ES2945729T3 - Método y aparato para establecer un sistema de detonación - Google Patents
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Abstract
Un sistema de voladura que se establece utilizando un vehículo controlado de forma autónoma para atravesar un sitio de voladura, moviéndose de barreno a barreno y en cada barreno de voladura utilizando medios robóticos para preparar cada barreno de voladura para la detonación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método y aparato para establecer un sistema de detonación
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere al establecimiento de un sistema de detonación.
Normalmente, en el establecimiento de un sistema de detonación, se perfora una pluralidad de barrenos de detonación en un sitio o banco de detonación. Después de esto, uno o más operarios atraviesan el sitio de detonación y, en cada barreno de detonación, colocan un detonador, opcionalmente junto con un detonador auxiliar, en el barreno de detonación. El detonador está preprogramado con un retardo de tiempo particular asociado al barreno de detonación. Si el sistema de detonación se basa en el uso de conductores flexibles tales como conductores eléctricos o tubos de choque, los detonadores se conectan a los conductores y, en última instancia, a un arnés que se extiende hasta una máquina de detonación. A continuación, los barrenos de detonación se cargan con emulsión y, después de las pruebas de integridad y similares, se puede iniciar el proceso de detonación. El documento US 2018/106584 A1 divulga un vehículo controlado de forma autónoma configurado para atravesar un sitio de detonación, usando, en cada barreno de detonación, medios robóticos para retirar un detonador de un almacén de una pluralidad de detonadores en el vehículo, para colocar el detonador en el barreno de detonación y bombear dentro del barreno de detonación un volumen predeterminado de una emulsión desde una fuente transportada con o asociada al vehículo. El documento US 2017/356292 A1 divulga un vehículo controlado de forma autónoma configurado para inspeccionar un sitio de detonación para generar datos que determinan las posiciones respectivas de una pluralidad de barrenos de detonación, atravesando el sitio detonación moviéndose de un barreno de detonación a otro barreno de detonación usando medios robóticos para retirar un detonador de un almacén de una pluralidad de detonadores, para colocar el detonador en el barreno de detonación y bombear dentro del barreno de detonación un volumen predeterminado de una emulsión desde una fuente transportada con o asociada al vehículo. El documento US 2018/100394 A1 divulga un robot configurado para perforar barrenos de detonación y colocar explosivos en los barreno de detonación. El documento EP 3218667 a 2 describe el uso de un vehículo aéreo controlado a distancia para inspeccionar un sitio de detonación para determinar parámetros geográficos y funcionar como una estación repetidora para transferir datos de tiempo desde una unidad de control a un detonador.
Si el sistema de detonación es inalámbrico, entonces cada detonador o conjunto detonador-detonador auxiliar, dependiendo del caso, no está conectado a un conductor, dino que funciona en una forma determinada por la recepción de señales transmitidas de forma inalámbrica desde una máquina de detonación. A menudo, en este tipo de disposición, las señales de retorno de los detonadores individuales a la máquina de detonación no son posibles principalmente debido a la dificultad de comunicación de la dirección de retorno.
Los procesos del sistema de detonación mencionados anteriormente no se han descrito en detalle porque, en general, son conocidos en la técnica. Sin embargo, estos procesos son laboriosos y repetitivos y, particularmente en condiciones arduas que pueden corresponder al sitio o a una ubicación subterránea, son propensos al error humano.
Un objetivo de la presente invención es abordar, al menos hasta cierto punto, las dificultades asociadas al establecimiento de un sistema de detonación.
Sumario de la invención
La invención proporciona, en la primera instancia, un método como se define en la reivindicación 1; el mismo es un método para establecer un sistema de detonación que incluye las etapas de inspeccionar un sitio de detonación para generar datos que determinan las posiciones respectivas de una pluralidad de barrenos de detonación formados previamente en el sitio, calcular a partir de los datos producidos por la inspección, por cada barreno de detonación, un retraso de tiempo respectivo, permitir que un vehículo controlado de forma autónoma atraviese el sitio de detonación moviéndose sucesivamente de un barreno de detonación a otro barreno de detonación, usando, en cada barreno de detonación, medios robóticos para retirar un detonador de un almacén de una pluralidad de detonadores en el vehículo, usar un procesador para programar el detonador retirado con un retardo de tiempo respectivo calculado para el barreno de detonación, usar medios robóticos para colocar el detonador programado en el barreno de detonación y bombear dentro del barreno de detonación un volumen predeterminado de una emulsión desde una fuente transportada con o asociada al vehículo.
