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Title:
SYSTEM AND METHOD FOR THE ROBOTIC LOADING OF EXPLOSIVES IN UNDERGROUND MINING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/099428
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a system and a method for the robotic loading of explosives in underground mining, wherein the system can be operated autonomously, semi-autonomously or by remote control. The system comprises: a positioning subsystem comprising means for moving the system by means of autonomous navigation; a subsystem for cleaning a base, which comprises means for removing unwanted elements that may obstruct the operation of loading explosives into boreholes; a subsystem for scanning a loading surface, which comprises detection means for detecting boreholes in a drilled surface and assigning a location for each borehole; a borehole drilling subsystem comprising means for determining physical parameters of each borehole; a priming and loading subsystem comprising means for loading a booster, detonator and other explosive materials, placing them at the bottom of each borehole; a subsystem for loading blasting agents, which comprises means for supplying a blasting agent once the explosives have been placed in each borehole; a borehole-sealing subsystem comprising means for covering each borehole once the explosives have been loaded; a detonation subsystem comprising means for detonating each borehole loaded with explosives; and a control subsystem that communicates with each of the other subsystems and controls each of the elements for loading and detonating the explosives.

Inventors:
RUIZ HERNÁNDEZ MARCO ANTONIO (CL)
MIRANDA LORCA RODRIGO (CL)
BARRIGA MELGAREJO JONHATAN (CL)
LARA MARRO GLORIA DEL PILAR (CL)
MORALES GARRIDO DANKO CHRISTIAN (CL)
PRADO FIGUEROA FELIPE ANDRÉS (CL)
Application Number:
PCT/CL2020/050153
Publication Date:
May 19, 2022
Filing Date:
November 13, 2020
Export Citation:
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Assignee:
ENAEX SERVICIOS S A (CL)
International Classes:
E21D9/00; G05D1/00; G06K9/00; G06T7/20; G06T7/70; H04N13/204
Domestic Patent References:
WO2015106799A12015-07-23
Foreign References:
US10349035B22019-07-09
US10341639B22019-07-02
SE1450819A12014-07-02
US20120239191A12012-09-20
Other References:
ROBOTICS AND AUTONOMOUS SYSTEMS GROUP CSIRO DATA61: "Automated Explosive Loading", YOUTUBE, XP055938221, Retrieved from the Internet
Attorney, Agent or Firm:
SILVA ABOGADOS (CL)
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Claims:
REIVINDICACIONES Un sistema para el carguío de explosivos en una superficie de carguío de una faena subterránea, CARACTERIZADO porque comprende: un subsistema de posicionamiento que comprende medios para el desplazamiento del sistema; un subsistema de limpieza de la superficie de carguío que comprende medios para remover elementos no deseados que pueden obstruir la operación de carga de explosivos en las perforaciones; un subsistema de escaneo de la superficie de carguío que comprende medios de detección para detectar perforaciones en la superficie perforada y asignar una ubicación para cada una de ellas; un subsistema de sondaje de perforaciones que comprende medios para determinar parámetros físicos de cada perforación; un subsistema de limpieza de perforaciones que comprende medios para limpiar cada perforación para proceder con la carga de explosivos; un subsistema de primado y carguío que comprende medios para realizar la carga de un iniciador, detonador y/u otros materiales explosivos, posicionándolos en cada perforación; un subsistema de carga de un agente de voladura que comprende medios para suministrar un agente de voladura luego de posicionados los explosivos en cada perforación; un subsistema de sellado de perforación, que comprende medios para tapar cada una de las perforaciones una vez que se ha llevado a cabo la operación de carga de explosivos; un subsistema de detonación que comprende medios para detonar cada una de las perforaciones cargadas con explosivos; y un subsistema de control que se comunica con cada uno de los demás subsistemas y controla cada uno de los elementos para la carga y detonación de explosivos. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque además comprende un subsistema de guía y apertura de malla para aquellos casos en que se dispone de una malla de fortificación sobre la superficie de carguío, el cual permite la operación de los distintos elementos del sistema a través de la malla. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 2, CARACTERIZADO porque el subsistema de guía y apertura de malla comprende un dispositivo en forma de un espéculo, que consiste en dos o más piezas que se abren mediante un mecanismo de accionamiento, deformando la malla y creando el espacio para que pasen los elementos del sistema. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 3, CARACTERIZADO porque subsistema de guía y apertura de malla comprende además una herramienta de corte, para aquellos casos en que no existe el espacio suficiente para la inserción del dispositivo en forma de espéculo. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el subsistema de posicionamiento comprende un vehículo operado mediante navegación autónoma, semi-autónoma o dirigido a distancia, y comprende medios para mover y posicionar los distintos elementos que componen el sistema para el carguío de explosivos. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 5, CARACTERIZADO porque el subsistema de posicionamiento opera mediante la utilización de un mapa de la zona, el cual es provisto por el subsistema de control, a partir del cual el subsistema de posicionamiento acciona distintos elementos para movilizar el sistema en forma autónoma o semi-autónoma dentro de la faena subterránea. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el subsistema de limpieza de la superficie de carguío comprende medios para la remoción de escombros o residuos en la base o zona inferior de la superficie. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 7, CARACTERIZADO porque los medios para llevar a cabo la limpieza de residuos se seleccionan de un grupo que incluye el uso de mangueras que suministran agua y/o aire a presión, o el uso de elementos móviles en la forma de escobillas y/o paletas. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el subsistema de escaneo de la superficie de carguío comprende sensores que llevan a cabo un escaneo tridimensional de la superficie, los cuales detectan cada una las perforaciones y asignan una ubicación dentro de un modelo digital. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque los sensores son movilizados mediante brazos robóticos, en donde el brazo se mueve en distintas posiciones para llevar a cabo el escaneo de toda la superficie. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque el subsistema incluye el uso de sensores LIDAR, sensores TOF, cámaras y otros. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el subsistema de sondaje de perforaciones comprende un sensor ¡nercial que establece parámetros como la longitud e inclinación de la perforación, en donde el sensor se dispone en el extremo de un elemento de sondeo que permite que se realicen las distintas mediciones a medida que se inserta el sensor en cada perforación. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 12, CARACTERIZADO porque el subsistema de limpieza de perforaciones comprende medios para identificar el estado de limpieza de cada perforación y para limpiar cada perforación para proceder con la carga de explosivos. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el subsistema de primado y carguío comprende un dispositivo primador, uno o más brazos robóticos, un contenedor de iniciadores y un contenedor de detonadores, en donde el brazo robótico retira un iniciador desde el contenedor de iniciadores para posicionarlo en el dispositivo primador, y retira un detonador desde el

