高寒生态脆弱区露天矿山碳排放核算模型研究

为了准确掌握高寒生态脆弱区露天矿山的碳排放量,亟需建立一套体系完整、科学可行的核算方法,全面量化矿山生产作业的直接碳排放和生态扰动所导致的间接碳排放.通过分析高寒生态脆弱区露天矿山的碳循环机制,基于生命周期理论界定了露天矿山开采活动的碳排放核算边界,通过梳理矿山开采、运输、选矿和辅助等环节的直接和间接碳排放过程,厘清了高寒生态脆弱区露天矿山的碳源、碳汇结构,编制了矿山的碳排放源清单.在此基础上,充分考虑矿山开采活动对高寒生态脆弱区的扰动,以及高海拔对矿山设备的能耗影响,构建了基于露天矿山生产环节及矿区碳汇变化的碳排放核算模型.以西藏某露天金属矿山为工程背景开展模型应用,计算出该矿2023年的碳排放总量为1.76295·10^(5)t C,为高寒生态脆弱区露天矿山开采活动的碳排放核算提供了理论依据.

露天矿区环境下GPS/INS组合导航算法研究

针对露天矿区道路窄、弯道多,沿途布满碎石、路面颠簸不平,导致运输车辆在定位时出现系统模型异常及量测噪声不确定性的问题,提出一种带有噪声估计器的SVD-AUKF算法。该算法通过对协方差矩阵进行奇异值分解,抑制滤波过程中出现的病态矩阵,利用Sage-Husa估计器对量测噪声进行估计,减少系统状态误差,引入自适应因子实时修正系统模型误差以抑制滤波发散。将提出的SVD-AUKF算法应用于GPS/INS组合导航系统模型,并在矿山环境下进行车载实验,结果表明,新算法适用性好,相较AUKF算法,每个定位点在东、北、天方向上的位置精度分别提高50.69%、51.20%、48.54%,速度精度分别提高31.24%、33.83%、31.30%,能够有效改善滤波性能,提高系统定位精度。

安全信息学视域下露天矿山安全信息传递与网络结构特征研究

为了揭示露天矿山实际安全生产过程中的安全信息传递网络结构特征及规律,从安全信息学视角出发,利用安全信息-安全行为(SI-SB)系统安全模型分析矿山开采过程中的信息流动与缺失现象,再运用社会网络分析法(SNA),结合露天矿山开采作业流程,构建露天矿山安全生产信息传递网络模型,从网络密度、中心度分析、凝聚子群分析与核心-边缘结构分析4个维度系统分析了其网络结构特征。结果表明,安全信息流动分为人-人、人-机、人-环境和机-环4种模式;从6个方面、7个因素揭示矿山开采过程中安全信息传递缺失的机理及主要原因;网络整体密度较低,仅为29.66%,表明人员间信息传递效率较低;安全信息分布不对称,呈现以设备科科长、采运科科长等核心成员为主,设备检维修人员、安全人员等支撑成员为辅的态势。研究结果可为露天矿山企业从安全信息角度加强安全生产管理提供一定参考。

基于单片机结合温湿度传感器的露天矿山监测试验

为满足对露天矿山温湿度的实时监测需求,以聚酰亚胺薄膜为原料,制备了一种温湿度传感器用复合薄膜,并基于该薄膜分别制备了温度传感器和湿度传感器。结合AVR单片机与所设计的温湿度传感器,设计实现了露天矿山监测系统。试验结果表明,所设计的温度传感器具有良好的线性和灵敏度,最大非线性误差2.5%,相关因子为0.998,灵敏度为0.0020℃,平均响应时间为50 s;所设计的湿度传感器具有良好的线性和灵敏度,且响应时间较快,平均响应时间为40 s,满足设计需求;所设计的露天矿山监测系统可实现远程露天矿山温湿度监测,具有响应速度快和体积小、功耗低的特点。

