Ricerca sulla validità dei dati di un sistema di rilevamento del fronte di lavoro del riempimento solido di una miniera di carbone basato su un trasformatore migliorato

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 11092 (2023) Citare questo articolo

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Il riempimento solido nell'estrazione del carbone si riferisce al riempimento del goaf con materiali solidi per formare una struttura di supporto, garantendo la sicurezza nelle aree minerarie a terra e superiori. Questo metodo di estrazione massimizza la produzione di carbone e soddisfa i requisiti ambientali. Tuttavia, nel tradizionale backfill mining, esistono sfide, come variabili di percezione limitate, dispositivi di rilevamento indipendenti, dati di rilevamento insufficienti e isolamento dei dati. Questi problemi ostacolano il monitoraggio in tempo reale delle operazioni di riempimento e limitano lo sviluppo intelligente del processo. Questo documento propone un quadro di rete di percezione specificamente progettato per i dati chiave in solide operazioni di recupero per affrontare queste sfide. Nello specifico, analizza gli oggetti critici della percezione nel processo di riempimento e propone una rete di percezione e un quadro funzionale per la miniera di carbone che riempie l'Internet delle cose (IoT). Questi framework facilitano la rapida concentrazione dei dati chiave sulla percezione in un data center unificato. Successivamente, il documento indaga la garanzia della validità dei dati nel sistema di percezione dell'operazione di riempimento solido all'interno di questo quadro. Nello specifico, considera le potenziali anomalie dei dati che potrebbero derivare dalla rapida concentrazione dei dati nella rete di percezione. Per mitigare questo problema, viene proposto un modello di rilevamento delle anomalie basato su trasformatore, che filtra i dati che non riflettono il reale stato degli oggetti di percezione nelle operazioni di riempimento solido. Infine, vengono condotte la progettazione e la validazione sperimentale. I risultati sperimentali dimostrano che il modello di rilevamento delle anomalie proposto raggiunge una precisione del 90%, indicando la sua effettiva capacità di rilevamento. Inoltre, il modello mostra una buona capacità di generalizzazione, rendendolo adatto per monitorare la validità dei dati in scenari che coinvolgono oggetti percettivi aumentati in sistemi di percezione solidi di riempimento.

La tecnologia di riempimento solido si riferisce al riempimento dell'area di estrazione con materiale solido per formare un corpo di supporto per proteggere le aree minerarie superficiali e superiori, un metodo progettato per fornire supporto e stabilizzare le condizioni geologiche dell'area mineraria. Il riempimento solido aiuta a ridurre il cedimento superficiale, a ridurre l’impatto ambientale della ganga di carbone e a creare un ambiente minerario più sicuro ed efficiente1. È un efficace trattamento dei rifiuti minerari e una tecnologia mineraria verde2. Con la continua crescita della popolazione mondiale e dell'industrializzazione, anche la domanda di energia è in aumento. Il carbone, in quanto importante risorsa energetica, occupa una posizione importante nel consumo energetico mondiale3. Prendendo come esempio i dati dell'Ufficio nazionale di statistica cinese, nel 2020 la produzione cinese di carbone grezzo ha raggiunto 2,76 miliardi di tonnellate, pari al 67,6% della produzione totale di energia primaria, e il consumo di carbone ha raggiunto 2,83 miliardi di tonnellate, pari al 56,8% del totale. consumo energetico4. Nel medio e lungo termine, il carbone resta la spina dorsale energetica dell’economia cinese e svolge un ruolo estremamente importante nello sviluppo economico del Paese.

Tuttavia, i metodi tradizionali di estrazione del carbone spesso portano a una serie di problemi ambientali5, come la distruzione del territorio, l’inquinamento delle acque e l’inquinamento dell’aria6. Questi problemi non solo danneggiano l’ambiente di vita umano, ma pongono anche sfide allo sviluppo sostenibile dell’industria del carbone. La quantità di carbone estratto dai “tre sotterranei” (sotto gli edifici, le ferrovie e l’acqua) in Cina supera i 14 miliardi di tonnellate7, e il carbone estratto dai “tre sotterranei” rappresenta solo circa il 7% dell’estrazione totale del carbone. A causa dell'influenza dei giacimenti profondi di carbone8, l'estrazione del carbone cinese utilizza principalmente metodi di estrazione sotterranea9. Dopo che il carbone è stato estratto, nella posizione originale si forma una goaf. Sotto l'azione degli strati sovrastanti, gli strati superiori del goaf collassano, si fratturano, si piegano e affondano provocando cadute di massi come cadute del tetto di carbone e crolli del terreno10. Le statistiche dei dati mostrano che la perdita economica cumulativa causata dal collasso dei goaf indotto dall'estrazione del carbone in Cina ha superato i 50 miliardi di yuan, e anche l'area pro capite del collasso dei goaf nelle aree minerarie supera 1,8 \(\hbox {hm}^2\)11 .