爆破粒度的图像处理技术及其优化控制模型

年 月

矿业安全与环保

第 卷第 期

爆破粒度的图像处理技术及其优化控制模型

傅洪贤，张幼蒂

（中国矿业大学，江苏徐州 ）

摘

要：基于图像处理技术，对爆堆的图象进行二值化、除噪、平滑、边界跟踪、区域充填，统计图像

上块度的面积及周长。通过统计方法，推测块度的筛网尺寸、爆堆的粒度组成。利用回归方法，建立爆破

粒度控制模型，为矿山爆破优化提供一种新方法。

关键词：矿岩块度；图像处理；爆破；模型

中图分类号：文献标识码： ； 在矿山生产过程中，爆破是其中重要一环。爆破参数确定是否合理，将影响整个矿山的经济效益。要确定合理爆破参数，需建立爆破度控制模型。爆堆的粒度统计是建立粒度控制模型的基础。

以往爆堆的粒度统计是抽样筛分。筛分既费时、费力，又影响生产。在对爆堆粒度统计方法的研究发展过程中，图像处理是目前最有效、最经济的方法。

"#!

（ ）文章编号： 图像的二值化、除噪及平滑

根据灰度直方图，选择合理阈值。把图像转变成 和 的二值图像。但是，此时的图像有些目标区域不闭合，需用人机交互方式把目标区域变成闭合区

域。由于矿岩表面凸凹不平，对光线反射的强度不同，图像二值化后，在岩块中部形成许多噪音，并且岩块的边界凸凹不平，不利于边界跟踪，必须对图像进行除噪、平滑。噪音与其周围像素的值不同，可根据设置

“小线段”的条件来除去。边界粗糙不平，对凸出的也

应设置适当条件来除去，使边界变得平滑，为边界跟踪创造有利条件。图 经除噪及平滑后变成图 。

!对爆堆表面和挖掘断面拍照要求

对爆堆拍照实质上是一种抽样测量方法。诺林等人认为：抽样拍照面积占总面积的 即足以保证其代表性 。在爆堆表面和挖掘断面有代表性的地方进行拍照，要保证拍照面积大于爆堆表面积的

采用平面倾斜摄影法 。尽管 。在拍照方法上，

垂直摄影失真小，但实践中不易实现。而平面倾斜摄影方法既简便易行、安全可靠，又比较准确。

"图像处理

图

除噪及平滑后图像

从某采石场用数码相机拍摄一组图像，然后转变成 的 图像。图 是其中的一幅图像。

边界跟踪

在图像中，对目标区域进行边界跟踪时，首先，要找到一个边界点。然后，以此点为起始点，按顺时

“走”“走”针方向绕着目标区域，直到回到起始点，对"#"

过的像素给予一个特殊值。然后，再找其它的边界

“走”点，直到把图像中的每个目标区域都完。图 经

边界跟踪后变成图 。

"#$区域充填及统计面积和周长

在图像中，每个目标区域都有一个特殊的边界围绕着。根据不同的边界，用不同的数值充填。充填完整个图像后，统计相应的充填数值的个数及边界数值的个数，这样就得到各个目标区域的面积及周长。图 经区域充值后变成图

。

图 的 图像

收稿日期：

（ ）作者简介：傅洪贤，男，中国矿业大学博士研究生，主要从事矿山爆破优化及城市控制爆破研究。

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矿业安全与环保

第 卷第 期

图 边界跟踪后的图像

图 区域充值后的图像

统计爆堆的粒度分布

从图像得到的目标区域的面积及周长是二维信息，统计爆堆的粒度分布需要三维信息。必须从图像中块度的二维信息推测块度的三维信息。 岩块的筛网尺寸及体积

美国的 等人在多年利用图像处理技术统计爆堆粒度分布的研究过程中，发现岩块的筛网尺寸既不是它的最大线性尺寸，也不是它的最小线性尺寸，而是岩块最佳匹配椭圆的最大半径、