El método descrito es adecuado para su uso en el establecimiento de un sistema inalámbrico, es decir, uno en el que los detonadores no están directamente interconectados por medios físicos tales como conductores eléctricos, tubos de choque o similares.
Si el sistema detonador no es un sistema inalámbrico entonces, en cada barreno de detonación, el método puede incluir las etapas adicionales de: usar medios robóticos para conectar el detonador extraído a un conductor de transmisión de señales flexible y a un detonador auxiliar para formar así un conjunto de detonador auxiliar y colocar después el conjunto de detonador auxiliar en el barreno de detonación.
El conductor de transmisión de señales flexible puede transmitir una señal eléctrica o electrónica o puede ser un cable de fibra óptica. Preferiblemente, el conductor de transmisión de señales es un tubo de choque.
Los medios robóticos se pueden usar para interconectar los diversos detonadores en los barrenos de detonación a un arnés que incluye otro conductor de transmisión de señales flexible que se extiende hasta una máquina de detonación.
La invención se extiende además al aparato como se define en la reivindicación 3; se usa para establecer un sistema de detonación que incluye un vehículo con plataforma de carga, impulsores de acoplamiento con el suelo que soportan la plataforma de carga, y un sistema de accionamiento para impulsar los impulsores de acoplamiento con el suelo de forma controlada sobre el suelo, y montados o acoplados a la plataforma de carga, ayudas a la navegación para determinar la posición del vehículo en relación con un sitio de detonación en el que se han formado previamente una pluralidad de barrenos de detonación, un procesador, sensible a las ayudas a la navegación, para controlar el movimiento del vehículo en el sitio de detonación mediante el que se controla el vehículo para moverse en sucesión a cada uno de los barrenos de detonación, un almacén de una pluralidad de detonadores, medios robóticos, operables por el procesador, en cada barreno de detonación, para retirar del almacén un detonador y programar el detonador extraído con un tiempo de retardo calculado para el barreno de detonación respectivo y colocar el detonador programado en el barreno de detonación, y una bomba, bajo el control del procesador, para bombear una cantidad controlada de emulsión desde una fuente sobre o asociada al vehículo hasta el barreno de detonación respectivo.
El vehículo puede incluir una fuente alimentación para alimentar los respectivos componentes que lleva el vehículo. Como alternativa, el vehículo puede estar conectado a una fuente de alimentación ubicada en la superficie por medio de un cable de alimentación adecuado para conducir la alimentación de una fuente de alimentación, a los respectivos componentes.
El detonador se puede conectar a un detonador auxiliar para formar un conjunto de detonador auxiliar que se coloca en el pozo de perforación.
El procesador puede hacer que se realicen pruebas de integridad de cada detonador o conjunto de detonadordetonador auxiliar antes y después de la colocación de los mismos en el barreno de detonación respectivo.
De acuerdo con la naturaleza del sistema de detonación, es decir, inalámbrico o no inalámbrico, cada detonador puede estar conectado a un conductor de transmisión de señales flexible alargado que se transporta en la plataforma de carga. La naturaleza de la conexión puede variar de acuerdo con los requisitos. En una realización, cada conexión se realiza mediante un proceso de inserción en donde un extremo de un conductor de transmisión de señales se inserta en un conector adecuado. En un enfoque diferente, técnicas de soldadura, por ejemplo, procesos de soldadura por ultrasonidos, se emplean para garantizar que se realicen conexiones efectivas e impermeables según corresponda.
El conductor alargado de transmisión de señales puede tener una base eléctrica o puede incorporar un cable de fibra óptica o similar. Preferiblemente se hace uso de un tubo de choque.
El procesador puede responder a los datos contenidos en una unidad de memoria. Tales datos pueden relacionarse con diferentes secuencias y programas de detonación. El procesador puede configurarse para implementar un proceso de aprendizaje adaptativo en el que se mide el resultado de cada detonación y se correlaciona con la asignación de retardos de tiempo a los detonadores en diferentes barrenos de detonación. Mediante el uso de factores de retroalimentación apropiados, se desarrolla una forma de inteligencia artificial en donde el procesador se autoenseña a sí mismo para garantizar que la forma en que se asignan los tiempos de detonación se modifique y mejore para que con cada sistema de detonación se logre un mejor resultado de detonación que en un sistema de detonación anterior.
