Radio detonator, primer, radio detonation system, and radio detonation method |
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申请号 | JP2013000909 | 申请日 | 2013-01-08 | 公开(公告)号 | JP2014134298A | 公开(公告)日 | 2014-07-24 |
申请人 | Nof Corp; 日油株式会社; | 发明人 | HIKONE SATOSHI; TAZAKI YOJI; | ||||
摘要 | PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radio detonator, a primer, a radio detonation system, and a radio detonation method that can make shorter a time of work nearby a face plane.SOLUTION: There is provided a radio detonator 10 including a detonation part 10A, a control part 10B which is connected to the detonation part and fires the detonation part 10a, a tube body 10X which houses the detonation part and control part, and a detonation-side antenna 30 which is an antenna that the control part uses for radio communication, and can be used for transmission and reception without individually having an antenna only for transmission and an antenna only for reception. The detonation-side antenna is a soft magnetic body coil antenna, and the control part 10B receives a transmission signal having an operation frequency of 100 to 500 KHz through the detonation-side antenna 30. | ||||||
权利要求 | 起爆部と、 前記起爆部に接続されて前記起爆部に点火する制御部と、 前記起爆部と前記制御部とが収容される管体と、 前記制御部が無線通信にて使用するアンテナであって送信専用アンテナ及び受信専用アンテナを別々に有することなく送受信に使用可能な起爆側アンテナと、 を備えている無線起爆雷管であって、 前記起爆側アンテナは、軟磁性体コイルアンテナであり、 前記制御部は、前記起爆側アンテナを介して100KHz以上500KHz以下の周波数である操作周波数の送信信号を受信する、 無線起爆雷管。 請求項1に記載の無線起爆雷管であって、 前記起爆側アンテナは、前記管体に接触して前記管体の軸上に、もしくは前記管体に接触して前記管体の周囲に設置されている、 無線起爆雷管。 請求項1に記載の無線起爆雷管であって、 前記起爆側アンテナは、導電線を介して前記管体と接触せずに所定の方向に向けられて配置されている、 無線起爆雷管。 請求項1〜3のいずれか一項に記載の無線起爆雷管であって、 前記無線起爆雷管には、当該無線起爆雷管を識別可能な個体情報が表示された表示装置が、当該無線起爆雷管に直接、またはケーブルを介して取り付けられている、 無線起爆雷管。 請求項1〜4のいずれか一項に記載の無線起爆雷管と爆薬とで構成された親ダイであって、 前記無線起爆雷管は前記爆薬に取り付けられており、 前記ケーブルを介して前記表示装置が取り付けられている場合、前記ケーブルの長さは、前記親ダイが被爆破個所に削孔された装薬孔に装填された際に、前記表示装置が前記装薬孔の外に達することが可能な長さに設定されている、 親ダイ。 