Conjunto de detonador inalámbrico, y métodos de voladura.

Conjunto (10) de detonador inalámbrico para su uso en relación con una máquina de voladura que transmite almenos una señal de orden inalámbrica al conjunto de detonador inalámbrico,

comprendiendo el conjunto dedetonador inalámbrico:

un detonador que comprende una carga (18) de base;

medios de recepción (11) y procesamiento (12) de señal de orden para recibir y procesar dicha al menos una señalde orden inalámbrica desde dicha máquina de voladura;

un dispositivo (13) de almacenamiento de carga para almacenar energía eléctrica;

al menos un generador (14) para alimentar dichos medios de recepción (11) y procesamiento (12) de señal deorden, y para cargar dicho dispositivo (13) de almacenamiento de carga, pudiendo cada uno de dicho al menos ungenerador (14) suministrar una tensión o corriente máxima que es menor que una tensión o corriente umbral paraaccionar dicha carga (18) de base;

un circuito (15) de disparo en conexión eléctrica con dicho dispositivo (13) de almacenamiento de carga;

caracterizado porque el conjunto de detonador inalámbrico comprende además un conmutador (20) de carga entreel generador (14) y el dispositivo (13) de almacenamiento de carga, teniendo dicho conmutador (20) de carga unaposición abierta y una posición cerrada, estableciéndose un contacto eléctrico entre dicho generador (14) y dichodispositivo (13) de almacenamiento de carga cuando dicho conmutador (20) de carga adopta dicha posición cerrada, para provocar de ese modo la carga de dicho dispositivo (13) de almacenamiento de carga; y

medios (21) de descarga para extraer carga de dicho dispositivo (13) de almacenamiento de carga a través decualquier trayecto excepto dicho circuito (15) de disparo;

en el que dicho conmutador (20) de carga está polarizado hacia una posición abierta de tal manera que dichodispositivo de almacenamiento de carga se descarga a través de dichos medios (21) de descarga, y la recepción deal menos una señal de orden de "mantener activo" por dichos medios de recepción (11) y procesamiento (12) deseñal de orden hace que dicho conmutador (20) de carga adopte una posición cerrada, para provocar de ese modola carga de dicho dispositivo (13) de almacenamiento de carga;

en el que tras la recepción por dichos medios de recepción (11) y procesamiento (12) de señal de orden de unaseñal de orden de DISPARAR hace que dicha energía eléctrica almacenada en dicho dispositivo (13) dealmacenamiento de carga se descargue a dicho circuito (15) de disparo, actuando dicha carga (18) de base si unatensión o corriente en dicho circuito (15) de disparo resultante de la descarga de dicha energía eléctrica desde dichodispositivo (13) de almacenamiento de carga supera dicha tensión o corriente umbral.

Conjunto de detonador inalámbrico, y métodos de voladura

Campo de la invención La invención se refiere al campo de conjuntos de detonador inalámbrico y a métodos de voladura que emplean tales conjuntos. En particular, la invención se refiere a conjuntos de detonador sustancialmente libres de conexiones físicas con una máquina de voladura asociada y a mejoras en la seguridad de tales conjuntos de detonador inalámbrico.

Antecedentes de la invención En operaciones de minería, la fragmentación y rotura eficaces de roca por medio de cargas explosivas requiere técnica y experiencia considerables. En la mayoría de las operaciones de minería se colocan cargas explosivas en cantidades apropiadas en posiciones predeterminadas dentro de la roca. Las cargas explosivas se accionan entonces a través de detonadores que tienen retardos de tiempo predeterminados, proporcionando de ese modo un patrón de voladura y de fragmentación de roca deseado. Tradicionalmente, se transmiten señales a los detonadores desde una máquina de voladura asociada a través de sistemas no eléctricos que emplean cable de detonación de baja energía (LEDC) o tubos de transmisión. Alternativamente, pueden usarse cables eléctricos para transmitir señales más sofisticadas a y desde detonadores electrónicos. Por ejemplo, tal señalización puede incluir instrucciones de ARMAR, DESARMAR, y tiempo de retardo para la programación remota de la secuencia de disparo de detonador. Además, como característica de seguridad, los detonadores pueden almacenar códigos de disparo y responder a señales de ARMAR y de DISPARAR sólo tras la recepción de códigos de disparo coincidentes desde la máquina de voladura. Pueden programarse detonadores electrónicos con retardos de tiempo con una precisión de 1 ms o menos.

