專利名稱：用于在自主采礦鉆機(jī)上結(jié)合傳感器的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中公開的實(shí)施方式主要涉及用在采礦工業(yè)中的設(shè)備。具體地，本文中公開的實(shí)施方式涉及用在表層采礦鉆井中的設(shè)備。
背景技術(shù)：
相對大的旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)通?？梢杂迷诓傻V工業(yè)中，用于在礦層和地層中鉆孔。大的地鉆機(jī)械，通常熟知為炮眼鉆機(jī)，可以用在涉及繪制鉆井圖案、鉆井炮眼和用爆炸物填充炮眼的工藝中。單獨(dú)的爆炸圖案通常可能由50個(gè)或更多個(gè)炮眼構(gòu)成，每個(gè)炮眼包含用于根據(jù)需
要使地層破裂所需要的測定量爆炸物。圖I示出了典型的炮眼鉆機(jī)(100)，如在美國專利No. 7，143，845中描述的。鉆機(jī)(100)包括托架(102)、設(shè)置在托架(102)上的桅式井架(104)和安裝在桅式井架(102)上的旋轉(zhuǎn)頭(106)，其中旋轉(zhuǎn)頭(106)旋轉(zhuǎn)其上安裝鉆頭的鉆柱。旋轉(zhuǎn)頭例如可以通過液壓驅(qū)動進(jìn)給系統(tǒng)沿著桅式井架上升或下降。旋轉(zhuǎn)頭(106)包括形成內(nèi)腔的殼體、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和設(shè)置在內(nèi)腔中的旋轉(zhuǎn)傳動機(jī)構(gòu)，用于旋轉(zhuǎn)鉆桿。旋轉(zhuǎn)傳動機(jī)構(gòu)包括齒輪系統(tǒng)，其具有可操作地連接至馬達(dá)的動力輸入部和適于連接至鉆桿的動力輸出部。旋轉(zhuǎn)傳動機(jī)構(gòu)可以包括形成動力輸入部的一部分的抗振動慣性體，用于儲存轉(zhuǎn)動能以平衡旋轉(zhuǎn)速度變化并阻止操作期間振動的產(chǎn)生。駕駛室(108)通常連接至托架(102)，并且可以包括用于操作鉆機(jī)的控制裝置(如，可編邏輯控制器，基于控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)的裝置等)，用于處理和顯示從旋轉(zhuǎn)頭
(106)上的傳感器獲得的數(shù)據(jù)。此外，炮眼鉆機(jī)(100)通常包括用來監(jiān)控鉆桿的旋轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)速表(未示出)。轉(zhuǎn)速表為能夠顯示每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)的儀表。更具體地，轉(zhuǎn)速表位于駕駛室(108)中，并接線連接至脈沖拾波器(PPU,pulse-pick up)。屬于用于測量鉆桿(未示出)的RPM的傳感器類型的PTO通?？刹僮鞯剡B接至旋轉(zhuǎn)頭(106)，并測量鉆入地中的鉆桿的REM。當(dāng)旋轉(zhuǎn)頭沿著鉆機(jī)的桅式井架上下移動時(shí)，脈沖拾波器(PPU)和位于駕駛室控制臺中的轉(zhuǎn)速表之間的配線必須隨著旋轉(zhuǎn)頭移動。因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)頭在桅式井架的長度上來回移動時(shí)，配線通常由于持續(xù)的彎曲而疲勞并失效。天氣條件也影響配線的失效率。PPU配線壽命的提高可以通過拉動配線通過液壓軟管并牢固地固定它而實(shí)現(xiàn)。然而，即使采用這種附加支撐，配線由于疲勞而最終失效。由于配線的頻繁失效，鉆井通常在沒有這種測量的情況下繼續(xù)，其中鉆機(jī)上的操作人員改為對RPM和鉆入速度進(jìn)行視覺觀察。然而，隨著采礦工業(yè)向著自主(無人駕駛)鉆井發(fā)展，將沒有人在鉆機(jī)上觀察鉆井。用于無線電轉(zhuǎn)速表的數(shù)據(jù)線將需要更加可靠，因?yàn)檫@種操作參數(shù)的測量和監(jiān)控對于自主鉆井控制來說是必要的。具體地，對于自主鉆機(jī)，重要的是，自主鉆井控制系統(tǒng)知道所有的操作參數(shù)，如鉆桿轉(zhuǎn)動多快。需要的是用于在表層鉆機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)母涌煽亢湍陀玫姆椒ā?br>

圖I示出現(xiàn)有技術(shù)的采礦鉆機(jī)。圖2示出根據(jù)本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的具有無線傳輸系統(tǒng)的采礦鉆機(jī)。圖3示出根據(jù)本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)。圖4示出根據(jù)本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的無線電轉(zhuǎn)速表發(fā)射器的示例性布置。圖5示出根據(jù)本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的無線電轉(zhuǎn)速表發(fā)射器外殼。圖6示出根據(jù)本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的激光深度計(jì)數(shù)器。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。為了保持一致，各個(gè)圖中相同的元件由相同的附圖標(biāo)記表示。在本發(fā)明的實(shí)施方式的接下來的詳細(xì)描述中，闡述了多個(gè)具體細(xì)節(jié)，以更完整地理解本發(fā)明。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將明白，可以不采用這些具體細(xì)節(jié)實(shí)踐本發(fā)明。在一些例子中，公知特征未詳細(xì)描述，以避免不必要地使描述變復(fù)雜。通常，本文中公開的實(shí)施方式提供了用于無線傳輸在采礦鉆機(jī)上收集的數(shù)據(jù)的設(shè)備。更具體地，本公開的實(shí)施方式涉及與用于傳送和接收由位于鉆機(jī)上的傳感器收集的數(shù)據(jù)的無線傳輸裝置(發(fā)送和接收)一起使用的感測和測量儀器。遠(yuǎn)程控制的自主鉆井，即無人鉆機(jī)指的是所謂的遙控鉆眼設(shè)備。自主采礦操作涉及例如可以采用攝像機(jī)從外面(例如地上、控制室)控制的無人鉆機(jī)、裝載車輛和其它采礦車輛的集合使用。由于在自主鉆井系統(tǒng)中沒有人的參與，因此必須感測數(shù)據(jù)并發(fā)射至遠(yuǎn)程計(jì)算裝置，在遠(yuǎn)程計(jì)算裝置中可以監(jiān)控、分析和優(yōu)化所述數(shù)據(jù)以控制和改進(jìn)自主鉆井過程。因此，例如，自主鉆機(jī)可以包括引導(dǎo)鉆機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)、幫助遠(yuǎn)程控制器確定無人鉆機(jī)的特定位置的標(biāo)記、碰撞避免能力和允許鉆機(jī)在沒有人的情況下操作的多種其它部件。此外，無人鉆機(jī)需要高度可靠，以避免人的干預(yù)并能夠從問題或故障中恢復(fù)、更換舊的零件并定期進(jìn)行自主鉆井系統(tǒng)及其所有部件的一般維護(hù)。而且，自主鉆機(jī)要求便宜且有效的解決方案來收集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)發(fā)射至遠(yuǎn)程操作人員。這種解決方案要求軟件控制鉆機(jī)的硬件部件。所述軟件必須能夠引導(dǎo)鉆機(jī)在選定的位置進(jìn)行炮眼鉆井、檢測部件的故障和導(dǎo)航誤差、記錄/報(bào)告鉆機(jī)的活動等。