Mặc dù cơ sở dữ liệu không đảm bảo do bị nhiều yếu tố ảnh hưởng, nhưng việc bổ sung thêm thông tin đã giúp kết quả huấn luyện nhận dạng được một mạng ANN. Kết quả kiểm tra cho thấy, mơ hình nhận dạng được là tương đối chính xác. Các thử nghiệm đã chứng minh ý nghĩa và mục tiêu xây dựng mơ hình nhận dạng. Điều đó khẳng định rằng, phương pháp xây dựng mạng nơ ron nhân tạo để nhận dạng hệ thống là hồn tồn phù hợp. Mơ hình là cơng cụ để hiệu chỉnh thời gian vi sai.
Kết quả nhận dạng và thử nghiệm trong nghiên cứu này mới chỉ dừng lại ở một bộ dữ liệu nhỏ đối với 1 khu vực, khoảng biến thiên dữ liệu chưa nhiều nên chưa thể mơ tả hết các trường hợp. Do đó, kết quả mới chỉ có giá trị trong phạm vi bộ dữ liệu đã sử dụng.
Kết quả của huấn luyện mạng nơ ron cung cấp một hàm truyền của hệ thống với dữ liệu đầu vào và ra được xác định. Nếu các điều kiện biên được đảm bảo một cách tốt nhất, gồm:
- Thông số thiết kế của các vụ nổ là tương đương ngoại trừ thời gian vi sai ( ví dụ như: khu vực nổ, tổng số lỗ nổ, kích thước lỗ nổ, sơ đồ phân bố lỗ nổ, sơ đồ vi sai, loại thuốc, lượng thuốc, chiều cao tầng, …).
- Quá trình khoan, thi cơng đảm bảo đúng kỹ thuật và thiết kế.
- Khoảng cách, vị trí, các hướng đặt trạm cảm biến tính từ tâm nổ được lựa chọn giống nhau hoặc tương đương ở tất cả các vụ nổ.
- Các vụ nổ được thực hiện trong điều kiện thời tiết và môi trường cơ bản như nhau.
Thì khi đó, cấu trúc điều khiển được xây dựng chỉ cần hai dữ liệu đầu vào là vận tốc lan truyền sóng và thời gian vi sai dự kiến, đầu ra là mức độ chấn động dự báo. Tuy nhiên, thực tế rất khó đáp ứng được tất cả các tiêu chuẩn và điều kiện, vì thế có thể bổ sung thêm các dữ liệu khác để làm tăng độ chính xác cho mơ hình và phù hợp hơn với thực tế.
Trên cơ sở mơ hình nhận dạng được, có thể xây dựng một phần mềm để xác định thời gian vi sai phù hợp đồng thời dự báo mức độ chấn động cho vụ nổ kế tiếp. Phần mềm sẽ thực hiện hiệu chỉnh giá trị thời gian vi sai sao cho mức độ chấn động dự kiến là nhỏ nhất có thể. Giá trị thời gian ban đầu được đặt bằng giá trị đã sử dụng ở vụ nổ gần nhất.
Huấn luyện mạng nơ ron và sử dụng để xây dựng phần mềm đề xuất thời gian vi sai đồng thời dự báo mức độ chấn động cho vụ nổ kế tiếp có thể được hiểu như là một giải pháp xây dựng thuật tốn ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI). Việc hồn thiện thuật tốn AI cần rất nhiều thời gian thử nghiệm, phân tích kết quả và hiệu chỉnh, cùng với những điều kiện về áp dụng trong thực tế. Với tính đặc thù của địa chất, mỗi khu vực sẽ là một mơ hình khác nhau với những thơng số chi tiết của thuật toán được hiệu chỉnh tương ứng, phù hợp.
4.CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG
TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH THỜI GIAN VI SAI VÀ DỰ BÁO MỨC ĐỘ CHẤN ĐỘNG CHO NỔ MÌN TRÊN MỎ LỘ THIÊN Ở VIỆT NAM 4.1. Đặt vấn đề và điều kiện áp dụng hệ thống nghiên cứu
Theo các kết quả nghiên cứu đạt được ở chương 3, từ mơ hình nhận dạng, phần mềm sẽ đóng vai trị xác định giá trị vi sai phù hợp và dự báo kết quả chấn động tương ứng. Thuật tốn của phần mềm được mơ tả như trên Hình 4.1.
