Conjuntos detonadores inalámbricos, aparatos de voladura correspondientes, y métodos de voladura.

Un conjunto detonador (10) para uso en conexión con al menos un explosor que transmite al menos una señal demando inalámbrica a través de un primer medio,

comprendiendo el conjunto detonador:

una carga base (18);

un medio de recepción y procesamiento de señales de mando (17) para recibir y procesar inalámbricamente dicha almenos una señal de mando procedente de dicho al menos un explosor;

una fuente de alimentación activa (25) para alimentar dicho medio de recepción y procesamiento de señales demando (17);

un receptor de alimentación (11) para recibir inalámbricamente a través de un segundo medio la alimentacióntransmitida por un emisor de alimentación (13) que no es parte del conjunto detonador;

medio de conversión (20) para convertir dicha alimentación recibida desde el receptor de alimentación enalimentación eléctrica;

una fuente de alimentación pasiva (21) en conexión eléctrica con el medio de conversión (20), la fuente dealimentación pasiva capaz de almacenar dicha alimentación eléctrica obtenida de dicho medio de conversión (20)para cargar de este modo el detonador; y

un circuito de disparo (19) en conexión con dicha carga base (18), para recibir selectivamente dicha alimentacióneléctrica almacenada en dicha fuente de alimentación pasiva (21), generando dicha fuente de alimentación activauna alimentación insuficiente para activar dicho circuito de disparo (19) y accionar dicha carga base (18); tras lo cual,la recepción de una señal de mando para DISPARAR por dicho medio de recepción de señales de mando causa laliberación de dicha alimentación eléctrica desde dicha fuente de alimentación pasiva (21) en dicho circuito de disparo(19) para accionar de este modo dicha carga base (18).

Conjuntos detonadores inalámbricos, aparatos de voladura correspondientes, y métodos de voladura Campo técnico Esta invención se refiere al campo de aparatos y métodos para mejorar la seguridad de detonadores, conjuntos detonadores, y aparatos de voladura que emplean tales detonadores y conjuntos detonadores. En particular, la invención se refiere a conjuntos, aparatos y métodos para controlar y disparar detonadores que están libres o sustancialmente libres de conexión física a explosores correspondientes por medio de, por ejemplo, hilos electrónicos o tubo de choque.

Técnica antecedente En las operaciones mineras, la fragmentación y rotura eficiente de la roca por medio de cargas explosivas exige considerable destreza y pericia. En la mayoría de las operaciones mineras se plantan cargas explosivas en cantidades apropiadas en posiciones calculadas en la roca. Después, las cargas explosivas son accionadas mediante detonadores con retardos predeterminados, proporcionando de este modo el patrón deseado de voladura y fragmentación de roca. Típicamente, se transmiten señales a los detonadores mediante sistemas no eléctricos que emplean cordón detonante de baja energía (LEDC) o tubo de choque. Alternativamente, pueden usarse hilos eléctricos para transmitir señales a detonadores eléctricos. Más recientemente, el uso de detonadores electrónicos ha permitido el uso de retardos programables con una exactitud de 1 ms o menos.

El establecimiento de la configuración de voladura, y la colocación de cargas explosivas, a menudo requiere mucho trabajo y depende en gran medida de la exactitud y la meticulosidad del operador de voladura. El operador de voladura debe colocar correctamente las cargas explosivas, por ejemplo dentro de perforaciones en la roca, y asegurarse de que los detonadores (y opcionalmente las cargas iniciadoras) se ponen en asociación correcta con las cargas explosivas. De manera importante, el operador de voladura debe asegurarse de que los detonadores estén en relación de transmisión de señal correcta con un explosor, de tal manera que el explosor pueda transmitir una señal de DISPARAR para accionar cada detonador, y a su vez accionar cada carga explosiva.

Los sistemas de voladura electrónicos que implican la comunicación eléctrica directa entre el explosor y los detonadores pueden permitir el uso de transmisión de señales más sofisticada. Por ejemplo, tal transmisión de señales puede incluir instrucciones de ARMAR, DESARMAR, y retardo para programación remota de la secuencia de disparo del detonador. Por otra parte, como característica de seguridad, los detonadores pueden almacenar códigos de disparo y responder a señales de ARMAR y DISPARAR sólo en el momento de recibir códigos de disparo coincidentes desde el explosor.

