряды взрывчатого вещества размещают в соответствующих количествах в заданных положениях горной породы. Заряды взрывчатого вещества затем активируют с помощью детонаторов, имеющих заданные значения задержки, таким образом обеспечивая желательную структуру взрыва и фрагментации горной породы. Традиционно сигналы передают в детонаторы от соответствующей взрывной машинки через неэлектрические системы, используя детонирующий шнур малой энергии (LEDC, ДШМЭ) или ударную трубку. Электрические детонаторы также используются с определенным успехом. Электрические детонаторы обычно соединяют с проводом жгута и их активируют при получении простого электрического сигнала. В качестве альтернативы, электрические провода могут использоваться для передачи более сложных сигналов в и от электронных детонаторов. Например, такая передача сигналов может включать в себя сигналы «ПЕРЕВОД В СОСТОЯНИЕ ГОТОВНОСТИ», «ПЕРЕВОД В БЕЗОПАСНОЕ СОСТОЯНИЕ», и инструкции времени задержки для дистанционного программирования последовательности подрыва детонаторов. Кроме того, как средство защиты детонаторы могут содержать коды подрыва и отвечать на сигналы «ПЕРЕВОД В СОСТОЯНИЕ ГОТОВНОСТИ» и «ПОДРЫВ» только по получении соответствующих кодов подрыва от взрывной машинки. Электронные детонаторы могут быть запрограммированы с временной задержкой с точностью до 1 мс или меньше.
Установка проводной компоновки для взрыва подразумевает правильное расположение зарядов взрывчатого вещества в скважинах в горной породе и правильное соединение проводов между соответствующей взрывной машинкой и детонаторами. Этот процесс часто является трудоемким и сильно зависит от точности и добросовестности оператора взрывных работ. Важно, чтобы оператор взрывных работ обеспечил соответствующую взаимосвязь детонаторов со взрывной машинкой для передачи сигнала таким образом, чтобы взрывная машинка, по меньшей мере, могла передавать командные сигналы для управления каждым детонатором и поочередно приводить в действие каждый заряд взрывчатого вещества. Неправильные физические соединения между компонентами взрывной компоновки могут привести к потере связи между взрывными машинками и детонаторами, с неизбежными проблемами в отношении безопасности. Требуется уделять особое внимание, чтобы провода были уложены между детонаторами и соответствующей взрывной машинкой без разрывов, зацепок, повреждений или других помех, которые могут помешать правильному управлению и работе каждого детонатора через подключенную взрывную машинку.
Системы беспроводного детонатора предлагают потенциал для исключения этих проблем, таким образом повышая уровень безопасности и/или эффективность работы на месте проведения взрывных работ. Благодаря исключению использования физических соединений (например, электрических проводов, ударных трубок, LEDC или оптических кабелей) между детонаторами и другими компонентами на месте проведения взрывных работ (например, взрывными машинками), уменьшается вероятность построения неправильной структуры взрывной компоновки. Беспроводные детонаторы и соответствующие системы беспроводного детонатора также в большей степени пригодны для применения при проведении автоматизированных горных разработок, с установкой детонаторов и соответствующих взрывчатых зарядов с использованием роботов в полевых условиях, поскольку беспроводные детонаторы исключают проблему сложности «обвязки» линии жгутов в месте проведения взрывных работ.
Однако, разработка систем беспроводного подрыва представляет значительные технические проблемы, связанные с обеспечением безопасности. Например, прямое отличие от традиционных электронных детонаторов которые «включают» для приема командных сигналов, только после соединения провода жгута в месте проведения взрывных работ, каждый беспроводный детонатор должен содержать свой собственный независимый или внутренний источник питания («рабочий источник питания») достаточный для питания средства приема, обработки и, в случае необходимости, передачи беспроводных сигналов в месте проведения взрывных работ. Просто наличие этого рабочего источника питания само по себе представляет неотъемлемый риск непреднамеренной активации беспроводных детонаторов. Например, случайное или несоответствующее подключение рабочего электрического питания к схеме подрыва во время транспортировки и хранения может привести к непреднамеренной активации детонатора.
Кроме того, поскольку питание беспроводных детонаторов «постоянно» включено, они подвергаются риску приема или срабатывания по несоответствующим или ложным командным сигналам в месте проведения взрывных работ, даже до их размещения в месте проведения взрывных работ. Таким образом, в уровне техники сохраняется большая потребность повышения уровня безопасности взрывных систем, в которых используются электронные детонаторы и, в частности, в беспроводных системах.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения, по меньшей мере, в предпочтительных вариантах осуществления, состоит в том, чтобы предоставить сборку беспроводного детонатора с повышенным уровнем безопасности.
Другая цель настоящего изобретения, по меньшей мере, в предпочтительных вариантах осуществления состоит в том, чтобы предоставить способ подрыва одного или больше электронных детонаторов в месте проведения взрывных работ.
В некоторых примерных вариантах выполнения предусмотрена сборка беспроводного детонатора для использования в связи со взрывной машинкой, которая передает, по меньшей мере, один беспроводный командный сигнал в беспроводной детонатор, сборка беспроводного детонатора, содержащая:
детонатор, содержащий оболочку и основной заряд для активации; модуль приема и обработки командного сигнала для приема и обработки, по меньшей мере, одного беспроводного командного сигнала от взрывной машинки;
по меньшей мере, один датчик состояния, предназначенный для определения, по меньшей мере, одного состояния окружающей среды в непосредственной близости к сборке беспроводного детонатора; и
модуль активации/деактивации, который делает сборку беспроводного детонатора способной к активации в ответ на командный сигнал «ПОДРЫВ» только, когда, по меньшей мере, один датчик состояния определяет, что, по меньшей мере, одно состояние окружающей среды попадает в пределы заданных параметров, соответствующих для подрыва сборки беспроводного детонатора, в противном случае поддерживается безопасный режим, в котором невозможен прием и/или ответ на командный сигнал «ПОДРЫВ».
В дальнейших примерных вариантах выполнения предусматриваются способы подрыва горной породы, в которой предварительно были высверлены отверстия, способы, содержащие этапы:
1) назначают для каждой скважины, по меньшей мере, одну сборку беспроводного детонатора, как описано здесь;
2) в случае необходимости, используют портативное устройство или регистратор для обмена данными с каждой назначенной сборкой беспроводного детонатора для считывания и/или программирования данных в каждом детонаторе;
3) соединяют каждый детонатор с зарядом взрывчатого вещества для формирования инициирующего заряда;
4) проталкивают или опускают каждый инициирующий заряд в скважину;
5) загружают взрывчатое вещество в каждую скважину;
6) в случае необходимости, выполняют забивку каждой скважины;
7) передают беспроводные командные сигналы для управления и «ПОДРЫВА» каждого детонатора;
в котором в любое время способ дополнительно содержит: определяют, по меньшей мере, один из параметров состояния окружающей среды в непосредственной близости к каждой сборке беспроводного детонатора, каждую сборку делают неспособной к активации в любое время, если, по меньшей мере, одно состояние окружающей среды находится за пределами или переходит за пределы заданных состояний для подрыва.
