Pesquisa sobre a validade dos dados de um sistema de detecção de face de trabalho de aterro sólido de mina de carvão baseado em um transformador aprimorado

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11092 (2023) Citar este artigo

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O aterro sólido na mineração de carvão refere-se ao preenchimento do goaf com materiais sólidos para formar uma estrutura de suporte, garantindo segurança no solo e nas áreas superiores de mineração. Este método de mineração maximiza a produção de carvão e atende aos requisitos ambientais. No entanto, na mineração tradicional de aterro, existem desafios, tais como variáveis ​​de percepção limitadas, dispositivos de detecção independentes, dados de detecção insuficientes e isolamento de dados. Estas questões dificultam o monitoramento em tempo real das operações de preenchimento e limitam o desenvolvimento inteligente de processos. Este artigo propõe uma estrutura de rede de percepção projetada especificamente para dados-chave em operações de preenchimento sólido para enfrentar esses desafios. Especificamente, analisa objetos de percepção crítica no processo de aterramento e propõe uma rede de percepção e uma estrutura funcional para o aterramento de minas de carvão na Internet das Coisas (IoT). Estas estruturas facilitam a rápida concentração dos principais dados de percepção num centro de dados unificado. Posteriormente, o artigo investiga a garantia da validade dos dados no sistema de percepção da operação de preenchimento sólido dentro desta estrutura. Especificamente, considera potenciais anomalias de dados que podem surgir da rápida concentração de dados na rede de percepção. Para mitigar este problema, é proposto um modelo de detecção de anomalias baseado em transformador, que filtra dados que não refletem o verdadeiro estado dos objetos de percepção em operações de preenchimento sólido. Finalmente, o desenho experimental e a validação são conduzidos. Os resultados experimentais demonstram que o modelo de detecção de anomalias proposto atinge uma precisão de 90%, indicando sua capacidade efetiva de detecção. Além disso, o modelo apresenta boa capacidade de generalização, tornando-o adequado para monitorar a validade de dados em cenários envolvendo objetos de percepção aumentada em sistemas de percepção de preenchimento sólido.

A tecnologia de aterro sólido refere-se ao preenchimento da área de extração com material sólido para formar um corpo de suporte para proteger as áreas de mineração superficiais e superiores, um método projetado para fornecer suporte e estabilizar as condições geológicas da área de mineração. O enchimento sólido ajuda a reduzir a subsidência da superfície, reduz o impacto ambiental da ganga de carvão e cria um ambiente de mineração mais seguro e eficiente1. É um tratamento eficaz de resíduos de mineração e uma tecnologia de mineração verde2. Com o crescimento contínuo da população mundial e da industrialização, a procura de energia também está a aumentar. O carvão, como importante recurso energético, ocupa uma posição importante no consumo mundial de energia3. Tomando como exemplo os dados do Gabinete Nacional de Estatísticas da China, em 2020, a produção de carvão bruto da China atingiu 2,76 mil milhões de toneladas, representando 67,6% da produção total de energia primária, e o consumo de carvão atingiu 2,83 mil milhões de toneladas, representando 56,8% do total. consumo de energia4. A médio e longo prazo, o carvão continua a ser a espinha dorsal energética da economia da China e desempenha um papel extremamente importante no desenvolvimento económico do país.

No entanto, os métodos tradicionais de mineração de carvão conduzem frequentemente a uma série de problemas ambientais5, tais como a destruição de terras, a poluição da água e a poluição do ar6. Estes problemas não só prejudicam o ambiente de vida humana, mas também colocam desafios ao desenvolvimento sustentável da indústria do carvão. A quantidade de carvão extraído dos “três subterrâneos” (sob edifícios, caminhos-de-ferro e água) na China é superior a 14 mil milhões de toneladas7, e o carvão extraído dos “três subterrâneos” representa apenas aproximadamente 7% do total da mineração de carvão. Devido à influência das camadas profundas de carvão8, a mineração de carvão da China utiliza principalmente métodos de mineração subterrânea9. Após a extração do carvão, forma-se um goaf no local original. Sob a acção dos estratos sobrejacentes, os estratos superiores do goaf entrarão em colapso, fracturarão, dobrarão e afundarão, causando quedas de rochas, tais como quedas de telhados de carvão e colapsos do solo10. As estatísticas de dados mostram que a perda econômica cumulativa causada pelo colapso do goaf induzido pela mineração de carvão na China excedeu 50 bilhões de yuans, e a área per capita do colapso do goaf nas áreas de mineração também excede 1,8 \(\hbox {hm}^2\)11 .