18 contenedor de detonadores para posicionarlo de manera enfrentada al iniciador en el dispositivo primador, para llevar a cabo una operación de primado y luego localizar el objeto primado en el extremo del brazo robótico. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 14, CARACTERIZADO porque el subsistema de primado y carguío además comprende un mecanismo que lleva a cabo la operación de primado, el cual acopla el detonador con el iniciador dentro del dispositivo primador. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 15, CARACTERIZADO porque el brazo robótico posiciona el objeto primado al interior de una perforación en la superficie, mediante el uso de medios de empuje que empujan el objeto primado al interior de la perforación. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 14, CARACTERIZADO porque el subsistema de primado y carguío comprende además el carguío de elementos explosivos tipo dinamita, en donde el subsistema de primado y carguío posiciona los elementos dinamita en las perforaciones de los extremos de la superficie y comprende medios para la inserción y conexión en serie de distintos dispositivos tipo dinamita en cada perforación. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 16, CARACTERIZADO porque, luego de que el objeto primado ha sido depositado, el subsistema de carga de un agente de voladura acciona una manguera para ir retrocediendo dentro de la perforación y suministrar simultáneamente un agente de voladura, cargando el agente de voladura a medida que la manguera se retira de la perforación. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 18, CARACTERIZADO porque el subsistema de carga del agente de voladura comprende medios contenedores del agente de voladura y medios de presurización que permiten la provisión del agente de voladura a través de la manguera. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 18, CARACTERIZADO porque el subsistema de carga del agente de voladura comprende un sistema para la preparación del agente de voladura que comprende medios para alojar los

19 insumos necesarios para la preparación del agente de voladura, preparar la mezcla de los mismos, y permitir el suministro del agente de voladura hacia cada una de las perforaciones en la superficie. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 20, CARACTERIZADO porque el sistema para la fabricación del agente de voladura comprende contenedores que alojan los componentes para la fabricación del agente de voladura, medios de mezcla, y medios de bombeo que permiten el traslado de los componentes hacia los medios de mezcla y para trasladar la mezcla hacia cada una de las perforaciones en la superficie. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 21 , CARACTERIZADO porque el sistema para la fabricación del agente de voladura además comprende mangueras que permiten el traslado del agente de voladura preparada hacia las perforaciones en la superficie, con la ayuda de los brazos robóticos. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 22, CARACTERIZADO porque el sistema para la preparación del agente de voladura se comunica con el subsistema de control, el cual permite controlar de forma automática el proceso de preparación del agente de voladura. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el subsistema de sellado de perforación comprende medios que cubren el extremo expuesto de cada perforación, generando un sello o tapón una vez que se ha llevado a cabo la operación de carga de explosivos. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 24, CARACTERIZADO porque los medios que cubren cada perforación se disponen en el extremo de un brazo robótico. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el subsistema de detonación comprende medios que permiten la activación de antenas que son posicionadas en los detonadores al exterior de cada perforación.

20 Un sistema de acuerdo con la reivindicación 26, CARACTERIZADO porque el subsistema de detonación comprende la utilización de sistemas de detonación inalámbrica y alámbrica. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 26, CARACTERIZADO porque los medios utilizados se basan en señales ópticas, mediante un haz de luz codificado, u otros tipos de señales inalámbricas. Un procedimiento para el carguío de explosivos en una superficie de carguío de una faena minera subterránea, CARACTERIZADO porque comprende los pasos de: posicionar, dentro de la faena subterránea, un sistema para el carguío de explosivos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24; llevar a cabo un proceso de limpieza de la base de la superficie de carguío para remover elementos no deseados que pueden obstruir el ingreso de explosivos en las perforaciones; realizar un escaneo de la superficie de carguío para detectar cada una de las perforaciones y asignar una ubicación para cada una de ellas; realizar una evaluación del interior de cada perforación, estableciendo parámetros físicos de la misma; llevar a cabo una operación de primado mediante el acoplamiento de detonadores con iniciadores y cargar cada objeto primado dentro de una respectiva perforación; posicionar una antena de detonador al exterior de cada perforación; cargar un agente de voladura en cada perforación y llevar a cabo una operación de sellado de cada perforación; y posicionar una antena de detonador en el extremo de cada perforación y activar las antenas mediante una señal de activación para provocar la detonación en cada una de las perforaciones. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 29, CARACTERIZADO porque además comprende el paso de realizar una apertura de malla, en aquellos casos en que se dispone de una malla de fortificación sobre la superficie