圖2示出根據(jù)本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的包括無線傳輸系統(tǒng)的采礦鉆機(jī)(200)。采礦鉆機(jī)(200)包括桅式井架(204)、旋轉(zhuǎn)頭(202)、駕駛室(206)和無線傳輸系統(tǒng)。具體地，圖2中示出的旋轉(zhuǎn)頭(202)已經(jīng)部分地穿過桅式井架(204)并大體定位在桅式井架(204)的中間。鉆桿(212)連接至旋轉(zhuǎn)頭(202)。采礦鉆機(jī)(200)上的無線傳輸系統(tǒng)包括無線發(fā)射器(208)、連接器(209)和無線接收器(210)。無線發(fā)射器(208)可以為能夠?qū)?shù)據(jù)無線地發(fā)射至無線接收器(210)的任何裝置，如本領(lǐng)域已知的的那些無線發(fā)射器。具體地，無線發(fā)射器(208)負(fù)責(zé)產(chǎn)生具有足夠發(fā)射數(shù)據(jù)/信息的信號強(qiáng)度的輸出信號。而且，無線發(fā)射器可以采用用于發(fā)射數(shù)據(jù)/信息的任何無線傳輸裝置。例如，無線發(fā)射器(208)可以采用射頻信號、超聲波信號、聲波信號、紅外信號、微波信號或適合數(shù)據(jù)的無線傳輸?shù)娜魏纹渌愋桶l(fā)射數(shù)據(jù)。
無線發(fā)射器(208)包括連接器(209)。該連接器構(gòu)造為與感測和測量一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行參數(shù)(如每單位時(shí)間的轉(zhuǎn)數(shù)、溫度、深度、振動、轉(zhuǎn)矩等)的感測儀器的連接器接合(即，配合)。當(dāng)連接器(209)與傳感器連接器接合時(shí)，無線發(fā)射器(208)獲得由感測一起測量的數(shù)據(jù)。感測儀器例如可以為溫度傳感器、振動傳感器、測量鉆桿的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的脈沖拾波器(PPU)傳感器、測量如鉆桿深度的激光傳感器、或測量一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)的任何其它適合類型的感測儀器。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，無線發(fā)射器可以包括與多個(gè)傳感器連接器接合的能力。例如，無線發(fā)射器可以包括構(gòu)造為與多種類型的傳感器連接器接合的多個(gè)連接器或通用連接器。無線發(fā)射器(208)構(gòu)造為將測量的數(shù)據(jù)發(fā)射至無線接收器(210)。雖然圖2中未示出，但無線接收器(210)可以操作地連接至顯示單元。無線接收器(210)和顯示單元都可以位于駕駛室(206)中。在本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，無線接收器(210)采用電線物理地連接至顯示單元?？商鎿Q地，無線接收器可以無線連接至顯示單元，并且可以
物理靠近顯示單元。顯示單元可以為允許監(jiān)控和/或顯示被發(fā)射的數(shù)據(jù)的任何工具，以便可以基于測量的數(shù)據(jù)采取措施。例如，顯示單元可以為與計(jì)算裝置相關(guān)聯(lián)的輸出裝置，如可編程邏輯控制器或圖形用戶界面，和/或構(gòu)造為顯示特定類型的數(shù)據(jù)的特定儀器，如用于顯示每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)速表。在本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，顯示單元可以由操作用于用于鉆機(jī)的控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作人員(或遠(yuǎn)程位置或遠(yuǎn)程鉆機(jī))監(jiān)控和控制。因此，在鉆機(jī)上收集并在顯示單元上顯示的數(shù)據(jù)可以用來操縱、控制和優(yōu)化鉆井。更具體地，例如，在其中鉆機(jī)為自主鉆機(jī)的情況中，遠(yuǎn)程操作人員可以監(jiān)控顯示單元以優(yōu)化自主鉆井。遠(yuǎn)程操作人員可以配置為采用攝像機(jī)傳播觀看自主鉆機(jī)的駕駛室中的顯示單元?？商鎿Q地，遠(yuǎn)程操作人員可以遠(yuǎn)程登錄運(yùn)行顯示單元的計(jì)算裝置。在該情況中，遠(yuǎn)程操作人員能夠遠(yuǎn)程改變顯示單元配置，并在顯示單元上顯示比所顯示的默認(rèn)信息多的相關(guān)信息。在本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，駕駛室(206)中的無線接收器(210)還可以包括將數(shù)據(jù)從駕駛室(206)發(fā)射至遠(yuǎn)程位置處的另一個(gè)接收器的功能性。例如，該無線接收器可以操作地連接至具有將數(shù)據(jù)發(fā)射至位于遠(yuǎn)程位置的第二接收器的能力的發(fā)射器。因此，數(shù)據(jù)可以直接發(fā)射至遠(yuǎn)程位置，而不顯示在駕駛室中的顯示單元上。在該情況中，可以隨后在遠(yuǎn)程位置顯示直接發(fā)射的數(shù)據(jù)，用于分析和/或監(jiān)控。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，雖然圖2示出了安裝在旋轉(zhuǎn)頭(202)上或內(nèi)的無線發(fā)射器(208)，但無線發(fā)射器(208)可以放置在鉆機(jī)上的允許無線發(fā)射器(208)的連接器與傳感器連接器接合的任何位置。因此，例如，取決于正收集的數(shù)據(jù)的類型，無線發(fā)射器(208)可以安裝在桅式井架(204)的側(cè)面、旋轉(zhuǎn)頭(208)的頂部或鉆機(jī)上的任何適合位置。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，圖2的無線傳輸系統(tǒng)不限于表層采礦鉆機(jī)或炮眼鉆井。例如，該無線傳輸系統(tǒng)還可以用在地下鉆機(jī)、爆破鉆機(jī)、水井和/或勘探鉆機(jī)，其可以不在鉆井之后爆破，而是可以鉆孔，用于接近地中的某物。無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)能夠在自主采礦鉆機(jī)中無線傳輸數(shù)據(jù)的示例性的感測和測量儀器是采用射頻信號無線傳輸數(shù)據(jù)的無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)。圖3示出了根據(jù)本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的遠(yuǎn)程操作的無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)。具體地，圖3示出了轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)、轉(zhuǎn)速表接收器(304)、連接器(306)、電池(308)和轉(zhuǎn)速表(310)。下文描述該無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)的每一個(gè)前述部件。在本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)為采用射頻波操作的無線發(fā)射器(如圖2中示出的)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，可以采用任何可用的通信協(xié)議來便于通過轉(zhuǎn)速表發(fā)射器進(jìn)行數(shù)據(jù)的射頻傳輸。轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)包括連接器(306)，其構(gòu)造為接合(即，配合)與旋轉(zhuǎn)頭(圖3中未示出)上的PTO傳感器相關(guān)聯(lián)的連接器。轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)隨后(經(jīng)由至PI3U傳感器的連接)從PI3U傳感器獲得RPM測量值，并將包括RPM測量值的數(shù)據(jù)無線地轉(zhuǎn)送至轉(zhuǎn)速表接收器(304)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識至IJ，轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)可以以多種方式獲得RPM測量值，并且本公開內(nèi)容不限于與PPU傳感器連接。例如，可以通過將渦輪流量計(jì)插入鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)而測量RPM，其中該渦輪流量計(jì)能夠測量供給至旋轉(zhuǎn)頭的油量。根據(jù)供給至旋轉(zhuǎn)頭的油量，可以采用本領(lǐng)域已知的方式計(jì)算鉆桿的RPM。在該情況中，轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)可以用來將供給至旋轉(zhuǎn)頭的油量的測量值無線地轉(zhuǎn)送至無線接收器。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，脈沖拾波器傳感器可以采取光學(xué)
傳感器、機(jī)械傳感器、激光傳感器或任何其它適合的傳感器。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，采用電池(308)給轉(zhuǎn)速表發(fā)射器供電。電池(308)可以為充電電池。在該情況中，電池充電器可以位于鉆機(jī)的駕駛室中，其中當(dāng)?shù)诙姵赜脕硐蜣D(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)供電時(shí)第一電池充電。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)包括用于節(jié)省電力的目的的休眠模式。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，還可以可替換方法給轉(zhuǎn)速表發(fā)射器供電。例如，可以采用利用鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)頭和/或其它部件中的液壓馬達(dá)作為電源的動力收獲方法給轉(zhuǎn)速表發(fā)射器供電。在下文討論動力收獲(Power harvesting)。轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)配置為將無線電信號無線地發(fā)射至轉(zhuǎn)速表接收器(304)。轉(zhuǎn)速表接收器(304)配置為接收來自轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)的無線電信號。轉(zhuǎn)速表接收器(304)可以位于鉆機(jī)的駕駛室中，這有利于轉(zhuǎn)速表接收器(304)的機(jī)器供電?？商鎿Q地，轉(zhuǎn)速表接收器(304)可以位于駕駛室外側(cè)或鉆機(jī)上的任何位置。典型地，轉(zhuǎn)速表接收器通常將接收旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)的高達(dá)200RPM的數(shù)據(jù)；然而，它也可以比該范圍大。轉(zhuǎn)速表接收器(304)操作地連接至標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速表(310)。更具體地，轉(zhuǎn)速表接收器(304)可以包括用于物理連接至標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速表(310)的一個(gè)或多個(gè)連接器?？商鎿Q地，轉(zhuǎn)速表接收器(304)可以有線連接至標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速表(310)。轉(zhuǎn)速表(310)配置為顯示由PI3U傳感器測量并從轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)無線地轉(zhuǎn)送至轉(zhuǎn)速表接收器(304)的鉆桿的RPM。標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速表(310)可以由控制系統(tǒng)操作人員遠(yuǎn)程監(jiān)控。遠(yuǎn)程操作人員可以采用顯示在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速表上的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)據(jù)控制、操縱和/或優(yōu)化鉆井。例如，特定的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)值可以作為自主鉆井的目標(biāo)預(yù)先確定，并且當(dāng)存在減小或增加RPM可能有利的鉆井條件的時(shí)候，遠(yuǎn)程操作人員或自主鉆井控制系統(tǒng)可以干預(yù)自主鉆井過程，以改變在鉆機(jī)上的輸入?yún)?shù)。轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)和轉(zhuǎn)速表接收器(304)可以配置為用于雙向通信。例如，轉(zhuǎn)速表接收器(304)可以包含用于將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)發(fā)射至轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(304)的發(fā)射器。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，雖然在圖3中示出了單個(gè)轉(zhuǎn)速表發(fā)射器和單個(gè)轉(zhuǎn)速表接收器，但可以存在多種可替換的無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)配置。例如，無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)可以包括單個(gè)轉(zhuǎn)速表發(fā)射器和多個(gè)接收器，或者位于鉆機(jī)上的多個(gè)位置的多個(gè)轉(zhuǎn)速表發(fā)射器和配置為無線地接收來自每個(gè)轉(zhuǎn)速表發(fā)射器的數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)速表接收器。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，本文中公開的實(shí)施方式不限于用于測量RPM數(shù)據(jù)的無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)。例如，本文中公開的實(shí)施方式可以利用超聲波轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)，其利用超聲波信號無線地發(fā)射RPM測量值。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，單個(gè)無線發(fā)射器可以用來無線地發(fā)射除RPM測量值以外的或代替RPM測量值的不同類型的數(shù)據(jù)。因此，轉(zhuǎn)速表發(fā)射器可以為包括連接至多種類型的傳感器的多個(gè)連接器的普通無線發(fā)射器?？