A construção de um sistema de índice de avaliação de desempenho de reciclagem de água de mina no ambiente da Internet das Coisas

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 10302 (2023) Citar este artigo

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A taxa de utilização dos recursos hídricos das minas na China ainda é relativamente baixa. A avaliação da reciclagem de água de mina tem um significado prático de orientação para o planejamento, posicionamento, desenvolvimento e construção de águas subterrâneas na sociedade atual. Este artigo constrói um sistema de avaliação para reciclagem de água de mina com base no índice chave de desempenho (KPI) por meio da Internet das Coisas e de plataformas de big data. Este sistema avalia o estado de reciclagem da água da mina. Primeiro, o sistema de monitoramento microssísmico e o sistema de detecção dinâmica hidrológica são implantados em obra. Os métodos de instalação e depuração são comparados para atender aos requisitos de monitoramento. Em segundo lugar, a água limpa filtrada é usada para resfriamento de equipamentos e remoção de poeira de combate a incêndios na face da mineração através da bomba de fornecimento de pressão constante. O excesso de água limpa é descarregado na superfície. Finalmente, 16 indicadores são selecionados a partir de quatro dimensões para construir um sistema chave de avaliação de água de mina KPI para avaliação e otimização. Os resultados demonstram que o primeiro sistema de monitoramento de água de mina funciona bem e está totalmente funcional, atingindo o objetivo esperado. A pontuação da avaliação da taxa de utilização aumentou anualmente, de 3,05 pontos em 2016 para 3,39 pontos em 2020. No entanto, a pontuação da taxa de utilização per capita ainda precisa de ser melhorada. É essencial melhorar a racionalidade do desenvolvimento e da utilização.

O tratamento da água das minas na China começou em meados da década de 1980 e desde então tem testemunhado progressos notáveis ​​e avanços tecnológicos. Actualmente, a maioria das empresas mineiras registadas em todo o país, com excepção de algumas minas sem água na região noroeste, estabeleceram e operaram sistemas de tratamento de água de minas. Com base em estatísticas e estimativas incompletas, a capacidade total de tratamento de vários tipos de águas de minas no país ultrapassa os 5 mil milhões de metros cúbicos por ano. Com excepção de algumas minas que empregam medidas de pré-drenagem ou desvio subterrâneo, permitindo a descarga directa de água limpa da mina, a maioria das minas necessita de tratamento de qualidade da água1. Alcançar a reciclagem e utilização abrangentes da água da mina tornou-se um aspecto essencial da redução de custos e do aumento da eficiência nas operações da mina. Como resultado, garantir uma utilização abrangente, eficiente e económica da água da mina representa um desafio significativo para a gestão da mina e para o pessoal técnico.

Desde a introdução do conceito de Internet das Coisas (IoT), foram feitos avanços teóricos substanciais e foram obtidos benefícios económicos e sociais significativos através da sua aplicação em vários domínios, incluindo transporte, logística, electricidade, saúde, agricultura e gestão urbana. . Inspirando-se na implementação extensiva da IoT, o conceito de gestão inteligente da água, conhecido como “Conservação Inteligente da Água”, surgiu para atender às necessidades de abastecimento, demanda e distribuição de recursos hídricos de minas2. No entanto, a água das minas difere da logística, e a representação dupla do fluxo de água em relação ao “campo” e à “qualidade” tradicionalmente torna a rede de água mais complexa e desafiadora em comparação com a IoT. A gestão inteligente da água, baseada nos princípios da IoT, permite percepção em tempo real, rastreamento de processos e simulação dinâmica de todo o processo de circulação da água da mina. Ao integrar a fusão de informações e a mineração de dados das redes de água de mercado e das redes físicas de água, otimiza a alocação e a supervisão inteligente dos recursos hídricos das minas, aumentando assim a eficiência da utilização da água das minas3.

Este artigo tem como objetivo propor um sistema de índice de avaliação de desempenho abrangente e universalmente aplicável para a circulação de água de mina, orientado pelos conceitos de uma cidade saudável e de circulação de água de mina. Ao utilizar indicadores de avaliação de desempenho detalhados, quantificáveis ​​e amplamente aplicáveis, o artigo adere ao princípio da avaliação de desempenho e procura estabelecer um sistema de avaliação generalizado. Em primeiro lugar, este artigo elucida a operação dos sistemas de monitoramento microssísmico e dos sistemas de detecção dinâmica hidrológica existentes. Em segundo lugar, o processo de filtração é realizado aproveitando a capacidade de armazenamento de água dos goafs e a diferença de altura dos túneis, facilitando o fluxo natural das águas residuais dentro dos goafs. A água limpa filtrada é então utilizada para resfriamento de equipamentos e remoção de poeira de incêndio na face de trabalho da mineração por meio de uma bomba de abastecimento de água com pressão constante, enquanto qualquer excesso de água limpa é descarregado na superfície. Finalmente, 16 indicadores-chave de desempenho (KPIs) são selecionados de quatro dimensões: nível ecológico, abundância de recursos hídricos, qualidade dos recursos hídricos e utilização de recursos hídricos. Estes indicadores constituem o sistema de avaliação da circulação da água da mina, servindo para efeitos de avaliação e optimização.