无人机遥感在矿业领域应用现状及发展态势

无人机遥感技术是融合无人机、遥感传感器、差分定位、通信等技术以实现地理环境信息快速采集处理与应用分析的新兴技术.本文介绍了无人机遥感平台构成、技术现状及工作流程,并通过大量国内外文献调研系统梳理其在矿业领域应用场景与实际案例,结合当前技术供给短板分析发展态势.研究表明:(1)无人机遥感技术具备成本低廉、机动性强、数据采集灵活、时效性强、可重复、高分辨率等无可比拟的优势;(2)当前矿业领域主要应用于露天矿生产管理、尾矿库安全监测、灾害应急救援、矿区环境监测、边坡灾害防治;(3)规范监管、简化操控方式、提升续航时间、改善成果精度、拓展应用场景是技术应用发展趋势.无人机遥感技术在矿业领域具备广阔应用前景,势必成为智慧矿山建设中不可缺少的重要组成部分.

2007—2016年全国煤矿事故统计及发生规律研究

为了深入研究煤矿事故频发原因和规律,基于国家安监总局煤矿事故查询系统得到的数据,从事故发生级别、类型、地点3个维度对我国近十年的煤矿事故进行了研究。并利用SPSS21软件构建了重大、特重大事故与瓦斯、火灾的关系模型。结果表明:较大和重大事故得到了有效地遏制,但特大事故时有发生,并容易反弹;在事故类型中顶板事故最为频发,瓦斯是造成一次伤亡最大的煤矿事故。贵州煤矿安全形势最为严峻,山西、黑龙江、内蒙古、重庆4省占全国煤矿特重大事故起数和死亡人数分别53.3%和63.8%。重大、特重大事故死亡人数与瓦斯事故死亡人数关系为二次关系,与火灾事故死亡人数为增长关系。

基于响应面法外场作用下全尾砂浓密沉降试验

为提高全尾砂料浆浓密沉降的质量浓度,将超声波引入全尾砂料浆浓密沉降试验中。利用MATLAB模拟超声波在全尾砂料浆中的指向性,进而选取出超声波频率范围。采用Design-Expert软件设计,并分析不同条件下超声波对全尾砂料浆最终质量浓度的影响,以及各因素之间的耦合关系,进而优化超声波作用条件。结果表明:当超声波频率为20~40 kHz时,在砂仓中传播指向性较好;超声波外场作用能显著提高全尾砂料浆的最终质量浓度,当全尾砂自然沉降19.77 min后,施加频率20.02 kHz、功率50 W的超声波为最优作用条件,全尾砂料浆最终质量浓度可达77.51%,比自然沉降的最终质量浓度提高4.60%;在合适的超声场条件下,超声波在提高全尾砂料浆的最终质量浓度具有明显优越性。

考虑精细地形的尾矿库溃坝外泄泥流运移规律研究

为更科学地开展尾矿库风险评价,提升库区下游防减灾能力,首先引入光滑粒子流体动力学(SPH)方法,使用无人机(UAV)遥感技术获取的高分辨率地形数据,研究尾矿库溃坝外泄泥流在下游精细地形上的运移规律;然后以华东某尾矿库为研究案例,分析泥流流动状态及关键指标。结果表明:案例中,溃坝发生15 s内,泥流覆盖坝脚处,以超12 m/s流速向沟谷内流动,受沟谷地形影响,流速峰值升至15 m/s以上;该尾矿库溃坝模拟结果受地形因素主导,大量高速流动泥流迅速聚集在沟谷,且影响扩散范围较广;流速、冲击力及淹没深度指标分析显示,下游苗圃、厂房面临较高风险。通过UAV遥感技术可获取库区及周边精细地形图片,具备分辨率高、时效性强、自动化程度高等优势。考虑精细地形的SPH溃坝模拟方法具备可行性与推广价值。