商鎿Q地，鉆機(jī)可以利用多個(gè)無線發(fā)射器，其中的一個(gè)為用于發(fā)射RPM測量值的轉(zhuǎn)速表發(fā)射器，而其它無線發(fā)射器用來發(fā)射溫度數(shù)據(jù)、振動數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)矩、壓力或任何其它適合的值。不管采用多少個(gè)無線發(fā)射器，用于無線傳輸自主鉆機(jī)有關(guān)的數(shù)據(jù)的基本設(shè)置將類似。具體地，傳感器連接至無線發(fā)射器上的連接器，由傳感器獲得數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)送至無線發(fā)射器，隨后轉(zhuǎn)送至對應(yīng)的無線接收器。連接至無線發(fā)射器的傳感器的類型可以根據(jù)正在測量的操作參數(shù)而改變。圖4示出了根據(jù)本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)頭(402)的頂視圖和轉(zhuǎn)速表發(fā)射器的示例性布置。在圖4中，轉(zhuǎn)速表發(fā)射器示出為裝入外殼(404)中，以下在圖5中詳細(xì)描述該外殼。整個(gè)轉(zhuǎn)速表發(fā)射器外殼(404)可以采用任何類型的連接器安裝在旋轉(zhuǎn)頭上。例如，可以采用頂蓋螺釘、一種或多種類型的粘合劑、螺桿、焊接支架和/或任何組合安裝轉(zhuǎn)速表發(fā)射器外殼。圖5不出了轉(zhuǎn)速表發(fā)射器外殼(500)的不例性設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)速表發(fā)射器外殼(500)可以被設(shè)計(jì)為保護(hù)轉(zhuǎn)速表發(fā)射器免受天氣條件、由發(fā)射器安裝至上的旋轉(zhuǎn)頭的行進(jìn)運(yùn)動引起的磨損、以及其它保護(hù)性條件的影響。因此，外殼(500)可以為配置用以容納發(fā)射器電路板(502)和電池(504)的硬質(zhì)外殼。例如，夕卜殼可以為具有防水頂蓋的磨制尼龍外殼。此外，外殼(500)便于在要求發(fā)射器的現(xiàn)場編程的場合中簡單且快速地更換電池以及快速接近發(fā)射器電路板(502)。用于與PTO傳感器連接的連接器也可以是防水的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，轉(zhuǎn)速表發(fā)射器的安裝系統(tǒng)和外殼可以是通用的，使得轉(zhuǎn)速表發(fā)射器可以裝配至任何類型的旋轉(zhuǎn)頭?？商鎿Q地，轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(或普通無線發(fā)射器)可以安裝在旋轉(zhuǎn)頭的內(nèi)側(cè)，并且可以包括位于旋轉(zhuǎn)頭外側(cè)的檢修孔蓋板以接近發(fā)射器。而且，雖然圖5中未示出，但轉(zhuǎn)速表接收器還具有與轉(zhuǎn)速表接收器相關(guān)聯(lián)的接收器電路板，其安裝在駕駛室中的主控制臺的后面，這要求最少的保護(hù)。發(fā)射器電路板和接收器電路板都可以設(shè)計(jì)為消耗最少的功率，具有約25米的范圍，并且與其它頻帶的干擾最小。動力收獲技術(shù)除了或代替使用充電電池給轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(或任何無線發(fā)射器)供電之外，本公開內(nèi)容的實(shí)施方式涉及從鉆機(jī)的現(xiàn)有部件中收獲功率，以消除更換用完的電池的需求和/或?qū)﹄姵毓╇姷霓D(zhuǎn)速表發(fā)射器的需求。例如，旋轉(zhuǎn)頭中的驅(qū)動機(jī)構(gòu)可以用來產(chǎn)生向轉(zhuǎn)速表發(fā)射器供電的功率。更具體地，旋轉(zhuǎn)頭上的諸如液壓馬達(dá)、電動機(jī)之類的驅(qū)動機(jī)構(gòu)可以向發(fā)電機(jī)供給動力。被供給動力的發(fā)電機(jī)隨后可以將電力供給至轉(zhuǎn)速表發(fā)射器，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中轉(zhuǎn)速表發(fā)射器位于旋轉(zhuǎn)頭上。在本公開內(nèi)容的另一個(gè)實(shí)施方式中，其中驅(qū)動機(jī)構(gòu)為液壓馬達(dá)，該液壓馬達(dá)上的機(jī)械軸可以用來驅(qū)動發(fā)電機(jī)以對轉(zhuǎn)速表發(fā)射器中的電池進(jìn)行充電。此外，該發(fā)電機(jī)可以位于鉆頭中的電池進(jìn)行充電，這將消除由如監(jiān)控自主鉆機(jī)的遠(yuǎn)程操作人員手動對電池進(jìn)行充電或取出電池的需求?？商鎿Q地，在本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，可以采用間歇式電源收獲功率。例如，轉(zhuǎn)速表發(fā)射器可以在每次旋轉(zhuǎn)頭行進(jìn)至桅式井架的頂部時(shí)間歇式地或斷續(xù)地連接至例如位于桅式井架的頂部的諸如電池充電器之類的電源?？商鎿Q地，電源可以位于旋轉(zhuǎn)頭的行進(jìn)路徑中的任何位置，并且轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(或安裝在旋轉(zhuǎn)頭上或內(nèi)的任何無線發(fā)射器)可以在每次旋轉(zhuǎn)頭到達(dá)桅式井架上的電源的位置時(shí)簡單地連接以獲得電力。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，由轉(zhuǎn)速表發(fā)射器收集的數(shù)據(jù)可以在轉(zhuǎn)速表發(fā)射器連接至間歇式電源時(shí)卸下。因此，可以同時(shí)地獲得電力和卸載在鉆井過程期間收集的數(shù)據(jù)。可替換地，可以采用太陽能或不必要源于鉆機(jī)的部件的其它電源收集功率。鉆柱感測和測暈在采礦鉆機(jī)中，可以處理并實(shí)時(shí)顯示由包含在鉆機(jī)上的鉆柱內(nèi)的不必在井下行進(jìn)的工具和部件產(chǎn)生的傳感器信息。鉆柱中鄰近或靠近旋轉(zhuǎn)頭設(shè)置的這種工具和部件不行進(jìn)到鉆機(jī)平臺之下，并且因此能夠一直保留在無線傳輸系統(tǒng)的傳輸范圍內(nèi)。例如，在本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，振動組件可以用來檢測旋轉(zhuǎn)頭正下方的三軸振動。由振動組件測量的傳感器信息可以經(jīng)由位于振動組件上的發(fā)射器發(fā)送并通過為無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)的一部分的接收器接收。來自振動組件的傳感器信息可以可替換地被發(fā)送至位于鉆機(jī)上的任何位置處的接收器。在又一種實(shí)施方式中，振動組件可以具有位于振動組件的環(huán)面內(nèi)側(cè)的直接硬線數(shù)據(jù)傳輸器(link)，以連接至無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)并采用無線電轉(zhuǎn)速表發(fā)射器將振動數(shù)據(jù)發(fā)送至駕駛室中或鉆機(jī)外的信號源。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，振動組件也可以利用動力收獲機(jī)制獲得電力。例如，振動組件可以從被設(shè)計(jì)為經(jīng)由旋轉(zhuǎn)頭將動力發(fā)射至振動組件的集流環(huán)(slip ring)布置收獲功率。井下感測和測量在為例如放置在移動板上的移動式鉆機(jī)的采礦鉆機(jī)中，可以處理并半實(shí)時(shí)顯示由鉆機(jī)上的井下工具和部件產(chǎn)生的傳感器信息。