Tóm tắt:
Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ trong 2 thập kỷ qua, đặc biệt là sức mạnh xử lý của phần mềm và máy tính, độ chính xác trong hệ thống định vị GPS, chụp ảnh với camera kỹ thuật số độ phân giải cao, điện toán đám mây, ứng dụng của UAV trong khai thác mỏ đã được nâng cao với nhiều lợi ích. Nổ mìn là một hoạt động quan trọng trong khai thác mỏ và phụ thuộc vào các phương pháp phân tích thông thường cho đến khi các công nghệ mới được áp dụng trong một vài thập kỷ gần đây. Mô hình số hóa DMT (Digitised Terrain Mode) được phát triển dựa trên hình ảnh chụp địa hình & bề mặt mỏ (một phần của tình trạng trước và sau vụ nổ). Với ứng dụng trên điện thoại di động, cho phép ghi lại tình trạng thực của các lỗ khoan nổ mìn, chế độ xem 2D/3D của mỗi lỗ khoan, thông số hình học, tọa độ thực của mỗi lỗ khoan và vị trí vụ nổ, sự hiện diện của nước trong mỗi lỗ khoan có thể được ghi lại. Để đo sự phân mảnh vụ nổ, UAV bay trên đống quặng sau vụ nổ và ghi lại hình ảnh. Hình ảnh phân mảnh của vụ nổ được phân tích sử dụng phần mềm phân tích hình ảnh. Các hình ảnh rất hữu ích để tính toán khối lượng đá vụ nổ. Trong bài viết này trình bày 2 dự án triển khai. Một mỏ đá Granit ở Malaysia, với sự trợ giúp của các UAV đã xác định các loại đá và cấu trúc địa chất để cải thiện vụ nổ. Trong một dự án khác là mỏ đá vôi tại Thái Lan, hình ảnh phân tích kích thước hạt được thực hiện bằng máy ảnh thủ công. Kết quả dự đoán phân mảnh vụ nổ bằng phần mềm phân tích hình ảnh được thảo luận trong bài báo này.
1. Giới thiệu:
Trong quá khứ, sự phát triển của các hệ thống và nền tảng UAV là chủ yếu được thúc đẩy bởi các mục tiêu và ứng dụng quân sự. Kiểm tra không người lái, giám sát, trinh sát và lập bản đồ các khu vực bí mật là mục tiêu quân sự chính. Chụp ảnh UAV thực sự mở ra nhiều ứng dụng mới trong lĩnh vực hàng không tầm gần, mang tới một giải pháp thay thế chi phí thấp cho chụp ảnh trên không có người lái cổ điển để lập bản đồ địa hình quy mô lớn hoặc ghi lại chi tiết 3D thông tin mặt đất và là giải pháp bổ sung hợp lệ cho thu thập địa hình. Sự tiến bộ trong công nghệ UAV đảm bảo sự sẵn có của hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu thu nhỏ (GNSS), các đơn vị đo lường quán tính (IMU), máy ảnh kỹ thuật số và thực hiện chụp ảnh, sẽ giúp các mỏ thực hiện cập nhật tình trạng khai thác với hiện trạng hiện tại, duy trì một luồng dữ liệu liên tục để tìm ra các vấn đề trong giai đoạn trước khi khai thác và đưa ra quyết định khả thi về kinh tế bằng cách lập kế hoạch cho các hoạt động hàng ngày và kế hoạch hành động hàng tháng. Do dữ liệu hạn chế và tiêu tốn thời gian trong việc thu thập dữ liệu trong hệ thống khai thác thông thường, rất khó để tối ưu hóa hoạt động nổ mìn. Trọng tâm không phải là thu thập dữ liệu một lần, mà là thu thập dữ liệu liên tục và phân tích dữ liệu thông qua phép nội suy có thể cho chúng ta biết nhiều hơn những gì ta thấy.
