Geometry Interpretation of Differentiability of Rock Types in Hilbert‘s Space

• Autorzy: Feriancikova Katarina , Lazarova Edita , Krulakova Maria , Ivanicova Lucia , Lesso Igor

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2019-02-08

Warianty tytułu

PL

Interpretacja geometryczna zróżnicowania typów skał w przestrzeni Hilberta

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Signal of vibrations accompanying the rotary drilling of three rock types (andesite, limestone and granite) by diamond core-drill bits was processed and evaluated in order to track the signal characteristics of tested rock types. Mathematical procedures of Hilbert’s abstract space were applied to express the differences between the rock types based on vibration signal. Experiments were performed using the laboratory drilling rig designed and constructed at the Institute of Geotechnics SAS providing automated continuous monitoring of key process parameters (thrust force, rotation speed, torque, advance rate, etc.). Nominal regime of thrust force 5000 N and rotation speed 1000 rpm was used in the experiments along with monitoring with sampling frequency 17 kHz. The vibration signal was recorded by accelerometers in three orthogonal directions: axial in the drilling directions and two radial directions in horizontal and vertical planes. For the purposes of evaluation, only the vibrations in axial direction were assessed as their signal exhibits the highest entropy. A method providing the expression of mutual differences between the vibrations formed during the drilling of different rock types was developed, which enables to set the differences in abstract space to the planar visualization.

PL

Sygnały drgań pochodzących z wierceniu obrotowego trzech rodzajów skał (andezyt, wapień i granit) za pomocą diamentowych wierteł rdzeniowych został przetworzony i oceniony w celu śledzenia charakterystyk sygnałowych badanych rodzajów skał. Zastosowano matematyczne procedury przestrzeni Hilberta, aby wyrazić różnice między rodzajami skał w oparciu o sygnał wibracyjny. Eksperymenty przeprowadzono na laboratoryjnej platformie wiertniczej zaprojektowanej i skonstruowanej w Instytucie Geotechniki SAS, zapewniającej zautomatyzowane ciągłe monitorowanie kluczowych parametrów procesu (siły ciągu, prędkości obrotowej, momentu obrotowego, prędkości posuwu itp.). W doświadczeniach zastosowano nominalną wartość siły nacisku 5000 N i prędkości obrotowej 1000 rpm wraz z monitorowaniem częstotliwości 17 kHz. Sygnał drgań został zarejestrowany przez akcelerometry w trzech kierunkach ortogonalnych: osiowym w kierunkach wiercenia i dwóch promieniowych w płaszczyznach poziomej i pionowej. Do celów oceny oceniono jedynie drgania w kierunku osiowym, ponieważ ich sygnał wykazuje najwyższą entropię. Opracowano metodę wyrażania wzajemnych różnic między drganiami powstającymi podczas wiercenia różnych rodzajów skał, która umożliwia przeniesienie różnic z przestrzeni Hilberta na wizualizację dwuwymiarową.

Słowa kluczowe

EN

rock cutting process; vibration signals; abstract spaces; Hilbert space; geometric relations

PL

proces cięcia skały; sygnały wibracyjne; przestrzenie abstrakcyjne; przestrzeń Hilberta; relacje geometryczne

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 21, nr 1/2
• Strony: 49--54
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Feriancikova Katarina

• Institute of Geotechnics, Department of Destructional and Constructional Geotechnics, Slovak Academy of Sciences, Watsonova 45, 04001 Kosice, Slovakia

autor

Lazarova Edita

• Institute of Geotechnics, Department of Destructional and Constructional Geotechnics, Slovak Academy of Sciences, Watsonova 45, 04001 Kosice, Slovakia

autor

Krulakova Maria

• Institute of Geotechnics, Department of Destructional and Constructional Geotechnics, Slovak Academy of Sciences, Watsonova 45, 04001 Kosice, Slovakia

autor

Ivanicova Lucia

• Institute of Geotechnics, Department of Destructional and Constructional Geotechnics, Slovak Academy of Sciences, Watsonova 45, 04001 Kosice, Slovakia

autor

Lesso Igor

• Institute of Control and Informatization of Production Processes, Faculty of Mining, Ecology, Process Control and Geotechnologies, Technical University of Košice, Boženy Nemcovej 3, 040 01, Kosice, Slovakia