21 con las perforaciones, que permite la operación de los distintos elementos del sistema a través de la malla. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 30, CARACTERIZADO el paso de realizar una apertura de malla comprende deformar la malla, mediante un dispositivo en la forma de espéculo, o cortar una sección de la malla, para crear un espacio para que puedan pasar los distintos elementos del sistema que se utilizan para la carga de explosivos. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 29, CARACTERIZADO porque el paso de posicionar el sistema para el carguío de explosivos comprende accionar medios para la movilización del sistema en base a un mapa de la zona de voladura provisto por el subsistema de control. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 29, CARACTERIZADO porque el proceso de limpieza de la base de la superficie de carguío comprende el accionamiento de medios para la remoción de escombros o residuos de perforación presentes en la base o zona inferior de la superficie de carguío. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 29, CARACTERIZADO porque el proceso de escaneo de la superficie de carguío incluye los pasos de utilizar sensores para realizar un escaneo tridimensional de la superficie de carguío para detectar cada una las perforaciones y asignarles una ubicación. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 34, CARACTERIZADO porque el proceso de escaneo de la superficie de carguío incluye los pasos de: llevar a cabo un escaneo general de la superficie mediante la utilización de sensores LIDAR y una cámara de apoyo, con el objeto de asignar la ubicación de las perforaciones; dividir la superficie en sectores y posicionar los sensores en cada sector para llevar a cabo un escaneo del sector específico; comparar los resultados del escáner con un diagrama de perforaciones preexistente; y

22 en el caso de que se detecten discrepancias, utilizar un sensor o camara TOF que se dispone más cerca de la zona donde se encontró la discrepancia, con el objeto de identificar una perforación. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 29, CARACTERIZADO porque el paso de realizar una evaluación del interior de cada perforación incluye el paso de utilizar un sensor ¡nercial para establecer parámetros físicos de la perforación y suministrar fluido a presión, como agua o una mezcla de agua y aire, para llevar a cabo una limpieza de cada perforación. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 29, CARACTERIZADO porque el proceso de primado y carguío incluye los pasos de: retirar un iniciador y un detonador desde respectivos contenedores para posicionarlos en un dispositivo primador; utilizar un mecanismo que permite llevar a cabo la operación de primado, acoplando debidamente el detonador con el iniciador respectivo; posicionar cada prima al interior de una perforación respectiva, y empujarla mediante una manguera; y posicionar una antena de detonador en el exterior de cada perforación. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 29, CARACTERIZADO porque el proceso de primado y carguío además incluye los pasos de: retirar desde un contenedor un dispositivo dinamita; acoplar dos o más dispositivos tipo dinamita en serie, dependiendo la cantidad de la longitud registrada de cada perforación; insertar dispositivos dinamita en algunas perforaciones seleccionadas en los extremos de la superficie. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 37, CARACTERIZADO porque el paso de cargar un agente de voladura comprende el accionamiento de medios para el suministro de un agente de voladura en cada una de las perforaciones a través de la manguera utilizada en la carga de explosivos.

23 Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 29, CARACTERIZADO porque la operación de sellado de cada perforación consiste en la utilización de medios que introducen material inerte que cubren el extremo expuesto de cada perforación, generando un sello o tapón una vez que se ha llevado a cabo la operación de carga de explosivos.

24

Description:
Sistema y procedimiento para el carguío robotico de explosivos en minería subterránea

MEMORIA DESCRIPTIVA

La presente invención se relaciona con sistemas y equipamientos utilizados para el desarrollo de túneles, y más específicamente con distintas tecnologías asociadas a la perforación y voladura. En particular, se describe un sistema robotizado para el carguío de explosivos en perforaciones subterráneas y voladura.

ANTECEDENTES

Muchas labores de alto riesgo son actualmente llevadas a cabo en la industria de la minería en forma presencial, mediante la asistencia de múltiples trabajadores que deben desempeñar sus labores en zonas riesgosas. En el caso del carguío de explosivos en minería subterránea, las labores deben ser realizadas por cuadrillas de trabajadores en el mismo sitio de la voladura, en donde dichas labores incluyen por ejemplo la inspección y limpieza de la frente y de las respectivas perforaciones, las labores de primado y la inserción de detonadores y explosivos en cada perforación y la conexión de todos los detonadores.

Cada una de las labores mencionadas constituye un alto riesgo para el personal debido a múltiples motivos. En primer lugar, estas labores se realizan en forma manual en el mismo frente de voladura, exponiendo al personal a posibles caídas o estallidos de roca u otros eventos que puedan ocasionar lesiones de alta gravedad al personal, como cortes, contusiones, fracturas, e incluso en los casos más graves la muerte.