這是因?yàn)?，采礦涉及在短期時(shí)間內(nèi)鉆多個(gè)炮目艮，并且隨后例如采用爆炸物使鉆出的炮眼爆裂。因此，鉆桿插入地中并隨后非?？斓匕纬?。結(jié)果，可以半實(shí)時(shí)地轉(zhuǎn)送地面和井下測量值。這是由于，采礦涉及炮眼鉆井，其為生產(chǎn)煤層的鉆井，炮眼通常為50個(gè)或更多個(gè)，大多數(shù)炮眼在10 70米的范圍內(nèi)。因此，相對快地(與油氣鉆井系統(tǒng)相比)鉆每個(gè)炮眼，并且在鉆出炮眼之后幾乎立即(如，對每個(gè)單個(gè)炮眼來說在60分鐘內(nèi))獲得信息。例如，鉆炮眼之后的地層測井信息可以轉(zhuǎn)送至礦山地質(zhì)功能元件，用于規(guī)劃在整個(gè)圖案鉆井之后進(jìn)行的爆破操作。通過半實(shí)時(shí)獲得這種信息，礦山地質(zhì)學(xué)家可以獲得領(lǐng)先(head-start)。對于諸如振動之類的傳感器信息，這種信息可以用作用于規(guī)劃如何鉆井下一系列炮眼的自主鉆井控制邏輯的輸入。因此，可以半實(shí)時(shí)地獲得涉及井下測量的所收集信息的部分。根據(jù)本文中公開的實(shí)施方式的感測和測量的數(shù)據(jù)的無線傳輸進(jìn)一步便于用自主采礦鉆機(jī)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行半實(shí)時(shí)處理和分析。本公開內(nèi)容的實(shí)施方式還涉及采用無線傳輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)送從鉆柱中的鉆柱工具和部件收集的數(shù)據(jù)。例如，放置在鉆柱中的振動傳感器組件可以測量鉆柱內(nèi)的振動。放置在鉆柱中的工具和部件(其可以進(jìn)入或可以不進(jìn)入炮眼)中并在井下使用的其它傳感器可以為轉(zhuǎn)矩傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器，和/或用來測量井下磁場的磁力計(jì)。例如，轉(zhuǎn)矩或振動傳感器組件可以位于旋轉(zhuǎn)頭的正下方并且可以進(jìn)入炮眼，且可以與無線發(fā)射器保持一直通信(即，實(shí)時(shí)傳遞數(shù)據(jù))。在該情況中，位于旋轉(zhuǎn)頭正下方的傳感器可以具有它們自己的無線傳輸裝置，或者可以電耦合至無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)中使用的相同無線發(fā)射器。這種傳感器也可以配置為用于雙向通信。此外，可以在鉆井期間進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄，即地層測井。例如，數(shù)據(jù)的記錄可能涉及超聲波和聲波記錄、伽馬記錄和電阻或阻力系數(shù)記錄。在巖層測井中，能夠記錄的傳感器或工具可以位于鉆頭和/或鉆桿和/或組件中。在本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)將鉆桿從地下拔出時(shí)，也可以采用上述無線傳輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)送所記錄的數(shù)據(jù)。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，分離的接收器(即，除接收地面數(shù)據(jù)的其他接收器)可以配置為接收井下測量的數(shù)據(jù)。對于井下測量值，無線發(fā)射器的位置可以與諸如無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)之類的其它感測和測量系統(tǒng)不同。例如，對于井下感測，無線發(fā)射器可以位于鉆桿末端處的鉆頭的后面的組件上。在該情況中，當(dāng)將鉆頭拔出鉆孔時(shí)，發(fā)射器變?yōu)樘幱跓o線接收器的范圍之內(nèi)，并且可以發(fā)射收集到的數(shù)據(jù)。因此，根據(jù)正在進(jìn)行測量的類型，可以改變無線發(fā)射器的位置和與何時(shí)無線傳輸數(shù)據(jù)相關(guān)的時(shí)幀。而且，在本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，采用無線傳輸系統(tǒng)的井下感測還
可以包括雙向通信，使得校準(zhǔn)數(shù)據(jù)或任何其它適合類型的數(shù)據(jù)可以在最初被發(fā)射至位于鉆桿中或旋轉(zhuǎn)頭正下方的無線發(fā)射器。該數(shù)據(jù)可以用來校準(zhǔn)或配置用于井下感測的一個(gè)或多個(gè)部件。隨后，井下操作期間收集的數(shù)據(jù)也可以如上文描述的那樣傳遞或發(fā)射，產(chǎn)生雙向通信。此外，雙向通信也可以用來配置鉆孔之間的部件/工具。例如，當(dāng)在鉆出第一個(gè)孔或炮眼之后將包含傳感器或程序邏輯的井下工具從地下拔出時(shí)，雙向通信對發(fā)射數(shù)據(jù)以改變用于鉆井下一個(gè)炮眼的傳感器或程序邏輯元件設(shè)置會是有用的。因此，通過采用無線發(fā)射器和接收器的雙向通信可以為每個(gè)鉆井的炮眼優(yōu)化鉆井。在一個(gè)這種實(shí)施方式中，伽馬組件被放置在鉆柱的末端處的鉆頭的正上方。伽馬組件用來表征巖層或地層并包含給伽馬組件供電的電池組。為了防止電池上的不必要的泄漏，當(dāng)伽馬組件被從炮眼中拔出并變?yōu)槲挥谠摪l(fā)射器的范圍內(nèi)時(shí)，來自例如位于旋轉(zhuǎn)頭上的發(fā)射器的雙-橫向通信可以將信號發(fā)射至伽馬組件以進(jìn)入休眠模式。該信號將指示伽馬組件保持休眠模式，直到在炮眼圖案的鉆井過程中重新啟動伽馬組件。這將通過電池電力的保存而延長伽馬工具的操作周期。在另一個(gè)這種實(shí)施方式，井下轉(zhuǎn)矩組件放置在鉆柱的末端處的鉆頭的正上方。轉(zhuǎn)矩組件包含鉆頭正上方的測量轉(zhuǎn)矩的傳感器。轉(zhuǎn)矩組件還可以配置有一種裝置，該裝置允許某種轉(zhuǎn)動滑移，以防止在由傳感器檢測到的預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)矩極限條件下對鉆頭切割結(jié)構(gòu)的損壞。這種井下轉(zhuǎn)矩組件可以采用粘性離合聯(lián)接裝置，以啟動轉(zhuǎn)動滑移。由傳感器檢測到的預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)矩極限可以在從井下撤出時(shí)通過來自例如位于旋轉(zhuǎn)頭上的發(fā)射器的雙向通信重新設(shè)置。更具體地，可以進(jìn)行轉(zhuǎn)矩極限的重新設(shè)置以優(yōu)化在其中在較高的轉(zhuǎn)矩重設(shè)值下不太可能受損的較軟巖層中的鉆井。激光深度計(jì)數(shù)器如上所述，在自主鉆機(jī)上任何類型的傳感器或發(fā)送和測量儀器可以采用上文在圖2中描述的無線傳輸系統(tǒng)的功能。圖6示出了根據(jù)本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式的激光深度計(jì)數(shù)器。該激光深度計(jì)數(shù)器(600)為可以在自主鉆機(jī)上采用無線傳輸系統(tǒng)的感測和測量儀器/工具的一個(gè)示例，并且并不意味著限制本發(fā)明的范圍。具體地，圖6示出了一種自主鉆機(jī)，其包括激光深度計(jì)數(shù)器(600)、桅式井架(604)、旋轉(zhuǎn)頭￠06)、駕駛室(608)和顯示單元￠10)。在下文描述激光深度計(jì)數(shù)器的前述部件中的每一個(gè)。在本文中公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中，激光深度計(jì)數(shù)器(600)配置為進(jìn)行可以用來計(jì)算鉆桿的深度的測量。