Adaptive control of drilling by identifying parameters of object model under nonstationarity conditions

Purpose. The research is intended to investigate and synthesize adaptive control over drilling by identifying parameters of an object model under non-stationarity conditions. Methods. Under conditions of rapidly changing borehole drilling indices, a two-level adaptive control strategy is applied, combining investigation of drilling and its control. The structure of the control system includes an additional block of forming the model on the basis of data on indirect features. Findings. The research develops a method for seeking the extremum developed for the object whose dynamics is described by a first-order linear differential equation. The method allows to determine the value of the output signal by evaluating the initial phase of the transient process caused by the changed input signal for a set step. Originality. The suggested algorithm of noise-free identification makes it possible to assess the factor of the control object transfer under the action of random disturbances. The data obtained is used to adjust the gain factor of the controller in the closed loop automatic control system of drilling. Practical implications. The suggested structure and algorithm of drilling control allow enhancing drilling efficiency by ensuring relevant mechanical drilling rates through defining corresponding rotation speeds and axial loads of a drilling tool.Мета. Метою роботи є дослідження і синтез адаптивного керування процесом буріння в умовах нестаціонарності на основі ідентифікації параметрів моделі об’єкта. Методика. В умовах показників процесу буріння свердловин, що досить швидко змінюються, використана стратегія дворівневого адаптивного управління, яка полягає в одночасному дослідженні процесу буріння й керуванні даним процесом. При цьому в структуру системи керування додатково включено блок формування моделі на основі інформації про непрямі ознаки. Результати. Розглянуто метод пошуку екстремуму стосовно об’єкта, динаміка якого описується лінійним диференціальним рівнянням першого порядку. Метод дозволяє по початковій ділянці перехідного процесу в об’єкті, викликаного зміною вхідного сигналу на заданий крок, визначити стале значення вихідного сигналу об’єкта. Наукова новизна. Пропонований алгоритм перешкодозахищеної ідентифікації дозволяє оцінити величину коефіцієнта передачі об’єкта керування в умовах дії випадкових перешкод. Отримана інформація використовується для ефективного налаштування коефіцієнта посилення регулятора у замкнутій системі автоматичного керування технологічним процесом буріння. Практична значимість. Запропоновані структура і алгоритм керування процесом буріння, що дозволять підвищити ефективність процесу буріння свердловин, забезпечивши оптимальну механічну швидкість буріння шляхом визначення відповідних значень частоти обертів і осьового навантаження породоруйнуючого інструменту.Цель. Целью работы является исследование и синтез адаптивного управления процессом бурения в условиях нестационарности на основе идентификации параметров модели объекта. Методика. В условиях достаточно быстро изменяющихся показателей процесса бурения скважин использована стратегия двухуровневого адаптивного управления, которая заключается в одновременном исследовании процесса бурения и управлении данным процессом. При этом в структуру системы управления дополнительно включен блок формирования модели на основе информации о косвенных признаках. Результаты. Рассмотрен метод поиска экстремума применительно к объекту, динамика которого описывается линейным дифференциальным уравнением первого порядка. Метод позволяет по начальному участку переходного процесса в объекте, вызванного изменением входного сигнала на заданный шаг, определить установившееся значение выходного сигнала объекта. Научная новизна. Предлагаемый алгоритм помехозащищенной идентификации позволяет оценить величину коэффициента передачи объекта управления в условиях действия случайных помех. Полученная информация используется для эффективной подстройки коэффициента усиления регулятора в замкнутой системе автоматического управления технологическим процессом бурения. Практическая значимость. Предлагаемая структура и алгоритм управления процессом бурения позволяют усилить его эффективность путем обеспечения необходимой скорости механического бурения, определения соответствующих скоростей вращения и осевых нагрузок на бурильный инструмент.The authors express their sincere gratitude to Kryvyi Rih National University for support in conducting research

Розробка складноструктурних рудних покладів камерними системами в умовах Криворізького залізорудного басейну