В дополнительных примерных вариантах выполнения предусматривают для беспроводного электронного инициирующего заряда, предназначенного для использования совместно со взрывной машинкой, упомянутую взрывную машинку, управляющую упомянутым беспроводным электронным инициирующим зарядом через, по меньшей мере, один беспроводной командный сигнал, беспроводной электронный инициирующий заряд, содержащий:
сборку беспроводного детонатора, как описано здесь;
заряд взрывчатого вещества, функционально взаимосвязанный с упомянутым детонатором, таким образом, что активация упомянутого контура основного заряда вызывает активацию упомянутого заряда взрывчатого вещества;
упомянутый модуль приема и обработки командного сигнала, сообщающийся с возможностью передачи сигнала с упомянутым детонатором так, что после получении командного сигнала ПОДРЫВ упомянутым модулем приема и обработки командного сигнала упомянутый основной заряд и, таким образом, упомянутый заряд взрывчатого вещества активируется при условии, что упомянутый, по меньшей мере, один из датчиков состояния определяет параметры состояния окружающей среды, которые попадают в пределы заданных параметров, соответствующих подрыву.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ:
Модуль активации/деактивации: относится к любой части сборки беспроводного детонатора, как описано здесь, которая выполнена с возможностью, с помощью любого средства, активировать и/или деактивировать сборку беспроводного детонатора, по меньшей мере, с точки зрения ее возможности принимать и/или отвечать на беспроводный командный сигнал «ПОДРЫВ». Модуль активации/деактивации работает совместно с одним или больше датчиками состояния сборки беспроводного детонатора для активации этой сборки (или для поддержания сборки активной) для подрыва детонатора, если благоприятные или соответствующие условия окружающей среды были детектированы в непосредственной близости к сборке беспроводного детонатора, и/или деактивации сборки (или поддержания сборки в неактивном «безопасном» режиме), когда неблагоприятные или неподходящие условия окружающей среды были детектированы в непосредственной близости к сборке беспроводного детонатора. Модуль активации/деактивации может представлять собой отдельное электронное устройство, интегральную схему или сборку электронного устройства (устройств) и/или интегральных схем.
Событие автоматизированного/автоматического подрыва: охватывает все способы и системы подрыва, которые выполнены с возможностью их установки через удаленное средство, например, используя роботизированные системы, в месте проведения взрывных работ. Таким образом, операторы взрывных работ могут устанавливать систему подрыва, включающую в себя массив детонаторов и зарядов взрывчатого вещества, на месте проведения взрывных работ из удаленного местоположения, и управлять роботизированными системами для установки системы подрыва без необходимости находиться рядом с местом проведения взрывных работ.
Основной заряд: относится к любой отдельной части взрывчатого материала в непосредственной близости к другим компонентам детонатора и взаимосвязанный с этими компонентами таким образом, что обеспечивается возможность активации взрывчатого материала при получении соответствующих сигналов от других компонентов. Такой основной заряд может содержаться в основном корпусе детонатора или в качестве альтернативы может быть расположен рядом с основным корпусом детонатора. Основной заряд может использоваться для подачи выходной мощности к внешнему заряду взрывчатых веществ для инициализации внешнего заряда взрывчатых веществ, например в промежуточном заряде или инициирующем заряде.
Взрывная машинка: относится к любому устройству, которое выполнено с возможностью сообщаться с передачей сигнала с электронными детонаторами, например, для передачи сигналов «ПЕРЕВОД В СОСТОЯНИЕ ГОТОВНОСТИ», «ПЕРЕВОД В БЕЗОПАСНОЕ СОСТОЯНИЕ» и «ПОДРЫВ» в детонатор и/или для программирования детонаторов с установкой времени задержки и/или кодов подрыва. Взрывная машинка также может быть выполнена с возможностью приема информации, такой как значение времени задержки, коды подрыва или данные, относящиеся к условиям окружающей среды, непосредственно от детонатора, или это может быть выполнено через промежуточное устройство, такое как регистратор, для сбора информации детонатора и передачи этой информации во взрывную машинку.
«Промежуточный заряд» и «инициирующий заряд»: промежуточный заряд относится к любой части взрывчатого материала, который, будучи взаимосвязанным с детонатором, трансформирует инициирующий заряд таким образом, что взрывчатый материал активируется или воспламеняется после приема энергии в результате активации основного заряда. В свою очередь, если инициирующий заряд взаимосвязан с дополнительным взрывчатым материалом в форме заряда взрывчатого вещества, например в скважине, активация части взрывчатого материала в инициирующем заряде может привести к активации или воспламенению заряда взрывчатого вещества, предназначенного для фрагментации горных пород, окружающих скважину.
Центральная командная станция: относится к любому устройству, которое передает сигналы через передачу радиосигнала или путем непосредственного соединения с одной или больше взрывными машинками. Передаваемые сигналы могут быть кодированными или зашифрованными. Типично, центральная взрывная станция позволяет выполнять радиосвязь с множеством взрывных машинок из места положения, удаленного от места проведения взрывных работ.
Заряд/заряжание: относится к процессу подачи электроэнергии от источника питания для заряда устройства накопителя с целью увеличения количества электрического заряда, сохраненного устройством накопителем заряда. Как требуется в выбранных вариантах осуществления, заряд в устройстве накопителя заряда может существенно превосходить пороговое значение таким образом, что разряд устройства накопителя заряда через контур подрыва приводит к активации основного заряда, взаимосвязанного с контуром подрыва.
Устройство сохранения заряда: относится к любому устройству, выполненному с возможностью сохранения электрического заряда.
Такое устройство может включать в себя, например, конденсатор, диод, перезаряжаемую батарею или активируемую батарею. По меньшей мере, в предпочтительных вариантах осуществления, разность потенциалов электрической энергии, используемой для заряда устройства накопителя заряда, меньше или существенно меньше, чем разность потенциалов электрической энергии после разряда устройства сохранения заряда в контур подрыва. Таким образом, устройство сохранения заряда может действовать как умножитель напряжения, в котором устройство обеспечивает генерирование напряжения, которое превышает заданное пороговое значение, для активации основного заряда, соединенного с контуром подрыва.
Часы: охватывает любые часы, пригодные для использования, в связи с беспроводным детонатором, в соответствии с изобретением, например для обратного подсчета окна размещения, временного окна для подрыва или времени задержки. В частности, в особенно предпочтительных вариантах осуществления, термин «часы» относится к кварцевым часам, например, содержащим колеблющийся кристалл кварца хорошо известного, типа, например, как в обычных кварцевых часах и устройствах для измерения времени. Кварцевые часы позволяют особенно точно измерять моменты времени, в соответствии с предпочтительным аспектом изобретения. Для наиболее сложных вариантов подрыва, устройство беспроводного детонатора также может охватывать атомные часы, встроенные в микросхему (представлены здесь по ссылке
http://spectrum.ieee.org/semiconductors/devices/chipscale-atomic-clock/)
Окно размещения: относится к любому периоду времени, который может быть запрограммирован в беспроводном электронном детонаторе, как описано здесь, в пределах которого датчики являются неработающими, или, по меньшей мере, сборка беспроводного детонатора не отвечает на сигналы таких датчиков состояния. Например, окно размещения может позволять транспортировать или размещать сборку беспроводного детонатора на месте выполнения взрывных работ, без усложнений, связанных с мониторингом окружающей среды.
Электромагнитная энергия: охватывает энергию всех длин волн электромагнитного спектра. Это включает в себя длины волн участков электромагнитного спектра γ-лучей, рентгеновских лучей, ультрафиолетового света, видимого света, инфракрасного света, микроволнового излучения и радиоволн, включая в себя УВЧ, УКВ, короткие волны, средние волны, длинные волны, VLF и ULF. В предпочтительных вариантах осуществления используют длины волн в диапазоне радиоволн, видимого света или микроволн электромагнитного спектра.