Para responder a tales señales de mando, los sistemas detonadores electrónicos pueden comprender un sistema de circuitos programable que permite la recepción, el almacenamiento en memoria y el procesamiento de las señales entrantes. Sin embargo, este sistema de circuitos programable puede presentar en sí mismo problemas de seguridad. Por ejemplo, el suministro de alimentación para el sistema de circuitos programable puede activar inadvertidamente el sistema de circuitos de disparo del detonador, con el resultado del accionamiento involuntario de la carga base del detonador.

Se han desarrollado sistemas y métodos para ayudar a evitar la posibilidad de accionamiento inadvertido del detonador por señales de mando recibidas por el detonador, mejorando de este modo la seguridad de la configuración de voladura. Por ejemplo, la patente de Estados Unidos 6.644.202, concedida el 11 de noviembre de 2003, desvela un método de establecimiento de una configuración de voladura cargando al menos un detonador dentro de cada uno de una pluralidad de barrenos, poniendo material explosivo en cada barreno, conectando a una línea troncal una unidad de control que tiene una fuente de alimentación incapaz de disparar los detonadores, conectando secuencialmente los detonadores, por medio de líneas secundarias respectivas, a la línea troncal y dejando cada detonador conectado a la línea troncal. En una realización preferida, la unidad de control incluye medios para recibir y almacenar en medios de memoria datos de identidad procedentes de cada detonador, medios 55 para generar una señal para probar la integridad de la conexión detonador/línea troncal y la funcionalidad del detonador, y medios para asignar un retardo predeterminado de cada detonador que ha de almacenarse en los medios de memoria. De este modo, la unidad de control puede comunicarse con los detonadores a través de una conexión eléctrica directa (es decir, la línea troncal) . Sin embargo, la fuente de alimentación de la unidad de control que permite la comunicación es demasiado pequeña para arriesgar el accionamiento inadvertido del detonador.

El documento US 2002/0178955 describe un sistema de detonación por inducción electromagnética controlada para la iniciación de un sistema de material detonable que incluye un módulo de carga de radio automatizado (ARCH) conectable a un detonador eléctrico, un módulo transductor para proporcionar alimentación operacional por inducción electromagnética al módulo ARCH, y un controlador remoto para enviar instrucciones al módulo 65 transductor desde una ubicación alejada del detonador. En el momento de la terminación de una secuencia de armado, el módulo transductor genera un campo electromagnético que es captado por una bobina en el módulo ARCH y usado para alimentar al módulo ARCH y proporcionar una corriente de detonación para el detonador. El módulo transductor es alimentado por una batería.

El documento US 4.777.880 describe un método de detonación de cargas explosivas para la rotura de roca y mineral

que comprende el uso de dos juegos de componentes, un juego en el interior de la carga explosiva y el otro juego en la superficie del explosivo. El juego del interior del explosivo comprende un detonador, un primer elemento de retardo y un dispositivo de almacenamiento pasivo de energía como un condensador. El segundo juego que puede comunicarse con el primero comprende una fuente de alimentación, un segundo elemento de retardo y un medio para recibir señales desde una fuente de mando remota. En una realización preferida, el primer elemento de retardo tiene un retardo fijo y el segundo elemento de retardo tiene un retardo programable.

El documento US 4.870.902 describe un sistema para iniciar un fulminante en el que se convierte energía luminosa pulsante en energía eléctrica. Un acoplador óptico acopla la fuente de energía a una configuración de disparo remoto para transferir la energía luminosa pulsante generada a la configuración de disparo. Una conexión eléctrica conecta la configuración de disparo a una resistencia de ignición en un detonador. La energía luminosa 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.

