Моделювання процедури визначення характеристичних ознак мінералогічних різновидів залізної руди в процесі буріння свердловин
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2025-296-10-43-51Ключові слова:
буріння, модель, керування, автоматизація, характеристики, електромагнітний перетворювачАнотація
Буріння свердловин є найбільш поширеною та ресурсоємною технологічною операцією при видобутку корисних копалин. Економічна ефективність цієї операції напряму залежить від якості автоматизованого керування процесом, що, в свою чергу, визначається повнотою його інформаційного забезпечення. Головним чинником, що впливає на результати процесу буріння є відповідність швидкості проходки свердловин та сформованих при цьому керуючих дій фізико-механічним характеристикам гірської породи або її мінералогічним різновидам. Запропоновано метод підвищення ефективності процедури визначення характеристичних ознак мінералогічних різновидів залізної руди в процесі буріння свердловин на основі симуляції перетворення зондуючого електромагнітного сигналу у досліджуваному середовищі із застосуванням блоків фізичного моделювання розширення Simscape® для Simulink®/MATLAB®. Використаний підхід заснований на використанні електромагнітного перетворювача, який генерує зондуючий імпульс у залізовмісній гірській породі, що має певні електричні та магнітні властивості. В результаті у досліджуваному середовищі формуються вихрові стуми, які створюють індуковане магнітне поле, впливаючи на такі параметри, як напруга на вимірювальній котушці або її імпеданс. Електромагнітні властивості матеріалу середовища впливають на розподіл цих індукованих вихрових струмів, що змінює параметри вимірювальної котушки порівняно із зразковим матеріалом. В процесі моделювання визначались параметри сигналу, виміряного на вторинній обмотці електромагнітного перетворювача при зміні характеристик досліджуваного середовища. При цьому імітувались зміни співвідношення мінералів у складі різновидів залізної руди. Аналіз отриманих результатів показує сильну їх залежність від вмісту магнетиту у досліджуваному середовищі. Це ускладнює розпізнавання різновидів залізної руди, які включають інші слабомагнітні мінерали з малою електричною провідністю. Для отримання задовільних результатів цієї процедури необхідно долучати додаткові характеристичні ознаки фізичних властивостей предмету розпізнавання, до яких, в першу чергу, слід віднести параметри розповсюдження ультразвукових хвиль, що утворюються при формування електромагнітного імпульсу у феромагнітній гірській породі.
Посилання
1. Davey R. (2023, November 23). Drilling Deeper: Innovations in Mining Drill Rigs and Techniques. AZoMining. Retrieved on November 23, 2025 from https://www.azomining.com/Article.aspx?ArticleID=1772
2. Bobrov I., Epp J. (2023). Microscaled Multi-frequency Eddy Current Analysis for High Throughput Characterization of Steel Micro-samples. J Nondestruct Evaluation, 42, 23. https://doi.org/10.1007/s10921-023-00930-4.
3. Wendler F., Munjal R., Waqas M., Laue R., Härtel S., Awiszus B., & Kanoun O. (2021). Eddy Current Sensor System for Tilting Independent In-Process Measurement of Magnetic Anisotropy. Sensors, 21(8), 2652. https://doi.org/10.3390/s21082652
4. Roskosz M., Mazurek P., Kwaśniewski J., & Wu J. (2023). Use of Different Types of Magnetic Field Sensors in Diagnosing the State of Ferromagnetic Elements Based on Residual Magnetic Field Measurements. Sensors, 23(14), 6365. https://doi.org/10.3390/s23146365.
5. Xu Z., Wang X., and Deng Y. (2020). Rotating Focused Field Eddy-Current Sensing for Arbitrary Orientation Defects Detection in Carbon Steel. Sensors, 20(8), 2345. https://doi.org/10.3390/s20082345.
6. Xu Z., Feng Y., Liu Y., Shi F., Ge Y., Liu H., Cao W., Zhou H., Geng S., and Lin W. (2024). Single-Ended Eddy Current Micro-Displacement Sensor with High Precision Based on Temperature Compensation. Micromachines, 15(3),366. https://doi.org/10.3390/mi15030366.
7. Hornik T. (2025). Accuracy of magnetic loss models for electrical machines: FEM vs analytical methods. Electrical Engineering, 107. 1–15. https://doi.org/10.1007/s00202-025-03085-9.
8. Ghoni R., Dollah M., Sulaiman A. and Ibrahim F. M. (2014). Defect Characterization Based on Eddy Current Technique:Technical Review. Advances in Mechanical Engineering, 6, 182496, 11. http://dx.doi.org/10.1155/2014/182496
9. Meng B., Zhuang Z., Ma J., and Zhao S. (2025). Study on the effect of pulsed eddy current lift-off characteristics for feeding metallic foreign objects detection in coal mine crushers. Scientific Reports, 15, 23775. https://doi.org/10.1038/s41598-025-08185-x.
10. Zheng X., Huang J., and Luo N. (2024). Enhanced Nondestructive Testing Using Pulsed Eddy Current and Electromagnetic Ultrasonic Techniques. Applied Sciences, 14(15),6488. https://doi.org/10.3390/app14156488.
11. Bossy E. (2012). SimSonic Suite User′s Guide for SimSonic3D.
12. Virieux J. (1986). P-SV wave propagation in heterogeneous media: velocity-stress finite-difference method, Geophysics, 51, 4, 889–901. https://doi.org/10.1190/1.1442147.
13. Xie Y., Rodriguez S., Zhang W., Liu Z., Yin W. (2016). Simulation of an Electromagnetic Acoustic Transducer Array by Using Analytical Method and FDTD. Journal of Sensors, 5451821, 10. http://dx.doi.org/10.1155/2016/5451821.
14. Morkun V., Morkun N., Fischerauer G., Tron V., Haponenko A., and Bobrov Y. (2024). Identification of mineralogical ore varieties using ultrasonic measurement results. Mining of Mineral Deposits, 18(3), 1-8. https://doi.org/10.33271/mining18.03.001.
15. Pettinelli E., Vannaroni G., Cereti A., Pisani A. R., Paolucci F., D. Del Vento, Dolfi D., Riccioli S., Bella F. (2005). Laboratory investigations into the electromagnetic properties of magnetite/silica mixtures as Martian soil simulants. Journal of geophysical research, 110, E04013. https://doi.org/10.1029/2004JE002375.
16. Guèguen Y. and Palciauskas V. (1994), Introduction to the Physics of Rocks, Princeton Univ. Press, Princeton, N. J.
17. Klein K., and Santamarina J. C. (2000). Ferromagnetic inclusions in geomaterials: Implications, J. Geotech. Geoenviron. Eng., 126(2), 167–179.
18. Morkun V., Morkun N., Gaponenko A. and Bobrov Ye. (2023). Methods of ultrasonic wave generation in the practice of non-destructive measurements. Journal of Kryvyi Rih National University, 21(1), 54-62. https://doi.org/10.31721/2306-5451-2023-1-56-54-62.
19. Morkun V., Morkun N., Hryshchenko S., Gaponenko I., Gaponenko A., and Bobrov Ye. (2023). Modelling of an electromagnetic acoustic transducer. Mining Journal of Kryvyi Rih National University, 57(1), 88-95.
20. Eddy Current. https://www.mathworks.com/help/sps/ref/eddycurrent.html.
