Interpretacja geometryczna zróżnicowania typów skał w przestrzeni Hilberta

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.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