Breve descripción de los dibujos
La invención se describe adicionalmente a modo de ejemplo haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que:
la Figura 1 representa un sitio de detonación en el que se va a establecer un sistema de detonación mediante el uso de los principios de la invención, y
la Figura 2 muestra los componentes de un vehículo que se utiliza en el sitio de detonación que se muestra en la Figura 1.
Descripción de una realización preferente
La Figura 1 de los dibujos adjuntos ilustra algo esquemáticamente un sitio de detonación 10 en el que se ha perforado una pluralidad de barrenos de detonación 12 en posiciones seleccionadas. La extensión del sitio de detonación es indeterminada y varía de un lugar a otro. El número y la extensión de los barrenos de detonación son también variables. Es posible que el sitio de detonación pueda tener características geográficas 14 que sean distintas. Por ejemplo, en una ubicación superficial, tales características pueden ser rocas grandes, huellas en el suelo, árboles o similares. En una ubicación subterránea, las características pueden ser marcas en una pared colgante, superficies limítrofes, por
ejemplo, en una superficie de trabajo o similar. La invención no está limitada a ese respecto. Estas características permiten determinar los localizadores geográficos con mayor precisión, como se explica más adelante.
Un vehículo 18 atraviesa el sitio de detonación 10. El vehículo incluye una plataforma de carga 20 e impulsores de acoplamiento con el suelo 22 tales como ruedas, pistas o similares. El vehículo tiene un sistema de accionamiento 24 que, bajo el control de un procesador 26 (Figura 2), impulsa a los impulsores 22.
La Figura 2 ilustra varios componentes que se transportan en la plataforma de carga 20.
La plataforma de carga 20 lleva un sistema de navegación 30 que incluye varias cámaras 32, una disposición de GPS 34 y dispositivos de medición de distancia 36 tales como, por ejemplo, dispositivos basados en lidar, radar o sonar. Las ubicaciones definidas en la plataforma de carga 20 incluyen un almacén de detonadores 38, un almacén de conectores 40 y un suministro de detonadores auxiliares 42. Los suministros de un conductor de transmisión de señales flexible y alargado 44, por ejemplo, en bobina o en rollo, son transportados por el vehículo. Este conductor 44 puede ser alimentado de forma regulada bajo el control del procesador 26 a través de un alimentador 46 hasta un punto de uso. La posición de un extremo del conductor flexible se determina con la ayuda de una serie de sensores 48, por ejemplo, cámaras.
El procesador 26 se alimenta por medio de una fuente de alimentación de batería a bordo apropiada 50 llevada por el vehículo. Este suministro eventualmente acoplado a un motor de combustión (no representado) proporciona también energía para accionar un motor 52 que forma parte del sistema de accionamiento 24 del vehículo.
Una fuente de una emulsión explosiva 60 es transportada por el vehículo o es remolcada por el vehículo. La emulsión 60 se puede suministrar a través de una boquilla 62 por medio de una bomba 64 que es impulsada por la energía de la fuente de alimentación 50 y que es controlada por el procesador 26.
Uno o más brazos robóticos 70 se transportan en la plataforma de carga. La operación de cada brazo robótico 70 se efectúa automáticamente, sin intervención del usuario, por medio del procesador 26 que responde a un programa guardado en una unidad de memoria 72 y que puede extraer datos y ejecutar algoritmos guardados en, la unidad de memoria 72, de acuerdo con los requisitos. Opcionalmente, la intervención del usuario puede ser posible mediante el uso de un dispositivo de control remoto que puede operarse desde una sala de control de superficie o mediante un centro de control móvil o desde una estación de trabajo remota.
El sitio de detonación 10 puede estar bajo tierra o en la superficie. Los barrenos de detonación 14 se perforan utilizando técnicas convencionales de acuerdo con los requisitos que se evalúan de forma independiente.
Posteriormente, una vez que se va a implementar el sistema de detonación, el vehículo 18 se utiliza para atravesar el sitio de detonación y recopilar datos relacionados con la posición de cada barreno de detonación 12. Estos datos se determinan por medio de las ayudas a la navegación que lleva el vehículo, es decir, las cámaras 32, la disposición GPS 34 y los dispositivos lidar 36.
Los datos recopilados se correlacionan en la medida de lo posible con la información que se recopila previamente del proceso de perforación del barreno de detonación. Una vez determinada y verificada la posición de al menos un barreno de detonación, Las técnicas de reconocimiento de patrones implementadas, por ejemplo, mediante protocolos de inteligencia artificial, se utilizan para identificar los barrenos de detonación restantes.