Por otra parte, existen otros riesgos asociados a la presencia de personal en las zonas de voladura. Por ejemplo, después de cada voladura existe un periodo de ventilación que puede vahar entre 1 a 5 horas, dependiendo de las condiciones de cada mina y del nivel de gases presente, en las cuales no puede acceder personal a la zona. Estos tiempos de ventilación implican un periodo de no actividad en la zona, lo cual se traduce en una disminución de la productividad.

En esta misma línea, existen zonas en faenas mineras que presentan inestabilidad y una potencialidad de derrumbes, lo cual no permite la posibilidad de que el personal pueda acceder a esas zonas para explotar el mineral. Esto afecta notablemente la productividad de la mina pues aun cuando existan zonas con valiosos recursos, muchas de estas se mantienen sin explotar a causa del alto riesgo que significa para el personal.

La necesidad de llevar a cabo las mencionadas labores de carguío de explosivos en forma manual requiere de la colaboración de múltiples operarios y personal capacitado para manipular explosivos. Comúnmente, una máquina perforadora lleva a cabo la perforación de los tiros en la frente a perforar basado en un diagrama de disparo previamente planificado. Luego, una cuadrilla de operadores ingresa al área a cargar los explosivos y llevan a cabo una inspección visual del estado de la frente. En el caso de que la frente esté muy sucia, los operadores llevan a cabo una limpieza de forma manual, despejando la base con palas para destapar los tiros que podrían haber quedado obstruidos. Una vez terminada esta tarea, los operadores deben insertar manualmente los detonadores dentro de respectivos iniciadores o “booster” (operación de primado), para luego insertar cada conjunto en la perforación correspondiente. Esta acción de inserción se lleva a cabo comúnmente empujando con la ayuda de una barra o vara larga de madera, procurando dejar el cable del detonador por fuera del tiro, para su posterior amarre.

Además, muchos de los tiros se encuentran en altura, por lo que deben ser cargados con ayuda de un elevador, conocido comúnmente como “manlift”, el cual eleva al operador para que pueda alcanzar la altura de las perforaciones superiores, que pueden llegar hasta 8 metros de altura. Una vez finalizada esta tarea, ingresa un nuevo equipo encargado de cargar un agente de voladura (o ANFO) dentro de cada tiro, cubriendo cada prima y completando así la carga de explosivos. Finalmente, los cables son amarrados unos con otros para ser conectados operativamente a un cable principal o “mecha”, que será el encargado de dar inicio al disparo.

Tal como se puede apreciar de la descripción anterior, en la actualidad el proceso completo de carguío de explosivos significa una gran cantidad de labores que deben ser llevadas a cabo por múltiples personas, debidamente calificadas para estas acciones. Todos estos esfuerzos redundan en una gran cantidad de horas hombre y en altos riesgos para el personal que interviene en estas operaciones, pudiendo verse comprometida incluso sus vidas. En vista de estas limitaciones, se desprende que en el estado actual de la técnica existe la necesidad de contar con un sistema que pueda llevar a cabo todas las labores asociadas al carguío de explosivos en forma autónoma, semiautónoma o mediante manejo a distancia, de modo tal que permita evitar completamente la intervención de personas en la zona de voladura.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Para subsanar los inconvenientes mencionados anteriormente se presenta un sistema para el carguío de explosivos en una faena subterránea, el cual puede operar en forma autónoma, semiautónoma o mediante manejo a distancia, y que comprende: un subsistema de posicionamiento que comprende medios para el desplazamiento del sistema mediante navegación autónoma, semiautónoma o mediante manejo a distancia; un subsistema de limpieza de la base que comprende medios para remover elementos no deseados que pueden obstruir la operación de carga de explosivos en las perforaciones; un subsistema de escaneo de una superficie de carguío, que comprende medios de detección de perforaciones en la superficie que asigna una ubicación para cada una de ellas; un subsistema de sondaje de perforaciones que comprende medios para determinar parámetros físicos de cada perforación; un subsistema de limpieza de perforaciones que comprende medios para limpiar cada perforación para proceder con la carga de explosivos; un subsistema de primado y carguío que comprende medios para realizar la carga de un iniciador, detonador y/u otros materiales explosivos, posicionándolos en cada perforación; un subsistema de carga de agentes de voladura que comprende medios para suministrar un agente de voladura luego de posicionados los explosivos en cada perforación; un subsistema de sellado de perforación, que comprende medios para tapar cada una de las perforaciones una vez que se ha llevado a cabo la operación de carga de explosivos; un subsistema de detonación que comprende medios para detonar los explosivos cargados en las perforaciones; y un subsistema de control que se comunica con cada uno de los demás subsistemas.

El sistema para el carguío de explosivos puede ser implementado en todo tipo de faenas subterráneas o aplicaciones en minería subterránea que involucren explosivos, como por ejemplo en una frente, en carguío vertical o descolgadura de zanjas.

En aquellas aplicaciones en que la invención es implementada en una frente, el sistema puede comprender además un subsistema de guía y apertura de malla, en aquellos casos en que se dispone de una malla de fortificación sobre la frente con las perforaciones, con el objeto de permitir la operación de los distintos elementos del sistema a través de la malla.