請求項5に記載の親ダイと、 前記装薬孔から離れた遠隔位置に配置されて前記無線起爆雷管に前記送信信号を無線で送信し、前記無線起爆雷管からの応答信号を無線で受信する起爆操作機と、 前記起爆操作機が無線通信にて使用するアンテナであって送信専用アンテナ及び受信専用アンテナを別々に有することなく送受信に使用可能な操作側アンテナと、にて構成された無線起爆システムであって、 前記操作側アンテナは略ループ形状であり、 前記制御部は、前記起爆操作機から前記送信信号を受信すると、受信した前記送信信号に対応する応答信号を作成し、作成した前記応答信号を、前記操作周波数よりも高い周波数である応答周波数にて、前記起爆側アンテナを介して送信し、 前記応答周波数は、前記操作側アンテナのループ長さよりも長い波長となる周波数に設定されている、 無線起爆システム。 請求項6に記載の無線起爆システムであって、 前記応答周波数は、前記操作周波数を超え、かつ10MHz以下である、 無線起爆システム。 請求項5に記載の親ダイと、 前記無線起爆雷管に送信信号を無線で送信し、前記無線起爆雷管からの応答信号を無線で受信する起爆操作機と、を用いて被爆破個所を爆破する無線起爆方法において、 前記被爆破個所に装薬孔を削孔する装薬孔削孔ステップと、 前記親ダイを前記装薬孔に装填する装填ステップと、 前記起爆操作機が無線通信にて使用するアンテナであって前記応答信号の周波数である応答周波数に対応する波長よりも短い長さに設定した操作側アンテナを、前記被爆破個所から所定距離だけ離れた位置に略ループ形状に張る操作側アンテナ張りステップと、 前記操作側アンテナを介して前記起爆操作機から100KHz以上500KHz以下の周波数である操作周波数にて前記無線起爆雷管に起爆準備を開始させる送信信号である準備開始信号を送信する準備開始送信ステップと、 前記起爆側アンテナを介して前記準備開始信号を受信した制御部にて起爆準備を開始させ、準備が完了した場合に準備完了を示す応答信号である準備完了信号を、前記操作側アンテナの長さよりも長い波長となる前記操作周波数を超え、かつ10MHz以下の前記応答周波数にて前記起爆側アンテナを介して前記制御部から前記起爆操作機に送信する準備完了応答ステップと、 前記操作側アンテナを介して前記準備完了信号を受信した前記起爆操作機から起爆の実行を指示する送信信号である起爆実行信号を送信する起爆実行送信ステップと、 前記起爆側アンテナを介して前記起爆実行信号を受信した制御部にて前記起爆部に点火して前記起爆部及び前記爆薬を起爆する起爆ステップと、を有する、 無線起爆方法。 請求項8に記載の無線起爆方法であって、 前記無線起爆雷管に、前記表示装置が前記装薬孔の外に達することが可能な長さの前記ケーブルを介して前記表示装置が取り付けられている場合、 前記装填ステップにおいて、前記表示装置が前記装薬孔の外に達するように前記装薬孔に前記親ダイを装填する、 無線起爆方法。 |
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说明书全文 | 本発明は、トンネルの掘削等にて使用する無線起爆雷管、親ダイ、無線起爆システム、及び無線起爆方法に関する。 従来より、トンネルの掘削現場等における爆破作業では、掘削面である切羽面において掘削方向に向けて、例えば径が数cm、深さが数m程度の装薬孔を複数削孔し、各装薬孔に無線で起爆させることができる爆薬を装填し、切羽面から離れた遠隔位置から起爆信号を無線で送信して爆破する発破工法が開示されている。 特許文献1に記載された従来技術では、送信アンテナを洞壁面の全周にわたってコイル状に複数回巻いており、送信機から送信される周波数が10KHz以下であるため、50巻き以下、好ましくは30巻き以下とすることが開示されている。 全周にわたって洞壁面に近接配置するループアンテナを30回も巻いて張る作業は非常に手間がかかるとともに、送信アンテナの設置のために切羽面の近傍での作業時間が長くなり、切羽面近傍の落石や崩落等に遭遇する可能性が高まるので、好ましくない。 また、無線起爆雷管のアンテナとなる受信コイルも、10KHz以下の周波数の信号を受信してより大きなエネルギーを取り出すために、後述するように、高透磁率かつ大きなフェライトコアに導線を多数回巻いた複雑なものが必要となる。 