Bibliografia

• 1. Brett J.F., 1991: The Genesis of Bit-inducted Torsional Drill String Vibrations. SPE/IADC Drilling Conference, Amsterdam
• 2. Ďurove, J., Maras, M., 2000: Geomechanika, skriptum TU Košice F BERG, Košice, Vydavateľstvo Elfa, s.r.o., 2000
• 3. Feriančiková, K., 2012: Využitie sprievodných vibro-akustických emisií na riadenie procesov, Dizertačná práca, TUKE, Košice, 2012
• 4. Feriančiková, K., Leššo, I., Lazarová, E., Krúpa, V., Ivaničová, L., 2014: Abstract Spaces as Alternative Method of Data Processing Acquired from Underground Engineering. In 14th GeoConference on Energy and Clean Technologies: proceedings from International Multidisciplinary scientific geoconferences 17-26 June 2014. II.Hydrogeology, engineering geology and geotechnics. - Sofia, Bulgaria: STEF92 Technology Ltd., Andrey Lypchev Blvd., 2014, p. 17-24
• 5. Feriančiková, K., Leššo, I., Labaš, M., Ivaničová, L., 2015: Novel Method of Rock Classification Based on Analysis of Vibrations Accompanying the Rock Drilling Process Using Hilbert Spaces. In Future Development in Rock Mechanics : proceedings of EUROCK 2015 & 64th Geomechanics Colloquium, October 7-10, 2015. Eds. Schubert, W., Kluckner, A. - Salzburg, Austria: OEGG, 2015, p.315-320
• 6. Krepelka, F., Labaš, M., Miklúšová, V., Ivaničová, L., 2010: Aktuálne problémy optimalizácie rozpojovania hornín vŕtaním = Current issues of optimization of rock drilling process. In Nerastné suroviny a životné prostredie : zborník prednášok z medzinárodnej konferencie. Hotel Repiská, Demänovská dolina 7 - 8. október 2010. Ed. M. Beránek. - Slovenská banícka spoločnosť, 2010, p. 92-100
• 7. Krepelka, F., Ivaničová, L., Miklúšová, V., 2011: Vibračný signál nositeľ informácii pri vŕtaní hornín. In História a súčasný stav ťažby nerastných surovín na východnom Slovensku: Zborník I. medzinárodnej vedecko-technickej konferencie - Solivar Prešov, 30. 3. - 31. 3. 2011. Eds. Ján Pinka, Eliška Horniaková. - Košice: Technická univerzita, Fakulta BERG, 2011, s. 125-132
• 8. Kreuzer, E., Steidl, M., 2012: Controlling torsional vibrations of drill strings via decomposition of traveling waves, Archive of Applied Mechanics, Springer-Verlag, 82, pp. 515-531
• 9. Krúpa, V., Pinka, J., 1998: Rozpojovanie hornín, TU Košice: Vydavateľstvo Štroffek, 1998
• 10. Krúpa, V., Lazarová,E., 2008: Matematická interpretácia výsledkov monitorovania interakcie horninového masívu a raziaceho stroja: Mathematical interpretation of monitoring results of the rock mass and TBM interaction . In Acta Montanistica Slovaca, 2008, vol. 13, no.1, p. 33-38
• 11. Krúpa, V., Lazarová, E., 2011: Poznatky z modelov použitých pri spracovaní výsledkov monitorovania procesu razenia. In Pozemné komunikácie a dráhy, 2011, roč. 7, č. 1, s. 29-34
• 12. Krúpa, V., Lazarová, E., 2011: Method of the determination properties of rock mass from monitored data from TBM tunneling. In 43 rd International October Conference on Mining and Matallurgy : proceedings IOC 2011, Kladovo, Serbia October 12 - 15, 2011. Eds. D., Markovič, D., Živkovič, S., Nestorovič. - University of Belgrade - Technical Faculty in Bor, Serbia, 2011, p. 167-170
• 13. Kumar, B.R., Vardhan, H., Govindaraj, M., 2011: Sound level produced during rock drilling vis-à-vis rock properties, Eng.Geol., 123 (4), pp. 333-337