De esta manera, mediante la configuración descrita anteriormente es posible llevar a cabo cada una de las labores de carguío de explosivos, de principio a fin, sin la intervención de personal en la zona de voladura. Esto permite que el sistema descrito pueda operar ya sea en forma completamente autónoma, semiautónoma, o bien mediante un manejo a distancia por parte de personal debidamente capacitado.

En relación al estado actual de la técnica, el sistema desarrollado permite eliminar completamente los riesgos asociados a la ejecución manual de cada una de las labores del carguío de explosivos, relacionados por ejemplo con posibles caídas y estallidos de roca, o la exposición a gases en las zonas de voladura, etc. Además, debido a que el sistema no se ve afectado por la presencia de gases post voladura, éste puede operar en tiempos que se encuentran dentro del periodo de ventilación, lo cual puede aumentar considerablemente los tiempos de productividad.

Otra ventaja fundamental que presenta la invención en relación al estado actual de la técnica es la posibilidad de acceder a zonas que se consideran inestables, a las cuales no se puede acceder actualmente debido a los potenciales riesgos para el personal. La posibilidad de que el sistema pueda acceder a estas zonas puede representar un notable aumento en la productividad de la mina pues se abre la posibilidad de explotar valiosos recursos que actualmente no se encuentran disponibles. Por otra parte, si bien en el estado de la técnica es posible encontrar sistemas automatizados que facilitan algunas de las operaciones relacionadas con el carguío de explosivos, como por ejemplo equipos perforadores, equipos para la carga de agentes de voladura, elevadores, etc., estos equipos solo permiten resolver en forma parcial algunas labores relacionadas con el carguío de explosivos. En contraste, la presente invención permite reunir en un único sistema una pluralidad de elementos que actúan en conjunto y de forma sinérgica para llevar a cabo todas y cada una de las labores necesarias para completar el carguío de explosivos, sin exponer a las personas a potenciales riesgos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1 muestra una vista isométrica de una de las configuraciones del sistema para el carguío de explosivos de la presente invención.

La figura 2 muestra una vista en elevación lateral de una configuración del sistema para el carguío de explosivos de la presente invención.

La figura 3 muestra una vista ampliada de una sección de la configuración del sistema para el carguío de explosivos de la figura 2.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con las configuraciones mostradas en las figuras adjuntas, la presente invención consiste en un sistema (100) para el carguío de explosivos en una superficie de carguío (200) de una faena subterránea, el cual puede operar en forma autónoma, semiautónoma o mediante manejo a distancia, el cual comprende: un subsistema de posicionamiento que comprende medios para el desplazamiento del sistema mediante navegación autónoma, semiautónoma o mediante manejo a distancia; un subsistema de limpieza de la base que comprende medios para remover elementos no deseados que pueden obstruir la operación de carga de explosivos en las perforaciones; un subsistema de escaneo de la superficie de carguío que comprende medios de detección para detectar perforaciones en la superficie perforada y asignar una ubicación para cada una de ellas; un subsistema de sondaje de perforaciones que comprende medios para determinar parámetros físicos de cada perforación; un subsistema de limpieza de perforaciones que comprende medios para limpiar cada perforación para proceder con la carga de explosivos; un subsistema de primado y carguío que comprende medios para realizar la carga de un iniciador, detonador y otros materiales explosivos, posicionándolos en cada perforación; un subsistema de carga de agentes de voladura que comprende medios para suministrar un agente de voladura luego de posicionados los explosivos en cada perforación; un subsistema de sellado de perforación, que comprende medios para tapar cada una de las perforaciones una vez que se ha llevado a cabo la operación de carga de explosivos; un subsistema de detonación que comprende medios para detonar cada una de las perforaciones cargadas con explosivos; y un subsistema de control que se comunica con cada uno de los demás subsistemas y controla cada uno de los elementos para la carga y detonación de explosivos.

La invención puede ser implementada en todo tipo de faenas subterráneas o aplicaciones en minería subterránea que involucran explosivos. Sin embargo, para efectos ilustrativos la descripción detallada de la invención se llevará a cabo en función de las figuras adjuntas, las cuales se refieren al carguío de explosivos en una frente (200) de una faena subterránea.

De esta manera, en configuraciones preferentes de la invención, el sistema puede comprender además un subsistema de guía y apertura de malla en aquellos casos en que se dispone de una malla de fortificación sobre la frente con las perforaciones, con el objeto de permitir la operación de los distintos elementos del sistema a través de la malla. En particular, el subsistema de guia y apertura de malla puede comprender preferentemente un dispositivo en la forma de un espéculo (no mostrado en las figuras), el cual consiste en dos o más piezas que se abren mediante un mecanismo de accionamiento, deformando así la malla y creando el espacio para que pasen los elementos del sistema que se utilizan para la carga de explosivos. Este sistema puede comprender además una herramienta de corte, en el caso de que no exista el espacio suficiente para la inserción del espéculo.