裂隙岩体爆破技术在露天矿山中的应用

在露天矿山生产中,爆破是至关重要的环节。它不仅关系到生产效率,也直接影响着矿山的整体安全与效益。因此,根据具体的岩性及分布特征科学确定合理的爆破技术,是满足高效、合理生产组织要求的必要条件。文章结合裂隙岩体的特点对爆破作业的相关特点进行分析,进而以某露天矿山为例,结合其地质条件,分析裂隙岩体爆破技术的应用方案。通过该技术的应用,爆破有害效应得到有效控制,既保证了周围环境的安全,又降低了爆破对周边地区的影响。炸药单耗的降低和炸药能量利用率的提高,使得岩石破碎效果更加理想,大大提高了采装效率。此外,空气间隔装药技术的应用和爆堆形态的控制也使得岩石大块率降低,进一步提高了采装效率,整体效果十分理想。

无人机遥感影像在露天矿地表勘查中的应用

本文先阐述了无人机遥感影像和露天矿地表勘查的重要性,并从多方面概括了无人机遥感影像在露天矿地表勘查中的应用策略,从而为露天矿地表勘察工作提供更加可靠的技术支持。希望能够具有一定的参考价值。

基于现代测绘技术的露天矿三维建模与监测

本研究聚焦基于现代测绘技术的露天矿三维建模与监测。对全站仪、GPS、激光雷达、无人机摄影测量等技术的原理以及组合应用策略予以详尽阐释,对露天矿三维模型构建中数据采集、预处理、模型构建方法与精度验证过程展开深入探究,全面详述监测系统的指标确立、技术设备选型、数据传输处理以及基于三维模型的开采分析与决策支持方法。研究成果为露天矿开采赋予了精准的模型和有效的监测手段,于提高开采效率、保障安全而言具备重要意义,具有一定的推广应用价值。

废弃露天矿山生态环境污染修复技术研究

露天采矿效率高,但由于采矿区域广泛对周边矿区的自然生态系统造成较为严重的破坏,因此需要采用生态环境污染修复技术对露天采矿区域实施环境修复。文章全面分析废弃露天矿山生态环境受污染的现状,分析常见废弃露天矿山生态环境污染修复技术,基于此提出评估生态修复效果评估方法,以期为相关技术从业人员更有效地运用生态环境污染修复技术,解决露天采矿所引发的环境问题,为强化矿区生态重建工作提供参考。

露天矿边坡稳定性的层次分析-模糊综合评价耦合分析

露天煤矿台阶所构成的边坡对矿山资源生产及运输发挥着重要的作用,也承载着煤炭外运的任务,其稳定性对矿山连续生产具有重要意义。文章在边坡地质调查和监测信息分析的基础上,充分考虑边坡几何形态、地质信息、气象水文信息、现场监测信息等指标,以层次分析法确定边坡稳定性分析的指标权重,基于隶属度最大原则确定边坡稳定性状态,建立了多源信息融合的边坡层次分析-模糊综合评价模型。将该模型应用于扎哈淖尔露天煤矿北帮边坡稳定性分析中,最后基于数值模拟对模型进行了验证。研究表明,北帮边坡基本稳定,基于数值模拟得出扎哈淖尔露天煤矿北帮边坡滑移面安全系数为1.121,模型结果与数值模拟结果所得到的边坡稳定性状态吻合度较好,验证了模型的有效性。该模型可以充分考虑多重信息对边坡稳定性分析的贡献,从而更全面准确分析边坡稳定性。

基于无人机技术的露天矿山越界开采监测与评估方法

高效快速评估露天矿山越界开采对开展矿产卫片执法检查和推进严格保护矿产资源策略、推动区域高质量发展具有重要意义。基于无人机飞行技术、传感器技术、通信技术和影像处理技术,结合卫星遥感、地理信息系统应用,采集无人机航测数据与飞控系统数据,快速获取了疑似违法矿山二维场景图像(SIM),动态飞行展示矿区全貌和精细地物;进一步建立了矿山三维数字高程模型(DEM),定性研判违法类型与性质;针对需求建立了矿山的三维数字表面模型(DSM),定量估算违法采矿资源量;利用四维数字表面模型(DSM),查明矿山历史时期的违法过程,测算违法开采的资源量。无人机航测技术实现区域矿产资源开发秩序的快速监测和精细评估,为矿产资源的卫片执法检查工作提供理论支撑和决策依据。在江南某地进行试验的实例表明,基于无人机技术的露天矿山越界开采监测与评估方法技术具有时效性强、操作便捷、精细高效等优势,在支撑服务自然资源领域的卫片执法检查工作方面可以更加广泛地应用。