激光深度計(jì)數(shù)器(600)包括采用激光器(603)的激光測距儀(602)。激光器(603)采用激光束確定至反射目標(biāo)(如，旋轉(zhuǎn)頭)的距離。激光測距儀(602)可以根據(jù)“飛行時(shí)間”原理通過朝向目標(biāo)發(fā)送窄束形式的激光脈沖并測量該脈沖由目標(biāo)反射并返回發(fā)送裝置經(jīng)過的時(shí)間而進(jìn)行操作。所獲得的時(shí)間測量值隨后用來計(jì)算目標(biāo)的位移。當(dāng)旋轉(zhuǎn)頭(606)沿著桅式井架(604)上下移動時(shí)，向下瞄準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)頭￠06)并固定在桅式井架￠04)的頂部處的激光器(603)測量旋轉(zhuǎn)頭(606)的位移。之間的距離范圍。當(dāng)旋轉(zhuǎn)頭(606)在桅式井架(604)上來回移動時(shí)安裝在桅式井架(604)的頂部處的激光器(603)至旋轉(zhuǎn)頭(606)之間的距離的范圍是由激光測距儀(602)收集的原始數(shù)據(jù)。該原始數(shù)據(jù)可以采用鉆機(jī)上的無
線傳輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)送，隨后可以用來采用本領(lǐng)域已知的方法計(jì)算鉆孔的深度以及鉆頭隨著時(shí)間的鉆入速度。更具體地，如上所述，無線發(fā)射器(未示出)可以操作地連接至激光測距儀(602)。無線發(fā)射器在采用激光深度計(jì)數(shù)器的自主鉆機(jī)中的位置可以與有關(guān)無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)示出的位置不同。例如，對于激光深度計(jì)數(shù)器測量，無線發(fā)射器可以位于桅式井架的側(cè)面上、與激光測距儀一起位于桅式井架的頂部上或位于鉆機(jī)上的任何適合的位置。為了與激光測距儀(602)接合，無線發(fā)射器可以包括配置為與激光測距儀上的連接器配合的連接器。由激光測距儀(602)測量的位移范圍可以由無線發(fā)射器獲得并發(fā)射至無線傳輸系統(tǒng)的無線接收器。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以采用公知的方法處理由激光測距儀產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)，如，可以采用已知的濾波裝置對該數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。原始數(shù)據(jù)可以被平均或以其它方式進(jìn)行處理，以提高精度或原始數(shù)據(jù)有效性。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，雖然激光器示出為定位在桅式井架的頂部，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于激光測距儀的該位置。例如，在可替換實(shí)施方式中，激光測距儀可以定位在桅式井架的底部，在該情況中激光測距儀可以向上瞄準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)頭。此外，激光測距儀可以定位在旋轉(zhuǎn)頭本身上，在桅式井架的側(cè)面上，在駕駛室中(在該情況中三角函數(shù)可以用來計(jì)算旋轉(zhuǎn)頭的距離范圍)，或者在自主鉆機(jī)上的任何其它適合位置。如果激光深度計(jì)數(shù)器設(shè)置為無線傳輸位移數(shù)據(jù)，則將會有利的是將激光測距儀定位在旋轉(zhuǎn)頭上，使得激光深度計(jì)數(shù)器可以共用無線傳輸系統(tǒng)的部件，如無線發(fā)射器和電源。繼續(xù)參照圖6，無線接收器可以操作地連接至容納在駕駛室(608)中的顯示單元(610)，如具有輸出顯示的計(jì)算裝置或可編程邏輯控制器。顯示單元配置為顯示由激光測距儀測量并由無線發(fā)射器傳送的數(shù)據(jù)。此外，深度顯示單元可以由操作人員操作以示出/顯示在精密自主鉆機(jī)中有用的各種操作參數(shù)。在激光深度計(jì)數(shù)器用于井下感測的場合中，激光深度計(jì)數(shù)器和掃描裝置可以都可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送至在自主鉆機(jī)上采用的無線傳輸系統(tǒng)。多個(gè)無線發(fā)射器和接收器可以用于此目的。例如，第一無線發(fā)射器可以經(jīng)由連接器連接至掃描裝置，而第二無線發(fā)射器可以連接至激光測距儀。第一和第二無線發(fā)射器可以將數(shù)據(jù)發(fā)射至駕駛室中的單個(gè)無線接收器。可替換地，可以具有多個(gè)無線接收器，每個(gè)無線接收器都連接至顯示單元。雖然已經(jīng)參照有限數(shù)量的實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但在受益于本公開的內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以想出不偏離本發(fā)明的如在此公開的范圍的其它實(shí)施方式。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)僅由隨附權(quán)利要求限制。 通過引用將本申請要求其優(yōu)先權(quán)的美國臨時(shí)專利申請No. 61/176，653的公開內(nèi)
容結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種自主鉆機(jī)(200),包括 托架，包括桅式井架(204)； 旋轉(zhuǎn)頭(202)，構(gòu)造為沿著桅式井架(204)上下移動；和 無線傳輸系統(tǒng)，包括 無線發(fā)射器(208)，安裝在旋轉(zhuǎn)頭(202)上并配置為將無線信號發(fā)送至無線接收器(210)，其中無線發(fā)射器(208)包括配置為與第一傳感器接合的第一連接器(209)，其中所述傳感器測量至少一個(gè)操作參數(shù)； 所述無線接收器(210)，配置為接收來自無線發(fā)射器(208)的無線信號，其中所述無線信號包括至少一個(gè)測量的操作參數(shù)；和 顯示單元(610)，操作地連接至無線接收器(210)并配置為顯示測量的操作參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自主鉆機(jī)(200)，其中無線接收器(210)位于鉆機(jī)的駕駛室(206)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自主鉆機(jī)(200)，其中無線接收器(210)包括從鉆機(jī)發(fā)射信號至位于遠(yuǎn)程位置的第二接收器的功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自主鉆機(jī)(200)，其中無線傳輸系統(tǒng)為射頻傳輸系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自主鉆機(jī)(200),其中無線傳輸系統(tǒng)為超聲波傳輸系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自主鉆機(jī)(200)，其中無線發(fā)射器(208)包括配置為與第二傳感器接合的第二連接器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自主鉆機(jī)(200)，其中第一傳感器測量操作地連接至旋轉(zhuǎn)頭(202)的鉆桿(212)的每單位時(shí)間轉(zhuǎn)數(shù)，并且其中第二傳感器測量鉆桿(212)的振動。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自主鉆機(jī)，其中第一傳感器為配置為測量旋轉(zhuǎn)頭(202)的位移的激光深度計(jì)數(shù)器。