Como se muestra en las figuras 1 y 2, el subsistema de posicionamiento comprende medios para el desplazamiento (110) del sistema completo, por ejemplo, disponiéndose en un vehículo operado mediante navegación autónoma, el cual puede movilizarse mediante ruedas u orugas, y puede ser impulsado mediante electricidad, combustible o mediante el uso de baterías. Además, el subsistema de posicionamiento comprende medios para mover y posicionar distintos elementos que componen el sistema para el carguío de explosivos, como por ejemplo el uso de brazos robóticos (120) y mangueras (no mostradas en las figuras), los cuales pueden ser accionados a través de sistemas hidráulicos, neumáticos o eléctricos.

El subsistema de posicionamiento se comunica con el subsistema de control, el cual dispone de un mapa de la zona de voladura en que se encuentra operando el sistema, y a partir de dicho mapa el subsistema de posicionamiento permite el accionamiento de distintos medios para movilizar cada uno de los elementos que sean necesarios para las distintas labores. De esta manera, el subsistema de posicionamiento permite el movimiento del sistema completo en forma autónoma dentro de la faena subterránea, mediante la utilización del mapa provisto por el subsistema de control.

Por su parte, como se muestra en las figuras 1 y 3, el subsistema de limpieza de la base comprende medios (123) que permiten la remoción de escombros o residuos de las perforaciones presentes en la base o zona inferior de la frente (denominada comúnmente “zapatera”), con el objeto de despejar las perforaciones que puedan verse obstruidas por dichos residuos. Preferentemente, los medios para llevar a cabo la limpieza de residuos pueden comprender el uso de mangueras que suministran agua y/o aire a presión, o bien dichos medios pueden comprender el uso de elementos móviles, como por ejemplo escobillas móviles que remueven los residuos.

El subsistema de escaneo de la frente comprende el uso de sensores que permiten un escaneo tridimensional de la frente de carguío, los cuales permiten detectar cada una las perforaciones. Incluso en aquellos casos en que se dispone de una malla metálica de segundad para prevenir desprendimientos de roca, el subsistema de escaneo de la frente es capaz de detectar las perforaciones a través de la malla. Mediante este escaneo el subsistema detecta cada una de las perforaciones y les asigna una ubicación dentro de un modelo digital.

En particular, el subsistema puede incluir el uso de sensores LIDAR, sensores TOF, cámaras y otros, los cuales pueden ser movilizados mediante brazos hidráulicos, en donde el brazo es capaz de movilizarse en distintas posiciones con el objeto de llevar a cabo el escaneo de toda la frente. De esta forma, el o los sensores utilizados se pueden disponer en distintas ubicaciones dentro del sistema, y preferentemente se disponen en la base de el o los brazos robóticos (120).

En una configuración preferente de la invención, el subsistema lleva a cabo un escaneo general de la frente mediante la utilización de uno o más sensores LIDAR y una cámara de apoyo, con el objeto de asignar la ubicación de las perforaciones. Posteriormente, el subsistema de escaneo divide la frente en sectores, y el brazo robótico en que se encuentra montado el subsistema de escaneo se posiciona frente a cada sector. En este punto se lleva a cabo un escaneo del sector específico seleccionado mediante el uso del sensor LIDAR y la cámara de apoyo, para entonces comparar los resultados del escáner con un diagrama de perforaciones preexistente, proveniente de la etapa de perforación. En el caso de que luego de dicha comparación se detecten discrepancias, por ejemplo en el caso de que el sensor no haya detectado una perforación presente en el diagrama preexistente, el subsistema de escaneo de la frente utiliza el sensor o cámara TOF. En este caso, el sensor TOF se dispone más cerca de la zona donde debería encontrarse la perforación no detectada, con el objeto de identificarla. En relación al subsistema de sondaje de perforaciones, este comprende preferentemente el uso de un sensor ¡nercial que permite establecer parámetros como la longitud e inclinación de la perforación.

Preferentemente, el subsistema de limpieza de perforaciones comprende igualmente medios para identificar el estado de limpieza de cada perforación y para limpiar cada perforación para proceder con la carga de explosivos.

Como se muestra más detalladamente en las figuras 2 y 3, el subsistema de primado y carguío comprende preferentemente el uso de un dispositivo primador (no mostrado en las figuras), uno o más brazos robóticos (120), uno o más medios de empuje, un contenedor de iniciadores o “boosters” (130) y un contenedor de detonadores (131). El dispositivo primador se puede ubicar preferentemente en el brazo robótico o en una zona aledaña al mismo, y el mismo brazo robótico se encarga de retirar un iniciador desde un contenedor de iniciadores (130) para posicionarlo en el dispositivo primador, y retirar posteriormente un detonador desde un contenedor de detonadores (131) y posicionarlo de manera enfrentada al iniciador en el dispositivo primador, para luego localizar el objeto primado en el extremo del brazo robótico. De esta forma, el subsistema de primado y carguío comprende un mecanismo especializado que permite llevar a cabo la operación de “primado”, consistente en acoplar debidamente el detonador con el iniciador respectivo, una vez que ambos componentes se encuentran en el dispositivo primador. Posteriormente, mediante el brazo robótico (120) se posiciona la prima al interior de una perforación respectiva en la frente, y la misma es empujada mediante el medio de empuje, luego se carga el agente de voladura y se posiciona una antena de detonador al exterior de la perforación, para ser utilizada posteriormente por el subsistema de detonación. Preferentemente, el medio de empuje corresponde a una manguera flexible, sin embargo, otros medios son contemplados dentro de la invención, como barras u otros.

