CN112285107B - 一种通过平面拍照实现三维爆破块度分布测量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过平面拍照实现三维爆破块度分布测量的方法，包括：获得所有爆破块度总体积V密实和爆后的爆堆所占体积V爆堆，并求得爆破后的松散系数Kc；通过对爆堆表面岩块的照片进行处理，获得爆堆所有岩块在平面二维方向上的形状与总表面积S；通过总体积V密实除以总表面积S获得所有岩块在第三维上的累积岩石高度总和H总；依据岩石的长、宽、高成固定比例的规律，在知道高度方向上的数值总和、岩块数量后，据此计算出第三维方向上的块度尺寸分布情况；本发明可以克服二维情况无法获得高度方向尺寸的缺点，不仅对最终三维方向上的尺寸进行了计算，还考虑了岩块在三维方向上的形状变化。结合二维情况下获得的岩块形状，构建了对岩块形状完整立体的评价。

Description

一种通过平面拍照实现三维爆破块度分布测量的方法
技术领域
本发明涉及岩石爆破领域，特别是一种通过平面拍照实现三维爆破块度分布测量的方法。
背景技术
在现有的评价爆破块度的方法中，对岩石进行拍照后求得岩块的平面表面积(长*宽)，而不考虑高度方向的尺寸，即将三维问题简化为二维问题，并且在计算岩块的尺寸时又再次简化为等效圆面积的半径。经过两次简化，最终获得的尺寸没有考虑三维岩块的形状，数值大小仅可用于比较，而不能说明岩块真实的三维尺寸。在以往的研究发现，平面拍照获得的尺寸为岩块的长、宽尺寸，而在实际的筛分过程中，决定岩块是否通过筛孔的往往是宽、高方向的尺寸，这又带来了进一步的误差。现有技术存在以下问题：
1、现有的从拍照出发对爆破块度分布曲线的测量技术中，均是针对平面照片如何获得岩块二维尺寸出发，而未考虑三维情况下的块度尺寸。而实际上，真正决定岩块是否通过筛分网的往往是未考虑的高度方向。
2、在现有的考虑形状系数的研究中，如专利CN110487683A，通过考虑形状参数，对爆堆的质量评价指标进行了改善。但也只是出于二维的拍照结果进行分析，考虑的是岩块二维情况下的形状参数，而并不涉及如何通过二维结果推导出三维形状。
3、在利用相应爆前爆后岩石体积进行计算方面，如专利CN110068573B，利用空隙率与爆堆块度、爆堆体积的关系分别绘制曲线，以此测量爆破块度。该发明仅明确了爆堆体积可用于推测爆破块度，但并未指明爆堆体积之所以可以实现块度预测，是因为爆前爆后体积与岩块的三维形状相关，也就没有进一步的将其用于三维岩石形状参数的计算。
现有的从拍照出发对爆破块度分布曲线的测量技术中，均是针对平面照片如何获得岩块二维尺寸出发，而未考虑三维情况下的块度尺寸。实际上，真正决定岩块是否通过筛分网的往往是未考虑的高度方向。同样的，如果仅考虑二维平面方向的形状，也会造成块度尺寸估计的误差，在矿山开采、构筑堤坝时，往往对岩石的形状有特定的要求，二维的形状能一定意义上检测岩块的爆破质量，但作为最短尺寸的高度方向若不考虑，会使得对形状的估计产生较大误差。如对含结构面爆破的过程中，往往长宽方向远大于高度方向，此时二维的尺寸大小严重失真。本发明旨在根据二维的平面岩石块度信息，结合整个岩块的体积、松散系数与数值模拟的构建方法，推导出整个三维情况下的爆后岩块分布情况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过平面拍照实现三维爆破块度分布测量的方法，以解决上述技术背景中提出的问题。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种通过平面拍照实现三维爆破块度分布测量的方法，包括以下步骤：
(1)在爆破完成后通过比较爆破区域前后的体积情况求得本次爆破的所有爆破块度总体积V密实；
(2)对爆后的爆堆进行全景拍照，求得整个爆堆所占的体积V爆堆，通过式(1)计算求得爆破完成后的松散系数Kc；
Figure BDA0002730429290000021
(3)通过图像处理技术对爆堆表面岩块的照片进行处理，获得爆堆所有岩块在平面二维，即长Ln、宽Wn方向上的长度与总表面积S；
