[发明专利]一种基于三维激光扫描和图像处理技术的级配料比表面积确定方法

说明书

本发明公开了一种基于三维激光扫描和图像处理技术的级配料比表面积确定方法，针对尺寸大于50mm的岩块，获得岩块三维扫描点云，利用扫描点云建立岩块三维模型得到岩块体积和表面积，根据比表面积定义计算得尺寸大于50mm岩块的比表面积；针对尺寸为5～50mm的岩块，利用图像处理计算试样的周长和面积，采用球模型计算5～50mm岩块的比表面积；参考现有的粉末状材料比表面积测试结果得到5mm以下粉末状颗粒的比表面积；根据3种途径获得比表面积数据绘制岩块尺寸——比表面积变化曲线；获得爆堆石料的级配分布曲线，将岩块尺寸——比表面积变化曲线和爆堆石料的级配曲线绘制在同一图中，得到级配料比表面积曲线。

技术领域

本发明属于工程爆破技术领域，特别涉及一种基于三维激光扫描和图像处理技术的级配料比表面积确定方法。

背景技术

爆破开挖是我国水利水电工程建设过程中人工骨料以及采矿工程中矿产资源开采的重要手段。为了满足工程建设或矿石加工过程中骨料级配和块度要求，降低生产时间，控制生产成本，最理想的情况是爆破开采得到的石料能直接符合或接近设计级配、块度要求。不符合设计级配和块度要求的石料需要利用破碎机械进行二次破碎，该过程中不仅增加了额外的人员和机械投入，造成了加工机械损耗，导致施工成本难以控制，同时还要消耗大量的电能，造成不必要的资源浪费，不利于建设节能环保型社会。从能量释放角度看，爆破开挖时炸药爆炸产生的冲击波能量主要消耗在岩体的变形及破碎上，破碎过程中岩石产生了大量新的表面积，故岩石的爆破破碎可视为是炸药爆轰后的一部分化学能转化为岩石表面能的过程。根据D.E.Grady提出的能量平衡动态破碎机制相关研究成果，材料破碎后碎块尺寸与碎块比表面积有关，而碎块比表面积由材料表面能(破碎能)与局部动能之间的平衡控制。

因此，确定不同级配骨料的比表面积，有利于合理确定岩石在爆破破碎过程中炸药的消耗量、评价炸药爆轰能量的利用率，减少二次破碎机械的工作量和能量消耗，从而降低级配骨料和矿产资源开采加工过程的总能耗，提高生产经济效益，优化生产成本投入，有利于能源节约和环境保护，有利于实现经济的可持续发展。

现有的比表面积测定方法主要有气体吸附法、流体透过法和压汞法等，且这些方法主要是针对不规则颗粒材料、多孔材料和粉状材料，例如悬浮体系中的颗粒物、石墨烯材料、沥青混合集料等，这些传统的比表面积确定方法试样加工工艺复杂、测试工序繁冗，计算原理复杂。而目前市场上的比表面积测试仪只能测量粉末状物料比表面积，对于细粒状物料尚无适用仪器，更无大块物料比表面积测试仪器。中国发明，申请号CN201711179598.5，公开号CN107991215A公开了一种大尺寸低渗岩样天然孔径与比表面积的测试方法，该方法采用低温静态容量法分析仪能够测试直径50mm，高度小于100mm的岩心试样的比表面积，但该方法不仅需要钻取、加工岩心，且无法满足更大尺寸的试样比表面积测定的需求。

经过以上分析，传统的物料比表面积确定方法很难满足现代工程的需求。因此，建立一种高效、便捷、没有材料尺寸限制、计算精度高的级配料比表面积确定方法对人工骨料以及矿产资源开采加工至关重要。

发明内容

针对现有的物料比表面积测定方法需要加工测试试样、试样加工工艺复杂、测试工序繁冗，计算原理复杂，对待测试物料尺寸要求苛刻等不足，本发明提供了一种高效、便捷、没有材料尺寸限制、能保证计算精度的基于三维激光扫描和图像处理技术的级配料比表面积确定方法，该发明不仅能够直接测定爆堆(或机械破碎后料堆)中级配料的比表面积，还能利用绘制的级配料比表面积曲线评价岩石破碎过程中能量的利用率。