讓AI技術(shù)惠及更多采礦工人
——記遼寧工程技術(shù)大學(xué)陳應(yīng)顯科研團(tuán)隊(duì)
◎? 本報(bào)記者 馬曉敏 通訊員 楊紅霞 夏平川
陳應(yīng)顯,，四川省德陽市人,。管理學(xué)博士，副教授，澳大利亞莫納什大學(xué)訪問學(xué)者,。主要從事露天開采理論與技術(shù)、數(shù)字礦山與礦山企業(yè)管理方面的教學(xué)與科學(xué)研究,。先后承擔(dān)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目,、遼寧省教育廳項(xiàng)目等課題5項(xiàng)；完成企業(yè)委托橫向課題20余項(xiàng),；獲省部級二等獎(jiǎng)1項(xiàng),、三等獎(jiǎng)3項(xiàng)；在《煤炭學(xué)報(bào)》等期刊和國際學(xué)術(shù)會議發(fā)表論文35篇,，其中SCI檢索3篇,，EI檢索11篇；出版《礦山空間信息集成與數(shù)據(jù)挖掘研究》專著1部,；申請發(fā)明專利12項(xiàng),，軟件著作權(quán)12項(xiàng)；參加制定行業(yè)技術(shù)規(guī)范1部,。
行業(yè)痛點(diǎn),，亟待解決
數(shù)據(jù)顯示，我國95%以上的煤礦均是井下作業(yè),，平均井深在400米以上,。井下空間狹窄、作業(yè)活動(dòng)受限,，且陰暗潮濕,、能見度低。掘進(jìn)過程中,，地質(zhì)構(gòu)造常有變化,，需要及時(shí)解除掘進(jìn)面圍巖阻擋、頂板卸壓,，這些常常需要穿孔爆破作業(yè)來完成,。而穿孔爆破作業(yè)這一過程卻涉及巖性識別,，目前傳統(tǒng)巖性識別需要現(xiàn)場人工輔以實(shí)驗(yàn)室配合完成，存在以下弊端：高度依賴經(jīng)驗(yàn),，對專業(yè)性要求高,，受主觀影響較多，工作量大,、耗時(shí)長,，這些因素是煤炭行業(yè)巖性識別多年來的痛點(diǎn)問題。
“我們團(tuán)隊(duì)成員親自深入950米以下礦井,，切身煤礦井下深知作業(yè)環(huán)境的艱辛,，所以想借助智能AI巖性圖像識別，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化,、定量化裝藥,，提高安全性并降低成本，實(shí)現(xiàn)礦山數(shù)字化精細(xì)爆破作業(yè),?！标悜?yīng)顯說：“如何保障煤礦有序生產(chǎn)作業(yè)，通過科學(xué),、合理地分析識別巖性，實(shí)現(xiàn)定量化,、精細(xì)化裝藥,，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)爆破？這是亟待解決的問題,?！?/p>
智能識別，降本增效
面對煤礦井下工作環(huán)境受限,、普通鉆機(jī)無法實(shí)時(shí)識別巖性,，以及礦產(chǎn)資源勘探難的問題。陳應(yīng)顯團(tuán)隊(duì)借助華為礦山AI大模型對訓(xùn)練集進(jìn)行巖性劃分,，對不同環(huán)境下的巖性做分類處理,，然后給訓(xùn)練集加入一些具有對抗性的巖性圖片，最后通過層層迭代的環(huán)節(jié),，實(shí)現(xiàn)了精度較高的智能巖性識別,。該方案不僅能迅速、準(zhǔn)確識別孔內(nèi)巖性類型及其分布,，為爆破裝藥設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù),，還能在勘探中描繪特定地質(zhì)信息，減輕人工識別的工作量,，提高識別準(zhǔn)確率與工作效率,。
“對于計(jì)算炮孔裝藥量,，我們在多場景下進(jìn)行巖芯取樣，對取樣的數(shù)據(jù)集進(jìn)行圖像處理和識別,，并將巖性信息動(dòng)態(tài)更新至巖性信息數(shù)據(jù)庫,，根據(jù)這些信息來三維地質(zhì)建模，通過對內(nèi)蒙古某露天礦進(jìn)行模型計(jì)算,，我們發(fā)現(xiàn)炮孔總裝藥量要比通過單孔巖性精確計(jì)算炮孔裝藥量的成本降低了4.59%,。結(jié)果顯示，通過爆破巖體三維實(shí)體模型計(jì)算炮孔裝藥量能有效地降低爆破成本,，提高爆破效率,。”
陳應(yīng)顯團(tuán)隊(duì)的研究成果并非泛泛而談,，而是切實(shí)考慮了社會經(jīng)濟(jì)效益,、市場空間和價(jià)值：一方面，該系統(tǒng)能批量準(zhǔn)確完成不同環(huán)境下的巖性智能識別,，減少實(shí)驗(yàn)室人員數(shù)量（由多人到一人,，甚至到無人）、形成高效實(shí)驗(yàn)流程,、提升工作效率,，具有重要的經(jīng)濟(jì)社會價(jià)值；另一方面,，該系統(tǒng)為巖性識別多場景應(yīng)用設(shè)備提供設(shè)計(jì)思路,，為后續(xù)地質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)共享提供有效支撐。智能巖性識別,，在保證效率的同時(shí)可以大幅減少企業(yè)的資金投入,；在改善爆破效果的同時(shí)能定量化彈藥用量，提高爆破作業(yè)安全性并降低其成本,。
