Ключевые особенности и проблемы при обработке, анализе и интерпретации данных по процессу бурения взрывных скважин

Представлен подробный анализ технологии измерения во время бурения (Measurement While Drilling — MWD) применительно к горному и взрывному делу, проведен глобальный анализ отечественных и зарубежных проектов и сопутствующих документов, в результате чего намечены основные направления развития исследований по применению указанной технологии при производстве буровзрывных работ на горных предприятиях. Рассмотрены фундаментальные труды ученых, занимавшихся исследованиями в этой области, описано текущее состояние вопроса исследований и представлен путь усовершенствования технологии для бурильных машин и агрегатов. Детально разобраны и описаны подходы и проблемы применения систем мониторинга за процессом бурения, которые были выявлены в результате анализа и сбора данных по процессам бурения. В ходе анализа были выявлены и выделены основные проблемные места, которые требуют особого внимания при внедрении различных систем измерения параметров бурения, отмечены и разобраны трудности, связанные с повсеместным внедрением технологии на горных предприятиях. На основе проведенных работ и анализа глобальных реализованных проектов в отечественной и зарубежной практике с применением систем измерения во время бурения представлено резюме о существующих подходах в области апробации и верификации данных, применяемых до настоящего времени для преодоления трудностей и неопределенностей, связанных с глобальным применением технологии в горной и строительной отраслях, выделены ключевые вопросы, требующие дополнительного изучения и подтверждения ввиду противоречивости получаемых данных. Намечены главные направления исследований, которые заслуживают внимания и интереса научного сообщества и ученых, занимающихся развитием данной темы.

Ишейский В. А., Васильев А. С. Ключевые особенности и проблемы при обработке, анализе и интерпретации данных по процессу бурения взрывных скважин // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 3. – С. 16–33. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_3_0_16.

Авторский коллектив благодарит Совет по грантам Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых и по государственной поддержке ведущих научных школ РФ за поддержку проекта и выделение финансирования на научные исследования в рамках гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых — кандидатов наук (МК-3770.2021.4).

Ишейский Валентин Александрович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: Isheyskiy_VA@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0003-1007-6562,
Васильев Антон Сергеевич¹ — аспирант, инженер,
¹ Санкт-Петербургский горный университет.

Ишейский В.А., e-mail: Isheyskiy_VA@pers.spmi.ru.

1. Khorzoughi M. B. Use of measurement while drilling techniques for improved rock mass characterization in open-pit mines. Master’s Thesis, Vancouver: University of British Columbia, Canada, 2013. DOI: 10.14288/1.0073823. URL: http://hdl.handle.net/2429/44258 (дата обращения: 26.08.2020).

2. Zhantao Li, Ken-ichi Itakura, Ma Y. Survey of measurement-while-drilling technology for small-diameter drilling machines // Electronic Journal of Geotechnical Engineering. 2014, vol. 19, pp. 10267—10282.

3. Segui J. B., Higgins M. Blast design using measurement while drilling parameters // International Journal for Blasting and Fragmentation. 2002, vol. 6, no. 3-4, pp. 287—299. DOI: 10.1016/j.ijmst.2019.12.021.

4. Van Eldert J., Schunnesson H., Johansson D., Saiang D. Application of measurement while drilling technology to predict rock mass quality and rock support for tunnelling // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2020, vol. 53, pp. 1349—1358. DOI: 10.1007/s00603-019-01979-2.

5. Teale R. The concept of specific energy in rock drilling // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts. 1965, vol. 2, no. 1, pp. 57—73. DOI: 10.1016/0148-9062(65)90022-7.

6. Тангаев В. А., Двойников М. В., Егоров Э. К. Буримость и взрываемость горных пород. — М.: Недра, 1978. — 184 с.

7. Симкин Б. А., Кутузов Б. Н., Буткин В. Д. Справочник по бурению на карьерах. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1990. — 221 с.

8. Kosolapov A. I. Modern methods and tools for determining drillability and blastability of rocks // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020, vol. 459, no. 2, article 022097. DOI: 10.1088/1755-1315/459/2/022097.