Otras mejoras en la seguridad de la voladura se refieren al desarrollo de detonadores inalámbricos y sistemas detonadores correspondientes. Las personas expertas en la materia reconocen el potencial de los sistemas detonadores inalámbricos para la mejora significativa en la seguridad en el lugar de voladura. Evitando el uso de conexiones físicas (por ejemplo, hilos eléctricos, tubos de choque, LEDC, cables ópticos) entre los detonadores, y otros componentes en el lugar de voladura (por ejemplo, explosores) , se reduce la posibilidad de instalación incorrecta de la configuración de voladura. Con las configuraciones de voladura “cableadas” tradicionales (en las que los hilos pueden incluir, por ejemplo, hilos eléctricos, tubos de choque, LEDC o cables ópticos) , se requiere considerable pericia y cuidado por parte de un operador de voladura para establecer las conexiones correctas entre los hilos y los componentes de la configuración de voladora. Además, se requiere considerable cuidado para asegurarse de que los hilos conducen desde la carga explosiva (y el detonador asociado) hasta un explosor sin interrupción, enganchones, daño u otra interferencia que pudiera impedir el control y funcionamiento correcto del detonador mediante el explosor conectado. Los sistemas de voladura inalámbricos ofrecen la esperanza de soslayar estos problemas.

Otra ventaja de los detonadores inalámbricos se refiere a la facilitación del establecimiento automatizado de las cargas explosivas y los detonadores asociados en el lugar de voladura. Esto puede incluir, por ejemplo, la carga 35 automatizada de detonadores en las perforaciones, y la asociación automatizada... [Seguir leyendo]

1. Un conjunto detonador (10) para uso en conexión con al menos un explosor que transmite al menos una señal de mando inalámbrica a través de un primer medio, comprendiendo el conjunto detonador:

una carga base (18) ;

un medio de recepción y procesamiento de señales de mando (17) para recibir y procesar inalámbricamente dicha al menos una señal de mando procedente de dicho al menos un explosor;

una fuente de alimentación activa (25) para alimentar dicho medio de recepción y procesamiento de señales de mando (17) ;

un receptor de alimentación (11) para recibir inalámbricamente a través de un segundo medio la alimentación 15 transmitida por un emisor de alimentación (13) que no es parte del conjunto detonador;

medio de conversión (20) para convertir dicha alimentación recibida desde el receptor de alimentación en alimentación eléctrica;

una fuente de alimentación pasiva (21) en conexión eléctrica con el medio de conversión (20) , la fuente de alimentación pasiva capaz de almacenar dicha alimentación eléctrica obtenida de dicho medio de conversión (20) para cargar de este modo el detonador; y

un circuito de disparo (19) en conexión con dicha carga base (18) , para recibir selectivamente dicha alimentación eléctrica almacenada en dicha fuente de alimentación pasiva (21) , generando dicha fuente de alimentación activa una alimentación insuficiente para activar dicho circuito de disparo (19) y accionar dicha carga base (18) ; tras lo cual, la recepción de una señal de mando para DISPARAR por dicho medio de recepción de señales de mando causa la liberación de dicha alimentación eléctrica desde dicha fuente de alimentación pasiva (21) en dicho circuito de disparo (19) para accionar de este modo dicha carga base (18) .

2. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 1, en el que dicha al menos una señal de mando comprende: ondas de radio, energía electromagnética, energía acústica, o implica inducción electromagnética.

3. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 1, en el que la alimentación procedente del emisor de alimentación 35 comprende: ondas de radio, energía electromagnética, energía acústica o implica inducción electromagnética.

4. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 1, en el que el medio de recepción de señales de mando (17) y el receptor de alimentación (11) comprenden un medio de recepción de energía electromagnética, comprendiendo dichas señales de mando energía electromagnética de una primera longitud de onda, comprendiendo dicha alimentación emitida desde dicho emisor de alimentación energía electromagnética de una segunda longitud de onda, comprendiendo además dicho conjunto detonador:

medio diferenciador en asociación con dicho medio de recepción de energía electromagnética para diferenciar dicha energía electromagnética de una primera longitud de onda de dicha energía electromagnética de una segunda 45 longitud de onda, siendo dicha energía electromagnética de una primera longitud de onda recibida y procesada por dicho medio de recepción y procesamiento de señales de mando, siendo dicha energía electromagnética de una segunda longitud de onda convertida por dicho medio de conversión en dicha alimentación eléctrica.

5. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 1, en el que el medio de recepción y procesamiento de señales de mando (17) comprende un medio de recepción de ondas de radio, comprendiendo dicha al menos una señal de mando transmisión de ondas de radio, y en el que dicho receptor de alimentación (11) comprende un medio de recepción de energía electromagnética, comprendiendo dicha alimentación emitida energía electromagnética distinta de ondas de radio.

6. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 1, en el que el medio de recepción y procesamiento de señales de mando (17) comprende un medio de recepción de energía electromagnética, al menos una señal de mando que comprende energía electromagnética, y en el que dicho receptor de alimentación (11) comprende un medio de recepción de ondas de radio, comprendiendo dicha alimentación emitida ondas de radio.

7. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 1, en el que el medio de recepción de señales de mando (17) comprende un primer medio de recepción de energía luminosa, comprendiendo dichas señales de mando energía luminosa de una primera longitud de onda, y en el que dicho receptor de alimentación (11) comprende un segundo medio de recepción de energía luminosa, comprendiendo dicha alimentación emitida energía luminosa de una segunda longitud de onda.

8. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 7, en el que la energía luminosa de una primera longitud de onda

se obtiene de al menos un láser rojo, y la energía luminosa de una segunda longitud de onda se obtiene de al menos un láser azul.

9. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 1, en el que dicho receptor de alimentación (11) comprende un

medio de recepción de energía de inducción electromagnética, comprendiendo dicha alimentación emitida energía eléctrica transmitida a dicho conjunto detonador al menos en parte a través de inducción electromagnética.

10. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 9, en el que el medio de recepción de energía de inducción electromagnética comprende al menos un dispositivo de acoplamiento magnético, cada uno en relación de inducción electromagnética con al menos un hilo conductor de transporte de corriente que transporta selectivamente corriente desde dicho emisor de alimentación.

11. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 10, en el que cada dispositivo de acoplamiento magnético es un

transformador toroidal, que comprende opcionalmente ferrita. 15

12. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 1, en el que el medio de recepción de señales de mando (17) y/o el receptor de alimentación (11) recibe energía electromagnética y comprende un medio de recepción de energía electromagnética.

13. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 2 o 3, en el que las ondas de radio comprenden transmisión de VLF, ULF o ELF.

14. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 1, en el que dicha fuente de alimentación pasiva (21) se selecciona del grupo que está constituido por: un condensador, un diodo, una batería recargable, una pila de

combustible, una pila de aire tal como una batería de audífono, una fuente de alimentación micronuclear, y una batería activable.

15. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 1, que además comprende un interruptor de disparo (22) situado entre dicha fuente de alimentación pasiva (21) y dicho circuito de disparo (19) , cambiando dicho interruptor de disparo (22) de una posición de APAGADO a una posición de ENCENDIDO en el momento de la recepción de una señal de mando para DISPARAR por dicho medio de recepción de señales de mando (17) , estableciendo de este modo conexión eléctrica entre dicha fuente de alimentación pasiva (21) y dicho circuito de disparo (19) , para causar la descarga de la alimentación eléctrica almacenada en dicha fuente de alimentación pasiva (21) en dicho circuito de disparo (19) , para accionar de este modo dicha carga base (18) .

16. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 1, en el que el medio de recepción y procesamiento de señales de mando (17) y/o el receptor de alimentación (11) recibe energía luminosa y comprende un dispositivo de captación de luz (30) y, opcionalmente, un cable óptico para transferir la luz recibida por el dispositivo de captación de luz al medio de conversión (20) .

17. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 16, en el que el dispositivo de captación de luz (30) puede estar colocado encima del terreno para recibir dicha energía luminosa, transfiriendo dicho cable óptico dicha energía luminosa dentro del terreno hasta dicho medio de conversión.

18. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 16, en el que el dispositivo de captación de luz está adaptado para recibir energía luminosa obtenida de una bombilla de filamento, un láser, un diodo láser o un LED.

19. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 18, en el que la energía luminosa se obtiene de un láser.

20. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 1, en el que el medio de conversión (20) comprende una célula fotovoltaica, un fotodiodo, o un fototransistor.

21. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 1, en el que cada señal de mando se selecciona del grupo que

está constituido por: señales de ARMAR, señales de DESARMAR, señales de DISPARAR, tiempos de retardo del 55 detonador, y códigos de disparo del detonador.

22. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 1, que además comprende un medio de transmisión de señales para generar y transmitir al menos una señal de comunicación para recepción por dicho al menos un explosor.

23. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 22, en el que cada señal de comunicación comprende tiempos de retardo del detonador, códigos de disparo del detonador, o información de estado del detonador.

24. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 4, en el que el medio diferenciador comprende uno o más filtros

ópticos. 65

25. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 4, en el que la energía electromagnética de una primera longitud

de onda tiene una longitud de onda más larga que la energía electromagnética de una segunda longitud de onda.

26. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 4, en el que la energía electromagnética de una primera longitud

de onda se obtiene de al menos un láser rojo. 5

27. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 4, en el que la energía electromagnética de una segunda longitud de onda se obtiene de al menos un láser azul.

28. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 13, en el que las ondas de radio tienen una frecuencia de 100 a 2000 Hz.

29. El conjunto detonador (10) de la reivindicación 28, en el que las ondas de radio tienen una frecuencia de 200 a 1200 Hz.

30. Un aparato de voladura que comprende:

al menos un explosor capaz de transmitir señales de mando a detonadores asociados a través de comunicaciones inalámbricas a través de un primer medio;

al menos una carga explosiva;

al menos un conjunto detonador (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 29 asociado con cada carga explosiva y en comunicación de señal con dicho al menos un explosor;

al menos un emisor de alimentación (13) para transmitir alimentación a través de un segundo medio a cada conjunto detonador (10) para recepción de este modo de una forma adecuada para cargar cada conjunto detonador (10) para el disparo en respuesta a una señal de mando de DISPARAR procedente de dicho al menos un explosor; y

opcionalmente, una estación de mando central para controlar dicho al menos un explosor.

31. El aparato de voladura de la reivindicación 30, en el que dicha al menos una señal de mando comprende: señales de radio, energía electromagnética tal como energía luminosa, energía de microondas, infrarrojos, energía acústica o implica inducción electromagnética.

32. El aparato de voladura de la reivindicación 30, en el que la alimentación emitida (13) comprende:

señales de radio, energía electromagnética tal como energía luminosa, energía de microondas, infrarrojos, energía acústica, o implica inducción electromagnética.

33. Un método de voladura en un lugar de voladura, comprendiendo el método las etapas de:

proporcionar un aparato de voladura de la reivindicación 30;

poner una pluralidad de cargas explosivas en el lugar de voladura;

asociar cada conjunto detonador (10) con una carga explosiva de manera que el accionamiento de cada conjunto detonador (10) causará el accionamiento de cada carga explosiva asociada;

apuntar dicha alimentación emitida desde dicho emisor de alimentación (13) a dicho al menos un conjunto detonador para hacer que cada conjunto detonador reciba dicha alimentación emitida y convierta dicha alimentación emitida en energía eléctrica para cargar de este modo cada conjunto detonador (10) para el disparo; y

transmitir al menos una señal de mando desde dicho al menos un explosor para hacer que cada conjunto detonador descargue dicha alimentación eléctrica en dicho circuito de disparo, causando de este modo el accionamiento de 55 cada carga base (18) .

34. El método de la reivindicación 33, en el que dicha al menos una señal de mando además comprende tiempos de retardo para cada conjunto detonador (10) , para hacer de este modo que los conjuntos detonadores se disparen en un patrón de temporización específico.

35. El método de la reivindicación 33, en el que cada conjunto detonador (10) comprende un código de disparo almacenado, y dicha al menos una señal de mando además comprende códigos de disparo, que disparan cada conjunto detonador sólo si un código de disparo almacenado y un código de disparo procedente de una señal de comando se corresponden.

36. El método de la reivindicación 33, en el que dicha al menos una señal de mando y/o la alimentación emitida

comprende energía luminosa.

37. El método de la reivindicación 33, que además comprende la etapa de: verificar si cada conjunto detonador está

suficientemente cargado para accionar la carga base y, si no, repetir entonces al menos la etapa de apuntado. 5

38. Uso del conjunto detonador (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 29, en una operación minera.

39. Uso del aparato de voladura de la reivindicación 30, en una operación minera.

40. Uso de la reivindicación 38 o 39, en el que la operación minera es una operación minera automatizada que implica la colocación y el establecimiento robóticos de cargas explosivas y/o conjuntos detonadores en el lugar de voladura.