以夢為馬,，不負(fù)韶華
在科研實(shí)踐中，陳應(yīng)顯團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),，長期以來炮孔內(nèi)的巖石類型分布情況一直是困擾煤礦爆破精細(xì)化作業(yè)的制約因素,，地質(zhì)構(gòu)造變化的復(fù)雜程度使得孔內(nèi)的情況猶如“黑盒”，通過計(jì)算作業(yè)面所有炮孔裝藥需求的平均值得到單孔裝藥量,。在該平均裝藥量的指導(dǎo)下,，巖石類型分布正常的鉆孔爆破效果很好，卻存在堅(jiān)硬巖石夾層的個(gè)別孔會出現(xiàn)爆破不充分現(xiàn)象,，而爆破不充分留下的大塊或者堅(jiān)硬夾層往往需要二次爆破,。
因此，如何建立這樣一個(gè)模型：既能夠迅速,、準(zhǔn)確識別孔內(nèi)巖性類型及其分布,，又能為煤礦穿孔爆破的裝藥設(shè)計(jì)提供參考依據(jù),，進(jìn)而推動(dòng)煤礦的爆破作業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化,、精細(xì)化和定量化,？帶著疑惑與期待，團(tuán)隊(duì)五人一拍即合,，查閱資料,，付諸實(shí)踐。非礦業(yè)相關(guān)專業(yè)科班出身的他們,，在研究進(jìn)程中的確遇到了不少阻礙,，其中不乏外界的質(zhì)疑與遇到不理解的專業(yè)問題而產(chǎn)生的自我懷疑。幸運(yùn)的是,，團(tuán)隊(duì)成員很團(tuán)結(jié),，能夠協(xié)同促進(jìn)，在難點(diǎn)處,，導(dǎo)師也會給以一定方向的指導(dǎo),，這才能夠亦步亦趨，最后完成模型的構(gòu)建,。
莫聽穿林打葉聲,，何妨吟嘯且徐行?！斑^多的彷徨,、猶豫、恐懼,、不堅(jiān)決、不自信,、瞻前顧后,、患得患失，才是我們遇到的最大對手,。我們充分檢視自身優(yōu)劣勢,，分解問題、細(xì)化模型,，致力于將科研實(shí)踐遇到的小問題落實(shí),、落地，將一個(gè)苦到極致卻影響國計(jì)民生的行業(yè),，以我們“局外人”的視野,，盡可能模型化、可視化地呈現(xiàn)出來,，希望越來越多的人才加入,，期待行業(yè)發(fā)展得越來越好,。”團(tuán)隊(duì)成員告訴記者,。
回首向來蕭瑟處,，歸去，也無風(fēng)雨也無晴,。礦業(yè)工程是一個(gè)很龐大的系統(tǒng)工程,，不用過多糾結(jié)問題有無意義，從容不迫為每個(gè)力所能及的問題貢獻(xiàn)自身智慧,，當(dāng)融入其中的時(shí)候,，交叉專業(yè)的靈感碰撞會成為你堅(jiān)持的動(dòng)力?！扒トf擊還堅(jiān)勁,，任爾東西南北風(fēng)”，這是我們團(tuán)隊(duì)的口號,，而“東西南北隊(duì)”既是寓意我們團(tuán)隊(duì)的成員來自五湖四海,，本科專業(yè)五花八門，要充分發(fā)揮我們自身優(yōu)勢,，同時(shí)也是時(shí)刻提醒自己要具備堅(jiān)韌的意志,，不顧一切沖破所有阻礙，再堅(jiān)定地奔向下一個(gè)目標(biāo),！
立足礦山,，放眼未來
“在成功完成巖性圖片模型訓(xùn)練、測試和系統(tǒng)構(gòu)建后,，我們的團(tuán)隊(duì)成員都非常興奮,。”陳老師笑著告訴我們：“在今后的研究中,，我希望能夠見證系統(tǒng)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H工程應(yīng)用,，通過準(zhǔn)確批量完成不同環(huán)境下的巖性識別，實(shí)現(xiàn)智能礦山的少人化,、無人化發(fā)展,，也希望與其他參賽隊(duì)共同研發(fā)出更智能的方案，從而助力智慧礦山的快速發(fā)展,?！?/p>
對于智能巖性識別我們現(xiàn)在做的只是冰山一角。智能識別后的巖性信息編錄及后續(xù)的應(yīng)用更是需要行業(yè)專家的指導(dǎo),。立足礦業(yè),，智能巖性識別可以應(yīng)用的場景眾多。首先,，能迅速,、準(zhǔn)確識別孔內(nèi)巖性的類型及其分布,，為煤礦穿孔爆破的裝藥設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)；其次,，在資源勘探和地質(zhì)勘探中,，巖性識別能厘定目標(biāo)區(qū)不同巖性空間展布和數(shù)量，為礦區(qū)三維地質(zhì)建模提供信息,；此外,，為巖性識別多場景應(yīng)用設(shè)備提供設(shè)計(jì)思路，為后續(xù)地質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)共享提供有效支撐,。
作為煤炭從業(yè)者的一員,，我們既要仰望星空也要腳踏實(shí)地。不論遇到什么艱難險(xiǎn)阻始終保持著“太陽石精神”砥礪前行,，更不能忘記煤炭人這一層膚色,。
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