Como alternativa al uso del vehículo terrestre 18, se puede usar un dron o un dispositivo aerotransportado similar para inspeccionar el sitio desde el aire y determinar las posiciones de los barreno de detonación. Estos datos se transmiten después al procesador 26 y se almacenan en la unidad de memoria 72. Convenientemente, una unidad transmisorareceptora 76 está asociada al procesador 26 para que pueda comunicarse con un vehículo aéreo si es necesario o con un operario, no mostrado. De esta forma, el operario puede estar informado sobre el movimiento del vehículo (aéreo o terrestre), su posición, su estado de uso, el estado de la fuente de alimentación y cualquier otro factor variable del vehículo.
La inspección geográfica puede facilitarse haciendo uso de las características geográficas 14 que se mapean previamente y a las que se les asignan coordenadas de posición.
Una vez que se ha inspeccionado el sitio y se han determinado las posiciones de los barrenos de detonación, el procesador 26 ejecuta un programa guardado en la memoria 72 para asignar a cada barreno de detonación 12 un retardo de tiempo respectivo. Inicialmente, se diseña un algoritmo apropiado y se usa para asignar retardos de tiempo a los respectivos barrenos de detonación de forma predeterminada. Sin embargo, con el tiempo y mediante el uso del aparato de la invención, se obtienen datos de retroalimentación que se relacionan con la efectividad del algoritmo en la asignación de retardos de tiempo a los diversos barrenos de detonación. Este enfoque permite establecer parámetros que caracterizan la eficacia de una detonación, como el grado y la naturaleza de la fragmentación de la roca, la proporción de roca estéril a mineral, un factor de oleaje y la velocidad de detonación que se relacionarán con la forma en que se ejecuta el algoritmo. Usando los datos de retroalimentación, el algoritmo se modifica para que se
asignen retrasos de tiempo más apropiados a los diversos barrenos de detonación en los sistemas de detonación sucesivos. Mediante el uso de este tipo de proceso de aprendizaje adaptativo, el algoritmo se vuelve autodidacta y, por lo tanto, es capaz de proporcionar un rendimiento mejorado en sitios de detonación sucesivos.
El vehículo 18 atraviesa el sitio de detonación 10 y va a cada barreno de detonación 12 en sucesión. En cada barreno de detonación, un brazo robótico 70 retira un detonador del almacén de detonadores 38. A continuación, el procesador 26 programa el detonador 38 con el retardo de tiempo adecuado para el barreno de detonación previsto en el que se va a colocar el detonador. Después se acopla un conector 40 al detonador. El conector se extrae del almacén de conectores por medio de un brazo robótico 70 y se engarza sobre el detonador 38 o se suelda ultrasónicamente al detonador de acuerdo con la técnica elegida. Este proceso se controla por medio de uno o más de los sensores 48 que monitorean el proceso y proporcionan datos relacionados con las respectivas posiciones y orientaciones de cada detonador y del conector al procesador. Si se va a utilizar un detonador auxiliar 42, el detonador 38 se acopla después a un detonador auxiliar que ha sido extraído del suministro de detonadores auxiliares. El conjunto detonador-detonador auxiliar resultante se conecta después a un extremo del conductor 44 que se dirige a través del dispositivo de alimentación 46 hasta el conjunto detonador-detonador auxiliar. Este proceso es monitoreado por los sensores 48 y se usan uno o más brazos robóticos 70 para implementar el proceso de conexión.
El conductor alargado 44 puede ser un conductor eléctrico o un cable de fibra óptica. Sin embargo, se prefiere hacer uso de un tubo de choque para simplificar así el proceso de conexión a un detonador adecuado. Un extremo del tubo de choque se inserta en un conector apropiado 40 y se engarza en su posición de forma estanca. El tubo de choque, que se va a insertar en un barreno de detonación 12, está así directamente conectado al conjunto detonador-detonador auxiliar. El conector 40 incluye una segunda estructura de conexión y esta se conecta a otro tubo de choque que va a actuar como una línea de superficie de un arnés.
Una vez que el conjunto detonador-detonador auxiliar ha sido colocado en posición en un barren de detonación seleccionado 12, un brazo robótico 20 dirige la boquilla 62 hacia la boca del barreno de detonación y la bomba 64 funciona bajo el control del procesador 26 para entregar un volumen predeterminado de la emulsión desde la fuente 60 hacia el barreno de detonación. Cuando finaliza el proceso de carga de la emulsión, el procesador 26 registra que el barreno de detonación se ha establecido correctamente.