(4)所有岩块在第三维，即高度方向上的累积岩石高度总和H总，通过总体积V密实除以总表面积S获得：
Figure BDA0002730429290000022
注意：通过式(2)计算岩石高度总和是默认岩石在第三维方向上为均匀的等高，而实际上岩块总是凹凸不平的；
(5)依据岩石的长、宽、高成固定比例的规律，在知道高度方向上的数值总和、岩块数量后，据此计算出第三维方向上的块度尺寸分布情况；
(6)为准确刻画三维方向上的岩块的尺寸，设定第三维方向凹凸不平下的岩石高度最小值Hmin与最大值Hmax的比例分别为1：4，1：3，1：2，1：1以及0；
根据步骤(3)所得的长宽方向的岩块形状，据此在离散元数值模拟系统中构建三维的岩块形状，将所有岩块堆积为实际爆堆形状，观察五种不同情况下岩块的松散系数，选择与步骤(2)所得真实松散系数最接近的一种岩块形状，可知此情况下最符合实际的三维岩块形状；
(7)在已知三维岩块形状的情况下，可求得宽-高方向的尺寸，可以获得更真实的岩块筛分尺寸。
上述技术方案中，步骤(5)中获得第三维方向的块度分布情况的计算过程为：
Figure BDA0002730429290000023
式(3)中，k为某次爆破岩块长/高的比例，n为块度数量，Ln为各个岩块长度值；
在已知高度方向上的累积岩石高度总和H总、各个岩块长度值Ln，根据式(3)求解出k的值，进而可计算出岩石爆破后高度方向所有岩块的平均高度H。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、可以克服二维情况无法获得高度方向尺寸的缺点，通过简单的平面拍照准确的获得三维情况下岩块的尺寸，设备要求简单，能广泛的应用于实际。
2、不仅对最终三维方向上的尺寸进行了计算，还考虑了岩块在三维方向上的形状变化。结合二维情况下获得的岩块形状，构建了对岩块形状完整立体的评价。
3、在三维宽度方向的具体凹凸情况进行了简化，化繁为简，便利了三维离散元模型有效快速的构建，而最终的结果与实际应证，又保障了模拟的准确性。
附图说明
图1为本发明三维方向上的岩块的尺寸形状(岩石高度最小值Hmin与最大值Hmax的比例为1：4)；
图2为本发明三维方向上的岩块的尺寸形状(岩石高度最小值Hmin与最大值Hmax的比例为1：3)；
图3为本发明三维方向上的岩块的尺寸形状(岩石高度最小值Hmin与最大值Hmax的比例为1：2)；
图4为本发明三维方向上的岩块的尺寸形状(岩石高度最小值Hmin与最大值Hmax的比例为1：1)；
图5为本发明三维方向上的岩块的尺寸形状(岩石高度最小值Hmin与最大值Hmax的比例为0)；
图1至图5中，H表示岩块的平均高度。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明提供了一种通过平面拍照实现三维爆破块度分布测量的方法，包括以下步骤：
(1)在爆破完成后通过比较爆破区域前后的体积情况求得本次爆破的所有爆破块度总体积V密实(密实体积)；
具体的，步骤(1)中可以通过卷尺测量爆破区域前后的岩石体积，爆破前体积减去爆破后体积即为爆破块度总体积。
(2)对爆后的爆堆进行全景拍照，求得整个爆堆所占的体积V爆堆(松散状态下体积)，通过式(1)计算求得爆破完成后的松散系数Kc；
Figure BDA0002730429290000041
(3)通过图像处理技术对爆堆表面岩块的照片进行处理，获得爆堆所有岩块在平面二维，即长Ln、宽Wn方向上的长度与总表面积S；
具体的，步骤三中的图像处理技术为现有计算，例如公开号为CN108596881A、专利名称为一种爆破后岩石粒度的智能图像统计方法，以及公开号为CN108305263A、专利名称为一种爆破后岩石块度的图像统计方法所公开的图像处理方法。
(4)所有岩块在第三维，即高度方向上的累积岩石高度总和H总，通过总体积V密实除以二维总表面积S获得：
Figure BDA0002730429290000042
注意：通过式(2)计算岩石高度总和是默认岩石在第三维方向上为均匀的等高，而实际上岩块总是凹凸不平的；