Bắt đ ầu Tăng Đ S Đ S Giảm Đ S
Xác định xu hướn g điều chỉnh Tvs của 10 vụ nổ gần nhất
Tăng
Đ S
Txt=1 Txt=-1
Tvs0=Tvs1, Vxt, Txt
Xác định xu hướng thay đổi Vrd của 10 vụ nổ gần nhất
Vxt=0 Vxt=1 Vxt=-1 Vxt=1&Txt=1 Hoặc Vxt=-1&Txt=-1 Hoặc Vxt=0&Txt=1 Đ S Vxt=1&Txt=-1 Hoặ c Vxt=-1&Txt=1 Hoặ c Vxt=0&Txt=-1 Giảm Tvs0 Tăn g Tvs0
Chạy chư ơng trình mạng ANN
Vrd0 -> min Đ S Tvs1-10<=Tvs0<=Tvs1+10Và Xuất kết quả Tvs0 và Vrd0 Kết thú c
Hình 4.1 Thuật tốn xác định thời gian vi sai và dự báo mức độ chấn động cho vụ nổ tiếp theo. Vrd là vận tốc rung động đỉnh; Tvs là thời gian vi sai; Chỉ số 0 là
Việc đảm bảo độ chính xác của mơ hình và sau đó thực hiện điều khiển để tạo được giá trị thời gian vi sai đã xác định cần hệ thống thiết bị đồng bộ.
Trong số các dữ liệu được lựa chọn để huấn luyện mơ hình cho nghiên cứu (mục 3.3 – phụ lục 3), bản thân dữ liệu về vận tốc lan truyền trung bình của sóng chấn động (được tính tốn từ đặc tính của sóng) đã hàm chứa một lượng sai số nhất định không thể tránh khỏi (theo kết luận chương 2). Đó cũng là một trong những nguyên nhân ảnh hưởng đến độ chính xác của mơ hình. Do đó, giả thiết rằng, nếu đo được trực tiếp vận tốc lan truyền trung bình này thì chất lượng mơ hình sẽ được nâng lên.
Mặt khác, các kết quả thử nghiệm và mô phỏng (mục 3.5) cho thấy rằng, giá trị thời gian vi sai tìm được nằm ngồi khả năng đáp ứng của các loại kíp vi sai hiện đang được sử dụng phổ biến ở Việt Nam. Trong khi đó giá thành kíp điện tử cịn khá cao, cơng nghệ, kỹ thuật hỗ trợ ở trong nước chưa phát triển tương xứng.
Với mục tiêu đưa kết quả nghiên cứu vào thực tế đảm bảo phù hợp điều kiện sản xuất, tác giả tiến hành xây dựng “Hệ thống tự động điều chỉnh thời gian vi sai cho nổ mìn trên mỏ lộ thiên”. Hệ thống phải đáp ứng được các yêu cầu sau:
- Đo dữ liệu sóng chấn động,
- Xác định được chính xác tốc độ lan truyền trung bình sóng chấn động,
- Thống kê, tập hợp được dữ liệu đo thành cơ sở dữ liệu phục vụ cho việc huấn luyện mạng nơ ron và hiệu chỉnh mơ hình nhận dạng để áp dụng thuật tốn AI.
- Đề xuất được thời gian vi sai phù hợp và dự báo mức độ chấn động tương ứng.
- Có thể điều khiển được thời gian vi sai đáp ứng yêu cầu, giá trị đã đề xuất
Hệ thống về cơ bản gồm 2 thành phần chính là : các thiết bị phần cứng đồng bộ và phần mềm phân tích, dự báo. Trong đó thuật tốn của phần mềm đã được xác định (Hình 4.1). Các giải pháp về phần cứng nghiên cứu và thử nghiệm.
Trên cơ sở q trình và kết quả phân tích và mơ phỏng đã thực hiện (chương 2 và chương 3), hệ thống xây dựng cần có những điều kiện giới hạn nhất định để đảm bảo độ chính xác của dữ liệu. Các điều kiện ứng dụng hệ thống gồm:
- Các vụ nổ mìn vi sai được thực hiện trên cùng một khu vực khai thác có điều kiện địa chất tương đối giống nhau.
- Tất cả thông số các vụ nổ là tương tự nhau ngoại trừ thời gian dãn cách vi sai giữa các đợt nổ liên tiếp.
- Quá trình thi cơng trước nổ đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật, khơng gây lãng phí năng lượng nổ (khơng có hiện tượng phụt bua).
Các điều kiện này về cơ bản cũng giống như các điều kiện biên đã đặt ra khi thực hiện mơ phỏng. Đảm bảo tốt các điều kiện chính là nâng cao độ chính xác của kết quả dự báo. Tuy nhiên, trong thực tế có nhiều yếu tố bất khả kháng ảnh hưởng đến việc đảm bảo các điều kiện, đặc biệt là trong q trình thi cơng vụ nổ. Do đó, dữ liệu có những sai số là khơng thể tránh khỏi. Đó cũng là một trong những vấn đề cần xác định rõ khi xây dựng hệ thống. Ngoài ra, hệ thống cũng cần phải phù hợp với điều kiện công nghệ, kỹ thuật và thực tế khai thác lộ thiên ở Việt Nam.