Después, el vehículo se mueve al siguiente barreno de detonación arrastrando detrás del mismo una longitud continua del tubo de choque 44 que, como se observa, actúa como una línea de superficie del arnés. En el siguiente barreno de detonación 12 se repite el proceso anterior y se conecta una longitud de tubo de choque descendente a la línea de superficie.
Si el sistema de detonación es un sistema inalámbrico, entonces no se requieren los conductores flexibles 44. Sin embargo, el establecimiento del sistema de detonación es por lo demás similar a lo que se ha descrito en el sentido de que una vez que se ha colocado un conjunto de detonador-detonador auxiliar inalámbrico en un barreno de detonación, la emulsión se bombea al barreno de detonación en la forma que se ha descrito.
En cada caso, el efecto de la detonación es monitoreado por dispositivos externos (no mostrados) para generar datos de retroalimentación que se suministran al procesador 26 para que se pueda modificar y mejorar un algoritmo que se usa para asignar retrasos de detonación a los diversos detonadores.
Para el uso subterráneo, el vehículo 18 puede incluir una plataforma que puede elevarse con respecto a la plataforma de carga. La plataforma lleva los brazos robóticos 70 que pueden moverse 180° o más para excavar túneles y perforaciones, y que pueden llegar a lugares elevados con respecto al suelo sobre el que se mueve el vehículo. Para una aplicación de superficie, normalmente no se requiere este tipo de plataforma.
Claims (5)
1. Un método para establecer un sistema de detonación que incluye las etapas de:
inspeccionar un sitio de detonación (10) para generar datos que determinan las posiciones respectivas de una pluralidad de barrenos de detonación (12) previamente formados en el sitio,
calcular a partir de los datos producidos por la inspección, por cada barreno de detonación, un retraso de tiempo respectivo,
permitir que un vehículo controlado de forma autónoma (18) atraviese el sitio de detonación moviéndose sucesivamente de un barreno de detonación a otro barreno de detonación,
usando, en cada barreno de detonación, medios robóticos (70) para retirar un detonador de un almacén de una pluralidad de detonadores (38) en el vehículo,
usar un procesador (26) para programar el detonador retirado con un retardo de tiempo respectivo calculado para el barreno de detonación,
usar medios robóticos para colocar el detonador programado en el barreno de detonación, y bombear dentro del barreno de detonación un volumen predeterminado de una emulsión desde una fuente (60) transportada con o asociada al vehículo.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, que incluye las etapas adicionales de:
usar medios robóticos para conectar el detonador retirado a un conductor de transmisión de señales flexible (44) y a un detonador auxiliar (42) para formar así un conjunto de detonador auxiliar, y
colocar después el conjunto de detonador auxiliar en el barreno de detonación.
3. Aparato para su uso en el establecimiento de un sistema de detonación que incluye:
un vehículo (18) con una plataforma de carga (20), impulsores de acoplamiento con el suelo (22) que soportan la plataforma de carga, y un sistema de accionamiento (24) para conducir los impulsores de acoplamiento con el suelo de forma controlada sobre el suelo;
montados o acoplados a la plataforma de carga, ayudas a la navegación (30) para determinar la posición del vehículo en relación con un sitio de detonación (10) en el que se han formado previamente una pluralidad de barrenos de detonación (12),
un procesador (26), sensible a las ayudas a la navegación, para controlar el movimiento del vehículo en el sitio de detonación, mediante el que se controla el vehículo para moverse en sucesión a cada uno de los barrenos de detonación, un almacén de una pluralidad de detonadores (38),
medios robóticos (70), operables por el procesador, en cada barreno de detonación, para:
retirar desde el almacén un detonador;
programar el detonador retirado con un tiempo de retardo calculado para el barreno de detonación respectivo; y
colocar el detonador programado en el barreno de detonación, y
una bomba (64) configurada, bajo el control del procesador, para bombear una cantidad controlada de emulsión desde una fuente (60) sobre o asociada al vehículo hasta el barreno de detonación respectivo.
4. Aparato de acuerdo con la reivindicación 3, en donde cada detonador está conectado a un detonador auxiliar (42) para formar un conjunto de detonador auxiliar que se coloca en un barreno de detonación respectivo.
5. Aparato de acuerdo con las reivindicaciones 3 o 4, en donde el procesador responde a los datos almacenados en una unidad de memoria (72) y está configurado para implementar un proceso de aprendizaje adaptativo en el que se mide el resultado de cada detonación y se correlaciona con la asignación de retardos de tiempo a los detonadores en diferentes barrenos de detonación.
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