El establecimiento de una disposición de voladura por cable implica el posicionamiento correcto de cargas explosivas dentro de perforaciones en la roca, y la conexión correcta de cables entre una máquina de voladura asociada y los detonadores. El proceso suele requerir mucho trabajo y depende en gran medida de la precisión y meticulosidad del operario de voladura. Cabe destacar que el operario de voladura debe garantizar que los detonadores están en relación de transmisión de señal correcta con una máquina de voladura, de tal manera que la máquina de voladura al menos puede transmitir señales de orden para controlar cada detonador, y a su vez accionar cada carga explosiva. Las conexiones inadecuadas entre componentes de la disposición de voladura pueden producir pérdida de comunicación entre las máquinas de voladura y los detonadores, y por tanto problemas de seguridad mayores. Se requiere bastante cuidado para garantizar que los cables discurren entre los detonadores y una máquina de voladura asociada sin alteraciones, enganchones, daños u otra interferencia que puede impedir el control y funcionamiento correctos del detonador a través de la máquina de voladura unida.

Los sistemas de detonador inalámbrico ofrecen el potencial para sortear estos problemas, mejorando de ese modo la seguridad en el sitio de voladura. Al evitar el uso de conexiones físicas (por ejemplo cables eléctricos, tubos de transmisión, LEDC o cables ópticos) entre detonadores, y otros componentes en el sitio de voladura (por ejemplo máquinas de voladura) la posibilidad de montaje incorrecto de la disposición de voladura se reduce. Otra ventaja de los detonadores inalámbricos se refiere a la facilitación de establecimiento automatizado de las cargas explosivas y

detonadores asociados en el sitio de voladura. Esto puede incluir, por ejemplo, carga automatizada de detonadores en perforaciones, y asociación automatizada de un detonador correspondiente con cada carga explosiva, por ejemplo, que implique sistemas robotizados. Esto proporcionaría mejoras espectaculares en la seguridad del sitio de voladura dado que los operarios de voladura podrían montar el despliegue de voladura desde ubicaciones completamente remotas. Sin embargo, tales sistemas presentan grandes retos tecnológicos, muchos de los cuales están aún por resolver. Un obstáculo para la automatización es la dificultad de manipulación y manejo robotizados de los detonadores en el sitio de voladura, particularmente cuando los detonadores requieren conexión u otras formas de anclaje a cables eléctricos, tubos de transmisión o similares. Los detonadores inalámbricos y los sistemas de detonador inalámbrico correspondientes pueden ayudar a sortear tales dificultades, y son claramente más manejables para la aplicación con operaciones automatizadas de minería.

Sin embargo, el desarrollo de sistemas de voladura inalámbrica presenta nuevos retos con respecto a los problemas de seguridad. En un ejemplo, cada conjunto de detonador inalámbrico debe incluir alguna forma de medios de comunicación para permitir la recepción, y procesamiento por el conjunto de detonador inalámbrico de señales de orden (por ejemplo señales de ARMAR, DESARMAR, DISPARAR, etc.) recibidas de manera inalámbrica desde una máquina de voladura asociada, y opcionalmente la transmisión de señales (por ejemplo, incluyendo información de estado, códigos de disparo, tiempos de retardo, etc.) de vuelta a una máquina de voladura asociada. Para ello, cada conjunto de detonador inalámbrico debe incluir alguna forma de fuente de alimentación independiente (una “fuente de alimentación operativa”) suficiente para alimentar los componentes de recepción, procesamiento y transmisión de señal del conjunto. Sin embargo, la presencia de la propia fuente de alimentación operativa presenta un riesgo 65 inherente de accionamiento involuntario de detonador resultado de la aplicación accidental o inapropiada de la alimentación eléctrica operativa al conjunto de circuitos de disparo. Este problema se reconoce en la técnica, y se han desarrollado anteriormente varios sistemas para reducir el riesgo de accionamiento involuntario del detonador.

Por ejemplo, la patente estadounidense 5.038.682 expedida el 13 de agosto de 1991 da a conocer un detonador electrónico controlable remoto y un método de detonación de una carga explosiva. El detonador comprende una antena, un receptor de RF, un condensador de almacenamiento de energía, un conmutador, un circuito de tiempo de retardo y un fusible. El método comprende las etapas de transmitir al detonador, por medio de un transmisor, una onda que comprende una portadora modulada en amplitud por una señal de modulación de baja frecuencia, que recibe la onda y que utiliza la energía en la onda para cargar un condensador, lo que permite la conmutación al aumentar la frecuencia de la señal de modulación y la comunicación, por medio de la onda, de una señal de orden de disparo al detonador. Tras un retardo de tiempo predeterminado, el conmutador conecta el condensador al fusible para energizar de ese modo el fusible.

