شماره راهنما :
2252 دكتري
پديد آورنده :
خشوعي اصفهاني، مهربد
عنوان :
پيشبيني انرژي ويژه و نرخ پيشروي عمليات حفاري با استفاده از تحليل سيگنالهاي آوايي
گرايش تحصيلي :
استخراج مواد معدني
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
توصيفگر ها :
حفاري در سنگ , انرژي ويژه و نرخ نفوذ حفاري , سيگنالهاي آوايي حفاري , پردازش سيگنال , رفتارسنجي عمليات حفاري , يادگيري ماشين
تاريخ ورود اطلاعات :
1403/07/22
رشته تحصيلي :
مهندسي معدن
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1403/07/22
چكيده فارسي :
فرايند حفاري به عنوان يكي از عمليات هاي مهم در استخراج مواد معدني و نفت بهطور مستقيم بر هزينههاي پروژه اثرگذار است و مديريت و بهينهسازي اين فرايند از اهميت زيادي برخوردار است. به همين منظور در اين تحقيق به رفتار¬سنجي فرايند حفاري با انرژي ويژه حفاري و نرخ نفوذ بوسيله سيگنالهاي آوايي توليد شده در حين حفاري پرداخته شده است. پس از اجراي آزمايشهاي حفاري به پردازش سيگنالهاي توليد شده در حين عمليات پرداخته شد و ارتباط سيگنالها با انرژي و نرخ نفوذ حفاري مورد ارزيابي قرار گرفت. با شروع عمليات حفاري در مقياس آزمايشگاهي بر روي هر نمونه سنگ به طور پيوسته مصرف انرژي و نرخ نفوذ و رفتار سيگنالهاي آوايي و لرزشي بررسي شد. با توجه به ميزان مصرف انرژي حفاري و نرخ نفوذ مشاهده شده سه مرحله حفاري در طول عمر سرمته شناسايي شد. روند تغيير سيگنالهاي آوايي و لرزشي مشابه با روند تغييرات نرخ نفوذ و انرژي ويژه بود. مراحل شناسايي شده در حالت حفاري با توجه به روند مصرف انرژي و نرخ نفوذ با استفاده از روشهاي يادگيري ماشين و ارزيابيهاي آماري مورد تحليل قرار گرفتند. در اين حالت در بين روشهاي مختلف روش شبكه عصبي مصنوعي با دقت 895/0 بالاترين دقت را دارا بود. نتايج تائيد كننده صحت و كارايي تقسيمبندي تعريف شده براي حالت حفاري بود. پس از اين مرحله با پردازش سيگنالهاي آوايي و لرزشي در حالات مختلف حفاري و وجود ارتباط نزديك ميان سيگنالهاي آوايي و لرزشي با انرژي ويژه و نرخ نفوذ حفاري، به ارزيابي آماري و توسعه مدلهاي هوشمند با هدف طبقهبندي حالت حفاري و پيشبيني مقادير انرژي ويژه و نرخ نفوذ پرداخته شد. پس از اجراي مدلها و آزمايش و اعتبار سنجي بر روي دادههاي آزمايش مشاهده شد كه روش جنگل تصادفي با دقت 836/0 بهترين نتيجه را در طبقهبندي حالت حفاري با استفاده از سيگنالهاي آوايي و لرزشي حفاري دارد. در مرحله پيشبيني مقادير انرژي ويژه و نرخ نفوذ حفاري با استفاده پارامترهاي سيگنالهاي آوايي و لرزشي منتشر شده در حين حفاري نيز از مدلهاي يادگيري ماشين مختلفي استفاده شد و نتايج با يكديگر مقايسه شدند. با مقايسه نتايج روشهاي مختلف مشاهده شد كه روش شبكه عصبي مصنوعي با مقدار R2 99/0 بهترين نتيجه را در پيشبيني مقدار انرژي ويژه حفاري را دارد. در بخش پيشبيني نرخ نفوذ در سنگ نيز بررسيها نشان داد كه مدلهاي درخت تصميم و جنگل تصادفي با مقدار R2 82/0 بهترين نتيجه را در پيشبيني مقدار نرخ نفوذ فرايند حفاري دارد.
چكيده انگليسي :
Drilling is one of the most important stages of mining operation, so, optimizing the drilling operations plays a very effective role in reducing the mining costs. In this research, the behavior measurement of the drilling process with specific energy and penetration rate has been addressed by acoustic and vibration signals produced during drilling. After the drilling tests, the acoustic and vibration signals generated during the operation were processed and the relation between the signals with the specific energy and penetration rate was evaluated. With the start of drilling operations on a laboratory scale, the energy consumption and penetration rate and the behavior of signals were continuously measured and investigated on each rock sample. According to the amount of drilling energy consumption and the penetration rate, three drilling stages were identified during the lifetime of drill bit. The change process of acoustic and vibration signals was similar to the change process of penetration rate and specific energy. The steps identified in the drilling mode were analyzed according to the trend of energy consumption and penetration rate using machine learning methods and statistical evaluations. In this case, among the different methods, the artificial neural network (ANN) method had the highest accuracy with an accuracy of 0.895. The results confirmed the accuracy and efficiency of the stages defined for the drilling mode. After this stage, by processing the acoustic and vibration signals in different drilling situations and the existence of a close relationship between the acoustic and vibration signals with specific energy and drilling penetration rate, statistical evaluations and development of intelligent models are carried out with the aim of classifying the drilling mode and predicting the values of specific energy and penetration rate. After running the models and testing and validating on the test data, it was observed that the random forest (RF) method with an accuracy of 0.836 has the best result in the classification of the drilling mode using acoustic and vibration signals. In the predicting the values of specific energy and penetration rate of drilling using the parameters of acoustic and vibration signals released during drilling, different machine learning models were used and the results were compared with each other. By comparing the results of various methods, it was observed that the ANN method with R2 value of 0.99 showed the best result in predicting the amount of specific energy of the drilling process. In the rock penetration rate prediction section, the investigations showed that the decision tree and random forest models with R2 value of 0.82 have the best results in predicting the value of the penetration rate of the drilling process.
استاد راهنما :
راحب باقرپور
استاد مشاور :
مجتبي ياري ملك آباد
استاد داور :
مرتضي احمدي , عليرضا ياراحمدي , لهراسب فرامرزي , ابراهيم قاسمي ورنوسفادراني