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爆堆块度分布的自动与分形测试系统研究

题正义  
【摘要】: 露天矿爆堆矿岩块度分布是评价爆破效果最重要的指标,但其分布参数非常难于获得。如何准确地获得爆堆各级岩块的组成是国内外众多采矿界学者研究的重要课题之一。 本文在深入研究分析国内外各类测试系统及块度分布计算方法的基础上,经过一系列的分析比较,所建测试系统采用了二维块度分布计算方法。并利用手工测试方法对其进行了检验,计算结果与筛分结果的平均标准差仅为4.05%,证明了该方法的正确性。为测试系统的建立奠定了技术基础。 本文结合单图片摄影测量技术,块度分布计算方法和计算机图像处理技术建立了爆堆块度分布的自动测试系统。为该系统开发了一套功能齐全,含有近70个算子的大型图像处理系统。其中包括有典型通用的算子,也有作者根据研究需要自行设计的算子。在模型研究过程中,经多次尝试和反复比较,精选出一套较佳的算子组合,对照片上的各级岩块进行自动圈定。经检验,自动测试系统的误差为6.73%,精度能够满足实际应用的需要。自动测试系统具有测试工作量小,劳动强度低,效率高等优点,具有广泛的应用前景。但与其它摄影测量方法一样,自动测试系统也存在着所谓“小块漏失”现象,亦即系统虽然对较大岩块的块度分析具有较高的精度,却不能准确描述较小岩块的组成。 这种小块漏失现象影响了其推广应用。许多学者提出了一些修正方法,虽然这些方法在某种程度上解决了这一问题,但具体实施较为困难。有的需要进行大量的统计分析,工作量大,成本高;有的具有区域样本局限性,难于异地推广应用。 为了从根本上解决这一问题,作者根据爆堆块度分布是一分形结构的结论,并根据各级岩块的数量,分形维数与岩块直径之间的关系,结合经验分布函数,经理论推导,建立了爆堆块度分布的分形测试模型,并利用一元线性回归的数学方法提出了求算分形维数的方法。求导分形维数的原始数据的获得一直影响着分形测试系统的推广应用。利用筛分方法工作量大,成本高:如果筛分量少,样本空间小,可信度低,其它统计方法同样具有区域样本局限性。作者根据对摄影测量方法的研究,提出了利用摄影测量和计算机图像处理的方法去获取求算分形维数的数据。从而使分形测试系统进一步完善,构成一套独立完备的测试系统。 由于爆堆的块度分布具有良好的分形结构,分形模型是一连续曲线,只要能 够准确地测定爆堆块度分布的分形维数,则能够再现所有各级岩块的组成,于是 可以弥补自动测试系统的小块漏失的不足。经实验室模型检验,系统的平均误差 仅为2.95%,测试精度较高。无论是在测试精度方面,还是在分析时间方面都优. 于自动测试系统。 这两个测试系统曾在阜新矿务局海州煤矿-92m剥离平盘进行了应用。分析结 果表明,该处爆破效果较好,但仍有进一步改善的余地,据此,根据装运设备的 容量和能力,向矿方提出了应调整爆破参数、适当加大量大岩块尺寸的建议,以 降低生产成本和提高设备利用率及生产效率。 本文的主要创新之处是: 开发了一套功能强大的用于自动圈定爆堆表面岩块周边的计算机图像处理软 件,并推导出了块度分布的计算方法,形成了爆堆块度分布的自动测试系统。在 此基础之上,建立了利用摄影测量和计算机图像处理求算分形维数的方法和爆堆 块度分布的分形计算模型。用简便易行的方法解决了获得求算分维数的原始数据 问题,使分形测试系统更为完善,更有利于推广应用。从而开辟了摄影测量,图 像处理和分形理论的一个新领域,利用该系统测试爆堆块度分布成本低,精度高, 简便易行,可用于指导爆破参数设计及优化,以获取最佳的爆破效果。这一成果 具有重要的理论意义和实用价值。


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