爆堆块度分布的实验室模型研究

󰀁󰀁文章编号:0253-9993(2000)02-0173-03

爆堆块度分布的实验室模型研究

题正义,孙臣良,刘烟台

(辽宁工程技术大学资源与环境工程学院,辽宁阜新󰀁123000)

摘󰀁要:介绍了一个由数字化仪和微机组成的,用于测试爆堆岩块分布的单图片摄影测量系统,并进行了实验室的模型研究.研究结果证明,无论从精度上,还是经济性和适应性,该系统既可

直接用于生产实践,又可作为检验其他测试方法的手段.

关键词:爆堆岩块分布;摄影测量;筛分曲线

中图分类号:TD804;TD235󰀁󰀁󰀁文献标识码:A

收稿日期:1999-11-01󰀁󰀁评价矿山开采爆破效果的主要参数之一是爆堆岩块分布.爆破参数的选择应根据具体的爆破条件使爆

破后岩石的块度与继后的装载、运输、破碎、选分和加工等工序相适应,使得整个生产过程效率高、费用低.由于矿山开采过程中,特别是露天矿开采,爆破破岩量大,一些岩石块度分布的直接测试方法,如筛

分方法等,工作量大、费用高、效率低,实际应用没有现实意义.󰀁󰀁统观各种爆堆块度分析方法,单图片摄影测量分析方法具有效率高、费用低、安全性好和系统简单等

优点,所以本文将介绍在实验室内采用在二维平面照片上人工圈定岩块周边的方法对爆堆模型进行块度分析的原理、方法、过程及研究结果的分析.

1󰀁测试系统工作原理及分析方法

󰀁󰀁将单图片摄影测量用于分析爆堆块度分布的方法是建立在爆堆内各级岩块充分混合,表面岩块的分布

代表爆堆内部岩块分布的前提之下的.因此,只要测出爆堆表面岩块分布,就掌握了整个爆堆的岩石块度分布.整个测试过程可具体地划分为以下几个分过程:

(1)在爆堆表面垂直进行拍照,所获得的照片将作为信息的载体.

(2)在照片上圈定岩块的周边轮廓.利用图像输入设备,如摄像机、扫描仪等,把爆堆表面图像输入

计算机内,然后通过一系列的图像处理,最后自动圈定岩块的周边,或以数字化仪为输入设备,以手工的方式,用折线代替岩块周边曲线圈定岩块,并同时输入计算机内.笔者采用后一种方式进行模型研究.

(3)在计算机上按比例计算所圈定各岩块的面积,并计算各岩块的当量直径(mm),即

d=(4S/3󰀁14159)-2,(1)

式中,S为岩块表面积,mm2.󰀁󰀁根据上式可知,所选择的岩块当量几何形状是圆形.

(4)采用所谓󰀂面积计算方法 按当量几何直径对所圈定的岩块进行重量分级,并绘出分级曲线.

2󰀁爆堆模型的建立

󰀁󰀁在分析系统用于现场之前,首先要对系统的精度和所假设的前提进行检验.检验的方式是在试验室内

建立具有几种典型块度分布的爆堆试样,并利用上述系统进行分析.󰀁第25卷第2期煤󰀁󰀁炭󰀁󰀁学󰀁󰀁报Vol.25󰀁No.2󰀁

󰀁2000年4月JOURNALOFCHINACOALSOCIETYApr.󰀁2000󰀁

图1󰀁4组爆堆试样的筛分曲线Fig󰀁1󰀁Thescreeningsizedistributioncurvesofthefoursamples1~4!!!试样1~42󰀁1󰀁爆堆试样的组成󰀁󰀁组成试样的岩块是从某采石场选取的碎石.根据系统

内计算机的分辨率和照片的尺寸,确定组成试样的岩块尺

寸范围为4~50mm.通常,爆堆的岩块组成或是较小岩块

占较大比例,或较大岩块占较大比例.所以,在组成爆堆试样时,首先选择了这两种典型分布.另外,还选择了一

个各级岩块所占份额相同的爆堆试样,以及具有缺级现象

的试样,以研究分析系统是否能够再现这一现象.各试样

的分布曲线如图1所示.󰀁󰀁筛分方法是目前最精确的测试方法,所以,利用筛分

的方法建立了各种爆堆试样.所采用筛子的孔径分别为4,

8,16,25,31󰀁5,40,50mm,其中25,40,50mm的筛孔为圆型,其余为方形.

2󰀁2󰀁拍󰀁󰀁照󰀁󰀁在拍照前,对各试样进行了人工混合,然后把试样装入一个箱内,对所形成的水平表面进行拍照.在

装入过程中又分别对薄层(100mm)和厚层(250mm)进行了拍照.为了模拟实际爆堆,又对试样自行垮落形成的斜面进行了垂直拍照.分别采用自然光、灯光直接照明、灯光间接照明和闪光灯照明等照明方

式,共拍33张照片.

3󰀁分级曲线的测定

󰀁󰀁根据前述的测试方法,在型号为ARISTOGRT0406的数字化仪上对各爆堆试样的照片进行了分析.

