The invention discloses a sensitivity analysis method of micro parameter of cemented filling body based on image processing, including steps: 1. The SEM scanning electron microscope sample and uniaxial compression strength test sample are made. Two. The uniaxial compression strength test device of the cemented filling body is used to carry out the single axis anti pressure strength test sample. The uniaxial compression strength of multiple cemented filling specimens is obtained by the degree test. Three, the micro parameters of multiple cemented filling bodies are obtained. Four, the uniaxial compression strength of multiple cemented filling specimens and the microscopic parameters of multiple cemented filling bodies are formed by the sensitivity analysis module of the Microparameters and the uniaxial compressive strength of the computer. Sensitivity analysis was carried out to identify sensitive microscopic parameters sensitive to mechanical response of cemented backfill. The invention can determine the sensitive micro parameters of the cemented filling body sensitive to the mechanical response characteristics, and can well determine the primary and secondary relations of the microscopic parameters, and can contribute to the study of the new cemented filling body.
【技术实现步骤摘要】
一种基于图像处理的胶结充填体微观参数敏感性分析方法
本专利技术涉及胶结充填采矿
，具体涉及一种基于图像处理的胶结充填体微观参数敏感性分析方法。
技术介绍
随着国家科学技术的发展，对节能环保技术的要求也越来越高，传统的胶结充填采矿使用水泥作为胶凝材料，水泥的成本高达充填总成本的75％。通过研究发展，尾砂中含有活性氧化硅和氧化铝，使用尾砂代替部分水泥作为胶结材料，不仅能够降低尾砂的排放量，有效降低充填采矿的成本，还能够提高充填体强度，减少地面坍塌面积，对环境的保护也起着积极推动的作用。因此，选矿厂排出的尾砂逐渐成为矿山胶结充填的主要骨料。胶结充填体作为胶结充填采矿法的核心内容，它涉及到矿山安全和矿山经济效益。以“充填体作用机理、充填体强度、充填体的合理匹配及充填体的力学响应特性”为内容的充填体力学，几年来受到了采矿届的高度重视。近年来已召开了八届国际充填学术会议，在充填体力学的许多方面有了很大的进展，学术界普遍认为充填体力学性能是严重影响和制约胶结充填采矿法的关键因素。采用尾砂实现不同水灰配比、不同养护龄期等对胶结充填体的力学性质具有直接的影响关系。尾砂作为充填采空区最常用的充填骨料之一，在解决充填骨料不足的同时，为极厚矿体矿柱回采时贫化率低、损失率大、“三下”资源开采安全性低以及深部岩体地压控制难等问题的解决提供了有效途径。许多研究者对尾砂膏体充填的成分配比、稳定过程及机械强度做了深入的研究。例如，KesimalA等人研究了脱泥铜铅锌尾砂与膏体强度的关系，发现尾砂颗粒大小分布对胶结充填体强度有较大的影响；在2003年第16期第10卷的期刊《Minera...
【技术保护点】
1.一种基于图像处理的胶结充填体微观参数敏感性分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、从不同养护龄期的多个胶结充填体试样(19)上各取一部分制成SEM扫描电镜样品，剩余部分作为单轴抗压强度测试样品；并对多个SEM扫描电镜样品和多个单轴抗压强度测试样品根据养护龄期一一对应编号；步骤二、采用胶结充填体单轴抗压强度测试装置分别对多个抗压强度测试样品进行单轴抗压强度测试，得到多个胶结充填体试样(19)的单轴抗压强度；步骤三、采用SEM扫描电镜和计算机(17)分别对多个SEM扫描电镜样品进行扫描和处理，得到多个胶结充填体的微观参数组；其中，对每个SEM扫描电镜样品进行扫描和处理，得到胶结充填体的微观参数组的具体过程为：步骤301、采用SEM扫描电镜对SEM扫描电镜样品进行扫描，形成SEM电镜扫描图像并存储到计算机(17)中；步骤302、所述计算机(17)将SEM电镜扫描图像的灰度像素值输入预先构建的模拟退火竞争神经网络中，得到模拟退火竞争神经网络的输出，所述模拟退火竞争神经网络的输出为亮、较亮、暗、最暗的四个胶结充填体聚类图像；步骤303、所述计算机(17)将灰度值最小一类的胶结充填体...
