基于ERT技术的矿山充填管道堵塞三维可视化检测方法
王湃1
刘卓1
加波1
刘浪2
1.西安科技大学 电控学院,陕西 西安 7100542.西安科技大学 能源学院,陕西 西安 710054;教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室,陕西 西安 710054
摘要：全尾砂胶结充填法,在金属矿山的开采中被广泛应用.充填料浆在管输过程中的堵管、爆管现象,给充填管道带来很大的安全隐患,是制约充填技术发展和应用的瓶颈.为了探索矿山充填管道堵塞的可视化检测方法,获取矿山充填管道内壁结块的几何形状与相对位置的三维信息,利用COMSOL软件建立多层ERT传感阵列的三维模型,采用有限元方法求解ERT正问题,阐明了ERT三维敏感场内电势与电流密度的变化趋势.在此基础上,以灵敏度为媒介分析ERT的"软场"特性,揭示了三维敏感场内检测灵敏度的分布规律.采用Gauss-Newton算法求解ERT的逆问题,对 5种堵塞仿真模型进行三维图像重建,仿真结果表明正则化Gauss-Newton一步算法在重建图像质量上与正则化Gauss-Newton迭代算法差别极小,但在重建时间上优于正则化Gauss-New-ton迭代算法,更适合三维图像重建.Gauss-Newton一步算法中选择Laplace先验知识优于Noser先验知识.最后,根据仿真模型,采用某金属矿尾砂制作尺寸不同的 4种结块试件,养护 14 h后放入充满质量分数为 74％全尾砂充填料浆的竖直管道中的 5个不同位置,模拟充填管道内壁 5种不同的结块位置及堵塞程度.利用自主研发的 48电极 3D-ERT成像系统,采用Gauss-Newton一步算法,对以上 5种堵塞情况进行三维成像实验.实验结果表明:实测结果与仿真结果一致,重建图像可以准确反映出管道内壁结块的几何形状和所处位置等三维信息.
关键词：三维图像重建矿山充填管道管壁结块电阻层析成像有限元
分类号：TD801(矿山开采)
资助基金：国家自然科学基金(52074212)陕西省重点研发计划资助项目(2023-YBGY-367)陕西省教育厅青年创新团队建设科研计划资助项目(21JP077)
论文发表日期：2023-06-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 2465-2474 )
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