改良された変圧器に基づく炭鉱固体埋め戻し作業切羽感知システムのデータ妥当性に関する研究

Jun 04, 2024

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11092 (2023) この記事を引用

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石炭採掘における固体埋め戻しとは、ゴーフに固体材料を充填して支持構造を形成し、地上および上部採掘エリアの安全を確保することを指します。 この採掘方法は石炭生産を最大化し、環境要件に対応します。 ただし、従来の埋め戻しマイニングでは、知覚変数の制限、独立したセンシング デバイス、不十分なセンシング データ、データの分離などの課題が存在します。 これらの問題は、埋め戻し操作のリアルタイム監視を妨げ、インテリジェントなプロセス開発を制限します。 この論文では、これらの課題に対処するために、固体埋め戻し操作における重要なデータ向けに特別に設計された認識ネットワーク フレームワークを提案します。 具体的には、埋戻しプロセスにおける重要な認識オブジェクトを分析し、炭鉱の埋戻しにおけるモノのインターネット (IoT) のための認識ネットワークと機能フレームワークを提案します。 これらのフレームワークにより、主要な認識データを統合データ センターに迅速に集中することが容易になります。 続いて、本論文は、このフレームワーク内で固体埋め戻し操作の認識システムにおけるデータの有効性の保証を調査します。 具体的には、認識ネットワーク内の急速なデータ集中から生じる可能性のある潜在的なデータ異常を考慮します。 この問題を軽減するために、固体埋め戻し操作における認識オブジェクトの真の状態を反映しないデータをフィルタリングして除去する、トランスベースの異常検出モデルが提案されています。 最後に、実験計画と検証が行われます。 実験結果は、提案した異常検出モデルが 90% の精度を達成し、その効果的な検出能力を示していることを示しています。 さらに、このモデルは優れた一般化能力を示し、固体バックフィル知覚システムで知覚オブジェクトの増加を伴うシナリオでデータの有効性を監視するのに適しています。

固体埋め戻し技術とは、採掘エリアを固体材料で充填して、表層および上部採掘エリアを確保するための支持体を形成することを指します。これは、採掘エリアの地質条件をサポートし、安定させるために設計された方法です。 固体充填は、地表の沈下を軽減し、石炭脈石による環境への影響を軽減し、より安全で効率的な採掘環境を作り出すのに役立ちます1。 これは効果的な鉱山廃棄物処理およびグリーン採掘技術です2。 世界の人口の継続的な増加と工業化に伴い、エネルギー需要も増加しています。 石炭は重要なエネルギー資源として、世界のエネルギー消費において重要な位置を占めています3。 中国国家統計局のデータを例にとると、2020年の中国の粗石炭生産量は27億6000万トンに達し、一次エネルギー総生産量の67.6％を占め、石炭消費量は28億3000万トンに達し、全体の56.8％を占めた。エネルギー消費4. 中長期的に見て、石炭は依然として中国経済のエネルギー基幹であり、同国の経済発展において極めて重要な役割を果たしている。

しかし、伝統的な石炭採掘方法は、土地破壊、水質汚染、大気汚染などの一連の環境問題5を引き起こすことがよくあります6。 これらの問題は人間の生活環境を損なうだけでなく、石炭産業の持続可能な発展にも課題をもたらしています。 中国の「三地下」（建物、鉄道、水道の下）から採掘される石炭の量は 140 億トンを超え7、「三地下」で採掘される石炭は全石炭採掘の約 7% にすぎません。 深い炭層8の影響により、中国の石炭採掘は主に地下採掘法9が使用されています。 石炭が抽出された後、元の場所にゴフが形成されます。 上にある地層の作用により、ゴーフの上部の地層は崩壊、破壊、曲がり、沈下し、石炭屋根の落下や地面の崩壊などの落石を引き起こします10。 データ統計によると、中国の石炭採掘に起因するゴーフ崩壊による累積経済損失は500億元を超え、鉱山地域におけるゴーフ崩壊の一人当たりの面積も1.8 \(\hbox {hm}^2\)11を超えています。 。