【技术特征摘要】
1.一种基于图像处理的胶结充填体微观参数敏感性分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、从不同养护龄期的多个胶结充填体试样(19)上各取一部分制成SEM扫描电镜样品，剩余部分作为单轴抗压强度测试样品；并对多个SEM扫描电镜样品和多个单轴抗压强度测试样品根据养护龄期一一对应编号；步骤二、采用胶结充填体单轴抗压强度测试装置分别对多个抗压强度测试样品进行单轴抗压强度测试，得到多个胶结充填体试样(19)的单轴抗压强度；步骤三、采用SEM扫描电镜和计算机(17)分别对多个SEM扫描电镜样品进行扫描和处理，得到多个胶结充填体的微观参数组；其中，对每个SEM扫描电镜样品进行扫描和处理，得到胶结充填体的微观参数组的具体过程为：步骤301、采用SEM扫描电镜对SEM扫描电镜样品进行扫描，形成SEM电镜扫描图像并存储到计算机(17)中；步骤302、所述计算机(17)将SEM电镜扫描图像的灰度像素值输入预先构建的模拟退火竞争神经网络中，得到模拟退火竞争神经网络的输出，所述模拟退火竞争神经网络的输出为亮、较亮、暗、最暗的四个胶结充填体聚类图像；步骤303、所述计算机(17)将灰度值最小一类的胶结充填体聚类图像确定为胶结充填体微观孔隙图，并对胶结充填体微观孔隙图进行二值化处理，再对孔隙区域进行二值反转处理，得到胶结充填体微观孔隙二值图；步骤304、所述计算机(17)调用孔隙图像定量分析模块对胶结充填体微观孔隙二值图进行分析处理，得到定量描述孔隙的分布、数量、方向和大小特征的胶结充填体的多个微观参数；步骤四、所述计算机(17)调用微观参数与单轴抗压强度的敏感性分析模块对步骤二中得到的多个胶结充填体试样(19)的单轴抗压强度与步骤三中得到的多个胶结充填体的微观参数组进行敏感性分析，确定出胶结充填体对力学响应特性敏感的敏感性微观参数。2.按照权利要求1所述的一种基于图像处理的胶结充填体微观参数敏感性分析方法，其特征在于：步骤二中所述胶结充填体单轴抗压强度测试装置包括座垫(10)和固定连接在座垫(10)顶部的多根拉杆(8)，以及用于给胶结充填体试样(19)施加轴向压力的轴向加压传力机构和用于给轴向加压传力机构提供动力的轴向加压动力系统；所述座垫(10)的底部固定连接有多个底座(15)，所述座垫(10)的顶部设置有用于放置胶结充填体试样(19)的试样放置槽，所述座垫(10)上位于所述试样放置槽的中心位置处设置有排水阀(5)；多根拉杆(8)的中部设置有用于固定多根拉杆(8)的固定架(11)，多根拉杆(8)的上部固定连接有顶部装载板(9)；所述轴向加压传力机构包括安装在顶部装载板(9)上的气缸(2)，所述气缸(2)的活塞杆向下设置，所述气缸(2)的活塞杆底部连接有压力传递板(3)；所述轴向加压动力系统包括压缩空气气源(4)和加压控制器(18)，以及一端与压缩空气气源(4)连接、另一端与气缸(2)连接的气体输送管(1)；所述气体输送管(1)上从连接压缩空气气源(4)到连接气缸(2)的位置依次设置有气动三联件(12)、压力传感器(13)和气缸控制电磁阀(14)，所述压力传感器(13)与加压控制器(18)的输入端连接，所述气缸控制电磁阀(14)与加压控制器(18)的输出端连接，所述加压控制器(18)通过通信模块(16)与计算机(17)连接。3.按照权利要求2所述的一种基于图像处理的胶结充填体微观参数敏感性分析方法，其特征在于：所述试样放置槽内设置有套装在胶结充填体试样(19)底部的O型密封圈(6)，所述座垫(10)上设置有位于所述试样放置槽周围的多孔石(7)。