[发明专利]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

说明书

本发明公开了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，包括步骤：一、制成SEM扫描电镜样品和单轴抗压强度测试样品；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的单轴抗压强度；三、得到多个胶结充填体的微观参数组；四、计算机调用微观参数与单轴抗压强度的敏感性分析模块对多个胶结充填体试样的单轴抗压强度与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。本发明能够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，能够很好地确定微观参数的主次关系，能够为研究新型胶结充填体贡献力量。

技术领域

本发明涉及胶结充填采矿技术领域，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。

背景技术

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，Kesimal A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《Minerals Engineering》(矿物工程)上发表了文章The effect of desliming bysedimentation on paste backfill performance(脱矿泥的矿体充填体沉积性能影响)；Fall等人研究了养护温度对尾砂胶结充填体的强度的影响；在2010年第4期第10卷的期刊《Engineering Geology》(工程地质)上发表了文章A Contribution to understandingthe effects of curing temperature on the mechanical properties of minecemented tailings backfill(温度对尾砂胶结充填体力学性能影响的贡献)；G Xiu等人采用不同比例尾砂胶结强度与不同浓度下在实验室进行了实验，揭示尾砂在微观方面化学反应机理，对充填体稳定性的宏观尺寸的影响研究；在2012年第6期第14卷的期刊《International Journal of Digital Content Technology&Its Applications》(数字内容技术及其应用)上发表了文章Microstructure Test and Macro Size Effect on theStability of Cemented Tailings Backfill(微观结构试验及宏观尺寸对胶结尾砂充填体的稳定性影响)；Chun Liu等人在单幅SEM图像上，采用手动阈值的方式获取孔隙的基本参数，如孔隙率、分形维数、不均匀系数等，分析岩石的微观结构与力学之间的关系；在2013年第57期第2卷的期刊《Computer&Geosciences》(计算机与地球科学)上发表了文章Automatic quantification of crack patterns by image processing(通过图像处理对裂纹图形进行自动量化)；Serge Outllet等人研究了SEM图像对不同胶结充填体样品进行了孔隙结构分析，在2008第67期的期刊《Bulletin of Engineering Geology and theEnvironment》(工程地质与环境公报)上发表了文章Characterization of cementedpaste backfill pore structure using SEM and IA analysis(用SEM和IA分析的方法对胶结充填体的孔隙结构进行表征)，该方法被用来估计三的孔隙结构参数：总孔隙度、孔径分布和孔隙的空间弯曲度。但是，现有技术中，还缺乏基于图像处理的方法确定全面的表征胶结充填体的微观参数的方法，而且，表征胶结充填体微观的众多参数中，如何确立参数的主次关系、反演计算参数、精确计算模型等问题，微观参数敏感性分析显得尤为重要。目前胶结充填体微观结构中敏感性参数分析较少，主要在地质、水文、岩土力学参数等方法做了大量的研究，地质方面如蒋树等人研究了滑坡参数的敏感性分析是滑坡机理分析和定量评价，在2015第23期第6卷的期刊《工程地质学报》上发表了文章《基于不同方法的滑坡滑带力学参数敏感性分析》；水文方面如宋晓猛等人研究了水文模型参数敏感性分析，在2012第23期第5卷的期刊《水科学进展》上发表了文章《基于统计理论方法的水文模型参数敏感性分析》；岩土力学方面如葛建军研究了边坡工程岩土力学参数敏感性分析，在2014第46期第11卷的期刊《铁道建筑》上发表了文章《铁路边坡工程岩土力学参数敏感性分析》。迄今为止，对于胶结充填体微观参数关于力学响应方面的敏感性分析方面的相关研究较少，因此就不能很好地确定微观参数的主次关系，致使在采用微观参数分析胶结充填体力学响应特性时的方法复杂，效率低，影响了新的胶结充填体的快速推广应用，容易造成采矿工期的拖延。