Die Überwachung von Gesteinsverschiebungen und -bewegungen im Untertagebau ist für die Sicherheit und die betriebliche Effizienz von entscheidender Bedeutung. Herkömmlichen Methoden mangelt es oft an umfassender Abdeckung und Genauigkeit. Emesent eine fortschrittliche Lösung auf SLAM LiDAR SLAM eingeführt, um die Überwachung von Verschiebungen in Untertagebergwerken zu verbessern.

Dr. Farid Kendoul, Emesent und CTO Emesent , erläutert, wie das Emesent diese Technologie einsetzte, um die Datengenauigkeit zu verbessern und den Überwachungsprozess zu optimieren, wodurch ein effektiverer Ansatz zur Erkennung und Bewältigung potenzieller Probleme geschaffen wurde.

Von Dr. Farid Kendoul

EINE NEUARTIGE LÖSUNG FÜR HÄUFIGE HERAUSFORDERUNGEN IM UNTERGRUND

Der Untertagebau birgt besondere Herausforderungen, insbesondere bei der Überwachung von Gesteinsverschiebungen und -bewegungen, die schwerwiegende Folgen wie Verletzungen und kostspielige Produktionsverzögerungen nach sich ziehen können, vor allem in tieferen Gruben.

Herkömmliche Methoden wie Schadenskartierung, Dehnungsmessstreifen und Totalstationen haben zwar ihre Vorzüge, weisen jedoch häufig Defizite hinsichtlich Abdeckung, Genauigkeit und Messhäufigkeit auf.3D bietet eine überlegene Alternative für die Konvergenzüberwachung und liefert umfassende Daten sowie detaillierte Einblicke in Gesteinsbewegungen und -verformungen in unterirdischen Stollen. Für eine effektive Überwachung müssen die beiden Scans (Referenz- und Neuaufnahme) jedoch präzise aufeinander abgestimmt werden, um auch kleine Bewegungen und Veränderungen (z. B. 20 mm) zu erkennen. Fehlausrichtungen oder Scanfehler können zu falschen Interpretationen von Verformungen oder Konvergenz führen.

Derzeit werden zwei wesentliche LiDAR zur Überwachung der Konvergenz im Untertagebau eingesetzt:

1. Bodengebundene LiDAR (TLS)

TLS-Systeme liefern hochpräzise 3D . In Kombination mit Bodenpasspunkten lassen sich damit genaue 3D großer Gebiete erstellen. Die manuelle Datenerfassung ist jedoch zeitaufwendig: Oft dauert es Tage, bis kilometerlange Tunnelabschnitte erfasst und die Daten aufbereitet sind, was den Einsatz dieser Systeme auf kleine, kritische Bereiche beschränkt.

2. Mobile SLAM Scanner

Diese Scanner erfassen große unterirdische Bereiche innerhalb weniger Stunden effizient. SLAM können jedoch zu Ungenauigkeiten (Abweichungen) in der 3D führen. Einige Bergwerke begegnen diesem Problem, indem sie kleine Bereiche scannen oder große Scans in kleinere Abschnitte unterteilen und Software von Drittanbietern sowie manuelle Schritte für die starre Ausrichtung nutzen, was zeitaufwendig ist und eine breite Einführung einschränkt.

Beide Methoden stützen sich auf eine „starre Transformation“, um den Referenzscan und den neuen Scan aneinander auszurichten. Bei diesem Verfahren wird der neue Scan mithilfe von Methoden wie ICP (Iterative Closest Point) verschoben und gedreht, bis er mit dem Referenzscan übereinstimmt. Bei der starren Ausrichtung bleiben sowohl der Referenz- als auch der neue Scan unverändert, wobei lediglich ihre Position und Ausrichtung (Transformation) angepasst werden. Während dieser Ansatz unter idealen Bedingungen gut funktioniert, bei denen die Scans sehr genau sind und die einzigen Unterschiede in den Umgebungsbedingungen bestehen, ist er für großräumige Umgebungen wie kilometerlange Tunnel nicht geeignet. In solchen Fällen führen inhärente Ungenauigkeiten und potenzielle Abweichungen in den Scans zu Fehlausrichtungen, was zu Fehlern bei der Erkennung tatsächlicher Verformungen und der Konvergenz führt.

Das Emesent stellte sich der Herausforderung, ein neues Konvergenzüberwachungssystem zu entwickeln, das die Vorteile vonSLAM Systemen vereint, ohne die zuvor genannten Einschränkungen aufzuweisen. Ihr innovativer Ansatz nutzt LiDAR SLAM eine effiziente großflächige Abtastung, ergänzt durch neuartige Algorithmen zur automatischen Ausrichtung umfangreicher Scans und zur Erzielung präziser Ergebnisse.

Das Herzstück des Konvergenzüberwachungssystems Emesentist die fortschrittliche SLAM , die eine nicht starre (elastische oder flexible) Ausrichtung großer Scans ermöglicht, bei denen es zu Abweichungen kommen kann, wobei die lokale Genauigkeit für die Konvergenz- und Änderungserkennung gewahrt bleibt.

EIN WIRKSAMERER ANSATZ FÜR DIE KONVERGENZÜBERWACHUNG

Die Lösung Emesentzur Erkennung von Veränderungen und zur Überwachung der Konvergenz kombiniert mobile SLAM zur schnellen Datenerfassung mit einem schnelleren, einfacheren und besser wiederholbaren Verarbeitungsworkflow. Dies ermöglicht es Bergbauunternehmen, Abbaustätten über einen größeren Bereich hinweg regelmäßiger zu scannen und Veränderungen anhand präziser, quantitativer Daten zu überwachen.

