Recherche sur la validité des données d'un système de détection du front de taille en remblai solide d'une mine de charbon basé sur un transformateur amélioré

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 11092 (2023) Citer cet article

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Le remblayage solide dans les mines de charbon consiste à remplir la goaf de matériaux solides pour former une structure de support, garantissant la sécurité dans les zones minières souterraines et supérieures. Cette méthode d'extraction maximise la production de charbon et répond aux exigences environnementales. Cependant, dans l'exploitation minière de remblayage traditionnelle, des défis existent, tels que des variables de perception limitées, des dispositifs de détection indépendants, des données de détection insuffisantes et l'isolement des données. Ces problèmes entravent le suivi en temps réel des opérations de remblayage et limitent le développement de processus intelligents. Cet article propose un cadre de réseau de perception spécifiquement conçu pour les données clés dans les opérations de remplissage solides afin de relever ces défis. Plus précisément, il analyse les objets de perception critiques dans le processus de remblayage et propose un réseau de perception et un cadre fonctionnel pour l'Internet des objets (IoT) de remblayage des mines de charbon. Ces cadres facilitent la concentration rapide des données de perception clés dans un centre de données unifié. Par la suite, l'article étudie l'assurance de la validité des données dans le système de perception de l'opération de remblayage solide dans ce cadre. Plus précisément, il considère les anomalies potentielles de données pouvant résulter de la concentration rapide des données dans le réseau de perception. Pour atténuer ce problème, un modèle de détection d'anomalies basé sur un transformateur est proposé, qui filtre les données qui ne reflètent pas le véritable état de perception des objets lors des opérations de remplissage solide. Enfin, la conception expérimentale et la validation sont menées. Les résultats expérimentaux démontrent que le modèle de détection d'anomalies proposé atteint une précision de 90 %, indiquant sa capacité de détection efficace. De plus, le modèle présente une bonne capacité de généralisation, ce qui le rend approprié pour surveiller la validité des données dans des scénarios impliquant une perception accrue d'objets dans des systèmes de perception à remplissage solide.

La technologie de remblai solide fait référence au remplissage de la zone d'extraction avec des matériaux solides pour former un corps de support pour sécuriser les zones minières de surface et supérieures, une méthode conçue pour fournir un soutien et stabiliser les conditions géologiques de la zone minière. Le remplissage solide contribue à réduire l’affaissement de surface, à réduire l’impact environnemental de la gangue de charbon et à créer un environnement minier plus sûr et plus efficace1. Il s’agit d’une technologie efficace de traitement des déchets miniers et d’une technologie minière verte2. Avec la croissance continue de la population mondiale et l’industrialisation, la demande énergétique augmente également. Le charbon, en tant que ressource énergétique importante, occupe une place importante dans la consommation énergétique mondiale3. En prenant comme exemple les données du Bureau national chinois des statistiques, en 2020, la production chinoise de charbon brut a atteint 2,76 milliards de tonnes, représentant 67,6 % de la production totale d'énergie primaire, et la consommation de charbon a atteint 2,83 milliards de tonnes, soit 56,8 % du total. consommation d'énergie4. À moyen et long terme, le charbon reste l'épine dorsale énergétique de l'économie chinoise et joue un rôle extrêmement important dans le développement économique du pays.

Cependant, les méthodes traditionnelles d’extraction du charbon entraînent souvent une série de problèmes environnementaux5, tels que la destruction des terres, la pollution de l’eau et de l’air6. Ces problèmes nuisent non seulement à l’environnement humain, mais posent également des défis au développement durable de l’industrie charbonnière. La quantité de charbon extrait des « trois sous-sols » (sous les bâtiments, les voies ferrées et l’eau) en Chine s’élève à plus de 14 milliards de tonnes7, et les « trois sous-sols » de charbon extraits ne représentent qu’environ 7 % de l’extraction totale de charbon. En raison de l'influence des gisements de charbon profonds8, l'extraction du charbon en Chine utilise principalement des méthodes d'extraction souterraines9. Une fois le charbon extrait, une goaf se forme à l’emplacement d’origine. Sous l’action des couches sus-jacentes, les couches supérieures du goaf vont s’effondrer, se fracturer, se plier et s’enfoncer, provoquant des chutes de pierres telles que des chutes de toits en charbon et des effondrements de sol10. Les statistiques montrent que la perte économique cumulée causée par l'effondrement du goaf induit par l'extraction du charbon en Chine a dépassé 50 milliards de yuans, et la superficie par habitant de l'effondrement du goaf dans les zones minières dépasse également 1,8 \(\hbox {hm}^2\)11 .