4.2. Phân tích, xác định tiêu chí và giải pháp cho hệ thống.
Để điều khiển được thời gian vi sai đến từng lỗ khoan, có hai giải pháp đang được thế giới lựa chọn thực hiện. Đó là sử dụng kíp nổ vi sai điện tử kết nối thành một hệ thống mạng có thể định địa chỉ và điều khiển tới từng vị trí lỗ mìn (Hình 1.10a); hoặc chia các lỗ khoan thành nhiều nhóm nhỏ, mỗi nhóm nhỏ sử dụng một bộ điều khiển trung gian kết nối trực tiếp tới từng lỗ khoan (Hình 1.10b). Thiết bị khởi nổ là thiết bị điều khiển chung gửi tín hiệu điều khiển tới bộ điều khiển trung gian để qua đó điều khiển đến từng lỗ khoan (mục 1.4.2 và Hình 1.10).
Hình 1.11 cho thấy, phần mềm BIMS hoạt động trên nền tảng một nguồn thông tin rất đầy đủ. Các thông tin được một hệ thống các thiết bị chuyên dụng thu thập. Tất
cả phối hợp với nhau tạo thành một quy trình chặt chẽ trong thiết kế và thi công các vụ nổ mìn nhằm đạt được hiệu nổ tốt nhất cho mỗi khu vực khai thác.
Các thông tin đầy đủ với sự hỗ trợ của phần mềm phân tích dữ liệu và các phương tiện nổ hiện đại giúp cho các vụ nổ đạt hiệu quả nổ cao. Đó chính là cơ sở để tác giả xây dựng ý tưởng và cấu trúc cho hệ thống tự động điều chỉnh thời gian vi sai nhằm nâng cao hiệu quả cho nổ mìn khai thác trên mỏ lộ thiên ở Việt Nam.
Như đã phân tích (mục 4.1), hệ thống nghiên cứu sẽ bao gồm: một là hệ thống
phương tiện, thiết bị nổ điện tử có khả năng điều khiển linh hoạt và thu thập được những thông tin cần thiết; hai là phần mềm xác định thời gian vi sai hợp lý và dự báo mức độ chấn động. Ngoài những yêu cầu hệ thống cần phải đạt được như đã xác định
(mục 4.1) thì cũng phải đảm bảo những điều kiện gồm:
- Phù hợp với điều kiện kỹ thuật, kinh tế trong nước để ln đảm bảo tính chủ động, kịp thời trong sản xuất và ứng dụng.
- Tận dụng được tối đa nguồn lực sẵn có về thiết bị, phương tiện, kỹ thuật, con người nhằm giảm chi phí cải tạo, thay thế.
Về phương tiện nổ:
Hiệu quả của việc sử dụng kíp nổ vi sai điện tử so với kíp nổ vi sai thơng thường đã được chứng minh bằng nghiên cứu và thực tiễn [57][58]. Tuy nhiên, do điều kiện kỹ thuật trong nước chưa đáp ứng được, hệ thống sử dụng kíp nổ vi sai điện tử được nhập khẩu từ nước ngoài nên giá thành cao và không chủ động được về kỹ thuật. Mặt khác, trong một bãi mìn thường có rất nhiều điểm nổ, việc lan tỏa sóng áp lực khi nổ là một mối quan hệ vơ cùng phức tạp. Q trình nghiên cứu đã đi đến giải pháp cho vấn đề này như sau:
Chia nhóm các điểm nổ và sử dụng các bộ điều khiển trung gian và trung tâm như mơ tả trên Hình 1.10b. Tất cả các kíp sẽ được sử dụng chung một loại (một sơ) kíp vi sai điện (được sản xuất trong nước và có giá thành rẻ).
Với giải pháp này, cần xây dựng các thiết bị khởi nổ trong đó, thiết bị sẽ có nhiều kênh kích nổ độc lập, mỗi kênh kích nổ cho một nhóm kíp hoặc 1 kíp trong nhóm,
thời gian vi sai giữa các kênh có thể điều khiển một cách linh hoạt. các thiết bị này có thể kết nối thơng tin với nhau và phân quyền cho một bộ đóng vai trị điều khiển chung giữ quyền kiểm sốt. Nói cách khác, thiết bị cần xây dựng sẽ là một thiết bị khởi nổ điện tử có nhiều kênh độc lập. Thiết bị có thể hoạt động độc lập khi số lượng nhóm (kíp) cần điều khiển nhỏ; hoặc kết nối thành mạng dưới sự điều khiển của bộ điều khiển trung tâm khi số lượng đối tượng cần điều khiển lớn.
