为了实现无废采矿和解决矿物开采过程中形成的地表沉陷问题,最佳处理方式是使用尾砂等各种充填材料制成浆体或膏体对采空区进行充填。但充填浆体或膏体经过充填管道输送至采空区的过程中,由于料浆级配不合理,浓度过低,流速低于极限流速和水化反应产生的胶结体等原因,导致充填料浆输送时固液分离,在管壁处产生结块,若不及时处理,会进一步发展为堵管和爆管现象,从而造成严重的环境污染和经济损失。因此若能对矿山充填管道进行检测,及时发现结块在充填管道内的位置和大小,对矿山充填管道的安全稳定运行有着极其重要的意义。本研究以电阻层析成像(Electrical Resistance Tomography,简称ERT)技术为基础,研究矿山充填管道的检测方法,主要做了以下工作:(1)本研究提出一种自适应ERT传感器,与传统ERT传感器的静态结构相比,自适应ERT传感器其电极排列采用阵列式结构,利用稀疏表示识别流型,根据实时流型变化自适应、动态的调整传感器结构,可以有效提高ERT图像重建质量。(2)本研究设计并搭建了 16电极ERT系统,包括传感器单元,测量与数据采集单元和图像重建单元。该系统主要由主控芯片STM32F103、模拟多路开关MAX306和ADC芯片ADC7606构成,采集的边界电压通过串口传输到计算机实现图像重建。(3)本研究通过实验分析浓度和养护时间对尾砂胶结充填料浆电导率的影响,证明ERT技术可用来对矿山充填管道进行检测。建立了 5种不同堵塞程度的充填管道模型,利用数值模拟和实测验证对比,表明重建图像可以准确识别结块在充填管道内的大小和所处位置。本研究在以上工作的基础上设计了完整的基于ERT技术的矿山充填管道检测静态实验平台,通过数值模拟结果和实测结果对比,证明利用ERT技术对矿山充填管道进行检测具有一定的学术意义和广泛的应用前景。
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