Условие окружающей среды: относится к любому параметру, условию или измеримому состоянию среды или материалов, вообще, или в непосредственной близости к сборке беспроводного детонатора, как описано здесь. Такие параметры, условия или состояния могут включать в себя один или больше из следующего неограничительного списка: видимый свет, другое электромагнитное излучение, температуру, влажность, содержание влаги, плотность окружающего материала, давления, вибрации, ускорение, движение и т.д., которые детектируются одним или больше датчиками состояния сборки беспроводного детонатора. Для того чтобы сделать сборку беспроводного детонатора «активной» для приема и обработки командного сигнала «ПОДРЫВ» во взаимосвязанном с ним или представляющим его компонент детонаторе, измеряемое состояние (состояния) окружающей среды должно удовлетворять заданным параметрам, которые являются соответствующими или были заранее одобрены для подрыва. Такие параметры, измеряемые с помощью датчиков состояния, могут потребовать нулевых или близких к нулю показаний датчиков состояния (например, отсутствие или почти полное отсутствие вибрации, ускорения или движения), или может потребоваться, чтобы они находились на определенном значении или очень близко к нему (например, точное значение содержания влаги) или может потребоваться, чтобы они превышали или не превышали заданное пороговое значение (например, соответствующий низкий уровень света в заданное время, или количество света, полученное в течение заданного периода времени). В дополнительных вариантах осуществления определяемые условия окружающей среды могут попадать в пределы одобренного или заданного диапазона параметров для подрыва (например, условие плотности, обозначающее, что сборка беспроводного детонатора соответствующим образом окружена взрывчатым материалом и/или забоечным материалом). Таким образом, такие заданные условия окружающей среды могут быть ограничены в определенных пределах или строго заданными параметрами, или могут относиться к диапазону параметров, которые считаются соответствующими для подрыва, и, в случае необходимости, с учетом условий на месте выполнения взрывных работ. Кроме того, такие условия окружающей среды могут определяться в один момент времени, в нескольких соответствующих случаях или непрерывно в течение определенного периода перед тем, как будет сделана оценка в отношении, удовлетворяют ли эти условия требованиям конкретных параметров, необходимых для определенного подрыва.
Портативное устройство или регистрирующее устройство: включает в себя любое устройство, выполненное с возможностью записи информации, относящейся к детонатору на месте подрыва. Предпочтительно, регистрирующее устройство также может записывать дополнительную информацию такую как, например, идентификационные коды каждого детонатора, информацию, относящуюся к окружающей среде детонатора, природу взрывчатого заряда, соединенного с детонатором и т.д. В выбранных вариантах осуществления регистрирующее устройство может формировать интегральную часть взрывной машинки или, в качестве альтернативы, может относиться к отдельному устройству, такому как, например, портативный программируемый модуль, содержащий средство памяти для сохранения данных, относящихся к каждому детонатору, таких как данные, относящиеся к условиям окружающей среды, и, предпочтительно, средство для передачи этих данных в центральную командную станцию или в одну или больше взрывных машинок. Функция, регистрирующая устройства, также может состоять в считывании ID детонатора/сборки таким образом, что детонатор может быть «найден» по связанной с ним взрывной машинке, и может иметь команды, такие как команда «ПОДРЫВ», направляемые в него соответствующим образом.
В непосредственной близости: относится к области или объему, вокруг сборки беспроводного детонатора, содержащему горные породы, воду, воздух и любые другие материалы, которые составляют окружающую среду, находящуюся вокруг или окружающую беспроводный детонатор. Например, непосредственная близость может включать в себя все материалы в пределах 1 см, 10 см, l м, 5 м или 20 м, или больше от внешних поверхностей сборки беспроводного детонатора и ее компонентов, или может, в других вариантах осуществления, включать в себя только материалы, контактирующие с внешней или внутренней поверхностями сборки беспроводного детонатора.
Ядерный микроисточник питания: относится к любому источнику питания, пригодному для подачи питания в рабочие схемы, схемы для передачи данных или контуры подрыва детонатора или сборки беспроводного детонатора, в соответствии с настоящим изобретением. Природа ядерного материала в устройстве является переменной и может включать в себя, например, батарею на основе трития.
Пассивный источник питания: включает в себя любой электрический источник питания, который не обеспечивает подачу питания непрерывно, но скорее обеспечивает подачу питания, когда его индуцируют с этой целью, используя внешний стимул. Такие источники питания включают в себя, но без ограничения, диод, конденсатор, перезаряжаемую батарею или активируемую батарею. Предпочтительно, пассивный источник питания представляет собой источник питания, который может быть легко заряжен или разряжен, в соответствии с принятой энергией и другими сигналами. Предпочтительно пассивный источник питания представляет собой конденсатор.
Источник питания: относится к любому источнику питания, который может обеспечить непрерывную, постоянную, прерывистую или избирательную подачу электрической энергии. Такое определение охватывает устройства, которые направляют ток, такие как батарея, или устройство, которое обеспечивает постоянный или переменный ток. Типично, источник питания обеспечивает энергию для средства приема и/или обработки командного сигнала для обеспечения возможности надежного приема и интерпретации командных сигналов, получаемых из взрывной машинки.
Предпочтительно: идентифицирует предпочтительные свойства изобретения. Если только не будет указано другое, термин предпочтительно относится к предпочтительным свойствам самых широких вариантов осуществления изобретения, которые определены, например, независимыми пунктами формулы изобретения и другими изобретениями, раскрытыми здесь.
Датчик состояния: относится к любому компоненту или устройству, которое выполнено с возможностью выполнять измерения или проводить анализ в условиях для параметра окружающей среды, например, выбранного из, но без ограничений: видимый свет, другое электромагнитное излучение, температура, влажность, содержание влаги, давление, плотность окружающего материала, вибрация окружающего материала, ускорение датчика, в ответ на движение, движение и т.д. Например, датчик состояния температуры мог бы включать в себя термометр, предпочтительно с некоторым средством для получения данных температуры и для передачи таких данных в другой компонент или устройство. Пример датчика состояния вибрации мог бы включать в себя акселерометр, датчик вибрации или уровень. Пример датчика плотности может включать в себя устройство для излучения и/или приема акустической энергии для оценки плотности окружающей или находящейся в непосредственной близости среды в датчиках (например, для оценки, содержит ли среда горную породу, гравий, землю, воду, воздух и т.д.).
Приставка: относится к любому устройству, формирующему часть сборки беспроводного детонатора, которая выполнена с возможностью размещения на или рядом с поверхностью грунта, когда сборка беспроводного детонатора используется на месте выполнения взрывных работ во взаимосвязи со скважиной и зарядом взрывчатого вещества, расположенным в нем. Приставки типично располагаются над грунтом или, по меньшей мере, в положении в или рядом со скважиной, которое в большей степени подходит для приема и/или передачи беспроводных сигналов, и для перенаправления этих сигналов в детонатор, находящийся внутри скважины. В предпочтительных вариантах осуществления каждая приставка содержит один или больше выбранных компонентов беспроводного детонатора, в соответствии с настоящим изобретением.
Приемопередатчик: относится к любому устройству, которое может принимать и/или передавать беспроводные сигналы. Хотя термин «приемопередатчик» традиционно охватывает устройство, которое может как передавать, так и принимать сигналы приемопередатчика, при использовании, в соответствии с настоящим изобретением, оно включает в себя устройство, которое может функционировать, исключительно, как приемник беспроводных сигналов, и не предназначено для передачи беспроводных сигналов или которое передает только ограниченные беспроводные сигналы. Например, в определенных обстоятельствах приемопередатчик может быть расположен в положении, где он может принимать сигналы от источника, но не может передавать сигналы обратно в источник или куда-либо еще. В очень специфичных вариантах осуществления, где приемопередатчик формирует часть промежуточного или инициирующего заряда, расположенного под землей, приемопередатчик может быть выполнен с возможностью принимать сигналы через горные породы от беспроводного источника, расположенного выше поверхности грунта, но может не иметь возможности передавать сигналы обратно через горную породу к поверхности. В этих обстоятельствах приемопередатчик, в случае необходимости, может иметь отключенную или отсутствующую функцию передачи сигнала. В других вариантах осуществления приемопередатчик может передать сигналы только в регистратор через непосредственное электрическое соединение или, в качестве альтернативы, через беспроводные сигналы на короткое расстояние.
