[發明專利]一種基于三維激光掃描和圖像處理技術的級配料比表面積確定方法

有效

• 申請號: 201810586789.1
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN109030305B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 李瑞澤;陳明;盧文波;夏文俊;嚴鵬
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01B11/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 王琪

1.一種基于三維激光掃描和圖像處理技術的級配料比表面積確定方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)針對爆堆中(或料堆)中尺寸大于50mm的巖塊，通過三維激光掃描儀測量，獲取巖塊三維激光掃描數據；

(2)通過三維激光掃描數據建立不同尺寸巖塊的三維模型，并統計不同尺寸巖塊模型的體積和曲面面積，根據比表面積定義，計算得到尺寸大于50mm巖塊的比表面積；

(3)針對尺寸為5～50mm的巖塊，在爆堆中(或料倉)中選取一定數量該范圍內不同尺寸的巖塊試樣，將試樣進行一定處理并用黑色墨水染色晾干，利用游標卡尺測量各試樣的尺寸，將試樣按尺寸大小進行分類并做好記錄；

(4)將染色后的試樣放置在白紙上，放置標尺，從俯視角度采用高清相機拍攝試樣圖像，選取高質量圖像進行去噪、二值化，計算并統計圖像中試樣的周長和面積，采用球模型比表面積計算公式得到尺寸為5～50mm的巖塊的比表面積，球模型比表面積計算公式為式(1)和式(2)：

式(1)、式(2)中，S_V為巖塊比表面積，ρ為巖體密度，r為球模型半徑，Perimeter表示試樣周長，Area表示試樣面積；

(5)參考現有的粉末狀材料比表面積測試結果獲得尺寸小于5mm的粉末狀顆粒的比表面積在；

(6)將各尺寸比表面積數據和巖塊尺寸進行擬合，得到巖塊尺寸——比表面積變化曲線，通過插值獲取任意尺寸石塊的比表面積；

(7)獲得某次爆堆(或機械破碎后料堆)石料的級配分布曲線；

(8)將巖塊尺寸——比表面積變化曲線和爆堆(或機械破碎后料堆)中石料的級配曲線繪制在同一圖中，得到級配料比表面積曲線；

(9)根據級配料比表面積曲線，得到尺寸區間(x_k^l，x_k^s)內巖塊質量占總的破碎巖石質量的百分比p_k和該尺寸區間內巖塊的平均比表面積

其中，式(3)～(4)中，f(x)為級配分布曲線函數，g(x)為不同尺寸巖塊比表面積變化曲線函數，k為級配曲線中巖塊尺寸區間位置；

破碎后，尺寸區間(x_k^l，x_k^s)內形成的巖塊表面積為A_k：

其中式(5)中，ρ為巖體密度，V為爆破開挖(或機械破碎)后巖石總體積；

累計各個區間塊體的表面積可以計算得到巖石破碎后各級配巖塊的總表面積A：

其中式(6)中C為步驟(7)級配曲線中巖塊尺寸的區間數；

(10)計算爆破破碎(或機械破碎)過程中，巖石破碎形成新的表面所消耗的能量(破碎能)Γ；

(11)將巖石破碎能Γ與爆破破碎(或機械破碎)過程中炸藥爆炸能量E_T(或機械破碎消耗電能)進行對比，獲得巖石爆破破碎(或機械破碎)過程中炸藥能量(或電能)的利用效率。

2.如權利要求1所述的一種基于三維激光掃描和圖像處理技術的級配料比表面積確定方法，其特征在于：步驟(10)中巖石破碎形成新的表面所消耗的能量(破碎能)Γ的計算方式如下，

Γ＝γ_fA (7)

其中式(7)中，γ_f為某種巖石單位表面能，即臨界能量釋放率，單位為J/m2，可以通過Rittinger系數或者巖石的斷裂韌性K_IC計算得到；

通過巖石的斷裂韌性K_IC計算巖石單位表面能γ_f的公式為，

γ_f＝K_IC²/2ρc² (8)

式(8)中ρ為巖體密度，c為縱波波速，K_IC為巖石的斷裂韌性。