基于多特征融合的露天矿区道路负障碍检测

随着智慧矿山概念的逐步落实,智能化、无人化逐渐在矿区落实,露天矿卡车无人驾驶日益成为矿山智能化建设的主要内容,为解决露天矿区复杂多变的道路因坑洼、塌陷等路面小部分下陷出现的非规则负障碍而导致矿区无人车、重载卡车侧翻等安全难题,提升矿区安全驾驶系数,提出一种多特征融合的露天矿区道路负障碍检测方法。该方法使用BiFPN特征融合模块,提高小型负障碍检测权重占比;引入空间和通道双注意力机制提高对负障碍边缘的特征提取和特征融合能力,从而提高对道路小尺度负障碍的检测精度;采用SIoU Loss作为模型边界框损失函数并使用K-means++方法优化Anchor以提高负障碍检测模型的收敛速度和边界框定位效果,并基于遗传算法优化超参数让模型更贴合矿区场景,最终实现对矿区道路负障碍的快速精准识别。实验表明该检测模型能快速准确识别复杂背景下露天矿区道路负障碍目标,对道路负障碍目标的检测精度、召回率、平均精确度均值分别达到了96.9%、89.9%、95.3%,且该模型大小仅有12.7 MB。对比其他主流检测网络,该网络模型更适合复杂环境下露天矿区非结构化道路行驶安全需求,且该检测模型的鲁棒性好,可适配于多种情况的露天矿区,为实际环境复杂多变的露天矿区非结构化道路负向障碍检测提供了可行的方法,为露天矿无人卡车安全生产运输提供安全预警。

基于双曲嵌入的露天矿区暗光环境下道路多目标检测模型

露天矿环境特殊,道路场景复杂多变,在光照不足时会导致矿区道路多目标识别不清、定位不准,进而影响检测效果,给矿区无人矿用卡车的安全行驶带来严重安全隐患。目前的道路障碍物检测模型不能有效解决矿区暗光环境对模型检测效果的影响,同时对矿区小目标障碍物的识别也有较大误差,不适用于矿区特殊环境下障碍物的检测与识别。针对上述问题,提出了一种基于双曲嵌入的露天矿区暗光环境下多目标检测模型。首先,在模型的图像预处理阶段引入卷积神经网路Retinex-Net对暗图像进行增强,提高图像清晰度;然后,针对数据集中特征过多而无重点偏好的问题,在加强特征提取部分添加全局注意力机制,聚集3个维度上更关键的特征信息;最后,在检测模型预测阶段引入双曲全连接层,以减少特征丢失,并防止过拟合现象。实验结果表明:(1)基于双曲嵌入的露天矿区暗光环境下道路多目标检测模型不仅对露天矿区暗光环境下的大尺度目标具有较高的分类与定位精度,对矿用卡车及较远距离的小尺度目标即行人也可准确检测与定位,能够满足无人矿用卡车在矿区特殊环境下驾驶的安全需求。(2)模型的检测准确率达98.6%,检测速度为51.52帧/s,较SSD、YOLOv4、YOLOv5、YOLOx、YOLOv7分别提高20.31%,18.51%,10.53%,8.39%,13.24%,对于矿区道路上的行人、矿用卡车及挖机的检测精度达97%以上。

