Эксперты крассказывают о том, как гиперспектральные камеры в горнодобывающей промышленности могут предложить инновационные способы эффективного и устойчивого исследования и мониторинга шахт.
Гиперспектральная визуализация (ГСИ) от английского hyperspectral imagery (HSI) способна предложить горнодобывающей промышленности инновационное решение, которое может повысить коммерческую ценность, устойчивость и операционную эффективность. Хотя эта технология в основном применяется в разведке полезных ископаемых с помощью гиперспектральных сканеров керна, высококачественные системы камер предлагают множество преимуществ в условиях действующих горных работ и на территориях после добычи полезных ископаемых. ГСИ может предоставить подробную информацию о составе и распределении минералов и других материалов в геологическом контексте. Технология облегчает картирование и характеристику горных пород и минералов, позволяет выявлять поверхностные закономерности, указывающие на активность подземных слоев, и картировать изменения окружающей среды, такие как состояние растительности и изменения pH поверхности.
Использование различных инструментов HSI на протяжении всего жизненного цикла рудника и всей цепочки создания стоимости в горнодобывающей промышленности позволяет горнодобывающим компаниям идентифицировать и оценивать добытые материалы, а также осуществлять геопространственный мониторинг контролируемых ими территорий, дополняя существующую точечную информацию, полученную в результате бурения или отбора проб. Преимущества включают контроль качества продукции, сортировку, ближнюю сортировку, мониторинг хвостохранилищ, переработку отходов и рекультивацию. Это гарантирует соответствие горнодобывающей деятельности нормативным стандартам и получение стабильно высококачественной продукции.
Использование гиперспектральных изображений (ГСИ) обещает снизить эксплуатационные расходы за счет более быстрых результатов по сравнению с традиционными методами, а также за счет обеспечения стабильного качества руды и планирования горных работ. Помимо первичного сырья, ГСИ уже играет важную роль в секторе вторичного сырья, поскольку эта технология поддерживает переработку и повторное использование побочных продуктов горнодобывающей промышленности и конечных потребительских товаров. В данной статье мы показываем, как гиперспектральные камеры становятся жизненно важным инструментом для горнодобывающих предприятий, стремящихся сбалансировать прибыльность с экологической ответственностью, и приводим примеры успешного использования ГСИ на всех этапах производственной цепочки в горнодобывающей промышленности.
Принципы спектроскопии изображений
Гиперспектральная визуализация, также известная как спектроскопия изображений, сочетает в себе две техники: цифровую визуализацию и световую спектроскопию. Помимо пространственной информации, гиперспектральный пиксель содержит непрерывный спектр с сотнями различных длин волн (или полос). Изображение, полученное таким образом, предоставляет спектроскопическую информацию для каждого пикселя сцены, которая может быть использована для идентификации, классификации или количественной оценки материалов в сцене в соответствии с их спектральной «сигнатурой».
В горнодобывающей промышленности гиперспектральные камеры могут устанавливаться на прочных штативах, беспилотных летательных аппаратах и самолетах, над конвейерными лентами и другими транспортными платформами, в мобильных лабораториях, над погрузочными или весовыми станциями грузовиков и во многих других местах. Камеры универсальны, гибки и надежны. Для захвата отраженной от поверхности информации достаточно, чтобы они находились в прямой видимости объекта и были освещены солнечным или искусственным светом в видимом и ближнем инфракрасном (VNIR; 400-1000 нм) и коротковолновом инфракрасном (SWIR; 1000-2500 нм) диапазонах. Пространственный контекст изображения позволяет геологам получить более полную картину данных, в буквальном смысле, уменьшая потенциальные несоответствия, возникающие из-за ошибок отбора проб при использовании других геохимических и минералогических методов.
Благодаря камерам HSI, работающим в диапазонах длин волн VNIR и SWIR, можно исследовать горные породы на всех этапах производственной цепочки горнодобывающей промышленности, изучая характерные полосы поглощения, точки перегиба и наклоны спектральных характеристик отдельных (пиксельных) спектров, регистрируемых системой визуализации. В геологических условиях полосы поглощения, обнаруживаемые в VNIR, обусловлены переходными элементами, включая железосодержащие минералы и редкоземельные элементы (РЗЭ), в то время как область SWIR обычно используется для идентификации минеральных ассоциаций, образовавшихся в результате изменения пород в гидротермальных системах месторождений цветных и драгоценных металлов. К группам минералов, которые можно обнаружить и картировать в диапазонах длин волн VNIR-SWIR, относятся карбонаты, сульфаты, сульфосоли, глины и филлосиликаты, такие как хлорит, тальк и мусковит.