Hình 1: So sánh UAV với các kỹ thuật địa tin học, các cảm biến và nền tảng cho mục đích ghi dữ liệu 3D
Với khả năng cung cấp nhanh chóng thông tin hình ảnh có độ phân giải không gian, thời gian cao và tính linh hoạt trong việc đáp ứng nhanh chóng trong một số tình huống quan trọng như hiệu suất kiểm tra chéo có thể được thực hiện ở các cấp khác nhau của hệ thống khai thác. Dữ liệu thu được từ khảo sát trên không tạo ra khả năng truy cập vào thông tin địa lý 3D và phân tích rất thân thiện. Các hoạt động như nổ mìn, tải và vận chuyển có thể được theo dõi và tối ưu hóa bằng cách phân tích dữ liệu khổng lồ thu được từ các hoạt động trước đây. Các thuật toán học máy tính sẽ làm cho kết quả của các nghiên cứu này chính xác hơn nhiều.
Các tham số thiết kế nổ mìn quan trọng là địa hình, loại đá hoặc địa chất ở mặt, vị trí lỗ khoan với hình học, vv Dựa trên hình dạng bề mặt và vị trí lỗ khoan, mô hình đặt chất nổ có thể được thiết kế. Ban đầu có thể được lên kế hoạch bằng nhiều tổ hợp kíp nổ và rung động mặt đất có thể được dự đoán với sự hỗ trợ của phần mềm. Hiện tại có một số phần mềm nổ mìn, có các mô-đun khác nhau có thể nhập dữ liệu liên quan đến khoan và nổ mìn qua điện thoại di động, UAV, v.v. Thông tin kỹ thuật số khác nhau có thể dễ dàng so sánh với thiết kế vụ nổ theo kế hoạch với địa hình bề mặt nổ và thiết kế vụ nổ có thể được sửa đổi để đạt được kết quả nổ mìn mong muốn. Phần mềm nổ mìn cũng có khả năng dự đoán kết quả nổ mìn dựa trên dữ liệu thực tế được thu thập và kế hoạch.
2. Phần mềm thiết kế nổ mìn
2.1 Các mô đun phần mềm:
Có 6 mô đun phần mềm miêu tả như Hình 2 bên dưới:
Hình 2: Các mô đun phần mềm thiết kế nổ mìn
- Topography module (mô đun địa hình): có thể nhập và xuất địa hình, chỉnh sửa địa hình. Địa hình số hóa tham chiếu địa lý có thể được phát triển với dữ liệu thu được từ máy bay không người lái. Địa hình có thể được xem với các tùy chọn khác nhau và có thể được mở rộng. Mô hình địa hình số hóa (DTM) được phát triển dựa trên hình ảnh được chụp từ địa hình mỏ và mặt mỏ.
- Borehole module (mô đun lỗ khoan): có thể nhập vào hoặc tạo mô hình. Hình học lỗ khoan có thể được điều chỉnh và loại lỗ có thể được đưa vào. Có thể kết hợp thiết kế presplit trong mô hình nổ mìn.Vỉa và khoảng cách thực tế có thể được tính dựa trên địa hình bề mặt. Độ lệch thực cho mỗi lỗ khoan có thể được ghi lại. Do đó, vị trí lỗ khoan có thể được thay đổi trước khi khoan. Số lượng hàng có thể được chỉnh sửa. Loại lỗ khoan như phân chia từ trước, đường viền hoặc lỗ khoan sản xuất có thể được xác định.
- Charge Module có thể xác định các quy tắc tính phí liên quan đến số lượng thuốc nổ, chất nổ catridge, booster, ANFO. Tăng / giảm lượng nổ mỗi lỗ bằng thủ công. Quy tắc tính lượng nổ xác định trước có thể được sửa đổi.
- Timing Module (mô đun thời gian): dùng thiết kế thời gian trễ cho kíp nổ phi điện hoặc điện tử. Đường đồng mức và hướng di chuyển có thể được mô phỏng. Biểu đồ có thể tạo ra cho lượng nổ/ trễ. Nó có thể điều chỉnh MIC. Điều chỉnh này có tùy chọn để thêm kíp nổ bề mặt hoặc trong lỗ khoan. Tùy chọn nhiều tầng là các tầng địa chất thích hợp. Tùy chọn công cụ thời gian có thể tạo ra các báo cáo khác nhau với thời gian trễ của kíp nổ. Lỗ khởi đầu có thể so sánh với các kết hợp khác nhau.
