数字矿山技术进展

数字矿山概念作为国家战略"两化融合"在矿产资源行业的应用,对新常态下矿山企业发展影响越来越深。本文结合矿山企业生产过程的特点,给出数字矿山的具体概念,并以数字矿山领先技术和应用为线索,概述了矿山资源评价与建模、开采规划与优化、数字化采矿设计,以及生产管理与安全管控的新技术与新发展,指出信息化智能化发展的技术革新以及应用前景,对矿山企业的未来发展提供了富有成效的建议。

大水矿山地下水水害致灾预测研究

从系统工程学理论角度出发,通过对采掘-排水-地下水系统致灾机制进行分析,确定了大水矿山地下水水害致灾主要是由系统中关键参量特性决定的,即由相邻水文地质单元径流补给、大气降水补给及排水系统排水量的不确定性导致;通过对3个主要影响因素的随机特征分布进行研究,得出系统灾害发生概率计算方法,为预测系统的灾害概率提供依据;将失效模型与矿山地下水模型结合,得到了地下水灾害强度及分布特征。该研究量化了矿山灾害,为制定水害防治方案提供一定的科学依据。

DIMINE矿业软件推动我国数字化矿山发展

本文介绍了DIMINE三维可视化软件及各模块的基本原理和功能,并在此基础上,从国内数字矿山建设的现状出发,综合论证了DIMINE软件在国内矿山设计和建模方面的应用前景。

数字矿山建设目标、任务与方法

通过分析人们对数字矿山的认识以及数字矿山发展现状,进一步梳理了数字矿山及其与其他相关概念的关系,明确了数字矿山的主体任务及发展主题,提出了现阶段数字矿山建设的基本思路和方法。根据数字矿山建设的根本需求对数字矿山进行了重新定义,并借鉴建筑行业的建筑信息模型(BIM),提出矿山信息模型(MIM),该模型包括数字模型、业务模型与方法模型等三方面基本内容。阐述了以MIM作为基本理念的数字矿山建设基本手段和方法,以实现矿山全生命周期业务手段数字化、流程标准化及信息共享、协同工作,为数字矿山建设及相关产品研发提供重要依据和参考。

依托DIMINE软件实现中国矿山的数字化

介绍了DIMINE软件的结构和主要功能,通过一些实例展示了应用DIMINE软件进行矿山三维设计的优点,结合已有经验,探讨了要实现21世纪中国矿山的数字化,必须开发具有自主知识产权的矿业工程软件,并打造一批具有创新意识的高科技矿业集团和专业技术人才。

基于JSON的数字采矿协同技术研究及应用

针对矿山业务软件数据格式繁多,缺乏统一数据标准,业务流程多次流转后产生海量异构数据造成数据难以管理的问题,提出了一种基于JSON的数字采矿协同技术。首先对采集的矿山数据进行分类,并采用轻量级的JSON格式对分类后的矿山业务数据进行标准化处理。然后采用微服务架构的分布式思想,依据明确的矿山业务边界将整个数字采矿协同平台的业务功能模块划分为独立的服务模块。由于微服务的特性,可以根据不同的业务服务设计单独的数据库存储信息,并基于Spring Cloud框架管理协同平台中各独立业务服务和数据库,实现数据跨业务式互联互通,最后将其应用于新疆阿舍勒铜矿。结果表明:该方法充分利用JSON数据格式与微服务架构的特点,解决了矿山信息孤岛、信息断层等问题,减少了数据调用及管理时间,提高了矿山各业务跨部门、跨学科协作的能力与工作效率。

露天矿山智能卡车调度系统研究与应用

露天矿山是以剥采为核心、搬运为纽带的大型生产企业,设备的使用效率和生产组织水平很大程度上决定了企业效益。介绍了露天矿山智能卡车调度系统的构成、智能调度关键技术以及卡调系统实际应用效果,基于新一代的无线通信技术、高精度定位技术、智能车载终端装备和线性规划理论,建立矿山的车流规划数学模型,以车辆数量一定的前提下实现产量最大为原则,完成各个最优路径上的车流计算,进而实现露天卡车高效率自由调度的目标。露天矿山智能卡调系统与数字采矿软件平台的配矿信息和生产计划信息进行统一规划调度,可实现矿山出矿品位的稳定。露天矿山智能卡车调度系统的未来发展方向是无人化露天开采,但是还需要进一步提升高精度定位技术、智能危险感知技术、通信技术和矿山其它系统的协同作业技术水平。

地下巷道动态受限空间移动装备路径规划研究

传统地下移动装备自主导航主要依靠预先建立的静态地图做出全局路径规划,在遇到突然出现的障碍物时容易产生振荡的轨迹,导致行驶路线无法被执行。为解决上述问题,提出了在全局路径规划的基础上增加改进TEB(Time Elastic Band)局部路径规划,并对TEB算法增加曲率约束、急动度约束、末端平缓约束和能耗约束,以适应地下巷道环境。试验结果表明:改进TEB算法产生了适应度更高的轨迹,有效地缩短了路径长度,降低了速度的跳变;优化后的路径平滑性得到提高,与目标点的偏差减小,并在运行效率方面比传统TEB路径规划有所提高,改进前的平均路径代价值为23.09,改进后的平均路径代价值为10.19,总体代价值降低了55.87%。