Die Lösung vereint zwei wichtige Emesent :

1. Eine HovermapNutzlast, die per Fahrzeug, Rucksack, Drohne oder Handgerät eingesetzt wird, um nahezu jeden unterirdischen Bereich effizient oder sogar autonom zu scannen.

2. Aura-Desktop Auradient zur Verarbeitung von Rohdaten, zur intelligenten Ausrichtung von Scans, zum Vergleich der Scans und zur Berechnung der Veränderungen, zur Visualisierung der Ergebnisse sowie für viele weitere nützliche Funktionen. Die meisten dieser Arbeitsabläufe sind automatisiert und erfordern nur minimale Benutzereingaben.

DURCH INNOVATION PRAXISNAHE ERKENNTNISSE LIEFERN

Das Konvergenzüberwachungssystem Emesentstellt einen Durchbruch in der geotechnischen Überwachung dar und nutzt die fortschrittlichen Funktionen der SLAM für eine intelligente, nicht starre (elastische und flexible) Ausrichtung von Scans. Bei diesem innovativen Ansatz dient der erste Scan als Referenz und bleibt unverändert, während der zweite Scan elastischen Modifikationen unterzogen wird, um ihn durch nicht-starre Transformation lokal an den Referenzscan anzupassen. Dieser Prozess basiert auf der präzisen Identifizierung und dem Abgleich von 3D in beiden Scans, wodurch Abweichungen und Fehler effektiv berücksichtigt werden. Eine solche lokale Ausrichtung ist unerlässlich, um Veränderungen genau zu erkennen und die Konvergenz in ausgedehnten Gebieten und Tunneln effizient zu überwachen, die von einem mobilen SLAM erfasst werden.

Diese Methode ermöglicht die präzise Ausrichtung umfangreicher Scans, wie beispielsweise kilometerlanger unterirdischer Tunnel, und erzielt dabei ein hohes Maß an Genauigkeit, während der mühsame Prozess der Datensegmentierung, der üblicherweise zur Korrektur von Scan-Abweichungen eingesetzt wird, entfällt. Dadurch lassen sich Verformungen und Veränderungen von nur 5 mm in bestimmten Bereichen und von bis zu 15 mm in typischen unterirdischen Umgebungen erkennen.

Um die Vorteile dieser intelligenten Scan-Ausrichtung zu veranschaulichen, betrachten Sie das in Abb. 1 und Abb. 2 dargestellte Beispiel.

Scan 1, dargestellt in Blau, ist der Referenzscan. Vor der Aufnahme von Scan 2, dargestellt in Grün, kam es im Tunnel zu einer geringfügigen Verformung, die rot hervorgehoben ist. Während der Aufnahme von Scan 2 trat gegen Ende des Scans eine Abweichung auf, die auf kumulierte Fehler des SLAM oder auf Fehler bei der Zusammenführung und Georeferenzierung statischer Scans zurückzuführen war.

In Abb. 1 verdeckt eine starre Ausrichtung von Scan 1 und Scan 2 die tatsächliche Tunnelverformung und schätzt stattdessen eine scheinbare Veränderung aufgrund von Scan-Drift.

Im Gegensatz dazu zeigt Abb. 2, dass eine intelligente, nicht starre Transformation die Verschiebung berücksichtigt und die tatsächliche Verformung des Tunnels als Differenz zwischen Scan 1 und Scan 2 deutlich hervorhebt.

Der Algorithmus geht zwar geschickt mit lokalen Verformungen um, doch ist zu beachten, dass die intelligente Ausrichtung eine globale Verschiebung des gesamten Tunnels im zweiten Scan – was selten vorkommt – als Abweichung in den SLAM interpretiert und diese verformt, um sie an den Referenzscan anzupassen, wodurch die globale Verschiebung nicht erkannt wird.

Durch die Kombination dieses hochmodernen Algorithmus mit den automatisierten Arbeitsabläufen in Aura bietet die Lösung Emesenteinen vereinfachten, benutzerfreundlichen Arbeitsablauf, der eine Datensegmentierung oder manuelle Ausrichtung überflüssig macht. Damit eignet sie sich ideal für lange Scans von Aufstiegen, Tunneln und anderen ausgedehnten unterirdischen Bereichen. Da keine Software von Drittanbietern mehr benötigt wird und der Benutzereingriff auf ein Minimum reduziert wird, bietet das System Emesenteinen schnelleren, effizienteren Arbeitsablauf mit wiederholbaren und quantifizierbaren Ergebnissen dazu, wo Veränderungen oder Ausweitungen auftreten und wie schnell sich diese über große Bereiche hinweg vollziehen.

Förderung bewährter Verfahren in der Industrie

Das innovative Konvergenzüberwachungssystem Emesenterhöht nicht nur die Sicherheit und Produktivität im Untertagebau, sondern unterstreicht auch die Führungsrolle des Unternehmens im Bereich der Bergbautechnologie. Die Kombination aus SLAM und Aura stellt einen bahnbrechenden Ansatz für die geotechnische Überwachung dar und bietet beispiellose Präzision und Effizienz.

Da sich die Bergbauindustrie weiterhin rasant weiterentwickelt, wird das anhaltende Engagement Emesentfür Innovation dazu beitragen, die Sicherheit und Produktivität im Betrieb zu verbessern.