- Blast Result Module (mô đun kết quả nổ): có thể dự đoán sự phân mảnh đá do nổ mìn dựa trên các thông số đầu vào. Tối ưu hóa vụ nổ có thể được thực hiện bằng cách mở rộng mô hình vụ nổ hoặc điều chỉnh trạng thái nổ. Nếu chất lượng dữ liệu quặng là đầy đủ, chất lượng dữ liệu đảm bảo có thể được tạo ra. Chi phí nổ mìn có thể được so sánh.
- Vibration Module (mô đun chấn động): rất hữu ích để dự đoán rung động mặt đất xung quanh khu vực nổ mìn bằng cách sử dụng bản đồ google. Cấu trúc quan trọng có thể được thêm vào bản đồ. Quy luật suy giảm có thể được kết hợp. Mô-đun này có thể định nghĩa lại PPV và tạo hình ảnh với các tuyến mức độ chấn động khác nhau. Hiệu chỉnh UTM có thể được thực hiện.
2.2 Kiến trúc điện toán đám mây (Cloud computing architecture)
Kiến trúc điện toán đám mây được thể hiện trong Hình 3. Đám mây là nơi người sử dụng có thể, ví dụ, gửi báo cáo vụ nổ cho người dùng khác, tải lên các vụ nổ mới và mời người mới cho một dự án. Trên đám mây, người dùng có thể tải lại danh sách dự án, kiểm tra chi tiết từ một số dự án. Cũng có thể mời người dùng khác và tạo mới dự án hoặc xóa một dự án hiện có …Trong dự án nổ mìn, người dùng có thể tải xuống mẫu vụ nổ đã chọn, tải xuống thông tin QAQC, sao chép vụ nổ đã chọn vào dự án khác, lên kế hoạch và báo cáo qua e-mail, cập nhật, xóa hoặc tải lên vụ nổ đã chọn . Người dùng có thể tải xuống thông tin QAQC để so sánh các giá trị lý thuyết với các giá trị thực. Người dùng có thể cập nhật tệp excel và CSV.
Hình 3: Kiến trúc điện toán đám mây
2.3 Ứng dụng di động
Thông tin khác nhau liên quan đến nổ mìn có thể được thu thập bằng điện thoại di động. (Xem Hình 4) Tất cả các dự án liên quan đến vụ nổ riêng lẻ có thể được truy cập hoặc tạo. Có thể xem các lỗ khoan trong mẫu Chế độ xem 2D / 3D. Các tham số hình học có thể được ghi lại và lưu trong sổ đăng ký. Tọa độ GPS thực có thể được ghi lại. Sự hiện diện của nước trong lỗ quan sát được trong quá trình nạp thuốc nổ có thể được ghi lại. Lượng nổ thực trên mỗi lỗ khoan có thể được ghi lại trong vụ nổ riêng lẻ.
Hình 4: Ứng dụng di động của thiết kế nổ mìn
3. Các dự án nổ mìn:
3.1 Mỏ đá Granit ở Malaysia
Mỏ đá granit nằm ở Johor Bahru. Do địa hình mỏ đá granit rất dốc, nghiên cứu địa chất được thực hiện bằng UAV. Với sự hỗ trợ của UAV, người ta đã thu được các hình ảnh từ trên không và các loại đá được xác định là đá granit biotit (95%), đá granit hồng (2%), vỏ microdirite (1%), đê andesite (1%) và microgranite (1%). Đặc điểm địa chất bao gồm các đứt gãy, khe nứt, bề mặt bên dốc và pha trộn magma. Các cấu trúc địa chất được xác định là vùng bao quanh, thể andesite và vùng đứt gãy. Thông tin này rất hữu ích để lập kế hoạch thiết kế vụ nổ tại mỏ đá granit này.
3.2 Mỏ đá vôi, Thái Lan
Mỏ đá trong nghiên cứu này có công suất sản xuất hàng năm là 2,5 MTPA và đã mở rộng công suất lên 5 MTPA. Mỏ đá hiện tại sử dụng máy khoan DTH đường kính 76 mm, máy đào cuốc 2.2 và máy xúc lật 25 tấn. Kích thước đá cho máy nghiền chính là 800 mm. Mục tiêu của nghiên cứu là cải thiện sự phân mảnh đá để cải thiện năng suất của thiết bị khai thác.