9.一種自主鉆機(jī)(200)，包括 托架，包括桅式井架(204)； 旋轉(zhuǎn)頭(202)，構(gòu)造為沿著桅式井架(204)上下移動；和 無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)，包括 轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)，配置為與旋轉(zhuǎn)頭一起移動并配置為將無線無線電信號發(fā)送至轉(zhuǎn)速表接收器(304)，其中轉(zhuǎn)速表發(fā)射器包括配置為與脈沖拾波器(PPU)傳感器接合的連接器(306)，其中PPU傳感器測量鉆桿(212)的每單位時(shí)間轉(zhuǎn)數(shù)； 所述轉(zhuǎn)速表接收器(304)，配置為接收來自轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)的無線信號，其中所述無線信號包括測量到的鉆桿(212)的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)；和 轉(zhuǎn)速表(310)，操作地連接至接收器(304)并配置為顯示測量到的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。
10.一種自主米礦鉆機(jī)(200)中的無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng),包括 轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)，配置為將無線無線電信號發(fā)送至轉(zhuǎn)速表接收器(304)，其中所述無線信號包括測量到的鉆桿(212)的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)； 所述轉(zhuǎn)速表接收器(304)，配置為接收來自轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)的無線信號；和 轉(zhuǎn)速表(310)，操作地連接至轉(zhuǎn)速表接收器(304)并配置為顯示測量到的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)包括連接器(306)，所述連接器配置為與自主鉆機(jī)(200)的旋轉(zhuǎn)頭(202)上的脈沖拾波器(PPU)傳感器接合，其中PTO傳感器測量鉆桿(212)的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)，其中使用安裝在自主采礦鉆機(jī)(200)的桅式井架上的光學(xué)傳感器以光學(xué)方式測量鉆桿(212)的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)是電池運(yùn)行的，其中至少一個(gè)電池(308)是能夠充電的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)，其中電池充電器位于鉆機(jī)(200)的駕駛室(206)中。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)，其中電池充電器是位于桅式井架(204)的間歇式電源。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)，其中轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)被包圍在固體外殼(500)中，并且其中固體外殼(500)包括配置為容納所述轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)和所述至少一個(gè)電池(308)的傳輸電路板(502)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)，其中包括轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)的所述固體外殼(500)安裝在鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)頭(202)上。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)，其中無線電轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)由液壓驅(qū)動的發(fā)電機(jī)供電，該發(fā)電機(jī)從與旋轉(zhuǎn)頭(202)相關(guān)聯(lián)的液壓馬達(dá)獲得動力。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)，其中無線電轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)由機(jī)械地驅(qū)動的發(fā)電機(jī)供電，該發(fā)電機(jī)從與旋轉(zhuǎn)頭(202)相關(guān)聯(lián)的液壓馬達(dá)上的機(jī)械軸獲得動力。
20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)，由鉆機(jī)上的驅(qū)動機(jī)構(gòu)供給動力的發(fā)電機(jī)配置為給無線電轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)的電池(308)充電。
21.一種使用在自主鉆機(jī)中采用的無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)的方法，包括下述步驟 通過無線電轉(zhuǎn)速表發(fā)射器獲得由配置為測量鉆桿的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的傳感器測量的數(shù)據(jù)， 其中無線電轉(zhuǎn)速表發(fā)射器操作地連接至傳感器并位于自主鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)頭上； 將測量到的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)無線地傳輸至無線電轉(zhuǎn)速表接收器；以及 在轉(zhuǎn)速表上顯示傳感器數(shù)據(jù)，用于由遠(yuǎn)程操作人員分析。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中通過從由充電電池和液壓驅(qū)動的發(fā)電機(jī)組成的組中選擇的一種給無線電轉(zhuǎn)速表發(fā)射器供電，該發(fā)電機(jī)從與旋轉(zhuǎn)頭相關(guān)聯(lián)的液壓馬達(dá)獲得動力。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中從安裝在桅式井架上的位置處的間歇式電源產(chǎn)生電力，其中旋轉(zhuǎn)頭在每次旋轉(zhuǎn)頭移動至桅式井架上的所述位置時(shí)連接至所述間歇式電源。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中在旋轉(zhuǎn)頭連接至所述間歇式電源的同時(shí)卸載由無線電轉(zhuǎn)速表發(fā)射器收集的數(shù)據(jù)。