Новые высоты в гиперспектральном сканировании ядра
Технология гиперспектрального сканирования керна (HSI), прочно зарекомендовавшая себя в технологии сканирования керна, предоставила ценные уроки для высокоточного картирования минералов. Гиперспектральное сканирование керна — это неразрушающее и эффективное по времени решение для характеристики следов изменений рудных месторождений. Гиперспектральные камеры, выбранные за предоставление непревзойденных наборов данных с высоким спектральным качеством, точностью и достоверностью, теперь также интегрируются со средневолновыми инфракрасными (2600–5500 нм) и длинноволновыми инфракрасными (5500–12500 нм) камерами, что позволяет получать кубы данных с суммарным спектральным диапазоном 400–12500 нм. 3D-профилировщик для моделирования поверхности обеспечивает точную пространственную корегистрацию всех датчиков на платформе сканирования керна. Платформа для сканирования керна оптимизирована для обработки большого количества однорядных и многорядных образцов керна в пластиковых, картонных или деревянных ящиках, а также может работать с ящиками с буровой крошкой, рыхлыми образцами и горными породами. Гидравлический сканер будет генерировать изображения образцов в формате RGB высокого разрешения, кубы спектральных данных минералогического состава высокой плотности и трехмерные наборы данных лазерного профилирования.
Программное обеспечение обеспечивает эффективный сбор, регистрацию и анализ данных. Минералогические данные основаны на экспертной системе Геологической службы США и предоставляет пользователям дополнительные возможности для корректировки и адаптации с учетом новых поступающих знаний, например, из области геохимии, и может в режиме реального времени оценивать, целесообразно ли и где проводить отбор проб для проверки и интерпретации результатов. Полученные минералогические интерпретации и данные каротажа могут быть экспортированы в распространенные форматы для включения в другое программное обеспечение для моделирования, такое как IoGas, Imago или Leapfrog, что упрощает интеграцию в существующие рабочие процессы.
Камеры интегрированы во множество систем сканирования керна, поставляемых различными поставщиками услуг по всему миру, и позволяют получать ценные цифровые записи керна и образцов породы для разведки полезных ископаемых.
Недавно компания объявила о значительном прорыве в продлении срока службы железорудного рудника с помощью гиперспектральной технологии, внедренной одним из заказчиков, являющимся производителем оригинального оборудования (OEM). Хотя очевидно, что гиперспектральная технология может повысить эффективность добычи и способствовать более устойчивому производству, возможность продления срока эксплуатации рудника является важным шагом вперед, укрепляющим роль этой технологии в горнодобывающей промышленности. В статье упоминается, что команда по железной руде разработала алгоритмы для анализа гиперспектральных изображений, выявив участки геологической структуры Янди, которые можно наиболее эффективно переработать для отделения товарной железной руды от отходов.
Сканирование открытых карьеров и моделирование горных работ
Гиперспектральная визуализация помогает направлять разведочные работы в зоны металлической минерализации, избегая дорогостоящих буровых работ в неминерализованных зонах. Такие минералы, как мусковит, иллит и серицит, являются распространенными продуктами гидротермального изменения, встречающимися в минерализованных зонах медно-золотых рудных месторождений.
Например, характерную спектральную полосу поглощения этих материалов можно отобразить на карте, чтобы показать ее пространственное распределение в интересующей области. Поскольку ее точное положение зависит от химического состава минерала, она может раскрыть детали типа изменения, интенсивности и геохимии флюидов. Что еще более важно, она также может служить индикатором содержания металла. В одном исследовании это свойство было нанесено на карту на золоторудном месторождении Крипл-Крик и Виктор (Колорадо, США) с использованием данных, собранных Геологической службой США с помощью гиперспектральных камер, установленных на штативе. Результаты на изображении ниже показывают смещение полосы поглощения в сторону более длинных волн на больших глубинах. Эта тенденция отражает снижение содержания алюминия и близость к минерализующим интрузиям.