In order to keep their positions in the world markets, mining enterprises of the Kryvyi Rih iron ore field using the deep-mine method need to develop a resource-saving technology for the development of the fields represented by complex-structure ore deposits. Development of the resource-saving technology must be carried out at the initial stage which is directly related to ore extraction and affects content of iron in the extracted ore mass. Growth of iron content in the extracted ore mass can be achieved through the use of selective development of the extraction blocks by means of the chamber development systems.The existing procedure of determining structural components of the chamber system of development applied at the Kryvbas mines does not take into account thickness of the overlying strata on the side of the hanging wall of the cleaning chamber when calculating the exposure strike. Therefore, it is necessary to improve the procedure for determining the structural components of the chamber system of development when working out complex ore fields, in order to obtain high extraction rates.For the development of the extraction block, it was suggested to carry out the cleaning works sequentially from the hanging to the lying wall of the complex-structure ore field with the use of the chamber system of development with leaving the non-ore or ore-containing inclusion in the pillar. This sequence of cleaning will reduce concentration of tensile and compressive stresses in the middle part of the non-ore or ore-containing inclusion which will contribute to a 1.5‒2.0-time increase in its stability.It has been established that stability of the cleaning chamber, in addition to its dimensions and physico-mechanical properties of the ore, is influenced by horizontal thickness of the inclusion, safety factor, its life span and the sequence of cleaning in the extraction block. Thus, at the safety factor of rocks of the non-ore inclusion less than 10–12, it is expedient to use the sublevel-chamber version of the development system, otherwise, the horizonal-chamber version.Горно-добывающим предприятиям Криворожского железорудного бассейна с подземным способом для сохранения мирового рынка сбыта необходимо разработать ресурсосберегающую технологию при разработке месторождений представленных сложноструктурными рудными залежами. Разработку ресурсосберегающей технологии необходимо осуществлять на первом этапе, который непосредственно связан с добычей руды и влияет на содержание железа в добытой рудной массе. Повысить содержание железа в добытой рудной массе возможно за счет применения селективной отработки выемочных блоков камерными системами разработки.Существующая методика, которая применяется на шахтах Кривбасса, для определения конструктивных элементов камерной системы разработки, при расчете пролета обнажения не учитывает мощность налегающей толщи пород со стороны висячего бока очистной камеры. Поэтому, необходимо усовершенствовать методику по определению конструктивных элементов камерной системы разработки при отработке сложноструктурных рудных залежей, для получения в процессе добычи высоких показателей извлечения руды.При отработке выемочного блока предложено очистные работы осуществлять последовательно от висячего к лежащему боку стороны складноструктурного рудной залежи камерной системой разработки с оставлением в блоке безрудного или рудного включения. Данный порядок очистных работ позволит уменьшить концентрацию растягивающих и сжимающих напряжений в средней части безрудного или рудного включения, что способствует повышению его устойчивости в 1,5–2,0 раза.Установлено, что на устойчивость очистной камеры кроме ее размеров и физико-механических свойств руды влияют горизонтальная мощность включения, коэффициент крепости, время его существования и порядок очистных работ в выемочном блоке. Таким образом, при коэффициенте крепости пород безрудного включения меньше 10–12 целесообразно применять подэтажно-камерный вариант системы в противном случае этажно-камерный вариант системы разработкиГірничо-видобувні підприємства Криворізького залізорудного басейну з підземним способом для збереження світового ринку збуту успішно впроваджують ресурсозберігаючі технології при розробці родовищ представлених складноструктурними рудними покладами. Впровадження ресурсозберігаючої технології необхідно здійснювати на першому етапі, який безпосередньо пов'язаний з видобутком руди та впливає на вміст заліза в видобутій рудній масі. Підвищити вміст заліза в видобутій рудній масі можливо за рахунок застосування селективної розробки виймальних блоків камерними системами розробки.Існуюча методика, яка застосовується на шахтах Кривбасу для визначення конструктивних елементів камерної системи розробки, при розрахунку прольоту оголення не враховує потужність налягаючої товщі порід зі сторони висячого боку очисної камери. Тому, необхідно розробити методику з визначення конструктивних елементів камерних систем розробки при відпрацюванні складноструктурних рудних покладів, для забезпечення стійкості оголень очисним камерам.При відпрацюванні виймального блоку запропоновано очисні роботи здійснювати послідовно від висячого до лежачого боку складноструктурного рудного покладу камерної системою розробки, з залишенням в блоці безрудного або рудного включення. Даний порядок очисних робіт дозволить зменшити концентрацію розтягуючих та стискаючих напружень в середній частині безрудного або рудного включення, що сприяє підвищенню його стійкості в 1,5–2,0 рази.Встановлено, що на стійкість очисної камери, окрім її розмірів та фізико-механічних властивостей руди, впливають горизонтальна потужність включення, коефіцієнт тривкості, час його існування та порядок очисних робіт у виймальному блоці. Тому при коефіцієнті тривкості порід безрудного включення меншим за 10–12 доцільно застосовувати підповерхово-камерний варіант системи в іншому випадку поверхово-камерний варіант системи розробк

Formation of the adaptive fuzzy model of the rock geological structure for exploratory drilling

The authors suggest an approach aimed at improving the technology, increasing energy efficiency and quality of controlling borehole drilling in mining various mineralogical-technological types of iron ore through applying a geological structure model based on data of measuring drilling parameters of a drilling rig (drilling rate, torque, energy characteristics) and rock properties on the basis of studying regularities of changing parameters of the specifically formed ultrasonic field. In rapidly changing conditions of borehole drilling, it is offered to apply a two-level adaptive optimization strategy implying a simultaneous investigation into drilling and improvement of control over this process by means of the adaptive fuzzy system

Development of Complex-structure Ore Deposits by Means of Chamber Systems Under Conditions of the Kryvyi Rih Iron Ore Field

In order to keep their positions in the world markets, mining enterprises of the Kryvyi Rih iron ore field using the deep-mine method need to develop a resource-saving technology for the development of the fields represented by complex-structure ore deposits. Development of the resource-saving technology must be carried out at the initial stage which is directly related to ore extraction and affects content of iron in the extracted ore mass. Growth of iron content in the extracted ore mass can be achieved through the use of selective development of the extraction blocks by means of the chamber development systems.The existing procedure of determining structural components of the chamber system of development applied at the Kryvbas mines does not take into account thickness of the overlying strata on the side of the hanging wall of the cleaning chamber when calculating the exposure strike. Therefore, it is necessary to improve the procedure for determining the structural components of the chamber system of development when working out complex ore fields, in order to obtain high extraction rates.For the development of the extraction block, it was suggested to carry out the cleaning works sequentially from the hanging to the lying wall of the complex-structure ore field with the use of the chamber system of development with leaving the non-ore or ore-containing inclusion in the pillar. This sequence of cleaning will reduce concentration of tensile and compressive stresses in the middle part of the non-ore or ore-containing inclusion which will contribute to a 1.5‒2.0-time increase in its stability.It has been established that stability of the cleaning chamber, in addition to its dimensions and physico-mechanical properties of the ore, is influenced by horizontal thickness of the inclusion, safety factor, its life span and the sequence of cleaning in the extraction block. Thus, at the safety factor of rocks of the non-ore inclusion less than 10–12, it is expedient to use the sublevel-chamber version of the development system, otherwise, the horizonal-chamber version