9. Жариков С. Н. О способах изучения свойств грунтов для повышения эффективности буровзрывных работ // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2016. — № 6(117). — С. 3—7.

10. Сухов Р. И., Реготунов А. С. Результаты исследований прочностных свойств локальных массивов в процессе бурения с применением программно-аппаратного комплекса // Проблемы недропользования. — 2016. — № 4(11). — С. 121—129.

11. Brown E. T., Barr M. V. Instrumented drilling as an aid to site investigations / Proceedings of the 3rd International Congress of the International Association of Engineering Geology, Madrid, Spain, 4—8 September 1978, pp. 21–28.

12. Leighton J. C. Development of a correlation between rotary drill performance and controlled blasting powder factors. Master’s Thesis. Vancouver: University of British Columbia, Canada, 1982. DOI: 10.14288/1.0095103.

13. Lopez C., Lopez E., Javier F. Drilling and blasting of rocks. New York: CRC Press, 1995, 408 p.

14. Lilly P. An empirical method of assessing rock mass blastability // Proceeding of the Large Open Pit Mining Conference, Newman, Australia, October 1986; pp. 89—92.

15. Liu H., Yin K. K. Analysis and interpretation of monitored rotary blast hole drill data // International Journal of Mining Reclamation and Environment. 2001, vol. 15, no. 3, pp. 177 — 203. DOI: 10.1076/ijsm.15.3.177.3410.

16. Scoble M. J., Peck J., Hendricks C. Correlation between rotary drill performance parameter sand borehole geophysical logging // Mining Science and Technology. 1989, vol. 8, pp. 301—312.

17. Peck Tech Consulting. Functional Requirements Definition for the Compensated Blastability Index (CBI) Algorithm. Peck Tech Consulting: Quebec, Canada, 2009.

18. Schunnesson H. RQD Predictions based on drill performance parameters // International Journal of Tunnel and Underground Space Technology. 1996, vol.11, pp. 345—351.

19. Schunnesson H. Drill process monitoring in percussive drilling for location of structural features, lithological boundaries and rock properties, and for drill productivity evaluation. Doctoral Thesis, Luleå University of Technology, Luleå, Sweden, 1997.

20. Ghosh R. Assessment of rock mass quality and its effects on chargeability using drill monitoring technique. Doctoral thesis, Luleå: University of Technology, Sweden, 2017. DOI: 10.1504/IJMME.2017.085830.

21. Navarro J., Sanchidrian J. A., Segarra P., Castedo R., Paredes C., Lopez L. M. On the mutual relations of drill monitoring variables and the drill control system in tunneling operations // Tunnelling and Underground Space Technology. 2018, vol. 72, pp. 294—304. DOI: 10.1016/j. tust.2017.10.011.

22. Navarro J., Sanchidrian J. A., Segarra P., Castedo R., Costamagna E., Lopez L. M. Detection of potential overbreak zones in tunnel blasting from MWD data // Tunnelling and Underground Space Technology. 2018, vol. 82, pp. 504—516. DOI: 10.1016/j.tust.2018.08.060.

23. Navarro J., Schunnesson H., Johansson D., Sanchidrián J. A., Segarra P. Application of drill-monitoring for chargeability assessment in sublevel caving // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2019, vol. 119, pp. 180–192. DOI: 10.1016/j. ijrmms.2019.03.026.

24. Navarro J., Segarra P., Sanchidrián J. A., Castedo R., Pérez Fortes A. P., Natale M., Lopez L. M. Application of an in-house MWD system for quarry blasting / Proceedings of the 12th International Symposium on Rock Fragmentation by Blasting, FRAGBLAST 12. Luleå, Sweden, 2018, pp. 203—207.

25. Van Eldert J., Schunnesson H., Saiang D., Funehag J. Improved filtering and normalizing of measurement-while-drilling (MWD) data in tunnel excavation // Tunnelling and Underground Space Technology. 2020, vol. 103, article 103467. DOI: 10.1016/j.tust.2020.103467.