特許文献4には具体例として、コイルの巻数が100〜100000(T)であり、直径φ35mm〜φ47mm、長さ5〜300mmの受信コイルが示されている。 また、特許文献1〜4に記載された従来技術から想定される操作機と無線起爆雷管では、以下の課題が残る。 また受信側でより効率的に受信する方法としては、送信信号の波長λに対してλ/2の長さにより近いアンテナで受信すること、及びアンテナを多数巻きにして取り出したエネルギーを増幅すること、高透磁率コアを用いて送信信号を集約すること、が挙げられる。 特許文献1〜4に記載された従来技術では、送信信号の周波数が10KHzであるので、λ=v/f=(30*10 7 )[m]/(10*10 3 )=30[Km]であり、λ/2=15[Km]となり、この長さのアンテナを無線起爆雷管に取り付けるのは現実的でない。 そこで、実際には50mm径程度の高透磁率コアに導線を数100〜100000巻回し、円筒状の爆薬の径とほぼ同径のコイルコアをアンテナとして用いている。 この場合、コイルコアが野球のボール程度の大きさとなり、重量も数100gであり、導電線で装薬孔の外に垂らすと導電線が切れる可能性があり、コイルコアを装薬孔の外に垂らすことは好ましくない。 従って、特許文献1及び4のコア及び受信コイルに記載されているように、無線起爆雷管の先頭部に配置することが好ましい。 しかし、その場合、受信アンテナであるコイルコアが装薬孔の最も奥に配置されることになるので、送信信号が届きにくく、10KHz程度の低周波の場合、受信効率を向上させることが困難である。 また特許文献1〜3に記載された従来技術では、無線起爆雷管から操作機へ無線で送信する応答信号の周波数は10MHz〜60MHzと記載されている。 ここで応答信号の周波数を10MHzとした場合、操作機の側で受信するアンテナにおいて最も効率良く受信できる長さはλ/2=[(30*10 7 )/(10*10 6 )]/2=15[m]である。 なお、λよりも長いアンテナを用いると定在波が発生しやすいので好ましくない。 ところが、操作機から送信信号を送信するアンテナは、上述したように、トンネル内壁に沿って40〜500巻回しているので、λ(この場合、30[m])を軽くオーバーしてしまっている。 よって、操作機にて応答信号を受信するためのアンテナは、特許文献3に記載されているように、受信専用の半波長ダイポールアンテナが必要となる。 また、無線起爆雷管から応答信号を送信する際、上記のコイルコアを用いると、装薬孔の一番奥から応答信号を発信することになり、操作機に届くエネルギーが非常に小さくなってしまう。 そこで特許文献3に記載されているように、無線起爆雷管は、応答信号の送信専用の線状アンテナを装薬孔の外に垂らしている。 上記課題を解決するため、本発明に係る無線起爆雷管、親ダイ、無線起爆システム、及び無線起爆方法は次の手段をとる。 この第1の発明によれば、無線起爆雷管が無線通信にて受信する周波数を100KHz以上500KHz以下の周波数とすることで、起爆側アンテナを軟磁性体に導線を数回〜数十回、巻回した軟磁性体コイルアンテナとすることができる。 次に、本発明の第2の発明は、上記第1の発明に係る無線起爆雷管であって、前記起爆側アンテナは、前記管体に接触して前記管体の軸上に、もしくは前記管体に接触して前記管体の周囲に設置されている。 この第2の発明によれば、起爆側アンテナの設置位置を適切な位置とすることが可能である。 また、管体と起爆側アンテナが一体化しているので、切羽面の装薬孔への無線起爆雷管の装填時間をより短くすることができる。 次に、本発明の第3の発明は、上記第1の発明に係る無線起爆雷管であって、前記起爆側アンテナは、導電線を介して前記管体と接触せずに所定の方向に向けられて配置されている。 この第3の発明によれば、起爆側アンテナの設置の自由度を増すことができる。 例えば装薬孔の奥に無線起爆雷管を設置した場合であっても、装薬孔の入口部に起爆側アンテナを設置することができるので便利である。 次に、本発明の第4の発明は、上記第1の発明〜第3の発明のいずれか1つに係る無線起爆雷管であって、前記無線起爆雷管には、当該無線起爆雷管を識別可能な個体情報が表示された表示装置が、当該無線起爆雷管に直接、またはケーブルを介して取り付けられている。 この第4の発明によれば、無線起爆雷管の個体情報が表示装置により確認可能となる。 