En configuraciones preferentes de la invención, el subsistema de primado y carguío puede comprender además el carguío de elementos explosivos adicionales, como por ejemplo explosivos tipo dinamitas. En esta configuración, el subsistema de primado y carguío posiciona distintos dispositivos de dinamitas en las perforaciones de los extremos de la frente, denominados como la “corona” de la frente. En estas perforaciones, luego de la carga de la prima, el subsistema de primado y carguío posiciona los dispositivos dinamitas dentro de dichas perforaciones, en lugar de cargar un agente de voladura.

Los dispositivos dinamitas comúnmente consisten en cartridge alargados que se conectan unos con otros en serie, cubriendo gran parte de la longitud de la perforación. De esta forma, el subsistema de primado y carguío comprende medios que permiten la conexión en serie de los dispositivos dinamita, uno detrás de otro, y que permiten además la inserción de los mismos en cada perforación. La cantidad de dispositivos dinamita que sean conectados dependerá de la longitud de cada perforación.

En aquellas perforaciones en que no se insertan dispositivos dinamita actúa el subsistema de carga de agentes de voladura, el cual preferentemente puede utilizar la misma manguera utilizada en la carga de explosivos para el suministro de un agente de voladura a cada perforación de la frente. Para esto, el subsistema de carga de agentes de voladura comprende medios contenedores del agente de voladura y medios de presurización que permiten la provisión de agentes de voladura a través de la manguera. De esta manera, luego de que el subsistema de primado y carguío ha posicionado debidamente la prima o los elementos explosivos, la manguera es accionada para ir retrocediendo dentro de cada perforación al mismo tiempo que se va suministrando el agente de voladura.

Como se muestra en las figuras 1 y 2, el subsistema de carga del agente de voladura preferentemente comprende además un sistema para la preparación del agente de voladura (140), el cual tiene por objeto alojar los insumos necesarios para la preparación del agente de voladura, preparar la mezcla de los mismos, y permitir el suministro del agente de voladura hacia cada una de las perforaciones en la frente. De esta manera, el sistema para la preparación del agente de voladura (140) permite la fabricación in situ del agente de voladura o ANFO (por sus siglas en inglés “Ammonium Nitrate - Fuel Oil”), con cualquier tipo de componentes que se requiera y en cualquiera de las proporciones necesarias para una operación dada.

El sistema para la fabricación del agente de voladura (140) comprende preferentemente contenedores que alojan los componentes para la fabricación del agente de voladura, o bien un único contenedor que comprende divisiones internas para alojar dentro de respectivos compartimentos los distintos componentes. El sistema comprende además medios de bombeo, que proporcionan la presión necesaria para el traslado de los componentes hacia unos medios de mezcla, y que permiten posteriormente trasladar la mezcla preparada hacia cada una de las perforaciones en la frente. Una vez finalizado el proceso de mezcla, el agente de voladura ya preparado puede ser trasladado a través de respectivas mangueras hacia las perforaciones en la frente, con la ayuda de los brazos robóticos (120).

El sistema para la preparación del agente de voladura (140) se comunica además con el subsistema de control, el cual permite controlar de forma programable el proceso de preparación del agente de voladura. De esta manera, mediante la utilización del subsistema de control se puede preparar y suministrar el agente de voladura en forma automática, mediante control local o a distancia.

El subsistema de sellado de perforación consiste en la utilización de medios que permiten introducir material inerte, que puede consistir preferentemente en algún tipo de espuma, u otro tipo de materiales. De esta manera, dichos medios cubren el extremo expuesto de cada perforación, generando así un sello o tapón una vez que se ha llevado a cabo la operación de carga de explosivos. Los medios utilizados en este subsistema se disponen preferentemente en el extremo del brazo robótico (120).

Preferentemente, el subsistema de detonación consiste en un sistema de detonación inalámbrica, el cual comprende un activador de antenas de detonadores. En particular, el subsistema de detonación comprende medios que permiten la activación de las antenas localizadas en cada uno de los detonadores de cada perforación, como por ejemplo a través de medios ópticos, como un haz de luz codificado, o bien mediante cualquier otro tipo de señal inalámbrica, proporcionando así la información de retardo de cada detonador y realizar la detonación desde el subsistema de control. Sin embargo, cabe tener en consideración que la invención contempla igualmente la posibilidad de llevar a cabo procesos de detonación alámbrica, en general.

Además, si bien los distintos subsistemas han sido descritos en términos del uso de un brazo robótico (120) que comprende medios necesarios para ejecutar las operaciones de carga de explosivos en la frente de la faena subterránea, opcionalmente el sistema puede comprender el uso de dos o más brazos robóticos que pueden operar en forma simultánea, de modo de permitir la carga de explosivos en forma simultánea o programada en distintas perforaciones.