基于InSAR-COMSOL的露天矿边坡稳定性分析及形变预测

露天矿地表形变特征的快速、准确分析及形变趋势精准预测是推进矿山绿色安全生产的重要保障。针对当前形变监测技术存在的时空采样率低、成本高,预测模型参数难确定等问题,以东鞍山露天铁矿为工程背景,提出了一种融合短基线子集干涉测量(SBAS-InSAR)技术和COMSOL有限元模拟的边坡稳定性分析和形变预测一体化方法。首先,利用SBAS-InSAR技术处理2018年5月—2020年6月获取的62景Sentinel-1A升轨SAR数据,获取了该区域2 a内地表形变时间序列,分析了其形变时空演化特征。然后,采用COMSOL Multiphysics软件模拟外界强降雨影响下的典型沉降区域边坡稳定性状况,探讨了坡体损伤裂化规律及形变机理。基于此,利用粒子群算法(PSO)优化长短期时间记忆(LSTM)网络,搭建了形变时序预测最优模型,开展典型沉降区的形变时序预测,并引入平均绝对误差和均方根误差作为预测精度评价指标。结果表明:矿区西部沉降相对严重,年均沉降速率高达47.8 mm/a,形变速率与区域降雨量存在显著相关性。相较于传统形变预测模型,PSO-LSTM模型的2种误差至少降低了14%和36%,且能够有效反映采区地表形变波动趋势,为滑坡灾前预警提供了新思路。

露天矿高陡复杂边坡软弱岩层组“坐落-滑移式”破坏模式研究

边坡稳定性问题随露天矿开采的进行不断突出,而边坡软弱岩层严重影响边坡稳定性。大量工程实例显示,露天矿含软弱岩层组的高陡复杂边坡失稳模式通常为“坐落-滑移式”破坏。为明晰露天矿高陡复杂边坡软弱岩层组“坐落-滑移式”破坏模式的破坏机理,以某露天矿为例,提出一种针对露天矿含软弱岩层组高陡复杂边坡的综合分析方法。研究结果表明:采用工程地质分析、传统极限平衡方法和数值模拟分析相结合的综合分析方法,针对该类型复杂边坡可发挥不同分析方法的优势,较全面地从地质自然环境条件、定性定量方面、应力应变角度分析边坡破坏机理及模式,总结归纳出含软弱层组露天矿高陡复杂边坡“坐落-滑移式”破坏的“坐落-滑移-剪出”三段式破坏特征,为其他类似复杂边坡稳定性的分析和防治提供思路和手段。

基于渗流作用下含断层的露天矿边坡稳定性的数值模拟研究

为研究含断层露天边坡在渗流作用下的稳定性问题,采用FLAC3D数值模拟技术构建断层作用下的滑体力学模型,获得顺倾层状边坡分条稳定系数表达式,进而对渗流作用下含断层边坡稳定性进行数值模拟分析。对岩体强度的弹性模量、内聚力、内摩擦角和岩体抗拉强度等4种影响因素进行敏感性分析,通过分析这4种因素在不同工况下边坡的位移、应力、应变和安全系数,得出了各参数的敏感性分析曲线。从敏感性分析曲线可知,岩体的内聚力对边坡稳定性的影响最大,弹性模量对边坡稳定性的影响最小。开挖不同阶段边坡稳定性的主要影响因素存在差别,其中,前期以断层为主,后期则逐渐转化为渗流作用。该研究为今后露天矿边坡稳定性分析提供了科学依据,对于边坡稳定性分析具有重大的工程实际意义。

露天矿山大孔径预裂爆破参数研究与应用

预裂爆破是控制边坡成形、降低爆破动载影响的重要手段。为研究炮孔直径203 mm预裂爆破最佳不耦合系数和炮孔间距,运用LS-DYNA数值软件建立以不耦合系数、炮孔间距为变量的数值模型,分析不同工况下炮孔周围的裂纹扩展和峰值应力强度。结果表明:在空气不耦合系数分别为2.53、2.90、3.38、4.06、5.07、6.77的6种工况中,不耦合系数为4.06时,爆炸能量的利用率最高、裂纹扩展良好,与理论公式推导相符;进一步建立空气不耦合系数为4.06,炮孔间距为1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 m的5组模型,得到炮孔间距为2.5 m时满足孔间裂纹贯穿条件,符合现场工况要求;现场应用效果较好,为类似工程提供借鉴。