最小半径的函数 ，

，

。采用岩块最佳匹配椭圆的面积、周长等于岩块的面积、周长，其最大半径、最小半径分别为：

，

（ ）

式中

——

—岩块的面积； ——

—岩块的周长。 等人经过多年研究统计，

找到了岩块的筛网尺寸与最佳匹配椭圆的关系，并经过了

三次改进 ， ，

：

第一次为：

（ ）第二次为：

（ ）第三次为： （ ）（ ）式中

——

—岩块的筛网尺寸； ——

—最佳椭圆的最大半径； ——

—最佳椭圆的最小半径；岩块的体积为 ：

式中 ———为由（ ）式确定的岩块筛网尺寸； ——

—为岩块的面积。

爆堆的粒度分布

由图像上各岩块的面积及周长，推测出各岩块的体积及筛网尺寸。把各岩块的总体积 作为爆堆的体

积，把岩块的筛网尺寸划分为 个区间（ ， ， ，……， ）统计落入各区间岩块的体积 （ ，

，…… ）。当岩块的筛网尺寸小于或等于

时，筛下百分含量

z

，这样可得到 组（ ， 。图 经过上述的一系列处理后可得粒度分布曲线图）

。图

粒度分布曲线

爆破粒度控制模型的建立

爆堆的粒度组成与爆破参数、矿岩的物理性质等因素有关。对确定的矿山，其爆堆的粒度组成主要与爆

破参数有关。爆破参数主要为：孔网面积 ，

炸药单耗 ，前排孔底盘抵抗线 ，炮孔临近系数 ，炮孔深度 。

采用正交试验，根据生产经验，确定 组爆破参数（ ， ， ， ， ）， …… ， ， ，……， 。每组试验参数产生其爆堆。利用图像处理技术可统计出

爆堆的粒度组成（ ， ）

。爆堆的粒度组成公认为最符合 分布，

即 （ ） 式中 ———岩块筛网尺寸小于或等于 时的筛下

百分含量；

——

—特定的筛网尺寸，即筛下百分含量为 时的筛网尺寸；

——

—分布指数。由粒度组成（ ， ）

，利用回归方法，可得出 ， 的值，这样，一组爆破参数（ ， ， ， ， ）

产生一爆堆，利用图像处理技术及回归方法可得出一组 ， ）的值。 组爆破参数（ ， ， ， ）可得出 组（ ， ）的值， ， ，……， 。 ， 主要与爆破参数（ ， ， ， ， ）

成线性关系 ，即

下转第

页 ? ?

（

上接第 页

利用多元回归方法，可得出 ， 的值， ， ， ， ， ；

这样，就得到爆破粒度控制模型，即：

（ ）

"结语

（ ）从现场拍照的图像，经过人机交互可得目

标区域闭合的二值图像，然后可完全自动地实现边界跟踪、区域充填、统计粒度组成及绘制粒度分布曲

线。

（ ）利用统计到的粒度组成，通过回归方法，可建立爆破粒度控制及预测模型，实现爆破优化控制。

（ ）岩块的筛网尺寸是利用岩块最佳匹配椭圆得到的，是否可通过其他途径得到更合理的筛网尺寸，有待于进一步研究。? ?

参考文献：

璩世杰 矿岩块度图象分析法研究评述 金属矿山， （ ）

谭英显，等 露天矿爆堆粒度分布的测定研究 矿山技术， （ ）

，

， ， ； ， ， ， ? ， ， （ ）

， ，

， （ ）

， ， ， ， ，

， ， （ ）

陈付生，傅洪贤 露天矿爆破优化设计软件的开发研究 武汉钢铁学院学报，

责任编辑：吴自立

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爆破粒度的图像处理技术及其优化控制模型

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年，卷(期)：

被引用次数：傅洪贤， 张幼蒂中国矿业大学,矿业安全与环保MINING SAFETY & ENVIRONMENTAL PROTECTION2001,28(2)5次

参考文献(6条)

1.璩世杰 矿岩块度图象分析法研究评述 1995(11)

2.谭英显 露天矿爆堆粒度分布的测定研究 1992(01)

3.Kemeny JhonM;Devgan Ashutosh;Hagaman Roberta M Analysis of rock fragmentation using digital imageprocessing 1993(07)

4.Kemeny John M Practical techinque for determining the size distribution of blasted benches, waste dumpsand heap leach sites 1994(11)

5.Hardy A J;Ryan T M;Kemeny J M Block size distribution of in situ rock masses using digital imageprocessing of drill core 1997(02)

6.陈付生;傅洪贤 露天矿爆破优化设计软件的开发研究 1993(03)

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2. 宋克英.刑占利.谢君琦.王莹.Song Keying.Xing Zhanli.Xie Junqi.Wang Ying 图像处理技术在矿岩块度统计中的应用[期刊论文]-矿业快报2006,25(1)

3. 傅洪贤.张幼蒂.李通梁 爆堆图象处理技术及爆破粒度控制模型的研究[期刊论文]-合肥工业大学学报(自然科学版)2001,24(z1)

4. 栾丽华.郭连军.张美玲.LUAN Li-hua.GUO Lian-jun.ZHANG Mei-ling 矿岩块度分布图像处理的边缘检测算法[期刊论文]-东北大学学报（自然科学版）2004,25(z1)

5. 李苹丰 铁炉港采石场二期工程深孔台阶爆破实践[期刊论文]-工程爆破2004,10(2)

6. 潘兆科.刘志河 矸石破碎块度的分形性质及计算方法[期刊论文]-太原理工大学学报2004,35(2)

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8. 刘永清.贺福明.陈亚宇.LIU Yong-qing.HE Fu-ming.CHEN Ya-yu 爆破破碎度及块度分布的试验研究[期刊论文]-煤炭工程2005(4)

9. 贺小庆 降低中深孔爆破落矿大块率的途径[期刊论文]-矿业快报2003,19(4)

10. 胡刚.金乾坤 岩体天然裂隙计算机图像处理技术研究[期刊论文]-有色金属(矿山部分)2004,56(5)

引证文献(5条)

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2.朱涛.张宝宁 图像分析法在沥青混合料拌和设备中的应用[期刊论文]-工程机械 2010(3)

3.宋克英.刑占利.谢君琦.王莹 图像处理技术在矿岩块度统计中的应用[期刊论文]-矿业快报 2006(1)

4.张万清.郭瑞和.吕广忠 露天爆堆块度测定的研究[期刊论文]-金属矿山 2004(z1)

5.傅洪贤 露天矿爆堆图象处理及爆破优化系统的开发研究[学位论文]博士 2001