一种基于图像信息的粗骨料充填料浆配比优化方法技术

本发明专利技术提供一种基于图像信息的粗骨料充填料浆配比优化方法，属于矿山充填技术领域。该方法首先设计不同废石

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像信息的粗骨料充填料浆配比优化方法


[0001]本专利技术涉及矿山充填
，特别是指一种基于图像信息的粗骨料充填料浆配比优化方法。

技术介绍

[0002]我国金属矿产储量丰富，矿业是我国经济发展的重要产业之一。矿山充填开采技术以控制地压、尾废再利用、塌陷区控制、降低矿石贫化率和改善工人作业环境等优势，受到了国内外众多金属矿山的青睐与应用。
[0003]料浆经管道输送至采场是充填采矿法中重要的一环，充填料浆具有不均匀性，料浆的均质程度对于料浆的管道可输性及胶结体强度影响较大。降低料浆的不均匀性，能有效改善其流动性，降低管输阻力。均质程度较差的充填料浆，在输送过程中易分层离析，不仅加快了管道的磨损，也易造成堵管等作业事故。均质性差引起物料下沉、料浆离析等问题，也严重制约矿山充填开采效率。同时，在充填设计和工程施工的过程中，工作人员通常多借助经验法进行完成充填作业，极易造成井下采空区积水量大，不仅需要多次充填与脱水，也易发生充填体分层、脱层现象，加重了排水作业量，影响了充填生产效率。解决采空区充填料浆积水严重的最直接途径是提升充填料浆的浓度，从而实现降低泌水率的目的，但是浓度的增加意味着开展充填作业要面临着堵管、爆管、充填泵磨损等风险的系数急剧增大。
[0004]现有针对全尾砂料浆的配比优化成果较多，但针对含有废石粗骨料的高浓度全尾砂充填料浆均质化特性研究相对较少，底流尾砂引入高浓度充填系统后，在料浆中掺入废石粗骨料，如何保证料浆搅拌的均质程度，是关乎充填成败的关键点之一。且随着采矿能力及充填量的提升，单位时间内料浆搅拌量不断提升，料浆均质程度的重要性进一步突出。此外，搅拌过程中料浆细观结构将发生改变，进而影响料浆流动特性，这与搅拌剪切时间、料浆流变特性密切相关。废石全尾砂充填料浆因级配不良、均质程度差，影响了生产安全及企业效益。因此，提高料浆的均质程度，改善料浆流动特性，提升管输效率与胶结体质量，将有望避免大粒径、高浓度、低倍线对矿山充填系统带来的弊端。针对废石粗骨料充填面临的技术问题，有必要研究一种基于图像信息的粗骨料充填料浆配比优化方法来应对现有技术的不足，以期能够提升废石全尾砂高浓度充填料浆的充填质量。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于图像信息的粗骨料充填料浆配比优化方法，能够基于料浆表层图像特征判别浆体的均质化程度，并制备出兼顾输送效果及充填效果的充填材料，为废石全尾砂高浓度胶结充填工艺的发展提供技术支撑。
[0006]该方法包括步骤如下：
[0007]S1：对废石进行破碎处理作为粗骨料，尾砂作为细骨料，并分别采用筛分法和激光粒度仪对废石和尾砂进行粒径组成分析；
[0008]S2：设计不同废石
‑
尾砂比例的混合充填骨料，以及不同减水剂掺量和不同固含量的粗骨料充填料浆，根据实验方案进行坍落度、泌水率、流变、搅拌及强度测试，获得不同条件下充填料浆的坍落度、泌水率、流变、搅拌图像及强度；
[0009]S3：以充填料浆均质化程度为优化目标，以坍落度、泌水率、图像信息熵及强度为方程约束条件，建立考虑充填料浆特征参数的均质化程度表征数学模型；
[0010]S4：为每组约束条件赋予阈值条件，获得多目标参数优化模型；
[0011]S5：求解S4中得到的优化模型，获得最佳均质化程度的充填料浆优化设计。
[0012]S1中破碎后废石平均粒径为2.7mm，尾砂的平均粒径为16.892μm。
[0013]S2中粗骨料充填料浆包括废石、尾砂、胶凝材料、减水剂和水。
[0014]S2中测试均参照《土工试验方法标准》GB/T50123
‑
2019进行；其中，采用配备v40
‑
20桨式转子和Rheo3000智能数据采集器的BrookfieldR/S plus流变仪开展料浆流变特性测试。
[0015]S2中搅拌测试是采用图像处理手段确定料浆在搅拌过程中的表面纹理变化情况，识别料浆表面图像的黑色素占比，从而通过信息熵判别料浆的均质化程度，并建立图像黑色素占比、图像信息熵与料浆配比的拟合方程：h＝f1(x1,x2,
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,x
n
)、S＝f2(x1,x2,
…
,x
n
)；
[0016]流变测试是采用宾汉姆公式对流变测试结果拟合后得到减水剂作用下的流变参数，进行方程拟合后得到减水剂与流变参数的关系函数：τ＝f3(x1,x2,
…
,x
n
)、η＝f4(x1,x2,
…
,x
n
)；
[0017]泌水率、坍落度和强度测试结果分别采用二次多项式进行逐步回归分析，建立充填料浆特征参数与料浆配比之间的关系函数：Sl＝f5(x1,x2,
…
,x
n
)、Bl＝f6(x1,x2,
…
,x
n
)、σ(t)＝f7(x1,x2,
…
,x
n
)；
[0018]其中，h代表图像的黑色素占比；S代表图像的信息熵；τ代表料浆的屈服应力；η代表料浆的塑性粘度；Sl代表料浆的坍落度；Bl代表泌水率；σ代表充填体的强度；t代表不同的充填体养护龄期；x