多目标金属露天矿配矿装载点选取问题及求解算法

目的:为了减少矿产资源浪费,提高贫矿的利用率,针对大型金属露天矿多装载点配矿问题,综合考虑矿石剩余量不足、铲装设备数量有限等因素对配装载点选取的影响,以品位偏差最小、生产成本最小、车辆总排队时间最短为目标建立配矿装载点选取模型。方法:采用二维矩阵整数编码法,并设计一种基于随机片段交叉与特定变异算子相结合的间接二次遗传优化算法对模型进行求解。结果:以国内某大型金属露天矿实际生产数据为例进行仿真实验,结果表明:所得出的装载点选取方案在受铲装设备数量限制、优先开采矿石剩余量相对较少装载点的条件下,仍能满足配矿计划需求。结论:所提模型、算法能普遍适用于大型金属露天矿山开采,使装载点的矿石得到充分利用。意义:提高了企业的经济效益和矿山整体开采效率。

露天矿场景构建与运输过程动态仿真实验研究

针对露天矿运输系统复杂、影响因素众多等问题,开展了基于Blender开源软件的露天矿运输过程动态仿真实验研究。其主要研究内容为:提出了露天矿运输过程可视化动态仿真研究思路及开发环境,并基于Blender软件构建了露天矿运输场景三维模型;提出了“Blender+Python”的动态可视化仿真方案,初步搭建了了露天矿运输过程动态仿真框架及可视化展示方案;结合Sim Py离散事件仿真库、 Dijkstra算法等,研究了露天矿运输排队、路线优化等问题,实现了矿山运输过程的动态化仿真。实验结果表明,该方法提供了一种开展可视化仿真的新思路,具有开发环境简单、经济高效等特点,可用于高校类似课程开发、科研活动等方面。

基于变权理论的露天矿边坡稳定性GRA-TOPSIS评价模型研究

为使露天矿边坡稳定性评估更加科学合理,进一步提高评估结果可靠性,迫切需对现有评价模型进行优化和改进。基于变权理论、灰色关联理论(GRA)和逼近理想解法(TOPSIS),提出了露天矿边坡稳定性改进GRA-TOPSIS评价模型。从地质、环境、工程等3个方面,选取了12个典型影响因素,构建了露天矿岩质边坡稳定性综合评价指标体系;运用变权理论确定指标权重,通过计算灰色关联贴近度,实现露天矿岩质边坡稳定性综合评价。以3座矿山(K1-K3)为例,验证评价模型的适用性。结果显示:3座露天矿边坡稳定性排序为K3>K2>K1,稳定性等级分别为Ⅲ级、Ⅱ级和Ⅱ级,与边坡实际相符;通过对比改进GRA-TOPSIS模型与单独使用GRA、TOPSIS模型以及其他模型的评价结果,验证了改进GRA-TOPSIS综合评价模型在露天矿边坡稳定性评估方面的准确性和优越性,体现了研究价值,可为露天矿边坡稳定性评估提供新思路。

降雨条件下某露天矿不同荷载作用的边坡稳定性分析

降雨一直是引发滑坡灾害的主要因素之一,在历年来的滑坡事故案例中,80%以上的滑坡都有降雨伴随。以西北某露天矿边坡为研究对象,开展室内试验获取各岩层在天然状态和饱水状态下的岩石力学参数,运用拟静力法和流固耦合原理进行数值模拟,对边坡应力应变的分布变化进行了研究,分析塑性区分布状态、关键点位移的变化趋势,模拟计算确定3种不同工况(降雨、降雨+爆破、降雨+地震)下终了边坡稳定性的安全系数,判断边坡的稳定性,并分析了降雨导致地下水升降对边坡稳定性的影响。结果表明,该露天矿初步设计的边坡稳定性较好,符合相关规范,为该矿山后续的边坡开挖施工提供了相关理论依据。