UAV đã được triển khai để nghiên cứu các mặt đá. Đá vôi được phân thành bốn loại – đá vôi khối, rất khối, khối / vết nứt và đá phân rã – hỗ trợ thiết kế vụ nổ dựa trên quan sát bề mặt nổ mìn
Các tham số đầu vào bao gồm kích thước khối trung bình (XB), RQD%, hệ số bột, lượng nổ tối đa trên độ trễ (MC), (BD) tỷ lệ vỉa với đường kính lỗ, (SB) tỉ lệ khoảng cách đến vỉa, tỷ lệ độ cứng (tức là tỷ lệ chiều cao bậc với vỉa (HB), (TB) tỷ lệ chiều cao lượng thuốc nổ với vỉa, đóng vai trò quan trọng trong việc dự đoán kích thước mảnh trung bình. Hơn nữa, người ta đã thấy rằng sản lượng Máy xúc cải thiện từ 200 ph xuống còn 245 tph khi kích thước mảnh trung bình giảm từ 0,27 m xuống 0,13 m và tỷ lệ phần trăm mảnh lớn (các tảng đá lớn hơn 0,8 m) đã giảm từ 12 xuống 4 trên 100 lần vụ nổ.
3.2.1 Phân tích phân mảnh:
Một vật đã biết kích được được đặt giữa đống quặng tạo ra bởi vụ nổ để so sánh kích thước của các mảnh đá. Ảnh chụp đống quặng được thự hiện bởi máy ảnh di động Hình 5 (a). Bức ảnh sau khi phân tích bằng phần mềm như Hình 5 (b). Phân bố kích thước khối nổ với RR được thể hiện trong Hình 5 (c). Do đó, đối với mỗi vụ nổ, hình ảnh được lấy để phân tích thêm thông qua phần mềm phân tích hình ảnh.
Hình 5 (a): Hình ảnh đống quặng chụp bởi máy ảnh di động
Hình 5 (b): Hình ảnh phân mảnh quan sát bởi phần mềm
Hình 5 (c): Hình ảnh phân mảnh quan sát bởi phần mềm
4. Thảo luận:
Với sự phát triển của công nghệ, có thể thu thập dữ liệu đầu vào của nổ mìn bằng UAV và được duy trì ở dạng kỹ thuật số. Trong trường hợp nghiên cứu về mỏ đá granit, các loại đá và cấu trúc địa chất khác nhau đã được xác định. Các thông tin tương tự là hữu ích cho thiết kế nổ mìn. Trong trường hợp nghiên cứu về mỏ đá vôi từ Thái Lan, các bức ảnh từ UAV rất hữu ích để phân loại các loại đá và điều này cũng hữu ích cho thiết kế vụ nổ. UAV có khả năng quay video. Tuy nhiên, trong nghiên cứu trường hợp của mỏ đá Thái lan, các bức ảnh về đống quặng được chụp bằng máy ảnh di động và phân tích hình ảnh được thực hiện bằng phần mềm phân mảnh vụ nổ .. Cần phải phát triển thêm kỹ thuật phân tích phân mảnh tương tự như Phân tích phân mảnh trên không trên nền tảng đám mây.
5. Kết luận:
(i) Với các công nghệ mới như UAV, Ứng dụng điện thoại di động và điện toán đám mây, có thể thiết kế nổ mìn tại hiện trường.
(ii) Có thể thực hiện thay đổi trong thiết kế nổ mìn dựa trên khảo sát địa hình và khảo sát bề mặt bằng phần mềm thiết kế nổ mìn
(iii) Thông tin nổ mìn có thể được xem liền mạch bằng nhiều nền tảng khác nhau của UAV, điện thoại di động, máy tính xách tay / PC và thực tế ảo bằng điện toán đám mây.
(iv) Kết quả phân tích phân mảnh có thể so sánh với kết quả thực tế. Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm để phân tích phân mảnh kích thước mảnh nhỏ hơn bằng phần mềm phân tích hình ảnh .
(v) Dữ liệu lớn về nổ mìn có thể được thu thập và phân tích để có được lợi ích chi phí với phần mềm thiết kế nổ mìn.
Chân thành cảm ơn O-Pitblast đã cho phép S.L.S Technology đăng bài viết về thử nghiệm lên Website!
Link website của hãng: https://www.o-pitblast.com/#software