露天矿配矿优化方法研究

针对露天矿山规划与矿石质量管理的配矿需求,在爆堆品位分布预测的基础上,利用0-1整数规划模型,研究了露天矿配矿的优化方法,进而将其嵌入到DIMINE软件中,并以某水泥灰岩矿配矿设计为例,验证该技术的性能。结果表明,该露天矿配矿优化方法应用简单、配矿效率高、效果好,可有效提高企业的经济效益,对于指导矿山企业的有效生产与决策具有重要的意义。

基于层次分析法和证据理论的矿山井下六大系统安全评价

为了建立合理有效的井下六大系统安全有效性评价模型,首先利用层次分析法构建六大系统多层次评价指标体系,借助标度法建立相应的比较判断矩阵并计算其单排序权重向量和组合权重向量;再利用证据理论建立评价模型,采用专家根据各子系统的完善程度及其在安全生产中发挥的作用大小进行打分,并作为证据源,结合组合权重向量得到各子系统基本信度分配函数,运用证据理论中传统证据合成规则融合各条证据,根据融合的基本信度分配函数对各子系统的安全有效性进行分级,最终得出六大系统的安全有效性级别。研究结果表明:应用该模型在某铜矿进行六大系统安全有效性评价,综合评价结果为优,与该矿山的实际情况相符,具有一定的指导意义。

基于卷积神经网络的矿工安全帽佩戴识别研究

为了解决矿山安全监控监测主要靠人工对视频数据进行识别而存在的诸多人为因素限制的问题,通过构建卷积神经网络实现计算机智能识别矿工安全帽的佩戴,在不增加任何辅助装置的条件下实现矿工安全着装智能识别。从视频数据中提取图像,通过对图像进行旋转、偏移、剪切等预处理,将图像分为矿山背景、戴安全帽的矿工和不戴安全帽的矿工3类。通过构建3种不同深度层次的卷积神经网络进行实验对比,"4个卷积层+3个池化层+3个全连接层"组成的深层网络识别准确率较高,达到91.2%。实验表明利用卷积神经网络可以较好地实现对矿工是否正确佩戴安全帽的智能识别。研究方法为人工智能应用于矿山的安全监控、安全行为及安全状态的智能识别研究提供借鉴。

基于地质统计学的资源储量估算参数优选研究

借助DIMINE矿业软件,综合运用普通克里格法和距离幂次反比法建立了某矿床钻孔数据库、矿体模型和品位块段模型,采用空间多扇区逐步搜索法获得组合样Au品位的实验变异函数,选择球状模拟进行拟合获取理论变异函数参数。针对不同储量估算方法、椭球体搜索方式、搜索距离和有无次级分块等条件,采用正交试验方法,优选6种资源储量估算方案进行估值,获得不同方案的Au品级-矿石量和Au品级-Au品位分布曲线。结果表明:采用各向异性距离能反映品位分布的各向异性;有次级分块估算的矿石量更准确;根据变程进行椭球体分次搜索可有效避免品位均化。研究成果可为基于地质统计学的矿床资源储量估算方法提供指导。

矿岩块度预测影响因素的分析研究

以现场岩体特性参数的实测资料及分析成果作为基本输入参数,采用矿岩块度预测系统,对模拟范围、节理间距分布形式、节理间距大小、两组节理面之间的夹角、完整岩石及弱面的力学性质等因素对矿岩块度的影响程度进行了模拟研究。结果表明,当节理面范围长度是模拟区域长度的3倍以上时,模拟结果不受模拟范围长度的影响,模拟区域的宽度对模拟结果有影响。根据模拟结果拟合了模拟长方体宽度与节理持续线长度比值与连续相关因子间的关系式。节理间距分布形式对模拟结果有很大的影响。岩体力学性质对崩落矿石块度有一定的影响,随着岩体中各力学参数的增大,矿石块度将会增大,但这些参数的增大对块体形状组成的影响规律性不明显。为了验证块体形状分类的效果,应用三组接近正交的理想节理组,对块度进行了模拟,模拟结果与块体形状分类定义相一致。

基于模糊预测性线性规划的矿山产能分配方案优化分析

针对传统矿山产能分配方案分析过程具有较为简单、不系统科学的弊端,将矿山能源,资源及人力条件作为模糊约束条件,以不同采区的单位矿石产量的消耗作为约束系数,构建综合模糊线性规划及灰色线性规划的模糊预测型线性规划模型,对矿山产能分配方案进行系统科学的分析。利用多种灰色预测理论经过精度比较与优选后对灰色系数进行白化,并利用模糊最优判决条件将模糊预测性线性规划模型转化为一般线性规划模型进行求解,进而得到矿山最优产能分配方案。经实例验证,该方法科学可行,能够实现矿山企业生产资料的科学配置和利润的最大化。