En otro ejemplo, la publicación internacional de patente WO 2003/029748, publicada el 10 de abril de 2003, da a conocer un sistema de voladura que comprende un enlace inalámbrico entre un controlador de voladura y una pluralidad de detonadores electrónicos. Cada detonador comprende un iniciador electrónico y una carga explosiva respectivos. Los dispositivos de almacenamiento de carga de los iniciadores pueden cargarse mediante una portadora de una primera señal que tiene una primera frecuencia del orden de 400 MHz - 500 MHz y que se difunde por el controlador de voladura. Cada iniciador comprende además un conjunto lógico de circuitos accionado por una señal de reloj que se deriva de la primera señal y que tiene una frecuencia de reloj de aproximadamente 4 kHz, que es sustancialmente menor que la primera frecuencia.

El documento US 4.870.902 que da a conocer un conjunto de detonador inalámbrico según el preámbulo de la reivindicación 1, describe un sistema para iniciar un fulminante en el que la energía de luz pulsada se convierte en energía eléctrica. Un acoplador óptico acopla la fuente de energía a una disposición de disparo remota para transferir la energía de luz pulsada generada a la disposición de disparo. Una conexión eléctrica conecta la disposición de disparo a una resistencia de ignición en un detonador. Por tanto, la energía de luz generada se convierte en energía eléctrica y se transfiere a la resistencia de ignición, siendo la energía eléctrica transferida la energía de disparo para la resistencia de ignición.

El documento WO 99/24776 describe un sistema de detonación de inducción electromagnética controlada para la iniciación de un sistema de material detonable que incluye un módulo de carga de radio automatizada (ARCH) que puede conectarse a un detonador eléctrico, un módulo transductor para proporcionar... [Seguir leyendo]

1. Conjunto (10) de detonador inalámbrico para su uso en relación con una máquina de voladura que transmite al

menos una señal de orden inalámbrica al conjunto de detonador inalámbrico, comprendiendo el conjunto de 5 detonador inalámbrico:

un detonador que comprende una carga (18) de base;

medios de recepción (11) y procesamiento (12) de señal de orden para recibir y procesar dicha al menos una señal de orden inalámbrica desde dicha máquina de voladura;

un dispositivo (13) de almacenamiento de carga para almacenar energía eléctrica;

al menos un generador (14) para alimentar dichos medios de recepción (11) y procesamiento (12) de señal de orden, y para cargar dicho dispositivo (13) de almacenamiento de carga, pudiendo cada uno de dicho al menos un generador (14) suministrar una tensión o corriente máxima que es menor que una tensión o corriente umbral para accionar dicha carga (18) de base;

un circuito (15) de disparo en conexión eléctrica con dicho dispositivo (13) de almacenamiento de carga;

caracterizado porque el conjunto de detonador inalámbrico comprende además un conmutador (20) de carga entre el generador (14) y el dispositivo (13) de almacenamiento de carga, teniendo dicho conmutador (20) de carga una posición abierta y una posición cerrada, estableciéndose un contacto eléctrico entre dicho generador (14) y dicho dispositivo (13) de almacenamiento de carga cuando dicho conmutador (20) de carga adopta dicha posición cerrada,

para provocar de ese modo la carga de dicho dispositivo (13) de almacenamiento de carga; y

medios (21) de descarga para extraer carga de dicho dispositivo (13) de almacenamiento de carga a través de cualquier trayecto excepto dicho circuito (15) de disparo;

en el que dicho conmutador (20) de carga está polarizado hacia una posición abierta de tal manera que dicho dispositivo de almacenamiento de carga se descarga a través de dichos medios (21) de descarga, y la recepción de al menos una señal de orden de “mantener activo” por dichos medios de recepción (11) y procesamiento (12) de señal de orden hace que dicho conmutador (20) de carga adopte una posición cerrada, para provocar de ese modo la carga de dicho dispositivo (13) de almacenamiento de carga;

en el que tras la recepción por dichos medios de recepción (11) y procesamiento (12) de señal de orden de una señal de orden de DISPARAR hace que dicha energía eléctrica almacenada en dicho dispositivo (13) de almacenamiento de carga se descargue a dicho circuito (15) de disparo, actuando dicha carga (18) de base si una tensión o corriente en dicho circuito (15) de disparo resultante de la descarga de dicha energía eléctrica desde dicho dispositivo (13) de almacenamiento de carga supera dicha tensión o corriente umbral.