i
代表不同条件下的测试结果，i＝1,2,3,
…
,n。
[0019]S2中坍落度、泌水率和强度测试的实验条件为：充填料浆浓度81％、灰砂比1:4、废石尾砂质量比：5:5、减水剂掺量：0～1％；
[0020]所述流变特性测试的实验条件为：充填料浆浓度81％、灰砂比1:4、废石尾砂质量比：3:7、减水剂掺量：0～0.5％；
[0021]所述搅拌测试的实验条件为：充填料浆浓度为77％～81％、减水剂掺量为0.00％和0.50％、灰砂比1:4，废石尾砂质量比分别为5:5、6:4和7:3、搅拌时间为3min～5min。
[0022]均质化程度判断具体为：
[0023]首先参考建筑工业行业标准《JG 244
‑
2009混凝土试验用搅拌机》开展全尾砂废石高浓度充填料浆搅拌试验，搅拌过程选择HJW
‑
30单卧轴强制式搅拌机，进料容量为33L～66L，出料容量30L～60L，搅拌机转速35
±
3r/min，搅拌时间设置为5min；然后采用Nikon
‑
D350相机拍摄不同搅拌时长、不同料浆浓度、不同废石尾砂比条件下，充填料浆搅拌结束后的表面状态(如纹理)；最后，采用最大类间方差法(OTSU)获取图像二值化分割时的阈值信息。
[0024]S4中每组约束条件赋予的阈值为：
[0025]h＝f1(x1,x2,
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n
)＝Min[h]、S＝f2(x1,x2,
…
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n
)＝Min[S]、Bl＝f本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像信息的粗骨料充填料浆配比优化方法，其特征在于，包括步骤如下：S1：对废石进行破碎处理作为粗骨料，尾砂作为细骨料，并分别采用筛分法和激光粒度仪对废石和尾砂进行粒径组成分析；S2：设计不同废石
‑
尾砂比例的混合充填骨料，以及不同减水剂掺量和不同固含量的粗骨料充填料浆，根据实验方案进行坍落度、泌水率、流变、搅拌及强度测试，获得不同条件下充填料浆的坍落度、泌水率、流变、搅拌图像及强度；S3：以充填料浆均质化程度为优化目标，以坍落度、泌水率、图像信息熵及强度为方程约束条件，建立考虑充填料浆特征参数的均质化程度表征数学模型；S4：为每组约束条件赋予阈值条件，获得多目标参数优化模型；S5：求解S4中得到的优化模型，获得最佳均质化程度的充填料浆优化设计。2.根据权利要求1所述的基于图像信息的粗骨料充填料浆配比优化方法，其特征在于，所述S1中破碎后废石平均粒径为2.7mm，尾砂的平均粒径为16.892μm。3.根据权利要求1所述的基于图像信息的粗骨料充填料浆配比优化方法，其特征在于，所述S2中粗骨料充填料浆包括废石、尾砂、胶凝材料、减水剂和水。4.根据权利要求1所述的基于图像信息的粗骨料充填料浆配比优化方法，其特征在于，所述S2中测试均参照《土工试验方法标准》GB/T50123
‑
2019进行；其中，采用配备v40
‑
20桨式转子和Rheo3000智能数据采集器的BrookfieldR/S plus流变仪开展料浆流变特性测试。5.根据权利要求1所述的基于图像信息的粗骨料充填料浆配比优化方法，其特征在于，所述S2中搅拌测试是采用图像处理手段确定料浆在搅拌过程中的表面纹理变化情况，识别料浆表面图像的黑色素占比，从而通过信息熵判别料浆的均质化程度，并建立图像黑色素占比、图像信息熵与料浆配比的拟合方程：h＝f1(x1,x2,
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)、S＝f2(x1,x2,
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)；流变测试是采用宾汉姆公式对流变测试结果拟合后得到减水剂作用下的流变参数，进行方程拟合后得到减水剂与流变参数的关系函数：τ＝f3(x1,x2,
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n
)、η＝f4(x1,x2,
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n
)；泌水率、坍落度和强度测试结果分别采用二次多项式进行逐步回归分析，建立充填料浆特征参数与料浆配比之间的关系函数：Sl＝f5(x1,x2,
…
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n
)、Bl＝f6(x1,x2,
…
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n
)、σ(t)＝f7(x1,x2,
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹升华，闫泽鹏，郝硕，王雷鸣，陈勋，严荣富，陈大鹏，陈俊伟，
申请(专利权)人：中国恩菲工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：