Подключенные по проводам: любое физическое соединение, между любыми компонентами сборки беспроводного детонатора, как описано здесь, или между любыми компонентами или элементами устройства для подрыва, может быть выполнено через проводное соединение, выбранное из, но без ограничений, электрического провода или оптоволоконного кабеля и т.д.
Беспроводной: относится к случаю отсутствия физических проводов, кабелей или линий (таких как электрические провода, ударные трубки, LEDC, или оптические кабели), соединяющих сборку беспроводного детонатора, в соответствии с изобретением, или ее компоненты друг с другом, или соответствующие компоненты взрывного устройства, такого как взрывная машинка или источник питания. Беспроводные сигналы могут принимать любую форму, которая не содержит физических проводов, кабелей или линий, включая в себя, но без ограничений, те, которые содержат электроэнергию (включая в себя, но без ограничения радиосигналы любой частоты), акустическую энергию или магнитную индукцию, включая в себя сигналы, выделяемые из колеблющегося магнитного поля.
Беспроводной промежуточный заряд: в общем, выражение «беспроводный промежуточный заряд» или «беспроводный электронный промежуточный заряд», или «WEB», или «электронный промежуточный заряд», или «беспроводный инициирующий заряд» охватывают устройство, содержащее взрывчатый заряд, который активируется в результате активации, взаимосвязанного с ним детонатора. Промежуточный заряд может быть взаимосвязан с или содержать детонатор, наиболее предпочтительно, электронный детонатор (обычно содержащий, по меньшей мере, оболочку детонатора и основной заряд) или сборку беспроводного детонатора, как описано здесь, а также средство, обеспечивающее активацию основного заряда после приема упомянутым инициирующим зарядом сигнала «ПОДРЫВ», по меньшей мере, от одной из взаимосвязанных с ним взрывных машинок, формируя в результате инициирующий заряд. Например, такое средство для обеспечения активации может включать в себя приемопередатчик или средство приема сигнала, средство обработки сигнала, или контур подрыва, активируемый в случае приема сигнала «ПОДРЫВ». Предпочтительные компоненты беспроводного промежуточного заряда (или инициирующего заряда) могут дополнительно включать в себя средство для передачи информации, относящейся к сборке беспроводного детонатора, в другие сборки или во взрывную машинку, или средство для передачи беспроводных сигналов в другие компоненты взрывного устройства. Такое средство для передачи или перенаправления может формировать часть функции приемопередатчика. Любая сборка беспроводного детонатора, как описано здесь, может формировать часть беспроводного электронного промежуточного заряда или соответствующего инициирующего заряда, как описано здесь. Другие примеры беспроводных электронных промежуточных зарядов описаны в международной патентной публикации WO 2007/124539, опубликованной 8 ноября 2007 года, которая представлена здесь по ссылке.
Беспроводные командные сигналы: могут содержать любую форму или формы энергии, в которой «формы» энергии могут принимать любую форму, соответствующую для беспроводного соединения с детонаторами. Например, такие формы энергии могут включать в себя, но не ограничены этим, электромагнитную энергию, включающую в себя свет, инфракрасное излучение, радиоволны (включая в себя ULF) и микроволны или, в качестве альтернативы, могут принимать любую некоторую другую форму, такую как электромагнитная индукция или акустическая энергия. Кроме того, «формы» энергии могут относиться к тому же типу энергии (например, свет, инфракрасное излучение, радиоволны, микроволны и т.д.), но могут включать в себя разные длины волн или частоты энергии.
Сборка беспроводного детонатора: относится к детонатору (типично содержащему, по меньшей мере, оболочку и основной заряд), вместе с соответствующими компонентами для приема и/или обработки беспроводных сигналов, и средство для активации основного заряда или детонатора, после приема командного сигнала «ПОДРЫВ». В соответствии со сборками описанного здесь беспроводного детонатора сборки могут включать в себя дополнительные компоненты, пригодные для определения одного или больше состояний окружающей среды в непосредственной близости к сборке, и средство активации и/или деактивации функций сборки и, таким образом, возможности активации детонатора, в зависимости от этих условий окружающей среды. Компоненты, не относящиеся к детонатору, могут быть расположены в физическом контакте или в контакте с детонатором или могут быть выполнены отдельными от детонатора с проводным или беспроводным соединением для передачи данных между этими компонентами и детонатором. Другие компоненты могут быть непосредственно взаимосвязаны с детонатором в сборке или могут быть расположены в отдельном корпусе, контейнере или приставке, которые могут быть соединены с детонатором или могут быть удаленными от детонатора, но находятся в той же общей непосредственной близости (например, в пределах 100 м) от детонатора.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления будут описаны только в качестве примера, в которых:
на фиг. 1: показан вид в перспективе сборки беспроводной детонации в соответствии с первым вариантом осуществления;
на фиг. 2: показан вид в перспективе беспроводного электронного инициирующего заряда в соответствии со вторым вариантом осуществления;
на фиг. 3: показан вид в разрезе беспроводного электронного инициирующего заряда по фиг. 2;
на фиг. 4: показан вид сбоку в поперечном сечении беспроводного электронного инициирующего заряда по фиг. 2; и
на фиг. 5: показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ подрыва горной породы, в которой предварительно были высверлены отверстия, в соответствии с третьим вариантом осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Системы беспроводного подрыва помогают устранить необходимость в сложных проводных системах на месте проведения взрывных работ и связанные с ними риски неправильного размещения и подключения компонентов системы подрыва. Однако развитие систем беспроводной передачи данных, при выполнении взрывных работ, представляет существенно новые проблемы для данной области промышленности, включая в себя новые проблемы, связанные с безопасностью.
На фиг. 1 показана сборка 10 беспроводного детонатора в соответствии с первым вариантом осуществления. Сборка 10 беспроводного детонатора имеет корпус 11, который содержит различные электронные компоненты (которые не видимые, но более подробно описанные ниже). Далее от конца сборки продолжается детонатор 12, имеющий вход для линии сигнала (не виден), и конец 13 активации, содержащий основной заряд (также не виден). Также на фиг. 1 показана сборка 10 беспроводного детонатора, включающая в себя датчики 15 состояния, встроенные в корпус 11 таким образом, что они могут определять, по меньшей мере, одно состояние окружающей среды, снаружи от сборки беспроводного детонатора, и передавать информацию, относящуюся к определенному состоянию окружающей среды, для обработки электронными компонентами (не показаны), которые расположены внутри корпуса.
В этом конкретном варианте осуществления датчики 15 состояния выполнены в форме детекторов света, таких как фотоэлементы. В соответствии с этим сборка 10 беспроводного детонатора по фиг. 1, в частности, пригодна для использования в описанных выше вариантах применения для поверхностных горных разработок. Неспособность датчика 15 состояния детектировать свет является представительной для сборки 10, которая размещена внутри отверстия для взрыва. И, наоборот, если один или больше из датчиков состояния детектируют свет, это представляет, что сборка 10 находится за пределами скважины.
На фиг. 2-4 показан беспроводной электронный инициирующий заряд 20, который включает в себя сборку 10 беспроводного детонатора по фиг. 1, вместе с промежуточным зарядом 21. Промежуточный заряд 21 содержит оболочку 22 для содержания взрывчатого материала 31. Подрыв основного заряда детонатора 12 приводит к взрыву взрывчатого материала 31 промежуточного заряда 21.
Как показано на фиг. 3 и 4, конец 13 активации детонатора 12 вставлен в и установлен внутри удлиненной выемки, продолжающейся внутрь взрывчатого материала, в промежуточном заряде 21. Как в частности показано на фиг. 3, детонатор 12 включает в себя основной заряд 30, который расположен внутри конца 13 активации. Когда сборка 10 и промежуточный заряд 21 собирают для формирования инициирующего заряда 20, детонатор 12 продолжается глубоко внутрь промежуточного заряда 21 и, в частности, в выемку промежуточного заряда 21. В этом положении конец 13 активации детонатора 12 и, в частности, основного заряда 30, расположен по центру, в промежуточном заряде 21 и окружен взрывчатым материалом 31, который формирует основной взрывчатый заряд инициирующего заряда 20.