次に、本発明の第5の発明は、上記第1の発明〜第4の発明のいずれか1つに係る無線起爆雷管と爆薬とで構成された親ダイであって、前記無線起爆雷管は前記爆薬に取り付けられており、前記ケーブルを介して前記表示装置が取り付けられている場合、前記ケーブルの長さは、前記親ダイが被爆破個所に削孔された装薬孔に装填された際に、前記表示装置が前記装薬孔の外に達することが可能な長さに設定されている。 この第5の発明によれば、適切な親ダイを構成することができる。 次に、本発明の第6の発明は、上記第5の発明に係る親ダイと、前記装薬孔から離れた遠隔位置に配置されて前記無線起爆雷管に前記送信信号を無線で送信し、前記無線起爆雷管からの応答信号を無線で受信する起爆操作機と、前記起爆操作機が無線通信にて使用するアンテナであって送信専用アンテナ及び受信専用アンテナを別々に有することなく送受信に使用可能な操作側アンテナと、にて構成された無線起爆システムである。 この第6の発明によれば、起爆操作機から無線起爆雷管に送信する信号の周波数を100KHz以上500KHz以下とすることで、10KHzの場合と比較して、操作側アンテナの巻き数を1/10あるいはそれ以下まで少なくすることができる。 次に、本発明の第7の発明は、上記第6の発明に係る無線起爆システムであって、前記応答周波数は、前記操作周波数を超え、かつ10MHz以下である。 この第7の発明によれば、定在波の発生を防止する応答周波数を、適切な周波数とすることが可能であり、送受信の信頼性を高めることができる。 次に、本発明の第8の発明は、上記第5の発明に係る親ダイと、前記無線起爆雷管に送信信号を無線で送信し、前記無線起爆雷管からの応答信号を無線で受信する起爆操作機と、を用いて被爆破個所を爆破する無線起爆方法である。 この第8の発明によれば、起爆操作機から無線起爆雷管に送信する操作周波数を100KHz以上500KHz以下とするとともに、起爆側アンテナとして軟磁性体コイルアンテナを用いることで、起爆側アンテナの指向性の調整と、装填ステップと、操作側アンテナ張りステップにかかる時間、すなわち切羽面近傍における作業時間を、より短くすることができる無線起爆方法を実現することができる。 次に、本発明の第9の発明は、上記第8の発明に係る無線起爆方法であって、前記無線起爆雷管に、前記表示装置が前記装薬孔の外に達することが可能な長さの前記ケーブルを介して前記表示装置が取り付けられている場合、前記装填ステップにおいて、前記表示装置が前記装薬孔の外に達するように前記装薬孔に前記親ダイを装填する。 この第9の発明によれば、無線起爆雷管に異常が発生した際、例えば作業者は、起爆操作機に表示された個体情報(例えば起爆遅延時間や識別番号等)と、装薬孔の外の表示装置に表示されている個体情報とを比較することにより、異常が発生している無線起爆雷管を、容易に特定することができる。 以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて、トンネルの掘削現場を例として説明する。 起爆操作機50には、発破母線62と補助母線61を介して操作側アンテナ60が接続されている。 なお、操作側アンテナ60と補助母線61は、爆破する毎に新たに張られる。 本実施の形態にて説明する無線起爆システム1では、操作周波数を100KHz以上500KHz以下とすることで、操作側アンテナ60の巻き回数を、1回あるいは数回程度とすることができる。 また、当該操作周波数の送信信号にて無線起爆雷管10の制御部10Bに給電するとともに点火用のエネルギーを蓄電させる。 制御部10Bの給電及び蓄電のための送信時の電力は、数10W〜数100W程度の比較的小電力で行うことができる。 また、起爆側アンテナ30は、送信専用アンテナ及び受信専用アンテナを別々に用意する必要がなく、送受信用の1個の軟磁性体コイルアンテナにて起爆側アンテナ30を構成することができる。 また、起爆側アンテナ30の径は、装薬孔の直径以下とすることが可能である。 操作周波数が10KHz以下の従来の方法では、既に説明したように、送信信号を送信するための操作側アンテナの巻き数が40〜500回程度必要であり、無線起爆雷管からの応答信号を受信するためのダイポールアンテナが必要であり、切羽面近傍において非常に長い作業時間が必要であった。 ●[無線起爆雷管10の構造(図2)と無線起爆方法の処理手順(図3)] 図3に示すように、作業者は、ステップS10の装薬孔削孔ステップにて、削孔機等を用いて切羽面41に複数の装薬孔40を削孔し、ステップS20に進む。 起爆操作機50は、ステップS110にて、作業者から、全ての無線起爆雷管10に対して起爆準備を開始させる準備開始信号の送信の指示が入力されたか否かを判定する。 作業者から指示が入力された場合(Yes)はステップS120に進み、指示が入力されていない場合(No)はステップS110に戻り、入力を待つ。 無線起爆雷管10の制御部10BのCPU12Aは、ステップS210にて、起爆操作機50からの準備開始信号を受信したか否かを判定する。 準備開始信号を受信した場合(Yes)はステップS220に進み、受信していない場合(No)はステップS210に戻り、入力を待つ。 この場合、図2に示す送受信手段12Bは、起爆側アンテナ30から直接、もしくは起爆側アンテナ30と導電線31を介して入力された起爆操作機50からの送信信号(この場合、準備開始信号)を検出してCPU12Aに出力する。 また送受信手段12Bは、受信した操作周波数(この場合、200KHz)の信号を電力に変換して制御部10B内にて使用する電力と、蓄電手段12Cに蓄電する電力を供給する。 起爆操作機50は、ステップS130にて、無線起爆雷管10からの準備完了信号を受信したか否かを判定する。 複数の無線起爆雷管10のそれぞれには、固有のIDが予め割り付けられており、準備完了信号にはID情報が含まれている。 起爆操作機50は、全ての無線起爆雷管からの準備完了信号を受信したか否かを判定する。 全ての無線起爆雷管10からの準備完了信号を受信した場合(Yes)はステップS140に進み、そうでない場合(No)はステップS130に戻り、全ての無線起爆雷管10から準備完了信号を受信するまで待つ。 なお、所定時間経過しても全ての無線起爆雷管からの準備完了信号を受信できない場合は、作業者の操作によって、図示しない中断等の処置が施される。 それぞれの無線起爆雷管10のCPU12Aは、ステップS250にて、起爆実行信号を受信したか否かを判定する。 この場合、送受信手段12Bが起爆側アンテナ30から直接、もしくは起爆側アンテナ30と導電線31を介して入力された起爆操作機50からの送信信号(この場合、起爆実行信号)を検出してCPU12Aに出力し、CPU12Aは送受信手段から受け取った信号が起爆実行信号であるか否かを判定する。 起爆実行信号を受信した場合(Yes)はステップS260に進み、受信していない場合(No)はステップS250に戻り、起爆実行信号が送信されるのを待つ。 なお、所定時間経過しても起爆実行信号が送信されてこない場合は、タイムアウトと判定して蓄電手段12Cに蓄電したエネルギーを破棄して終了する。 以上、本実施の形態の図1及び図2にて説明した無線起爆雷管10、親ダイ13A、無線起爆システム1では、起爆操作機50から送信する信号の周波数を100KHz以上500KHz以下としているので、起爆側アンテナ30の構造を、軟磁性体を用いた軽量で小型の軟磁性体コイルアンテナとすることが可能であり、装薬孔の直径以下にすることができる。 これにより、装薬孔内の任意の位置に起爆側アンテナを設置、もしくは装薬孔の外に垂らすことができる。 なお図4(A)〜(C)に示すように、無線起爆雷管10が爆薬13に取り付けられて装薬孔に装填される際、起爆側アンテナ30は、無線起爆雷管10を構成している起爆部10A及び制御部10Bを収容している管体10Xに接触して管体10Xの軸上(図4(A)参照)、もしくは管体10Xに接触して管体10Xの周囲(図4(B)参照)、もしくは導電線を介して管体10Xと接触しない離れた位置であって装薬孔内に、所定の方向(効率良く送受信を行うことができる方向であり、無線による給電および通信を必要十分に行うことができる方向)に向けられて設置されている。 本発明の無線起爆雷管10、親ダイ13A、無線起爆システム1、及び無線起爆方法は、本実施の形態にて説明した外観、構造、構成、処理等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。 1 無線起爆システム 10 無線起爆雷管 10A 起爆部 10B 制御部 10C アンテナ部 10X 管体 10Z 閉塞栓 12A CPU |