2. Conjunto (10) de detonador inalámbrico según la reivindicación 1, en el que dicha carga (18) de base se acciona en respuesta a una señal de DISPARAR sólo si dicha corriente eléctrica en dicho circuito (15) de disparo es al menos un 20% mayor que una corriente umbral para el disparo.

3. Conjunto de detonador inalámbrico según la reivindicación 1, en el que dichos medios (21) de descarga comprenden una toma de tierra.

4. Conjunto (10) de detonador inalámbrico según la reivindicación 1, en el que dicha señal de orden de “mantener activo” comprende una señal continua transmitida por dicha máquina de voladura, adoptando dicho conmutador (20) de carga una posición abierta tras la eliminación de, o en ausencia de dicha señal continua.

5. Conjunto (10) de detonador inalámbrico según la reivindicación 1, en el que dicha señal de orden de “mantener activo” hace que dicho conmutador (20) de carga mantenga una posición cerrada durante un periodo de tiempo tras

la recepción de dicha señal de “mantener activo” por dichos medios de recepción (11) y procesamiento (12) de señal de orden, adoptando dicho conmutador (20) de carga una posición abierta al final de dicho periodo de tiempo a menos que dichos medios de recepción (11) y procesamiento (12) de señal de orden hayan recibido otra señal de “mantener activo” desde dicha máquina de voladura durante dicho periodo de tiempo.

6. Conjunto (10) de detonador inalámbrico según la reivindicación 5, en el que dicha máquina de voladura transmite una serie de señales de “mantener activo” para mantener dicho conmutador (20) de carga en dicha posición cerrada de modo que el dispositivo (13) de almacenamiento de carga permanezca al menos sustancialmente cargado, pudiendo accionarse dicha carga (18) de base mediante la descarga de dicha energía eléctrica a dicho circuito (15) de disparo tras la recepción de una señal de orden de DISPARAR.

7. Conjunto (10) de detonador inalámbrico según la reivindicación 1, en el que los medios (21) de descarga están en conexión eléctrica con el conmutador (20) de carga, de tal manera que cuando el conmutador (20) de carga está en una posición abierta el dispositivo (13) de almacenamiento de carga está conectado a los medios (21) de descarga pero no está conectado al generador (14) para provocar de ese modo la extracción de la carga en el dispositivo (13) de almacenamiento de carga, y cuando el conmutador (20) de carga está en una posición cerrada el dispositivo (13)

de almacenamiento de carga está conectado al generador (14) pero no está conectado a los medios (21) de descarga para provocar de ese modo la carga del dispositivo (13) de almacenamiento de carga.

8. Conjunto (10) de detonador inalámbrico según la reivindicación 1, en el que el dispositivo (13) de almacenamiento de carga se selecciona del grupo que consiste en: un condensador, un diodo, una batería recargable o una batería 10 activable.

9. Conjunto (10) de detonador inalámbrico según la reivindicación 1, en el que las señales de orden se seleccionan del grupo que consiste en: señales de ARMAR, señales de DESARMAR, señales de DISPARAR, tiempos de retardo de detonador y códigos de disparo de detonador.

10. Conjunto (10) de detonador inalámbrico según la reivindicación 1, que comprende además medios de transmisión de señal para generar y transmitir al menos una señal de comunicación para la recepción por la máquina de voladura.

11. Conjunto (10) de detonador inalámbrico según la reivindicación 10, en el que cada señal de comunicación comprende tiempos de retardo de detonador, códigos de disparo de detonador o información de estado de detonador.

12. Conjunto (10) de detonador inalámbrico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que las 25 señales de orden inalámbricas comprenden ondas de radio, energía electromagnética o energía acústica.

13. Conjunto (10) de detonador inalámbrico según la reivindicación 12, en el que las señales de orden inalámbricas comprenden ondas de radio ULF.

14. Conjunto (10) de detonador inalámbrico según la reivindicación 12, en el que las señales de orden inalámbricas comprenden ondas de radio que tienen una frecuencia de desde 100 hasta 2000 Hz.