На фиг. 3 и 4, в схематичной форме показана электронная схема 32 сборки 10 беспроводного детонатора, которая включает в себя модуль 40 приема и обработки командного сигнала, источник энергии (который в данном варианте осуществления выполнен в форме батареи 41) и модуль 42 активации/деактивации. Батарея 41 обеспечивает питание для других компонентов/модулей электронной схемы 32. Электронная схема 32 также включает в себя датчики 15 состояния.
В этом варианте осуществления модуль 40 приема и обработки командного сигнала способствует обмену данными между сборкой 10 детонатора и взрывной машинкой. С этой целью, модуль 40 приема и обработки командного сигнала может принимать и обрабатывать командные сигналы, например, через передачу RF (РЧ, радиочастотного) сигнала.
Модуль 42 активации/деактивации работает с датчиками 15 состояния для определения, должна ли сборка 10 находиться в активном или безопасном режиме. В этом конкретном варианте осуществления, когда он находится в активном режиме, модуль 42 обеспечивает для детонатора 12 возможность отвечать на командный сигнал «ПОДРЫВ» (то есть выработанный во взрывной машинке) путем активации инициирования основного заряда 30 инициирующего заряда 20. Когда модуль 42 находится в безопасном режиме, он предотвращает ответ детонатора 12 на командный сигнал «ПОДРЫВ», и предотвращает инициирование основного заряда 30. Другими словами, модуль 42 активации/деактивации делает сборку 10 беспроводного детонатора способной к активации и обеспечивает детонацию промежуточного заряда 30 в ответ на командный сигнал «ПОДРЫВ» только, когда датчики 15 состояния определяют, что состояние окружающей среды попадает в пределы заданных параметров, пригодных для подрыва. Когда состояние окружающей среды выходит за пределы заданных параметров, пригодных для подрыва, сборка беспроводного детонатора, по-другому, все еще, поддерживает безопасный режим, который не позволяет принимать и/или отвечать на командный сигнал «ПОДРЫВ».
Аналогично в определенных случаях, невозможность с помощью датчика состояния определить соответствующее состояние окружающей среды может обозначать неправильные или несоответствующие размещения сборки 10. И наоборот, в определенных случаях, определение состояния окружающей среды может обозначать неправильное или несоответствующее размещение сборки 10. Например, в варианте осуществления, в котором датчики состояния представляют собой источники света, определение любого света обозначает, что сборка расположена снаружи скважины.
В варианте осуществления, представленном на фиг. 2-4, модуль 42 активации/деактивации выполнен в форме переключателя в контуре 43 подрыва, таким образом, что когда датчики 15 состояния определяют состояние окружающей среды, пригодное для подрыва, сборка 10 принимает и поддерживает активное состояние, и переключатель замыкают для соединения контура 43 подрыва с основным зарядом 30, который готов активировать основной заряд (после приема сигнала модулем 40 приема и обработки командного сигнала «ПОДРЫВ»). Однако, когда датчики 15 состояния определяют состояние окружающей среды, не соответствующее для подрыва, сборка принимает или поддерживает безопасное состояние, и переключатель остается разомкнутым, таким образом, что основной заряд 30 не может принимать какие-либо сигналы для их активации, даже если модуль 40 приема и обработки командного сигнала принимает и обрабатывает командный сигнал «ПОДРЫВ».
Таким образом, в сборке 10 беспроводного детонатора применяется или поддерживается безопасное состояние, которое не соответствует приему и/или ответу на командный сигнал «ПОДРЫВ». Это имеет преимущество минимизации риска непреднамеренной или случайной активации. Это повышает безопасность сборки 10 беспроводного детонатора.
По меньшей мере, в некоторых альтернативных вариантах осуществления модуль активации/деактивации может быть выполнен в форме переключателя в модуле приема и обработки таким образом, что когда датчик (датчики) состояния определяют состояние окружающей среды, пригодное для подрыва, сборка принимает и поддерживает активное состояние, и переключатель замыкают для активации части или всего модуля обработки и приема командного сигнала, и сборка может принимать и может отвечать на командный сигнал «ПОДРЫВ». В таком варианте осуществления, когда датчик (датчики) состояния определяют состояние окружающей среды, как не пригодное для подрыва, сборка принимает или поддерживает безопасное состояние, и переключатель разомкнут таким образом, что часть или весь модуль приема и обработки командного сигнала не принимает, не обрабатывает и/или не отвечает на командный сигнал «ПОДРЫВ».
В вариантах осуществления на фиг. 1-4 электронная схема содержится полностью в прикрепленном состоянии к одному корпусу. Однако в некоторых вариантах осуществления выбранные электрические компоненты/модули содержатся в упомянутой выше наземной приставке, которая соединена проводами с детонатором, находящимся под землей. Например, длинные провода можно использовать для соединения частей электронной схемы. Однако любое из проводных соединений может быть заменено беспроволочными соединениями, включая в себя, но без ограничений, оптоволокно, RF, IR, Bluetooth или другие беспроводные соединения таким образом, что компоненты сборки беспроводного детонатора, а также другие ассоциированные компоненты и/или устройства, могут быть физически отделены друг от друга, но тем не менее могут работать, как часть одного и того же устройства или сборки.
На фиг. 5 иллюстрируется способ подрыва горной породы, предварительно пробуренной с формированием одной или более скважин. Способ включает в себя следующие этапы:
на этапе 101 назначают для каждой скважины, по меньшей мере, одну сборка беспроводного детонатора, как описано здесь;
на этапе 102 в случае необходимости используют портативное устройство или регистратор для связи с каждой назначенной сборкой для считывания данных и/или для программирования данных в каждом детонаторе;
на этапе 103 соединяют каждую сборку со взрывчатым материалом для формирования инициирующего заряда;
на этапе 104 помещают каждый инициирующий заряд в скважину;
на этапе 105 загружают взрывчатое вещество в каждую скважину;
на этапе 106, в случае необходимости, выполняют забой каждой скважины;
на этапе 107 передают беспроводные командные сигналы для управления и «ПОДРЫВА» каждой сборки.
Способ также включает в себя, на этапе 108, определение, по меньшей мере, одного состояния окружающей среды в непосредственной близости к каждой из сборок беспроводного детонатора, причем каждую сборку делают неспособной к активации, если определяют, что, по меньшей мере, одно состояние окружающей среды является или становится неблагоприятным или выходит за пределы заданных условий для подрыва. На фиг. 5 этап 108 выполняют после этапа 107. Однако в некоторых альтернативных вариантах осуществления этап 108 может быть выполнен перед или после, или одновременно с любым из этапов 101-107.
На этапе 107 командные сигналы могут содержать любую форму беспроводного сигнала, как описано здесь, но в выбранных вариантах осуществления они могут представлять собой RF или магнитные индуктивные сигналы.
В случае необходимости, определение, по меньшей мере, одного состояния окружающей среды может быть специфичным для состояния окружающей среды, которое обычно ожидается как ассоциированное с местом проведения взрывных работ, или являются специфичным для определенного места проведения взрывных работ так, что невозможность удовлетворить заранее определенным параметрам отношения, по меньшей мере, одного состояния окружающей среды, обозначает отсутствие сборки беспроводного детонатора или неправильное размещение сборки беспроводного детонатора на месте проведения взрывных работ. В качестве альтернативы, определение состояния (состояний) окружающей среды может быть специфичным для состояний окружающей среды, обычно ожидаемых внутри скважины, таким образом, что невозможность удовлетворить заданные параметры в отношении состояния (состояний) окружающей среды для определенной сборки беспроводного детонатора обозначает, что беспроводный детонатор неправильно установлен в скважине.
