[发明专利]基于SEM图像的胶结充填体力学响应特性预测方法

说明书

本发明公开了一种基于SEM图像的胶结充填体力学响应特性预测方法，包括步骤：一、制成SEM扫描电镜样品；二、扫描形成SEM电镜扫描图像并存储到计算机中；三、对SEM电镜扫描图像进行高斯滤波处理；四、得到多个胶结充填体聚类图像；五、确定胶结充填体微观孔隙图，得到胶结充填体微观孔隙二值图；六、将高斯滤波处理后的SEM电镜扫描图像与胶结充填体微观孔隙二值图合并，得到测试样本图像；七、对测试样本图像进行正规化处理；八、将正规化测试样本图像输入预先构建的Tensorflow深度学习力学响应预测网络中，得到单轴力学响应预测结果。本发明预测效率高，耗费人力物力少，对研究胶结充填体强度和稳定性具有重要意义。

技术领域

本发明属于胶结充填采矿技术领域，具体涉及一种基于SEM图像的胶结充填体力学响应特性预测方法。

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 Applicat ions》(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)；李文臣等人通过胶砂实验，研究了硫酸盐对胶结充填体单轴抗压强度与弹性模量关系的影响；在2016年第1期第42卷的期刊《中国煤炭》上发表了文章《硫酸盐对胶结充填体单轴抗压强度与弹性模量关系影响研究》。但是，现有技术中，对胶结充填体力学响应特性预测多采用实验测试的方法，测试周期长、效率低，耗费的人力物力高，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。

发明内容