نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

نشریه علمی-پژوهشی مکانیک سنگ

پردازش سیگنال‌های آوایی حین حفاری و تحلیل نرخ نفوذ به‌منظور ارائه مدل تجربی برای پیش‌بینی مشخصات مکانیکی سنگ‌های سخت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان.
چکیده
مشخصات مکانیکی سنگ‌ها به‌طور مستقیم بر روی مصرف ابزارهای حفاری، نرخ پیشروی و به‌طورکلی هزینه‌های پروژه اثرگذار است. تاکنون روش‌ها و استانداردهای متعددی برای ارزیابی مشخصات سنگ‌ها توسعه داده‌شده است. در سال‌های اخیر استفاده از سیگنال‌های آوایی در علوم مهندسی به‌خصوص مهندسی معدن با افزایش چشمگیری همراه بوده است. هدف این مقاله بررسی ارتباط بین پارامترهای سیگنال‌های آوایی و لرزشی تولیدشده در حین حفاری و نرخ نفوذ با مقادیر مقاومت فشاری تک‌محوری و مقاومت کششی در سنگ‌هاست. برای این منظور از 10 نمونه سنگ آذرین (نمونه‌های گرانیتی) استفاده شد. در حین حفاری هر یک از نمونه‌های سنگی سیگنال‌های آوایی و لرزشی تولیدشده و نیز نرخ نفوذ برداشت و ثبت شد. با بررسی‌های آماری (رگرسیون خطی چند متغیره) بین مشخصات سیگنال‌ها و نرخ نفوذ با مشخصات سنگ‌ها مشخص شد که می‌توان مقادیر مشخصات مکانیکی سنگ‌ها را با دقت قابل قبولی تخمین زد و پیش‌بینی نمود. از مزایایی که این روش دارد این است که می‌توان تخمین اولیه‌ای از خصوصیات سنگ‌ها در هر حفاری به طور بلادرنگ با دقت بالا داشت. این موضوع از برتری های این روش نسبت به سایر روش هاست نیاز به نمونه‌برداری از سنگ و آزمایش‌ها تعیین مشخصات سنگ را کاهش می‌دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] Flegner, P., et al., Processing a measured vibroacoustic signal for rock type recognition in rotary drilling technology. Measurement, (2019). 134: p. 451-467.
[2] Sheng, M., et al., Frequency analysis of multi-sources acoustic emission from high-velocity waterjet rock drilling and its indicator to drilling efficiency. (2019). 115: p. 137-144.
[3] Shi, X., et al., A brittleness index evaluation method for weak-brittle rock by acoustic emission technique. Journal of Natural Gas Science and Engineering, (2021). 95: p. 104160.
[4] Khoshouei, M. and R. Bagherpour, Application of Acoustic Emission (AE) in mining and earth sciences: a review. RGN zbornik, (2019). 47.
[5] Obert, L. and W. Duvall, Use of subaudible noises for prediction of rockbursts II—report of investigation. S Bureau of Mines, Denve, (1941).
[6] Knill, J., J. Franklin, and A. Malone. A study of acoustic emission from stressed rock. in International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1968. Elsevier.
[7] Boness, R. and S. McBride, Adhesive and abrasive wear studies using acoustic emission techniques. Wear, (1991). 149(1-2): p. 41-53.
[8] Vardhan, H., G. Adhikari, and M.G. Raj, Estimating rock properties using sound levels produced during drilling. International Journal of Rock Mechanics& Mining Sciences, (2009). 46(3): p. 604-612.
[9] Kumar, B.R., H. Vardhan, and M. Govindaraj, Estimating rock properties using sound level during drilling: field investigation. International Journal of Mining and Mineral Engineering, (2010). 2(3): p. 169-184.
[10] Kumar, B.R., H. Vardhan, and M. Govindaraj, Prediction of uniaxial compressive strength, tensile strength and porosity of sedimentary rocks using sound level produced during rotary drilling. Rock mechanics& rock engineering, (2011). 44(5): p. 613-620.
[11] Kahraman, S., M. Delibalta, and R. Comakli, Noise level measurement test to predict the abrasion resistance of rock aggregates. Fluctuation Noise Letters
(2013). 12(04): p. 1350021.
[12] Karakus, M. and S. Perez, Acoustic emission analysis for rock–bit interactions in impregnated diamond core drilling. International Journal of Rock Mechanics Mining Sciences, (2014). 68: p. 36-43.
[13] Qin, M., et al., Analysis of signal characteristics from rock drilling based on vibration and acoustic sensor approaches. Applied Acoustics, (2018). 140: p. 275-282.
[14] Yari, M. and R. Bagherpour, Implementing Acoustic Frequency Analysis for Development the Novel Model of Determining Geomechanical Features of Igneous Rocks Using Rotary Drilling Device. Geotechnical Geological Engineering, (2018). 36(3): p. 1805-1816.
[15] Yari, M. and R. Bagherpour, Implementing acoustic frequency analysis for development the novel model of determining geomechanical features of igneous rocks using rotary drilling device. Geotechnical and Geological Engineering, (2018). 36(3): p. 1805-1816.
[16] Yari, M., R. Bagherpour, and M. Khoshouei, Developing a novel model for predicting geomechanical features of carbonate rocks based on acoustic frequency processing during drilling. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, (2019). 78(3): p. 1747-1759.
[17] Khoshouei, M. and R. Bagherpour, Predicting the Geomechanical Properties of Hard Rocks Using Analysis of the Acoustic and Vibration Signals During the Drilling Operation. Geotechnical and Geological Engineering, (2020): p. 1-13.
[18] Khoshouei, M., R. Bagherpour, and M.H. Jalalian, Rock Type Identification Using Analysis of the Acoustic Signal Frequency Contents Propagated While Drilling Operation. Geotechnical and Geological Engineering, (2021): p. 1-14.
[19] Khoshouei, M., et al., A New Look at Hard Rock Abrasivity Evaluation Using Acoustic Emission Technique (AET). Rock Mechanics and Rock Engineering, (2022). 55(4): p. 2425-2443.
[20] Zborovjan, M., I. Lesso, and L. Dorcak, Acoustic identification of rocks during drilling process. Journal of Acta Montanistica Slovaca, (2003). 8(4): p. 91-93.
[21] Khoshouei, M., R. Bagherpour, and M. Yari, A smart look at monitoring while drilling (MWD) and optimizing using acoustic emission technique (AET). Scientific Reports, (2024). 14(1): p. 19766.
[22] Zborovjan, M., Identification of Minerals from Sound During Drilling. Semestral Project. TU-Kosice, (2002). 6.
[23] Allen, R.L. and D. Mills, Signal analysis: time, frequency, scale, and structure. 2004: John Wiley & Sons.