不同化学条件下孔隙比对尾矿砂渗透性影响试验

为探究在不同酸碱性流体环境作用下孔隙比、浸泡时间对尾矿砂渗透性的影响规律,选取7组不同孔隙比试样,设计变水头渗透室内试验;通过控制变量法,研究8种浸泡时间下尾矿砂渗透性变化规律,并利用扫描电镜和X射线能谱仪分析不同化学条件下孔隙比对尾矿砂渗透性影响机理。结果表明:在化学条件下尾矿砂的孔隙比与渗透系数存在“似指数”变化关系。当控制试样孔隙比为0.65时,在强酸溶液中(pH=3),尾砂的渗透系数随浸泡时间延长而增加,表现为二次抛物线关系,浸泡1600 s较浸泡200 s增加了56.92%;在强碱环境下(pH=11),尾砂的渗透系数随浸泡时间呈Logistic函数下降,浸泡1600 s较浸泡200 s下降了73.66%。基于太沙基、柯森、刘杰等渗透理论拟合得到酸性、碱性、中性三种条件下的修正关系模型。根据试验结果分析和扫描电镜观察发现,酸性条件下小颗粒尾砂被侵蚀,大颗粒尾砂棱角凸显,结合水膜变薄,孔隙增大,渗透系数变大;碱性条件下,尾砂颗粒表面与尾砂颗粒间有沉淀胶体覆盖或填充,结合水膜变厚,孔隙减小,渗透系数随之减小。

声波对全尾砂浓密沉降的影响

为提高全尾砂料浆浓密沉降效果,降低脱水浓缩成本,将声波引入全尾砂浓密沉降试验中,探究声波对全尾砂料浆浓密沉降影响。利用清水与全尾砂料浆对比声压分布规律试验预选出合适的声波频率和功率,进而运用控制变量法,对声波作用参数进行优选,分析不同条件下全尾砂浓密沉降速度和底流浓度变化规律,探索声波在全尾砂料浆浓密沉降中的作用机理。结果表明:相同点的声压在全尾砂料浆中为70%的清水中声压值;当声波频率为100 Hz,功率为8 W,施加时刻为15 min时为最优作用条件,与自由沉降和絮凝沉降(单耗20 g/t、0.2%絮凝剂溶液浓度)相比,沉降速度分别提高了56.759%和0.801%,底流浓度分别提高了2.54%和6.302%;在合适的声场条件下,声波可明显提高全尾砂料浆沉降速度和底流浓度。

超声波对全尾砂砂浆流变特性的影响

为改善充填砂仓中砂浆的流变特性,创新性地将超声场引入,利用声场辐射方式传播的特性,将超声场非接触性地作用于全尾砂砂浆介质中,研究充填砂仓中全尾砂砂浆在超声场作用下的流变特性。采用Brookfield R/S-SST软固体流变测试仪,测得不同浓度全尾砂砂浆的流变参数,并结合超声波作用机理分析其作用效果和影响原因。试验结果表明:分别对70%、72%、74%、76%和78%五种浓度全尾砂砂浆施加20 kHz和40 kHz两种频率下36 W、62 W、85 W、100 W的超声,黏度降幅可达6.421%~23.504%,屈服应力降幅达7.773%~33.125%。塑性黏度与功率存在显著的线性关系,屈服应力与功率存在明显的线性、二次、Boltzmann、Logistic分布关系。在其他试验条件相同的情况下,总体上40 kHz比20 kHz的超声作用效果相对明显,高功率优于低功率;超声波不仅能使砂浆颗粒产生机械振动,而且能产生明显的空化效应和热效应,在降低全尾砂砂浆的塑性黏度和屈服应力、改善砂仓中尾砂浆流动性和砂仓放砂等方面具有显著的优越性。