В любом из способов, описанных здесь, каждая сборка беспроводного детонатора, в случае необходимости, может содержать приставку, удаленную от оболочки детонатора, и ассоциированные компоненты, расположенные на или выше уровня грунта, в котором определение условия окружающей среды происходит на или выше уровня грунта возле каждой скважины. В качестве альтернативы, каждая сборка беспроводного детонатора может включать в себя контейнер или корпус для содержания или размещения, по меньшей мере, компонентов, не являющихся детонатором сборки.
В любом из способов, описанных здесь, определение может осуществляться в отношении, по меньшей мере, одного условия окружающей среды, выбранного из, но не ограничивающегося этим: температура, свет, вибрация, влажность, плотность. В любом из этих способов, раскрытых здесь, в случае необходимости, по меньшей мере, этап 101 и в случае необходимости дополнительные этапы могут выполняться в пределах «окна размещения», в пределах которого определение не выполняется, или каждая из сборок беспроводного детонатора не отвечает на результат такого определения, после чего происходит определение, и каждый беспроводный детонатор отвечает на определенные условия окружающей среды.
Способ может включать в себя дополнительный этап обратного отсчета временного окна, в пределах которого каждая сборка беспроводного детонатора определяет свое состояние (состояния) окружающей среды, используя свои датчики состояния, и за пределами которого каждая сборка беспроводного детонатора является неактивной и не передает состояние (состояния) окружающей среды. Таким образом, каждая сборка беспроводного детонатора выполнена только с возможностью принимать и/или обрабатывать командный сигнал «ПОДРЫВ», если удовлетворяются оба из следующих условий: командный сигнал «ПОДРЫВ» передают в и принимают каждой сборкой беспроводного детонатора, в пределах определенного временного окна, и каждая сборка беспроводного детонатора определяет» состояние окружающей среды в непосредственной близости к себе, как соответствующее и пригодное для подрыва.
В выбранных вариантах осуществления способов, раскрытых здесь, способы могут дополнительно содержать дополнительный этап: передают из каждой сборки беспроводного детонатора в соответствующую взрывную машинку, портативное устройство или регистратор данныех, соответствующие состоянию (состояниям) окружающей среды в непосредственной близости к каждой сборке беспроводного детонатора на месте проведения взрывных работ. Таким образом, взрывная машинка, портативное устройство или регистратор могут собирать и, в случае необходимости, записывать или обрабатывать информацию в отношении состояний окружающей среды на месте проведения взрывных работ и их пригодности для подрыва, что детектируется сборками беспроводных детонаторов. Такой сбор данных сам по себе представляет существенные преимущества в отношении безопасности при использовании сборок беспроводного детонатора, раскрытых здесь.
Для большей определенности и ясности, любая из сборок беспроводного детонатора и способов для подрыва, описанных здесь, могут включать в себя одиночное событие определения состояния окружающей среды в непосредственной близости к каждой сборке беспроводного детонатора (например, в заданное время после размещения детонатора или по запросу от взрывной машинки) или нечастое определение (например, по запросу от взаимосвязанной взрывной машинки), или периодическое или непрерывное определение состояний окружающей среды для каждого беспроводного детонатора. Варианты осуществления, раскрытые здесь, не ограничиваются в этом отношении.
В результате тщательных исследований авторы изобретения определили, что определенные беспроводные детонаторы и системы подрыва предшествующего уровня техники имеют проблемы, в отношении непреднамеренной или случайной активации детонаторов. Быстрый и точный беспроводной обмен данными между взрывной машинкой и взаимосвязанными беспроводными детонаторами представляет трудную задачу, независимо от сущности систем беспроводной передачи данных. Один из наиболее важных сигналов, который должен быть правильно и точно обработан беспроводными детонаторами, представляет собой сигнал «ПОДРЫВ». Невозможность систем передачи данных выполнить подрыв детонатора по команде или неправильная активация детонатора в любое другое время могут привести к существенному риску серьезных травм или смертельных случаев для любого, который выполняет работу, находится в непосредственной близости от детонаторов. Предотвращение непреднамеренной или случайной активации детонатора представляет собой наибольшую важность для операции при выполнении взрывных работ.
Здесь раскрыты сборки беспроводных детонаторов и способы для выполнения взрывных работ, которые используются в сборках беспроводного детонатора. В сборках беспроводного детонатора используется новая комбинация компонентов, которые, совместно с другими, обеспечивают средство для исключения или, по меньшей мере, существенного предотвращения непреднамеренной активации детонатора, в частности, когда детонаторы неправильно установлены, как требуется для подрыва на месте проведения взрывных работ. В некоторых конкретных вариантах осуществления сборки беспроводного детонатора содержат один или больше датчиков состояния для однократной, непрерывной или прерывистой выборки или определения состояния (состояний) окружающей среды в непосредственной близости к каждой сборке беспроводного детонатора. Таким образом, для сборок беспроводного детонатора предоставляют возможность их подрыва только, если состояние (состояния) окружающей среды попадают в заданные параметры. В противном случае, по меньшей мере, в выбранных вариантах осуществления сборки беспроводного детонатора могут переключаться на или оставаться в «безопасном режиме», в котором сборки беспроводного детонатора не могут принимать или не способны действовать по беспроводному командному сигналу «ПОДРЫВ».
Сборки беспроводного детонатора в изобретении, в общем, содержат детонатор или электронный детонатор, который можно использовать типично на месте проведения взрывных работ, вместе со взрывной машинкой. Взрывная машинка может передавать, по меньшей мере, один сигнал беспроводный команды к каждой из сборок беспроводного детонатора, такой как, но без ограничений командный сигнал на «ПЕРЕВОД В СОСТОЯНИЕ ГОТОВНОСТИ», «ПЕРЕВОД В БЕЗОПАСНОЕ СОСТОЯНИЕ» или «ПОДРЫВ». В выбранных вариантах осуществления сборка беспроводного детонатора содержит:
детонатор, содержащий оболочку и основной заряд для активации; модуль приема и обработки командного сигнала, предназначенный для приема и обработки, по меньшей мере, одного беспроводного сигнала из взрывной машинки;
по меньшей мере, один датчик состояния, предназначенный для определения, по меньшей мере, одного состояния окружающей среды в непосредственной близости к сборке беспроводного детонатора;
модуль активации/деактивации, предназначенный для того, чтобы сделать сборку беспроводного детонатора, способную к активации, в ответ на командный сигнал «ПОДРЫВ», только, когда, по меньшей мере, один датчик состояния определяет, что, по меньшей мере, одно состояние окружающей среды попадает в заданные параметры, соответствующие для подрыва, в противном случае, сборка беспроводного детонатора поддерживает безопасный режим, в котором не возможен прием и/или ответ на командный сигнал «ПОДРЫВ»; и
по меньшей мере, один источник энергии для питания модуля приема и обработки командного сигнала, по меньшей мере, одного датчика состояния и модуля активации/деактивации.
Оболочка детонатора может быть выполнена в любой форме, включая в себя форму, которая известна в данной области техники, вместе с основным зарядом, типично, но не обязательно расположенным в направлении одного конца оболочки детонатора. Средство приема и обработки командного сигнала может быть выполнено в любой форме, пригодной для этого назначения, для приема беспроводных сигналов любой формы, включая в себя, но без ограничений электромагнитные сигналы (например, радиоволны, включающие в себя радиоволны низкой частоты и крайние низкой частоты, свет), акустические сигналы и т.д. Например, для командных сигналов, в которых используется электромагнитное излучение в радиочастотном диапазоне, модуль приема и обработки командного сигнала может содержать RF приемник, и соответствующие электронные компоненты для обеспечения возможности обработки или интерпретации принимаемых RF сигналов, которые будут воздействовать на сборку беспроводного детонатора. Для радиосигналов, передаваемых в сборки беспроводного детонатора, расположенных под землей, могут быть предпочтительными радиоволны низкой частоты или ультранизкой частоты, при этом модуль объема и обработки командного сигнала выполнен соответствующим образом.