• 14. Vardhan, H., Adhikari, G.R., Raj, M.G., 2009: Estimating rock properties using sound levels produced during drilling. Int.J.Rock.Mech.Min.Sci 46, pp. 604–612
• 15. Lazarová, E., Krúpa, V., Tréfová, Ľ., 2008: Vplyv kvality horninového masívu na postup TBM. In Geotechnika 2008, : zborník prednášok z medzinárodnej konferencie, Vysoké Tatry - Podbánske, Hotel Permon, 10.-12.9.2008.Konštrukcie, technologie a monitoring., 2008, p. 269-275
• 16. Lazarová, E., Labaš, M., Krúpa, V., Kruľáková, M., Feriančiková, K., 2015: Analysis of the rotary drilling vibrational signal. In Science and Technologies in Geology, Exploration and Mining : proceedings from the 15th International Multidisciplinary Scientific Geoconference 18-24 June, 2015. Volume III.Exploration & Mining, Applied & Environmental Geophysics. Rec. Conference Review Committee. - Sofia, Bulgaria : STEF92 Technology Ltd., Sofia, 2015, p. 49-54
• 17. Leššo, I., 2004: Teória signálov pre priemyselnú informatiku, vedecká monografia, Košice: ES/AMS, 2004
• 18. Leššo I., Flegner P., Feriančiková, K., 2012: Metric spaces and quality control of rotary drilling process. EGRSE, vol. 19, no.3, pp.82-95
• 19. Leššo, I., Flegner, P., Feriančiková, K., 2012: Vizualizácia geofyzikálnych signálov v Hilbertovych priestoroch, In: Sborník vědeckých práci Vysoké školy báňské – Technický univerzity Ostrava : řada stavební, 2012
• 20. Leššo, I., Flegner, P., Horovčák, P., Stehlíková, B., Sabová, Z., 2014: Some problems in control of the quality of the process of rotary drilling of rocks by using suitable visualization of concurrent vibrations, In: ICCC 2014; Velke Karlovice, May 28-30, 2014. - Danvers : IEEE, p. 310-315
• 21. Miklúšová, V., Krepelka, F., Ivaničová, L.,Labaš, M.,2008: Vibračné spektrá pri rozpojovaní hornín. In Geotechnika 2008, : zborník prednášok z medzinárodnej konferencie, Vysoké Tatry - Podbánske, Hotel Permon, 10.-12.9.2008.Konštrukcie, technologie amonitoring. - Stupava : ORGWARE, 2008, p. 421-426
• 22. Miklúšová, V., Ivaničová, L., 2009. Effect of disintegration regime change on vibration signal in rock drilling process. In Transactions of the Universities of Košice, 2009, vol., no. 6, p. 99-102
• 23. Miklúšová, V., Ivaničová, L., Krepelka, F., Labaš, M., 2011: Acceleration of vibration signal in rotary drilling of rocks. Transactions of the Universities of Košice, Nr.2, pp.151-156
• 24. Naylor, A.W. & Sell, G.R., 1981: Teória lineárnych operátorov v technických a prírodných vedách, Alfa 1981, 1. vydanie
• 25. Wang, R., Xue, Q., Han, L., Sun, F., Yue, W., 2014: Torsional vibration analysis of push-the-bit rotary steerable drilling system, Meccanica, Springer Netherlands, 49, pp. 1601–1615
• 26. Shi, D.F., Tsung, F., Unsworth, P.J., 2004: Adaptive time–frequency decomposition for transient vibration monitoring of rotating machinery, J.Mech.Sys.Sig.Proc., Vol.18, pp.127-141
• 27. Taylor, A. E., 1973: Úvod do funkcionální analýzy, Praha: Academia, 1973
• 28. Zlatoš, P., 2011: Lineárna algebra a geometria: Cesta z troch rozmerov s presahmi do príbuzných odborov, Bratislava : Marenčinpt, 2011, ISBN 978-80-8114-111-9

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).