[发明专利]一种基于分形理论的冒落区堆体孔隙率确定方法

权利要求书

1.一种基于分形理论的冒落区堆体孔隙率确定方法，其特征在于，该方法包括：步骤A，获取原始冒落岩块堆体图像，照片拍摄时要保持亮度一致，镜头光轴要垂直于堆体表面；步骤B，利用ImageJ软件对图像进行灰度化、均衡化、去噪和阈值分割处理，将图像转化为二值数据图像；步骤C，基于步骤B得到的二值图像，利用MATLAB编写程序计算图像堆体的分形维数，冒落岩块分维数D的计算公式为：，式中：r_i，r_i+1—分别为两个衡量冒落岩石的特征尺寸，N_i，N_i+1—分别为对应于r_i和r_i+1特征尺寸下的采空区冒落岩石数目，MATLAB程序执行过程为：读取二值数据图像，二值图像像素点为黑或白两种颜色，对应于计算机中只包含0和1的矩阵，0代表黑色，1代表白色，将二值数据矩阵依次划分成若干子矩阵，子矩阵行列数均为k，所有子矩阵的个数记作N_δk，简记为N_k，取k=1，2，4，…，2i，得到盒子数N₁，N₂，N₄，…，N_2i，像素点的大小δ=图像的长度l/图像一行中像素点数量，行和列都由k个像素点组成的块的边长为，对于每个图像，δ是一个定值，δ_k=k，分别对δ_k和N_k取对数，作图，得到一系列点，对点拟合得到一条直线，直线斜率为图像的分形维数D；步骤D，获取冒落区岩块密度、冒落岩块极限尺寸、特征尺寸岩块数目，结合分形维数构建堆体孔隙分形模型，计算冒落区堆体孔隙率，冒落区松散堆体密度计算公式为：，式中：d₀—冒落区堆体岩块的密度，取冒落区内各岩层密度的平均值，d—冒落区松散堆体密度，H—冒落带高度，m，h—煤层高度，m，冒落岩块极限尺寸包括冒落岩块的最大尺寸r_max和最小尺寸r_min，，式中：b—采宽，m，H—冒落带高度，m，L—工作面推进长度，m，r_min是岩层冒落堆体中破碎最严重，数目最多，尺寸最小的岩块，冒落区堆体孔隙率计算公式为：，式中：d—冒落区松散堆体密度，d₀—冒落区堆体岩块的密度，D—分形维数，r_max—冒落岩块的最大尺寸，r_min—冒落岩块的最小尺寸。

2.如权利要求1所述的一种基于分形理论的冒落区堆体孔隙率确定方法，其特征在于，步骤B中，利用ImageJ软件对图像进行灰度化和二值化处理，将图像转化为二值数据图像，具体过程为：导入原始RGB图片数据；将RGB图像转化为8位灰度图像；对图像进行均衡化增强处理；增强后的图像进行平滑、高斯去噪、提取边缘和骨架化处理；使用最大方差法自动选择相应门限值对灰度图像进行阈值分割，将图像转化位二值数据。