Để có thể xây dựng mơ hình nhận dạng, 2 thơng tin cơ bản cần đo được là thời gian sóng chấn động đi từ điểm nổ đến điểm đo và mức độ chấn động tại điểm đo. Như vậy, cần xây dựng các trạm đo vừa có khả năng đồng bộ thơng tin với thiết bị kích nổ vừa có khả năng đo chấn động. Ngoài ra, kết quả đo phải được lưu trữ hoặc truyền tới nơi lưu trữ làm dữ liệu cơ sở để mơ hình nhận dạng tính tốn và cập nhật.
Về phần mềm phân tích xác định thời gian vi sai và dự báo mức chấn động:
Trong phạm vi nghiên cứu của tác giả, để đáp ứng mức độ tin cậy của kết quả phân tích và dự báo, thì ngoại trừ giá trị thời gian vi sai, mọi thông số khác của tất cả các vụ nổ mìn đều là tương tự nhau.
Xây dựng mơ hình nhận dạng hệ thống chính là phân tích dữ liệu. Sử dụng mơ hình nhận dạng có được, áp dụng thuật tốn để đề xuất thời gian vi sai phù hợp và dự báo kết quả mức độ chấn động. Đó chính là những hoạt động cơ bản của phần mềm. Hiệu quả của mơ hình nhận dạng và thuật tốn dự báo đã được thử nghiệm và khẳng định.
Với điều kiện trong nước, nghiên cứu hướng tới những giải pháp đơn giản, chi phí thấp nhưng áp dụng những kỹ thuật xử lý, phân tích dữ liệu và điều khiển hiện đại nhằm góp phần nâng cao hiệu quả cho các vụ nổ mìn.
4.3. Xây dựng cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống
Trên cơ sở những phân tích và lựa chọn, cấu trúc của hệ thống tự động điều chỉnh thời gian vi sai được xác định gồm 3 thành phần cơ bản gồm:
- Hệ thống khởi nổ nhiều kênh;
- Phần mềm với thuật tốn phân tích dữ liệu được cài đặt trên máy tính kết nối cơ sở dữ liệu. CLOUD SERVER Web Computer Điểm nổ Cảm biến rung động LORA Thiết bị khởi nổ 3G/4G/wifi LORA 3G/4G/wifi Sóng chấn động lan truyền ra xung quanh
T ín hiệ u kí ch nổ
Hình 4.2 Cấu trúc hệ thống tự động điều chỉnh thời gian vi sai cho nổ mìn Hình 4.2 mơ tả phương thức giao tiếp qua lại giữa các thành phần. Dữ liệu từ hệ thống đo có thể được cập nhật vào cơ sở dữ liệu một cách thủ công hoặc tự động. Sử dụng cơ sở dữ liệu đám mây, đây là lựa chọn cơ sở dữ liệu phổ biến trong giai đoạn phát triển công nghệ Iot hiện nay. Để tăng tính linh hoạt cho hệ thống, các phương thức truyền dẫn dữ liệu đều lựa chọn giải pháp khơng dây. Trong đó, trạm trung tâm chính là thiết bị khởi nổ, giao tiếp giữa các trạm cảm biến và trạm trung tâm sử dụng công nghệ Lora cho khả năng truyền dữ liệu không dây ở khoảng cách nhiều kilomet với cơng suất thấp đảm bảo an tồn khu vực nổ. Dữ liệu từ trạm trung tâm gửi lên cơ sở dữ liệu đám mây qua mạng internet không dây (3G/4G hoặc GPRS).
- Thiết bị khởi nổ: là thiết bị khởi nổ nhiều kênh, có nhiệm vụ tạo ra các tín
hiệu kích nổ độc lập trên các kênh để kích nổ cho bãi mìn. Đồng thời, thiết bị đóng vai trị là trạm trung tâm kết nối thông tin với các trạm cảm biến được đặt xung quanh khu vực nổ và kết nối với cơ sở dữ liệu đám mây (Hình 4.2). Khi thiết bị gửi tín hiệu kích nổ đầu tiên cũng đồng thời gửi tín hiệu khởi động đồng bộ tới các trạm cảm biến (mục đích là để các trạm cảm biến tính thời gian từ thời điểm kích nổ đến thời điểm bắt đầu ghi nhận chấn động, từ đó, tính ra vận tốc lan truyền trung bình của sóng chấn động). Sau khi vụ nổ được thực hiện xong, thiết bị đọc dữ liệu đo của từng trạm cảm biến và gửi lên cơ sở dữ liệu đám mây.
- Các trạm cảm biến rung động: có nhiệm vụ đo vận tốc lan truyền trung bình
của sóng chấn động từ điểm nổ đến điểm đo nhờ vào tín hiệu đồng bộ từ trạm