󰀁󰀁测试系统的软件包括RolleimetricCAD软件包中的绘图编辑和自行编制的软件.绘图编辑软件完成的

功能有:(1)驱动数字化仪;(2)按所给的比例尺为画面中各部分确定坐标系统;(3)向计算机传递来自数字化仪的图像信息,即岩块周边,并将其显示在计算机屏幕上用于监控;(4)在计算机上对图像进行处

理和存储,以便于其它软件读取和进一步处理.自行编制软件的功能是把经RolleimetricCAD软件获取的

二进制数据转换成十进制数据,并按输入的比例尺计算各岩块的面积,然后按公式(1)计算各岩块的当量直径,最后将数据引入至QuatroPro程序中,按󰀂面积计算方法 进行分级计算,并输出计算结果和分

级曲线.

图2󰀁4组薄层爆堆试样的岩块分级曲线Fig󰀁2󰀁Thesizedistributioncurvesofthefourthinsheetsamples1~4!!!试样1~4󰀁󰀁在测试过程中,仅选取了自然光和灯光间接照明的8张照片.这类照片不仅具有较高的清晰度,而且

具有实际应用意义.在实际应用中,采用照明设备进行拍照是很困难的.在圈定岩块过程中,为了缩短测试时间,将照片分成了多个方格,采用交错跳格的方式圈

定岩块,使测试时间减少了近一半.在进行测量的每一方

格内所采取的圈定原则是:若一块岩石大部分位于方格内,则进行圈定;否则弃之.测试一幅照片的平均时间约

5h.󰀁󰀁由于篇幅关系,本文仅介绍采用自然光拍照的4组薄

层爆堆试样的测试结果及其分析,所测得的分级曲线如图2所示.各组试样测试结果与筛分相比,误差分别为

4󰀁44%,4󰀁79%,5󰀁24%和2󰀁70%,总体误差为4󰀁49%.

4󰀁测试结果分析

󰀁󰀁根据模型研究的条件和对测试结果的分析,可作如下174煤󰀁󰀁炭󰀁󰀁学󰀁󰀁报2000年第25卷

图3󰀁拍照后4组薄层爆堆试样的筛分曲线Fig󰀁3󰀁Thescreeningsizedistributioncurvesofthefourthinsheetsamples1~4!!!试样1~4说明:(1)测试结果基本上反映了各爆堆试样各级岩块组成的特征;(2)所测得的分级曲线与筛分曲线相比,有整体上移的

现象,说明是由所选的几何当量直径偏小所造成的;(3)爆堆

表面岩石相互遮盖,即所谓的覆盖效应,使一部分岩块没以其

真实的几何尺寸出现,这也是分级曲线上移的原因之一;(4)由于当量直径不能与筛孔的筛分机理相吻合,分析系统不能再

现爆堆缺级现象;(5)在拍照之后,对爆堆试样重新进行了筛

分,建立的筛分曲线(图3)与拍照前的筛分曲线相比较,误

差分别3󰀁63%,5󰀁04%,2󰀁69%和4󰀁12%,总体误差为3󰀁6%.这说明,虽然筛分是目前最精确的方法,但由于岩块

自身的几何形状、振幅、振动频率和筛分时间等因素的影响,

筛分的结果会出现较大误差.

5󰀁结󰀁󰀁语

󰀁󰀁通过上述的模型研究,可以证明本测试系统的精度完全满足实际生产的要求,因为分析结果的误差与

两次筛分结果的误差在同一数量级上.虽然测试的时间较长,但精度较高.所以,该系统既可以用于实际

生产,又可用作检验其他爆堆岩块分布分析方法精度的手段.󰀁󰀁在实际应用过程中,为了防止爆堆各级岩块混合不充分,可以在装岩过程中,以固定的时间间隔对新

形成的表面进行分析,以获得精度更高的测试结果.

参考文献:

[1]󰀁题正义.露天矿爆破后煤岩块度分布测试方法综述[J].阜新矿业学院学报,1994(2):51~58[2]󰀁题正义.单图片摄影测试系统的煤岩块度分布计算方法[J].阜新矿业学院学报,1994(1):14~18[3]󰀁MenJ,OhserJ.AutomatisiertefortografischeHaufwerkanalyse[J].Leibig:VEBDeutscherVerlagF󰀁rGrundstoffind󰀂ustrie,FrieibergerForschungshefteA741,1987

作者简介:

󰀁󰀁题正义(1957-),男,副教授.1982年毕业于阜新矿业学院采矿专业,1991年于德国克劳斯塔尔技术大学获工学硕士学位.现从事矿业系统工程及计算机应用方面的教学和科研工作.发表关于计算机模拟和应用等方面的论文10余篇,出版著作1部.

Modelstudyonthefragmentdistributionoftherockpileinthelab

TIZheng󰀂yi,SUNChen󰀂liang,LIUYan󰀂tai

(LiaoningTechnicalUniversity,Fuxin󰀁123000,China)

Abstract:ThearticleintroducesthesinglephotomeasuringsystemconsistedofdigitizerandPCthatisusedto

measurethedistributionoftherockpile.Atthesametime,themodel󰀂studyinthelabiscarriedout.There󰀂

searchresultprovesthatthesystemcanbedirectlynotonlyappliedintheproductionbutalsousedtobeakindofwaysthatcantestothermeasuring.

Keywords:sizedistributionofrockpile;photomeasuring;screeningsizedistributioncurves175第2期题正义等:爆堆块度分布的实验室模型研究