15. Conjunto (10) de detonador inalámbrico según la reivindicación 12, en el que las señales de orden inalámbricas comprenden ondas de radio que tienen una frecuencia de desde 200 hasta 1200 Hz. 35

16. Conjunto (10) de detonador inalámbrico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en el que al menos dichos medios de recepción (11) y procesamiento (12) de señal, dicho dispositivo (13) de almacenamiento de carga y dicho generador (14) están ubicados en una caja (19) superior en o cerca de una superficie del terreno.

17. Conjunto (10) de detonador inalámbrico según la reivindicación 1, en el que dicho al menos un generador (14) comprende un generador activo para proporcionar potencia al menos a dichos medios de recepción (11) y procesamiento (12) de señal, y medios de recepción de energía para recibir energía desde una fuente de energía remota, transfiriendo dichos medios de recepción de energía dicha energía a medios de conversión para convertir dicha energía en energía eléctrica, proporcionando dichos medios de conversión dicha energía eléctrica para cargar

dicho dispositivo de almacenamiento de carga.

18. Conjunto (10) de detonador inalámbrico según la reivindicación 17, en el que dichos medios de recepción de energía son un dispositivo de captura de luz láser, y dichos medios de conversión son un fotodiodo.

19. Conjunto (10) de detonador inalámbrico según la reivindicación 1, en el que los medios (21) de descarga están en conexión eléctrica con el conmutador (20) de carga, de tal manera que cuando el conmutador (20) de carga está en una posición abierta el dispositivo (13) de almacenamiento de carga está conectado a los medios (21) de descarga pero no está conectado al generador (14) para provocar de ese modo la extracción de la carga en el dispositivo (13) de almacenamiento de carga, y tras la recepción por dichos medios de recepción (11) y

procesamiento (12) de una señal de orden de al menos una señal de orden de “mantener activo”, adoptando dicho conmutador (20) de carga una posición cerrada de tal manera que el dispositivo (13) de almacenamiento de carga está conectado al generador (14) pero no está conectado a los medios (21) de descarga para provocar de ese modo la carga del dispositivo (13) de almacenamiento de carga.

20. Aparato de voladura que comprende:

al menos una máquina de voladura que puede transmitir señales de orden a conjuntos de detonador inalámbrico asociados a través de comunicaciones inalámbricas;

al menos una carga explosiva; al menos un conjunto (10) de detonador inalámbrico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19 asociado con cada carga explosiva y en comunicación de señal inalámbrica con dicha al menos una máquina de voladura.

21. Aparato de voladura según la reivindicación 20, que comprende además una estación de comunicación central,

transmitiendo dicha estación de comunicación central señales de orden a dicha al menos una máquina de voladura, respondiendo dicha al menos una máquina de voladura a dichas señales de orden o retransmitiendo dichas señales de orden a dicho al menos un conjunto de detonador inalámbrico.

22. Método de voladura en un sitio de voladura, comprendiendo el método las etapas de:

proporcionar un aparato de voladura según la reivindicación 21;

colocar una pluralidad de cargas explosivas en el sitio de voladura;

asociar un conjunto (10) de detonador inalámbrico con cada carga explosiva de tal manera que el accionamiento de cada carga (18) de base del conjunto (10) de detonador inalámbrico provoca el accionamiento de cada carga explosiva asociada;

transmitir al menos una señal de orden de “mantener activo” desde dicha al menos una máquina de voladura a cada conjunto (10) de detonador inalámbrico, para hacer que cada conmutador (20) de carga de cada conjunto de detonador inalámbrico adopte una posición cerrada, para cargar de ese modo cada dispositivo de almacenamiento de carga;

transmitir una señal de DISPARAR desde dicha al menos una máquina de voladura a cada conjunto (10) de detonador inalámbrico, para provocar la descarga de energía eléctrica desde cada dispositivo de almacenamiento de carga a cada circuito (15) de disparo, provocando de ese modo el accionamiento de cada carga (18) de base.

23. Método según la reivindicación 22, en el que las señales de orden comprenden además tiempos de retardo para cada detonador, para provocar de ese modo que los detonadores se disparen en un patrón de temporización 30 específico.

24. Método según la reivindicación 22, en el que cada detonador comprende un código de disparo almacenado, y las señales de orden comprenden además códigos de disparo, disparándose cada detonador sólo si se corresponden un código de disparo almacenado y un código de disparo de una señal de orden.