Сканирование грузов на конвейерах и в грузовиках для контроля качества продукции, добываемой в карьерах
Традиционно горнодобывающие работы основаны на ручном отборе проб и анализе, что является трудоемким, длительным и подверженным человеческим ошибкам процессом. Гиперспектральная визуализация предлагает проверенную альтернативу, обеспечивая быстрые и исчерпывающие данные о химическом составе и физических свойствах добываемых материалов. Это позволяет горным инженерам анализировать небольшие изменения в спектральных характеристиках, в конечном итоге определяя минералогический состав или замещение элементов, а также выявлять параметры качества, например, указывающие на изменение содержания магния или кремнезема. Более того, информация, полученная с помощью гиперспектральной визуализации, может быть легко интегрирована в существующую систему, обеспечивая добычу и транспортировку материала на основе точных геологических предположений.
Интеграция гиперспектральной съемки позволяет горнодобывающим компаниям выявлять зоны высокого качества, оптимизировать схемы взрывных работ и минимизировать корректировки транспортировки материала, что в конечном итоге максимизирует прибыльность и снижает потребность в ресурсах для получения высококачественной продукции. На практике гиперспектральные камеры могут быть стратегически размещены в различных точках горнодобывающего процесса, включая грузовики, забои, конвейеры или в качестве мобильных лабораторий рядом с буровыми установками. Например, когда грузовики перевозят свежевзорванную породу от забоя карьера к дробилкам, гиперспектральные камеры, установленные над разгрузочными сооружениями, могут быстро оценивать содержание минералов в поверхности груза в режиме реального времени. Это позволяет операторам выявлять любые отклонения от требуемых качественных характеристик и принимать необходимые корректирующие меры, обеспечивая проактивный подход к контролю качества. Оперативно вмешиваясь в такие проблемы, горнодобывающие компании могут минимизировать брак продукции, оптимизировать использование ресурсов и повысить удовлетворенность клиентов.
Сканирование с помощью дронов и европейские инновации. Дроны быстро интегрировались в работу горнодобывающих предприятий, превратившись из новых инструментов в незаменимое оборудование для обследования складов, осмотра оборудования и хвостохранилищ. Традиционно в области дронового зондирования доминировала фотограмметрия, создающая 3D-модели горнодобывающих участков. Однако ситуация меняется с появлением различных датчиков и геофизических приборов, где гиперспектральные камеры оказывают значительное влияние.
Гиперспектральные камеры, хотя и не являются чем-то новым, традиционно использовались на самолетах, штативах, спутниках и конвейерных лентах. Компания произвела революцию в этой технологии в 2012 году, представив коротковолновые гиперспектральные камеры для дронов, решив проблемы, связанные с весом и мобильностью. Возможность сбора данных высокого разрешения в диапазоне VNIR-SWIR открывает новые возможности в картировании минералов, особенно в идентификации таких важных минералов, как карбонаты, сульфаты, сульфосоли, глины, различные оксиды железа и филлосиликаты, такие как хлорит, тальк и мусковит. Эти минералы имеют решающее значение в геологоразведке и представляют огромную ценность для корректировки геометаллургии и переработки минералов. Гиперспектральные камеры на дронах позволяют создавать системы раннего предупреждения, отслеживать руду и отходы от месторождения до обогатительной фабрики, а также контролировать химический состав воды и состояние растительности на участках рекультивации. Они уже продемонстрировали свою полезность в создании автоматических геологических карт открытых карьеров, недоступных для геологов.
Беспилотники, оснащенные гиперспектральными камерами, обладают уникальными преимуществами. Летая на малых высотах, они собирают данные высокого разрешения ниже облачного покрова, достигая при необходимости разрешения менее сантиметра. Возможность многократного проведения съемок позволяет выявлять изменения в различных условиях, обеспечивая полуавтоматическое обновление геологических и ресурсных моделей, ежедневные облеты производственных участков и мониторинг целостности инфраструктуры на крупных объектах, таких как перерабатывающие заводы. Несмотря на эти достижения, широкое внедрение в горнодобывающей промышленности остается ограниченным. Эта нерешительность часто объясняется предполагаемым консерватизмом отрасли, но реальная проблема заключается в сложности технологии. Соблюдение авиационных правил добавляет еще один уровень сложности, требуя обширной подготовки и самоотдачи от и без того перегруженных специалистов горнодобывающей промышленности.