超声波对充填料浆流变特性的影响及流变参数预测

为了改善高浓度充填料浆的流变特性,降低充填系统中堵管现象发生的概率,将超声波非接触性地作用于充填料浆。采用高精度Brookfield R/S-SST软固体测试仪,通过试验检测得到超声波作用下不同浓度、不同灰砂比全尾砂充填料浆的流变参数。结果表明:超声波可以显著改善充填料浆的流变特性,降低充填料浆的塑性黏度和屈服应力,超声对料浆黏度值的降低效果可达4.32%～39.33%,对料浆屈服应力的减小效果可达9.66%～34.27%。同时,借助支持向量机建立充填料浆流变参数预测模型。所得预测模型校验结果显示,该模型精度较高,具有较强的泛化能力,实现了功率超声条件下充填料浆流变参数的预测。

集成PCA和LSTM神经网络的浸润线预测方法

为预防尾矿库溃坝事故,挖掘尾矿库在线监测系统的有效信息,提高浸润线预测精度,构建基于主成分分析(PCA)和长短期记忆(LSTM)神经网络的浸润线预测模型;以陈坑尾矿库为例,引入皮尔森(Pearson)相关系数和变量组合法,确定模型输入为预测前3天的待测点浸润线位置、相邻周边2点浸润线位置、库水位、坝体纵向位移和降雨量等18个特征量;利用PCA消除输入变量间的数据冗余,并采用LSTM神经网络预测未来3天的浸润线位置。结果表明:基于PCA和LSTM神经网络的浸润线预测方法具有较高的预测精度,平均绝对误差为0. 011,决策系数为0. 805,且能实现不同降雨工况下尾矿库浸润线的稳定预测。

尾砂充填材料优化配比试验

为研究以尾砂为骨料、胶固粉为细集料的膏体充填材料充填体强度及流动特性,得到最优配比组合方式,分析了试验材料的基本性质,通过设计正交试验对不同质量浓度和不同粉砂比的尾砂膏体强度进行对比分析。试验结果表明:砂浆浓度和粉砂比一定时,充填体的强度与养护时间呈正相关,强度最终维持在一个稳定值;在同一养护时间与砂浆浓度相同条件下,充填体的强度变化与粉砂比呈正比关系;在控制粉砂比和养护时间一定时,强度值随着料浆质量浓度的增大而变大。对比分析表明,最终选择最优配比组合为:粉砂比1∶5,质量浓度69%的充填体能满足强度要求。

全尾砂絮凝沉降与浓密影响因素试验研究

为探究尾砂入料浓度、絮凝剂分子量、絮凝剂单耗、絮凝剂溶液浓度对全尾砂絮凝沉降与浓密的影响,以最大沉降平均速度、最终沉降浓密时间、极限底流浓度作为考察指标,对某金矿全尾砂浆展开了絮凝沉降与浓密正交试验。利用SPSS 23数理统计软件对试验结果进行了方差分析。结果表明:影响最大沉降平均速度、最终沉降浓密时间、极限底流浓度3个指标的显著性顺序依次为尾砂入料浓度、絮凝剂分子量、絮凝剂单耗、絮凝剂溶液浓度。推荐该金矿全尾砂絮凝沉降与浓密的最佳条件为:全尾砂砂浆入料浓度20%,絮凝剂分子量1500万,絮凝剂单耗40 g/t,絮凝剂溶液浓度0.3%。

尾矿库埋入式传感器不锈钢外壳腐蚀研究

针对尾矿库埋入式监测仪器或传感器在不同的地下环境中腐蚀严重、经济损失大等问题,采用挂片浸泡、扫描电镜(SEM)、失重法和电化学测试相结合的方法研究了传感器外壳材料(以316L不锈钢为研究对象)在酸性环境和盐卤环境中的腐蚀规律。结果表明,在pH1.5的酸性腐蚀环境中,不锈钢试样短期内钝化膜处于逐渐形成状态,耐蚀性越来越好;经过长期1 a浸泡腐蚀后,耐蚀性略微有所降低;在pH3的硫酸与卤水混合液和pH7.5盐卤水的腐蚀环境中,不锈钢试样短期内耐蚀性越来越好;经过长期浸泡腐蚀后,由于盐卤水中侵蚀性Cl-的存在加速了钝化膜的溶解和破坏,耐蚀性下降幅度明显增大。