专精特新 | 人工智能如何改变传统的尾矿坝监测方式? 2021-12-20

人工智能(AI)成熟后将彻底改变重工业的运作方式。对于采矿行业而言,人工智能可应用在勘探、开采和矿山运营期间的设备监测和评估等场景。


而尾矿溃坝对采矿作业来说是一个真实存在的危险, 人工智能能解决这个问题么?


尾矿坝是用于储存采矿作业产生的废料的土堤。它们的高度可能超过 100m,在某些情况下可能长达数公里。尾矿坝是长期使用的基础设施,然而许多尾矿坝的设计规范不完善,施工和监管方法也没有标准的挡水坝那么严格,所以尾矿坝的故障率很高。


目前,90% 的尾矿事故报告发生在现役矿山内。根据目前的数据,74%的尾矿事故案例仅来自少数几个国家:美国(39%)、欧洲(18%)、智利(12%)和菲律宾(5%)。然而,由于缺乏来自其他国家的准确信息和可靠的数据,这意味着许多尾矿事故并没有得到报告。 


2019 年 1 月 Brumadinho 大坝倒塌导致 270 人死亡,约 1200 万立方米尾矿被排放到当地环境中,这种规模的灾难很少见。然而,近年来尾矿事故率有所增加,过去 70 年中大约一半的重大尾矿坝失事发生在 1990 年至 2010 年之间。仅在过去十年中,就发生了 37 次重大尾矿坝事故,而且溃坝正变得越来越频繁。 


目前,大多数尾矿都根据其潜在危险分类进行定期检查, 所有这些检查工作都需要由合格的岩土工程师来开展。在实际的矿山运营中,大多数检查并不是经常进行,这意味着关于大坝安全状态的数据其实很少。


还有个重大挑战是,尾矿坝事故很少是单一原因导致的,而是整个尾矿系统的故障。最常见的原因是漫顶,通常是在大雨之后,大坝设计无法承受快速增长的水流,这使得尾矿设施非常不稳定。而溃坝事故可能以很快的速度发生,且矿山员工几乎没有时间做出响应。


人工智能在尾矿中的应用 


人工智能的无人机技术和微震监测技术有可能彻底改变监控和评估尾矿设施的过程。通过数字技术,采矿作业可以使用移动、连接的传感器对全球尾矿设施网络进行持续监控。


通过人工智能收集尾矿的相关数据,并将这些数据传送到分析平台,就可以准确实现对尾矿坝进行全面监测,指示风险级别并提供缓解措施的建议。矿山人员能实时知道尾矿设施的结构完整性、安全性和可靠性。通过人工智能和机器学习,能做到对溃坝等情况进行提前预警。


1、自主无人机


国外的Percepto公司提供了一系列自主无人机解决方案,使用机器学习和人工智能将无人机收集的数据传送至平台,该平台将数据发送到相关管理人员的移动设备上,从而在严重问题发生之前就能采取有效的措施。


使用人工智能驱动的无人机检查尾矿设施有一系列好处。即只需要投入少量的人力就能获得大量数据,而且这些数据可以实时数字通信。


不过该方案有一个缺点,在监测过程中,无人机必须持续运行,以确保尾矿数据不会突然失效。对于一些大型多元化矿业公司来说,这不是问题。然而,对大多数矿山来说,这项技术的部署成本太高。


2、微震监测技术

成都安尔法智控科技有限公司(简称“安尔法”)的微震监测技术,基于微震数据结合数值模拟反馈分析方式,可应用于尾矿库的有效实时监测。


微震系统主要包括传感器、以太网通信、采集电脑端和处理电脑端,通过实时监测边坡结构岩土体的破断规律,及时发现边坡滑移曲线,实现滑移前的预防和治理。该系统可做到:


  • 表面位移监测:外部观测墩、监测外观变形

  • 浅表层监测:多点位移计、锚杆应力计、锚索测力计、  地下水监测点和测斜孔

  • 深部监测:石墨杆收敛计、滑动测微计、裂缝计


安尔法微震监测技术的优势在于部署成本低,应用场景更广阔。

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