По меньшей мере, один датчик состояния формирует объединенное полезное свойство сборки беспроводного детонатора, но каждый датчик состояния может быть расположен в любом месте, относительно оболочки детонатора: например, внутри или снаружи оболочки детонатора, в случае необходимости, в пределах контейнера или части контейнера или корпуса, отдельного, или соединенного с детонатором, или как компонент приставки, предназначенной для установки на уровне грунта или выше в месте проведения взрывных работ, будучи соединенной по проводам или с использованием беспроводной передачи данных на коротком расстоянии с другими компонентами сборки беспроводного детонатора, расположенной в скважине в горной породе. В дополнительных вариантах осуществления, в которых детонатор, как описано здесь, формирует часть беспроводного электронного промежуточного заряда или соответствующего воспламеняющего заряда, каждый датчик или датчики состояния даже могут быть расположены на или рядом с корпусом или кожухом беспроводного электронного промежуточного заряда или воспламеняющего заряда. Например, если датчик состояния представляет собой фотоэлемент для детектирования света, датчик состояния может быть расположен на или может продолжаться через поверхность корпуса или кожух беспроводного электронного промежуточного заряда таким образом, что детектирование света с использованием фотоэлемента деактивирует или поддерживает неактивным детонатор, расположенный внутри или, по существу, внутри корпуса или кожуха.
Каждый датчик состояния может быть такого типа, который определяет любое состояние окружающей среды, такое как, но без ограничений, в соответствии со следующим списком параметров, в непосредственной близости беспроводного детонатора: температура, уровни света, вибрация, ускорение, влажность, плотность окружающего материала, давление окружающего материала, движение. Каждая сборка беспроводного детонатора, в случае необходимости, может включать в себя более чем один или в действительности несколько разных типов датчиков состояния таким образом, что сборка определяет более, чем одно состояние окружающей среды, в котором сборка беспроводного детонатора может быть активной для приема или ответа на командный сигнал «ПОДРЫВ», только если все датчики состояния детектируют, что соответствующее состояние окружающей среды находится в пределах параметров, определенных как соответствующие для подрыва.
Например, сборка беспроводного детонатора может содержать датчики состояния, включающего в себя комбинацию датчика света и акселерометра. Во время транспортировки и/или размещения сборок беспроводного детонатора, датчик света будет открыт (по меньшей мере, периодически) свету, и акселерометр определяет (по меньшей мере, периодически) ускорения, связанные с вибрациями и другими движениями. Таким образом, любое детектирование света, движения или вибрации датчиками состояния может привести к деактивации (или поддержанию) «безопасного режима» для сборки беспроводного детонатора, с помощью модуля активации/деактивации.
Только когда датчик света детектирует отсутствие света (или обоснованно низкий уровень света) и датчик вибрации не детектирует вибрацию (или обоснованно низкий уровень вибрации) (в случае необходимости, в течении заданного минимального периода времени), такие состояния окружающей среды попадают в пределы параметров состояний окружающей среды, заранее определенных как соответствующие для подрыва, поскольку такие состояния могли бы соответствовать ожидаемым состояниям окружающей среды после размещения сборки беспроводного детонатора в скважине, в ассоциации с промежуточным взрывчатым материалом, в соответствии с правильной установкой для подрыва.
Каждая сборка беспроводного детонатора также включает в себя, по меньшей мере, один источник питания для питания компонентов каждой сборки беспроводного детонатора, включая в себя, но без ограничений модуль приема и обработки командного сигнала и, по меньшей мере, один датчик состояния. Такой источник питания может просто содержать батарею или заряжаемое устройство, такое как конденсатор. В качестве альтернативы источник питания может представлять собой микроядерный источник питания, или любое другое средство для подачи электроэнергии. В дополнительных вариантах осуществления беспроводной детонатор может включать в себя более чем один источник питания, включая в себя, например, активный источник питания и пассивный источник питания, и соответствующие свойства, как описано, например, в патенте Соединенных Штатов 7,568,429, выданным 4 августа 2009 года, предмет которого представлен здесь по ссылке.
Сборки беспроводного детонатора, раскрытые здесь, дополнительно содержат модуль активации/деактивации, который работает совместно с датчиком или датчиками состояния. Модуль активации/деактивации содержит любое средство для избирательной активации и/или избирательной деактивации функций сборок беспроводного детонатора для приема или ответа на сигналы беспроводной команды и, более конкретно, на беспроводной командный сигнал «ПОДРЫВ», в соответствии с состоянием (состояниями) окружающей среды, детектируемым датчиком (датчиками) состояния. Только, когда, по меньшей мере, один датчик состояния определяет, что состояние окружающей среды попало в пределы заданных параметров, соответствующих для подрыва, модуль активации/деактивации, придает беспроводному детонатору возможность приема и/или возможность действия по командному сигналу «ПОДРЫВ». Неограничительные примеры модулей активации/деактивации будут понятны из предшествующего описания.
В одном примере сборка беспроводного детонатора может дополнительно содержать контур подрыва, взаимосвязанный с основным зарядом, который активируется в результате подачи тока через контур подрыва. В таких вариантах осуществления модуль активации/деактивации может содержать переключатель для размыкания контура подрыва, когда, по меньшей мере, один датчик состояния определяет состояние окружающей среды, которое попадает за пределы заданных параметров, соответствующих для подрыва, предотвращая, таким образом, протекание тока через контур для подрыва, и для предотвращения активации основного заряда, даже если модуль приема и обработки командного сигнала принимает командный сигнал «ПОДРЫВ».
В другом варианте осуществления каждая сборка беспроводного детонатора, в случае необходимости, может содержать устройство накопителя заряда, такое как конденсатор, вместе с контуром для подрыва, таким образом, что после приема командного сигнала «ПОДРЫВ» модулем приема и обработки командного сигнала конденсатор соединяется через схему подрыва с основным зарядом. Это, в свою очередь, может привести к протеканию тока в контуре для подрыва, достаточного для активации основного заряда. В таких вариантах осуществления модуль активации/деактивации может, например, содержать средство разряда для избирательного отвода заряда от устройства сохранения заряда до тех пор, пока, по меньшей мере, один из датчиков состояния определяет условия окружающей среды, которое выходит за пределы предварительных определенных параметров, пригодных для подрыва.
Представленные выше примеры являются неограничительными и просто иллюстративными для типов модуля активации/деактивации, которые могут быть пригодны для модуляции чувствительности к ответу сборки беспроводного детонатора, как раскрыто здесь, на условия окружающей среды в непосредственной близости к нему, определяемых датчиком (датчиками) состояния.
Таким образом, сборки беспроводного детонатора, раскрытые здесь, содержат датчик или датчики состояния, которые работают совместно с модулем активации/деактивации для управления, в соответствии с тем, находится или нет каждая сборка беспроводного детонатора в состоянии, пригодном для активации детонатора (после приема командного сигнала «ПОДРЫВ»). Датчики состояния для определенной сборки беспроводного детонатора могут быть выбраны с учетом окружающей среды, состояние которой они детектируют, или с учетом их чувствительности к этому условию окружающей среды, в соответствии с предполагаемой транспортировкой, хранением и предполагаемым конечным использованием сборки беспроводного детонатора. Например, датчики состояния для определенной сборки беспроводного детонатора могут быть выбраны для детектирования определенного состояния окружающей среды, взаимосвязанного с местом выполнения взрывных работ, таким образом, что невозможность удовлетворить заранее определенный параметр, в отношении состояния (состояний) окружающей среды, может обозначать отсутствие или неправильное размещение сборки беспроводного детонатора на месте проведения взрывных работ. В качестве альтернативы может быть выбран, по меньшей мере, один датчик состояния для определения состояния окружающей среды, нормально взаимосвязанного с состоянием в скважине в горной породе, предназначенной для подрыва, такого как определенная температура, влажность, давление или даже состояние окружающей среды, связанное с окружающими породами или материалами, такое как плотность.