基于DIMINE软件的采矿方法真三维设计研究与实现

研究了数字矿山建设过程中采矿方法真三维设计实现的关键技术问题,分析了采矿方法真三维设计在数字矿山建设过程中的意义,文章借助于DIMINE矿山软件实现了矿山采矿方法真三维设计。结果表明,在矿山采矿方法设计中,应用可视化真三维技术不仅十分必要,而且完全可行,它突破了传统的设计模式和方法,极大提高了采矿方法设计的工作效率,使采矿方法的设计更加直观、形象、容易理解,在今后的应用前景必将越来越广泛。

基于二分迭代的倾斜条带状工作面开采沉陷预计研究

为方便准确地进行任意倾斜煤层的开采沉陷预计,借鉴变步长数值积分的思想,提出基于二分迭代的倾斜条带状工作面开采沉陷预计方法,并设计了新的计算模型。具体做法是:将工作面在埋深方向用二分法划分为多个子工作面,从而将倾斜工作面的开采沉陷预计转化为多个水平子工作面的开采沉陷预计;对工作面进行二分时细分级数为f,则要进行f轮计算;在第i(i=0,1,…,f-1)轮计算时,工作面被等分为2i个子工作面,进行2i次迭代计算;在每次迭代计算时,均使用概率积分法,输入地表为上次迭代计算的输出地表,输入工作面为本次计算的子工作面;第i轮迭代计算后,再将每个子工作面在深度方向进行二分,继而进行下轮迭代计算,重复进行,直到前后两轮计算结果差值的均值和方差分别小于首两轮结果差值的十分之一。在三维可视化环境下使用C++编程语言设计并实现了该算法,并从数学上证明了算法的收敛性。算法分析结果表明,该方法消除了传统概率积分法中倾角和平均深度对倾斜煤层开采沉陷预计的误差,计算模型更加科学。应用实例表明:当f=6时,前后两轮计算结果差值数据均值为0.0039m,方差为2.45×104,具有较好的收敛性;与实测值相比,下沉量和倾斜变形的误差率分别为0.9%和0.38%,误差率较常规概率积分法小,计算结果更可信。这说明该方法适用于任意倾斜条带状煤层开采沉陷预计,也可用于非煤地下矿山较规整采场的开采沉陷预计。

基于中心线的双线巷道自动生成算法与实现

提出双线巷道的自动生成解决方案:对巷道中心线进行求交点、打断操作,生成节点—路径网络拓扑图;根据外层路径优先搜索原则,提取图中所有的闭环,根据路径的断面底板宽度,对闭环的边界路径进行偏移、前后联结操作,最终生成交叉点处下行巷道遮挡部分消隐和相交节点处贯通的双线巷道。该算法充分利用节点—路径的拓扑关系,实现简单、速度较快,适用于任意复杂情况下不等宽双线巷道的自动生成。

渣滓溪锑矿岩爆防治方法研究

通过理论分析提出了3种减小开采应力集中的方案,并运用MIDAS-GTS和FLAC3D软件对渣滓溪锑矿现行开采方式和改进方案进行了分析研究。结果表明:在现状无序开采方式下,应力集中明显,且应力集中点不易预测。改进方案分析指出先开采下盘矿脉时,对上盘矿脉形成应力叠加,出现应力集中;先开采上盘矿脉时,形成的采空区隔断了上覆岩层压力,可以很好地避免后采矿脉应力集中,因此对渣滓溪锑矿由于应力集中引起的岩爆的防治应选择先开采上盘矿脉。

精细化矿体三维混构模型构建技术研究

为满足数字矿山建设对矿体三维模型越来越高的精度要求,研究了精细化矿体混构模型的构建方法。利用分支轮廓线的中轴线构造过渡轮廓线,建立无缝连接的矿体分支;通过断层与矿体、矿体与矿体模型之间的布尔运算,实现矿体和断层边界吻合的无缝模型;使用外存八叉树技术构建小尺寸单元块的精细块段模型,提高块段模型边界与矿体表面模型边界的吻合;分析矿石品位的空间变异性,根据变异函数变程、勘探网度以及钻孔工程数量确定对应储量分级的样品搜索策略对矿石品位进行克里格方法估值。以某铜矿为实例对该方法进行验证,结果表明本文提出的精细化模型构建技术能够满足资源分类评价、采矿设计、剖切后出工程图等较高的模型精度要求。

基于DIMINE软件的矿柱回采设计研究

结合汤丹铜矿的具体工程实例,总结矿柱回采的方法以及适用条件,通过地压监测,选择合理的采场结构参数,采用有效的顶板支护技术,再运用DIMINE建立矿山各个工程实体三维可视化模型,并在此基础之上,对此矿山进行了可视化矿柱回采方案设计,成果为矿山实际生产起到了指导作用。