(5)文献《多种规格石料开采块度预测与爆破控制技术研究》表明岩石爆堆在某一维的尺寸上遵循R-R分布函数；文献《The Fragmentation Fractal–a useful descriptorof broken rock》表明一次爆堆之后所产生的岩块在形状上具有相似性，因此一块岩石的长、宽、高成固定的比例；
依据岩石的长、宽、高成固定比例的规律，在知道高度方向上的数值总和、岩块数量后，据此计算出第三维方向上的块度尺寸分布情况；
具体的，步骤(5)中获得第三维方向的块度分布情况的计算过程为：
Figure BDA0002730429290000051
式(3)中，k为某次爆破岩块长/高的比例，n为块度数量，Ln为各个岩块长度值；
在已知高度方向上的累积岩石高度总和H总、各个岩块长度值Ln，根据式(3)求解出k的值，进而可计算出岩石爆破后高度方向所有岩块的平均高度H；
(6)为准确刻画三维方向上的岩块的尺寸，设定第三维方向凹凸不平下的岩石高度最小值Hmin与最大值Hmax的比例分别为1：4，1：3，1：2，1：1以及0；具体的，五种情况获得方式如下：根据步骤(5)计算求得的岩石平均高度H，假定在高度方向呈现四边形，则岩石高度最小值Hmin与最大值Hmax的比例分别为1：4，1：3，1：2，1：1以及0等五种情况如图1至图5所示；
根据步骤(3)所得的长宽方向的岩块形状，据此在离散元数值模拟系统中构建三维的岩块形状，将所有岩块堆积为实际爆堆形状，观察五种不同情况下岩块的松散系数，选择与步骤(2)所得真实松散系数最接近的一种岩块形状，可知此情况下最符合实际的三维岩块形状；
(7)在已知三维岩块形状的情况下，可求得宽-高方向的尺寸，可以获得更真实的岩块筛分尺寸。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种通过平面拍照实现三维爆破块度分布测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在爆破完成后通过比较爆破区域前后的体积情况求得本次爆破的所有爆破块度总体积V密实；
(2)对爆后的爆堆进行全景拍照，求得整个爆堆所占的体积V爆堆，通过式(1)计算求得爆破完成后的松散系数Kc；
Figure FDA0003155966910000011
(3)通过图像处理技术对爆堆表面岩块的照片进行处理，获得爆堆所有岩块在平面二维，即长Ln、宽Wn方向上的长度与总表面积S；
(4)所有岩块在第三维，即高度方向上的累积岩石高度总和H总，通过总体积V密实除以总表面积S获得：
Figure FDA0003155966910000012
注意：通过式(2)计算岩石高度总和是默认岩石在第三维方向上为均匀的等高，而实际上岩块总是凹凸不平的；
(5)依据岩石的长、宽、高成固定比例的规律，在知道高度方向上的数值总和、岩块数量后，据此计算出第三维方向上的块度尺寸分布情况；
(6)为准确刻画三维方向上的岩块的尺寸，设定第三维方向凹凸不平下的岩石高度最小值Hmin与最大值Hmax的比例分别为1：4，1：3，1：2，1：1以及0；
根据步骤(3)所得的长宽方向的岩块形状，据此在离散元数值模拟系统中构建三维的岩块形状，将所有岩块堆积为实际爆堆形状，观察五种不同情况下岩块的松散系数，选择与步骤(2)所得真实松散系数最接近的一种岩块形状，可知此情况下最符合实际的三维岩块形状；
(7)在已知三维岩块形状的情况下，可求得宽-高方向的尺寸，可以获得更真实的岩块筛分尺寸；
其中，步骤(5)中获得第三维方向的块度分布情况的计算过程为：
Figure FDA0003155966910000013
式(3)中，k为某次爆破岩块长/高的比例，n为块度数量，Ln为各个岩块长度值；
在已知高度方向上的累积岩石高度总和H总、各个岩块长度值Ln，根据式(3)求解出k的值，进而可计算出岩石爆破后高度方向所有岩块的平均高度H。
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