25.—種鉆機(jī)(200),包括 托架，包括桅式井架(204)； 旋轉(zhuǎn)頭(202)，構(gòu)造為沿著桅式井架(204)上下移動，其中采用液壓能量向旋轉(zhuǎn)頭(202)供給動力；和 無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)，配置為與旋轉(zhuǎn)頭一起移動并配置為將無線無線電信號發(fā)送至轉(zhuǎn)速表接收器(304)，其中轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)包括配置為與脈沖拾波器(PPU)傳感器接合的連接器(306)，其中PPU傳感器測量鉆桿(212)的每單位時(shí)間轉(zhuǎn)數(shù)； 所述轉(zhuǎn)速表接收器(304)，配置為接收來自轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)的無線信號，其中所述無線信號包括測量到的鉆桿(212)的每單位時(shí)間轉(zhuǎn)數(shù)；和 轉(zhuǎn)速表(310)，操作地連接至轉(zhuǎn)速表接收器(304)并配置為顯示測量到的每單位時(shí)間轉(zhuǎn)數(shù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的鉆機(jī)，其中所述液壓能量用來給配置成向轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)供電的電池(308)充電。
27.—種鉆機(jī)(200)，包括 托架，包括桅式井架(204)； 旋轉(zhuǎn)頭(202)，構(gòu)造為沿著桅式井架(204)上下移動；和 無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)，包括 轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)，配置為與旋轉(zhuǎn)頭(202) —起移動并配置為將無線無線電信號發(fā)送至轉(zhuǎn)速表接收器(304)，其中轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)包括配置為與配置為測量鉆機(jī)(200)的操作參數(shù)的傳感器接合的連接器(306)； 所述轉(zhuǎn)速表接收器(304)，配置為 接收來自轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)的無線信號，其中所述無線信號包括測量到的操作參數(shù)，和 將測量到的操作參數(shù)傳輸至遠(yuǎn)程位置， 其中測量到的操作參數(shù)顯示在位于遠(yuǎn)程位置的顯示單元(610)上，或用作至配置為優(yōu)化由鉆機(jī)(200)進(jìn)行的鉆井的控制系統(tǒng)的輸入。
28.一種采礦鉆機(jī)(200)，包括 托架，包括桅式井架(204)； 旋轉(zhuǎn)頭(202)，構(gòu)造為沿著桅式井架(204)上下移動；和 安裝至旋轉(zhuǎn)頭或與旋轉(zhuǎn)頭一起移動的單元，該單元包含無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)，該無線電轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)包括配置為采用無線射頻信號進(jìn)行通信的轉(zhuǎn)速表接收器(304)和轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)， 其中該單元配置為采用動力收獲自供電， 其中采用液壓能量執(zhí)行動力收獲以便直接向轉(zhuǎn)速表發(fā)射器(302)供電或?qū)ε渲脼橄蛟搯卧╇姷碾姵剡M(jìn)行充電動力收獲。
29.一種使用在采礦鉆機(jī)中采用以在鉆井過程期間收集數(shù)據(jù)的無線發(fā)射器系統(tǒng)的方法，包括下述步驟 將操作地連接至旋轉(zhuǎn)頭的鉆柱插入井下，其中所述鉆柱包括至少一個(gè)部件，所述至少一個(gè)部件包括用于在井下測量數(shù)據(jù)的傳感器和操作地連接至所述傳感器的無線發(fā)射器； 通過無線發(fā)射器收集由所述至少一個(gè)傳感器在鉆井過程期間測量的數(shù)據(jù)； 將鉆柱從井下撤出；以及 在撤出鉆柱之后，將收集到的數(shù)據(jù)無線地傳輸至無線接收器。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述無線傳輸系統(tǒng)能夠進(jìn)行雙向通信，并且其中所述無線發(fā)射器接收來自所述無線接收器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述至少一個(gè)部件為振動組件。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述無線發(fā)射器采用動力收獲從驅(qū)動旋轉(zhuǎn)頭的驅(qū)動機(jī)構(gòu)獲得電力或動力。
33.采礦鉆機(jī)(200)，包括 托架，包括桅式井架(204)； 旋轉(zhuǎn)頭(202)，構(gòu)造為沿著桅式井架(204)上下移動； 無線傳輸系統(tǒng)，包括 無線發(fā)射器(208)，安裝在旋轉(zhuǎn)頭(202)上并配置為將無線信號傳輸至無線接收器(210)，其中該無線發(fā)射器(210)包括配置為與第一傳感器接合的第一連接器(209)，其中該第一傳感器直接位于旋轉(zhuǎn)頭的下面并配置為測量至少一個(gè)操作參數(shù)； 所述無線接收器(210)，配置為接收來自無線發(fā)射器(208)的無線信號，其中所述無線信號包括至少一個(gè)測量的操作參數(shù)， 其中所述至少一個(gè)操作參數(shù)顯示在操作地連接至無線接收器(210)的顯示單元(610)上用于分析， 其中在采用采礦鉆機(jī)(200)鉆井時(shí)所述第一傳感器一直保持在無線傳輸系統(tǒng)的傳輸范圍內(nèi)。
34.一種采礦鉆機(jī)(200)，包括 托架，包括桅式井架(204)； 旋轉(zhuǎn)頭(202)，構(gòu)造為沿著桅式井架(204)上下移動； 無線傳輸系統(tǒng)，包括 無線發(fā)射器(208)，安裝在旋轉(zhuǎn)頭(202)上并配置為將無線信號傳輸至無線接收器(210)，其中該無線發(fā)射器(208)包括配置為與第一傳感器接合的第一連接器(209)，其中該傳感器測量至少一個(gè)操作參數(shù)； 所述無線接收器(210)，配置為接收來自無線發(fā)射器(208)的無線信號，其中所述無線信號包括至少一個(gè)測量的操作參數(shù)， 其中所述至少一個(gè)操作參數(shù)顯示在操作地連接至無線接收器(210)的顯示單元(610)上用于分析，和 鉆柱(212)，包括能夠采用被傳輸?shù)臒o線信號作為雙向通信的結(jié)果而被改變、被重新配置或被復(fù)位的部件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種自主鉆機(jī)(200)，包括包括桅式井架(204)的托架、構(gòu)造為沿著桅式井架(204)上下移動的旋轉(zhuǎn)頭(202)和無線傳輸系統(tǒng)。該無線傳輸系統(tǒng)包括安裝在旋轉(zhuǎn)頭(202)上并配置為將無線信號發(fā)送至無線接收器(210)的無線發(fā)射器(208)。無線發(fā)射器(210)包括配置為與第一傳感器接合的第一連接器(209)，其中該傳感器測量至少一種操作參數(shù)。該無線傳輸系統(tǒng)還包括所述無線接收器(210)和顯示單元(610)，所述無線接收器(210)配置為接收來自無線發(fā)射器(208)的無線信號，其中所述無線信號包括至少一種測量操作參數(shù)，顯示單元(610)可操作地連接至無線接收器(210)并配置為顯示測量操作參數(shù)。
文檔編號E21B3/04GK102803642SQ201080029707
公開日2012年11月28日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者格蘭特·菲爾德 申請人:山特維克知識產(chǎn)權(quán)公司