Традиционно горнодобывающие операции основаны на ручном отборе проб и тестировании, что является трудоёмким, длительным процессом, в котором к тому же велика роль человеческого фактора.
Гиперспектральная визуализация (HSI) предлагает надёжную альтернативу такому подходу, предоставляя быстрые, исчерпывающие данные о химическом составе и физических свойствах добываемых материалов. Более того, информация, полученная с помощью гиперспектральной визуализации, может быть легко интегрирована в существующую структуру, гарантируя точность геологического анализа.
Гиперспектральная визуализация, также известная как спектроскопия изображений, объединяет два метода: цифровую визуализацию и световую спектроскопию.
В дополнение к пространственной информации гиперспектральный пиксель содержит непрерывный спектр с сотнями волн (или диапазонов) различной длины. Полученное таким образом изображение предоставляет спектроскопическую информацию для каждого пикселя, которая может использоваться для идентификации, классификации или количественной оценки материалов на снимке в соответствии с их спектральной сигнатурой.
При использовании в горнодобывающей промышленности гиперспектральные камеры могут быть установлены на сверхпрочных штативах, дронах и самолётах над транспортёрными лентами, в мобильных лабораториях, над пунктами загрузки или взвешивания грузовиков и в целом ряде других мест.
Например, при перевозке породы к дробилкам гиперспектральные камеры могут оценить содержание минералов на поверхности груза в режиме реального времени. Это позволяет операторам выявить любые отклонения от желаемых характеристик качества и при необходимости предпринять корректирующие действия для минимизации отбраковки сырья.
При перевозке породы к дробилкам гиперспектральные камеры могут оценить содержание минералов на поверхности груза в режиме реального времени.
HSI-камеры отличаются универсальностью, гибкостью и надёжностью в использовании. Для считывания информации им достаточно находиться в зоне прямой видимости объекта при солнечном или искусственном освещении в диапазоне от ближнего (VNIR: 400–1000 нм) до коротковолнового инфракрасного (SWIR: 1000–2500 нм). Пространственная визуализация данных позволяет геологам получить более полную картину, в буквальном смысле слова, уменьшая потенциальные несоответствия, возникающие из-за ошибок отбора проб при использовании других геохимических и минералогических методов анализа.
С помощью камер HSI, работающих в диапазонах VNIR и SWIR, можно исследовать горные породы на всех этапах цепочки создания стоимости в горнодобывающей промышленности, изучая характерные особенности поглощения, перегибы и наклоны сигнатуры индивидуального (пиксельного) спектра, зафиксированного системой визуализации.
В геологических средах особенности поглощения, обнаруживаемые в VNIR, обусловлены переходными элементами, включая железосодержащие минералы и редкоземельные элементы (РЗЭ), в то время как область SWIR обычно используется для выявления измененных минеральных ассоциаций, связанных с гидротермальными месторождениями цветных и драгоценных металлов.
Группы минералов, которые можно обнаружить и картографировать в диапазонах длин волн VNIR-SWIR, включают карбонаты, сульфаты, сульфосоли, глины и филлосиликаты, такие как хлорит, тальк и мусковит.
Использование инструментов HSI в горнодобывающей промышленности способно повысить ценность бизнеса, его операционную эффективность и сделать процесс добычи полезных ископаемых более экологичным. Хотя эта технология в основном применяется при определении запасов полезных ископаемых с помощью неразрушающего гиперспектрального сканирования керна, высококачественные системы видеонаблюдения дают множество преимуществ непосредственно при добыче минерального сырья и после её завершения. HSI может предоставить подробную информацию о составе и распределении различных материалов в геологическом контексте.
Использование инструментов HSI в горнодобывающей промышленности способно повысить операционную эффективность и сделать процесс добычи более экологичным.
Эта технология облегчает картографирование и определение характеристик горных пород и минералов, позволяет выявлять поверхностные структуры, указывающие на активность недр, и отображать изменения окружающей среды, такие как состояние растительности и изменения рН поверхности. Так, дроны, оснащённые коротковолновыми гиперспектральными камерами, при полётах на малых высотах ниже слоя облачности способны собирать данные, выполняя при необходимости съёмку с субсантиметровым разрешением.
А в 2021 году компания ВНР объявила о значительном прорыве в продлении срока службы железорудного рудника с помощью гиперспектральной технологии, внедрённой одним из лидеров в сфере производства HSI-оборудования, норвежской компанией Norsk Elektro Optikk AS (NEO). Наконец, HSI уже играет важную роль и в секторе рециклинга.
В конечном итоге, технология HSI обещает снизить эксплуатационные расходы за счёт сокращения дорогостоящих буровых работ, более быстрого предоставления результатов, а также стабильно высокого качества анализа при сортировке руды и планировании горных работ в соответствии с установленными нормами.
Несмотря на предоставляемые преимущества, HSI пока используется в горнодобывающей промышленности в ограниченных масштабах. Это объясняется не только известным консерватизмом отрасли, но прежде всего сложностью технологии, что при использовании дронов усугубляется необходимостью соблюдать авиационные правила. Всё это обычно требует организации целой системы по подготовке профильных специалистов.
Камера HSI
Однако компания NEO вместе с европейскими и австралийскими партнёрами предлагает менее затратный подход. В рамках проекта M4Mining, на реализацию которого отводится три года, ведётся разработка готовой к использованию беспилотной гиперспектральной системы, способной предоставлять откалиброванные, исправленные и интерпретированные данные в течение 24 часов, с перспективой сокращения этого срока до четырёх часов.
Предложенная технология сочетает HSI с использованием лазерных дальномеров, камер машинного зрения, а за обработку полученных данных отвечает сложное программное обеспечение. Для тех, кто предпочитает управлять программным обеспечением самостоятельно, предоставляется набор для разработки софта, не зависящий от платформы (SDK).
В задачи проекта M4Mining входит разработка экономически эффективных методов регулярного картографирования, мониторинга операций по горнодобыче, а также прогнозирования геологической опасности. Испытания, проведённые в Австралии и Европе, уже демонстрируют возможности системы в области обнаружения полезных ископаемых, эксплуатации рудников, операций по их закрытию и последующего мониторинга ситуации. Мобильность дронов позволяет получать доступ к удалённым районам в любое время независимо от наличия над ними спутников слежения или характера облачности.
Проект M4Mining
Да, такие факторы окружающей среды, как экстремальные температуры, влажность, пыль, вибрация и удары, влияют на работоспособность камер HSI. Однако созданные NEO хорошо герметизированные камеры HySpex имеют высокий показатель «среднего времени между отказами». Эксплуатационная эффективность повышается за счёт сокращения количества кабелей, увеличения срока службы аккумуляторов и создания системы быстрой доставки запчастей.
По прогнозам, уже в ближайшие годы гиперспектральные камеры станут жизненно важным инструментом для горнодобывающих предприятий, стремящихся найти баланс между прибыльностью и соблюдением норм экологического законодательства.
Перевод Виктора Симионова
по материалам сайта https://www.innovation