Условия окружающей среды, такие как воздействие света, или детектирование движения, ускорения или вибрации, могут быть взаимосвязаны с транспортировкой или размещением сборки беспроводного детонатора перед подрывом. Таким образом, в определенных вариантах осуществления датчики состояния могут быть соответствующим образом выбраны, в результате чего каждая сборка беспроводного детонатора остается в неактивном состоянии, в котором она неспособна принимать или отвечать на командные сигналы «ПОДРЫВ», в то время как любой свет или движение детектируется ее датчиками состояния.
Каждый датчик состояния может быть размещен в любом положении, относительно оболочки детонатора, и определенные положения могут быть предпочтительными, в соответствии с детектированным состоянием окружающей среды. Например, некоторые датчики состояния могут быть расположены в оболочках каждого детонатора, будучи защищенными таким образом от повреждения или инфильтрации воды во время транспортировки или размещения сборки беспроводного детонатора.
Однако такие датчики состояния, будучи размещенными внутри оболочки детонатора, в случае необходимости, могут быть выполнены с возможностью детектировать, по меньшей мере, одно состояние окружающей среды, снаружи от оболочки детонатора. Другие датчики состояния могут быть размещены снаружи оболочки детонатора для того, чтобы выполнить функцию их детектирования, или внутри, или снаружи контейнера, или корпуса для компонентов сборки. Например, некоторые сборки беспроводного детонатора могут дополнительно содержать «приставку», размещенную удаленно от оболочки детонатора и соответствующих компонентов так, что она остается на уровне грунта или выше его, когда сборку беспроводного детонатора помещают на месте проведения взрывных работ, причем, по меньшей мере, один датчик состояния может быть взаимосвязан с приставкой. Например, если определенный датчик состояния детектирует, может или нет определенная сборка беспроводного детонатора принимать радиосигналы от взрывной машинки, тогда, за исключением случаев, когда RF сигналы могут проходить через горную породу, датчик состояния лучше всего может быть расположен на уровне грунта или выше его.
Однако выбранные варианты осуществления не ограничены использованием приставок и охватывают сборки беспроводного детонатора, в которых компоненты, не являющиеся детонаторами, расположены или размещены в корпусе или в другом контейнере, либо удаленно от детонатора (с беспроводным обменом данных с детонатором), или используя проводное соединение с детонатором, либо отдельно от детонатора, или физически закреплены на детонаторе. Датчики состояния могут быть расположены внутри, или на, или через внешнюю поверхность или корпус любой из присутствующих приставки, контейнера или корпуса.
Каждый датчик состояния также может быть расположен на или во взаимосвязи с другими компонентами в непосредственной близости к детонатору. Например, если детонатор формирует часть беспроводного электронного промежуточного заряда или соответствующего воспламенителя, сборка может содержаться или, по существу, находиться внутри или будучи соединенной с корпусом или кожухом для беспроводного электронного промежуточного заряда, или соответствующего воспламенителя. В зависимости от свойств датчиков состояния, которые будут использоваться, может быть предпочтительным размещать датчики состояния таким образом, чтобы они продолжались через корпус или кожух, или были расположены на внешней поверхности корпуса или кожуха. Таким образом, каждый датчик состояния может детектировать состояние окружающей среды, расположенной непосредственно рядом, снаружи корпуса или кожуха. Например, если каждый датчик состояния представляет собой фотоэлемент или детектор света, любой свет, попадающий на внешнюю поверхность корпуса или кожуха беспроводного электронного промежуточного заряда или воспламенителя, может обозначать то, что беспроводной электронный воспламенитель не размещен или неправильно размещен в месте проведения взрывных работ. В свою очередь, свет, детектированный датчиками состояния, расположенными для детектирования света снаружи корпуса или кожуха, приводит к передаче или поддержанию сигнала для сборки, расположенной внутри или, по существу, в пределах, или будучи соединенной с корпусом или кожухом, для обеспечения возможности для сборки принимать или поддерживать неактивное состояние, непригодное для активации.
В еще других дополнительных вариантах осуществления каждая сборка беспроводного детонатора, в случае необходимости, может дополнительно содержать часы для обратного отсчета «окна размещения». Каждое окно размещения может представлять собой заранее выбранное временное окно, в пределах которого каждый датчик состояния является неактивным, или в пределах которого беспроводной детонатор выполнен так, что он не имеет возможности отвечать на свой датчик (датчики) состояния. После того как часы выполнят обратный отсчет окна размещения, по меньшей мере, один датчик состояния затем может начать или повторно начать определение состояния (состояний) окружающей среды в непосредственной близости к сборке таким образом, что сборка затем может отвечать на состояние (состоянии) окружающей среды. Таким образом, использование часов для обеспечения окна размещения позволяет поддерживать датчики состояния в режиме ожидания (или сборка беспроводного детонатора, в состоянии, в котором она не может отвечать датчикам состояния), по меньшей мере, в течение периода времени, пригодного для размещения сборок беспроводного детонатора, и помещения их внутри скважин в горной породе. После того как окно размещения истечет, беспроводные детонаторы могут затем принять или обратиться в состояние, ответа на состояние (состояния) окружающей среды в непосредственной близости к сборкам беспроводного детонатора, которое определяется с помощью датчиков состояния. Каждые часы могут быть запрограммированы на любое время окна размещения, например, но без ограничений 5, 15, 60 или 120 минут или больше, в зависимости, например, от компоновки для проведения подрыва, состояния на месте подрыва, расстояния от места управления взрывом и т.д.
Также в еще других дополнительных вариантах осуществления сборки беспроводного детонатора могут содержать часы для обратного отсчета временного окна, в пределах которого сборка беспроводного детонатора определяет или может принимать для определения, через датчики состояния, состояние (состояния) окружающей среды в непосредственной близости к ней, причем каждая сборка беспроводного детонатора поддерживает неактивное состояние, которое непригодно для активации детонатора. В таких вариантах осуществления поэтому каждая сборка беспроводного детонатора остается неактивной, и не способной отвечать на, принимать и/или обрабатывать командный сигнал «ПОДРЫВ», если только сборка находится в пределах временного окна, и пока сборка не будет размещена в среде, соответствующей и пригодной для подрыва.
В других примерных вариантах выполнения сборки беспроводного детонатора, раскрытые здесь, дополнительно могут содержать средство беспроводной передачи сигнала, предназначенное для передачи во взаимосвязанную взрывную машинку, портативное устройство или регистратор, данных, соответствующих состоянию (состояниям) окружающей среды в непосредственной близости к каждой сборке беспроводного детонатора на месте подрыва для каждой сборки беспроводного детонатора. Таким образом, любая взаимосвязанная взрывная машинка, портативное устройство или регистратор могут собирать, и в случае необходимости, обрабатывать информацию о состоянии окружающей среды на месте подрыва (такого как состояние окружающей среды в скважинах на месте подрыва) и определять соответствие этих условий для выполнения события подрыва. Такой сбор данных сам по себе представляет собой существенное преимущество для безопасности, благодаря использованию беспроводных детонаторов, раскрытых здесь.
В то же время изобретение было описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления сборок беспроводного детонатора, систем подрыва и способов подрыва, для специалиста в данной области техники будет понятно, что другие сборки беспроводных детонаторов, систем подрыва и способов подрыва, которые не были, в частности, раскрыты, тем не менее не могут находиться в пределах предназначенного объема изобретения. Предполагается, что они охватывают все такие варианты осуществления в пределах объема приложенной формулы изобретения.