La presente invención contempla además un procedimiento para el carguío de explosivos en una faena minera subterránea, el cual comprende los pasos de: a) posicionar el sistema para el carguío de explosivos dentro de la faena subterránea mediante navegación autónoma, semi-autónoma o mediante manejo a distancia; b) llevar a cabo un proceso de limpieza de la base de la frente con el objeto de remover elementos no deseados que pueden obstruir el ingreso de explosivos en las perforaciones; c) realizar un escaneo de la superficie de carguío para detectar cada una de las perforaciones y asignar una ubicación para cada una de ellas; d) realizar una evaluación del interior de cada perforación con el objeto de establecer parámetros físicos de la misma; e) llevar a cabo una operación de primado mediante la combinación de detonadores con respectivos iniciadores y cargar cada prima dentro de una respectiva perforación; f) posicionar una antena de detonador al exterior de cada perforación; g) cargar un agente de voladura en cada perforación y llevar a cabo una operación de sellado de cada perforación, posicionando entonces una antena en el extremo de cada perforación; y h) activar las antenas de cada uno de los detonadores mediante una señal inalámbrica para provocar la detonación en cada una de las perforaciones.

Adicionalmente, el procedimiento comprende el paso de realizar una apertura de malla, en aquellos casos en que se dispone de una malla de fortificación sobre la frente con las perforaciones, con el objeto de permitir la operación de los distintos elementos del sistema a través de la malla. En particular, el paso de realizar una apertura de malla comprende el uso de un dispositivo en la forma de un espéculo, el cual permite deformar la malla y crear el espacio suficiente para que puedan pasar los distintos elementos del sistema que se utilizan para la carga de explosivos. Ademas, este paso puede incluir la acción de cortar una sección de la malla en el caso de que no exista el espacio suficiente para la inserción del espéculo.

Preferentemente, el paso de posicionar el sistema para el carguío de explosivos comprende accionar medios para la movilización del sistema en base a un mapa de la zona de voladura provisto por el subsistema de control, permitiendo así el movimiento del sistema completo en forma autónoma dentro de la faena subterránea.

En forma similar, el proceso de limpieza de la base de la frente comprende el accionamiento de medios que permiten la remoción de escombros o residuos de perforación presentes en la base o zona inferior de la frente, con el objeto de despejar las perforaciones que puedan verse obstruidas por dichos residuos.

El proceso de escaneo de la frente incluye los pasos de utilizar sensores para realizar un escaneo tridimensional de la frente de carguío para detectar cada una las perforaciones y asignarles una ubicación. En particular, este proceso incluye los pasos específicos de: a) llevar a cabo un escaneo general de la frente mediante la utilización de sensores LIDAR y una cámara de apoyo, con el objeto de asignar la ubicación de las perforaciones; b) dividir la frente en sectores y posicionar los sensores en cada sector para llevar a cabo un escaneo del sector específico; c) comparar los resultados del escáner con un diagrama de perforaciones preexistente; y d) en el caso de que se detecten discrepancias, utilizar un sensor o cámara TOF que se dispone más cerca de la zona donde se encontró la discrepancia, con el objeto de identificar una perforación.

Con respecto al paso de realizar una evaluación del interior de cada perforación, este incluye el paso de utilizar un sensor ¡nercial para establecer parámetros físicos de la perforación, como la longitud e inclinación de la perforación, y suministrar aire a presión para llevar a cabo una limpieza de cada perforación. Ademas, el paso de realizar una evaluación del interior de cada perforación preferentemente incluye el paso de identificar el estado de limpieza de cada perforación y limpiar cada perforación para proceder con la carga de explosivos. En esta configuración, se puede utilizar elementos flexibles, como por ejemplo mangueras, para suministrar fluido a presión, como agua o mezclas de aire y agua.

En relación al proceso de primado y carguío, este incluye los pasos de: a) retirar un iniciador y un detonador desde respectivos contenedores para posicionarlos en un dispositivo primador; b) utilizar un mecanismo especializado que permite llevar a cabo la operación de primado, acoplando debidamente el detonador con el iniciador respectivo; c) posicionar cada prima al interior de una perforación respectiva, y empujarla mediante una manguera de carguío; y d) posicionar una antena de detonador en el exterior de cada perforación.

Además, en configuraciones opcionales de la invención, el proceso de primado y carguío incluye los pasos de: e) retirar desde un contenedor un dispositivo dinamita; f) acoplar dos o más dispositivos tipo dinamita en serie, dependiendo la cantidad de la longitud registrada de cada perforación; g) insertar dispositivos dinamita en algunas perforaciones seleccionadas en los extremos de la frente.

En aquellas perforaciones en que no se insertan dispositivos dinamita se lleva a cabo el paso de cargar un agente de voladura, el cual comprende el accionamiento de medios para el suministro de un agente de voladura en cada una de las perforaciones a través de la manguera de carguío. Además, la operación de sellado de cada perforación consiste en la utilización de medios que introducen material inerte que cubren el extremo expuesto de cada perforación, generando así un sello o tapón una vez que se ha llevado a cabo la operación de carga de explosivos. Por ultimo, cabe destacar que distintos parametros particulares de la invención, como las dimensiones, la elección de materiales, y aspectos específicos de las configuraciones preferidas descritas anteriormente pueden variar o ser modificadas en función de los requerimientos de operación. En consecuencia, la descripción de las configuraciones específicas descritas anteriormente no pretende ser limitantes, y dichas variaciones y/o modificaciones se encuentran dentro del espíritu y alcance de la invención.