4.按照权利要求3所述的一种基于图像处理的胶结充填体微观参数敏感性分析方法，其特征在于：所述加压控制器(18)为可编程逻辑控制器，所述通信模块(16)为RS-485通信模块。5.按照权利要求3所述的一种基于图像处理的胶结充填体微观参数敏感性分析方法，其特征在于：步骤二中所述采用胶结充填体单轴抗压强度测试装置分别对多个抗压强度测试样品进行单轴抗压强度测试，其中对每个抗压强度测试样品进行单轴抗压强度测试的具体过程为：步骤201、将O型密封圈(6)放入所述试样放置槽内后，将胶结充填体试样(19)放入所述试样放置槽内，使胶结充填体试样(19)的中心与气缸(2)的活塞杆和压力传递板(3)的中心相对应；并在座垫(10)上放入位于所述试样放置槽周围的多孔石(7)；步骤202、打开压缩空气气源(4)，通过调节气动三联件(12)调节压缩空气气源(4)输出的压缩空气的气压，加压控制器(18)通过控制气缸控制电磁阀(14)换向，控制气缸(2)的活塞杆向下或向上运动，对胶结充填体试样(19)施加压力或卸载压力，将胶结充填体试样(19)破裂时加压控制器(18)采集到的压力传感器(13)检测的压力值记为F，加压控制器(18)将压力值F传输给计算机(17)，计算机(17)根据公式计算得到抗压强度测试样品的单轴抗压强度P；其中，S为抗压强度测试样品的顶面面积；当气缸(2)的活塞杆向下运动时，带动压力传递板(3)向下运动，通过压力传递板(3)给胶结充填体试样(19)施加压力，当气缸(2)的活塞杆向上运动时，带动压力传递板(3)向上运动，压力传递板(3)离开胶结充填体试样(19)的上表面，卸载压力。6.按照权利要求1所述的一种基于图像处理的胶结充填体微观参数敏感性分析方法，其特征在于：步骤302中所述模拟退火竞争神经网络的构建方法为：步骤3021、从不同养护龄期的多个胶结充填体试样(19)上各取一部分制成SEM扫描电镜样品；步骤3022、采用SEM扫描电镜分别对多个SEM扫描电镜样品进行多次扫描，形成多个SEM电镜扫描图像并存储到计算机(17)中；所述SEM电镜扫描图像的数量至少为500个；步骤3023、所述计算机(17)分别对多个SEM电镜扫描图像进行正规化处理，形成多个像素为640×480的训练样本图像；步骤3024、所述计算机(17)构建一个两层结构的模拟退火竞争神经网络，输入层为训练样本图像的灰度像素值，输出层为亮、较亮、暗、最暗四类胶结充填体聚类图像；步骤3025、所述计算机(17)随机设置4个权聚中心w1、w2、w3和w4；步骤3026、所述计算机(17)初始化自反馈连接权重系数、暂态连接权重系数和内部状态连接权重系数；步骤3027、所述计算机(17)根据公式计算能量函数E；其中，ux；j为第x个输入神经元zx和第j个权聚中心wj的暂态连接权重系数，x的取值为1～n的自然数，n为输入神经元的总个数，j的取值为1～c的自然数，c的取值为4；步骤3028、所述计算机(17)根据公式更新t时刻第x个输入神经元zx和第j个输出神经元wj的暂态连接权重系数ux；j(t)，其中，...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦学斌，刘浪，张波，王湃，陈柳，王美，张小艳，孙伟博，邱华富，王燕，方治余，朱超，辛杰，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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