Компания решает эти задачи в рамках специального проекта. Эта трехлетняя инициатива направлена на создание готовой гиперспектральной системы для беспилотных летательных аппаратов, способной возвращать откалиброванные, скорректированные и интерпретированные данные в течение 24 часов, с целевым показателем всего в четыре часа. Проект сочетает гиперспектральную съемку с лазерным сканированием (LiDAR), камерами машинного зрения и многоугловыми подвесами, поддерживаемыми сложным бортовым программным обеспечением для обработки данных.
В задачи входит разработка экономически эффективных методов для регулярного картирования, мониторинга и прогнозирования геоопасных явлений. Примеры из практики в Австралии и Европе уже демонстрируют возможности системы в условиях обнаружения, эксплуатации, закрытия и послезакрытия месторождений. Система БПЛА обеспечивает высокое спектральное и пространственное разрешение, гибкость и многомодальную интеграцию. Она достигает исключительного спектрального разрешения при расстоянии съемки с поверхности земли от 5 до 15 см. Мобильность БПЛА позволяет получать доступ к удаленным районам в любое время, преодолевая ограничения, связанные с пролетами спутников и облачностью. Факторы окружающей среды, такие как экстремальные температуры, влажность, пыль, вибрация и удары, влияют на пригодность камер HSI. Надежные системы, такие как гиперспектральные камеры, с высоким показателем «среднего времени безотказной работы», герметизацией и защитными мерами, обеспечивают стабильную работу. Эффективность эксплуатации повышается за счет легкодоступных запасных частей, минимального количества кабелей и увеличенного срока службы батарей.
Проект приглашает к участию представителей отрасли, предоставляя возможность получить первые представления о преобразующем потенциале гиперспектральной съемки с использованием дронов. Интегрируя передовые технологии с практическими приложениями в горнодобывающей промышленности, компания готова вывести отрасль в новую эру точности и эффективности.
Достигаем наилучших результатов благодаря передовым исследованиям и готовым к применению в отрасли решениям.
Компания разрабатывает специализированные решения в рамках проектов, финансируемых ЕС, например, систему сортировки огнеупорных кирпичей, интегрированную с лазерно-индуцированной спектроскопией пробоя, а также беспилотные системы для мониторинга отвалов и забоев шахт. Компания также участвует в нескольких спутниковых проектах, которые помогут в разведке полезных ископаемых, например, в разработке прибора для микроспутников; проект добавит важный космический прибор с дальностью отбора проб с поверхности Земли 9 м с высоты 500 км.
Компания является членом исследовательского консорциума CASERM, Центра развития науки о разведке и рекультивации в горнодобывающей промышленности. Совместно с Колорадской горной школой и Вирджинским технологическим университетом гиперспектральные технологии и программное обеспечение интегрируются в рабочие процессы горнодобывающей промышленности, а консорциум активно взаимодействует и разрабатывает решения, получая обратную связь от крупных горнодобывающих компаний по вопросам использования программного и аппаратного обеспечения. Создание доступных систем, позволяющих взаимодействовать пользователям без специальных знаний, и предоставление рекомендаций для достижения целей клиента являются неотъемлемой частью разработки камер и специальных решений.
Наша компания признана ведущим производителем оригинального оборудования (OEM) гиперспектральных систем для многих ключевых поставщиков услуг в горнодобывающей промышленности. Хотя использование этой технологии пока находится на ранней стадии, ожидается, что в ближайшие годы она станет все более распространенной. Наша компания предлагает модули камер или полностью интегрированные гиперспектральные решения с программным обеспечением для обработки данных в реальном времени. Для тех, кто предпочитает управлять программным обеспечением самостоятельно, предоставляется платформенно-независимый комплект разработки программного обеспечения (SDK).
Наша компания продолжает внедрять инновации, сотрудничать и предлагать новые решения в области гиперспектральной визуализации для использования в горнодобывающей промышленности. Если вы хотите повысить эффективность и снизить затраты на вашем горнодобывающем предприятии, свяжитесь с нами для получения дополнительной информации.
