【摘 要】
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经济的高速发展离不开矿产资源的开采,而传统的矿产开采会带来地表沉陷、地表尾矿堆积等环境污染问题。为了符合生态文明建设要求的绿色矿山发展模式,充填采矿法因其具有安全、回采率高、地表环境污染小等优点而被广泛使用。但在整个充填系统中,管道堵塞是料浆输送过程中最为频繁发生的事故,因此若能对矿山充填管道进行可视化检测,及时判断管道内堵塞结块的位置和大小并采取相应措施,对充填管道输送的稳定运行与安全性有着重要
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经济的高速发展离不开矿产资源的开采,而传统的矿产开采会带来地表沉陷、地表尾矿堆积等环境污染问题。为了符合生态文明建设要求的绿色矿山发展模式,充填采矿法因其具有安全、回采率高、地表环境污染小等优点而被广泛使用。但在整个充填系统中,管道堵塞是料浆输送过程中最为频繁发生的事故,因此若能对矿山充填管道进行可视化检测,及时判断管道内堵塞结块的位置和大小并采取相应措施,对充填管道输送的稳定运行与安全性有着重要的意义。本文首先以电阻层析成像（Electrical Resistance Tomography,ERT）技术检测原理为基础,设计开发16电极ERT无线传感器节点,并从采集数据的一致性与图像重建结果上分析表明,该节点性能稳定具有一定可行性;其次根据真实矿下工况情况确定无线传感网络的拓扑结构与能耗模型,对传统的低功耗自适应分层路由算法（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy,LEACH）进行改进,提出一种能量均衡的多跳传输线型路由算法（Energy-balanced Multi-hop Linear Clustering Hierarchy,EMLCH）,经仿真实验验证,改进后的EMLCH路由算法使节点能量消耗更加均衡,有效延长了网络生命周期;通过搭建自流式L型充填管道动态输送平台,对所用充填料浆的电导率特性进行分析,并将充填管道内的不同堵塞位置分情况进行实验检测成像,从各节点重建图像结果判断管道的堵塞位置并进行分级预警,实验结果表明利用ERT技术对充填管道堵塞进行可视化检测具有可行性;最后对ERT三维图像重建进行初探,给出三维ERT正问题的有限元解,利用COMSOL软件分析三维ERT敏感场的物理特性,通过不同图像重建算法对建立的仿真模型进行图像重建,并搭建三维ERT静态检测实验平台进行实测,结果表明,三维ERT技术可以准确反映充填管道内堵塞结块的大小和位置等三维分布信息。ERT技术作为一种高新型的可视化检测技术,本研究将其应用在对矿山充填管道的堵塞检测中,通过实验验证其具有一定的学术意义和广泛的应用前景。
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