Введение к работе
Актуальность работы. Добыча полезных ископаемых неразрывно
связана с необходимостью выработки больших объёмов крепких скальных
горных пород, выемка и перемещение которых требуют предварительной
буровзрывной подготовки (дробления и рыхления), осуществляемой, как
правило, скважинными либо шпуровыми зарядами взрывчатых веществ в
условиях уступной отбойки. При этом проблему качества дробления горных
пород взрывом принято решать накоплением статистических данных по
взрываемому массиву, что не позволяет оперативно получить оптимальный
результат на новом месте в процессе расширения карьера. Большие годовые
объёмы (более 300 млн. тонн в год) открытых горных работ, а также
существенное влияние качества взорванной горной массы на
производительность последующих выемочно-погрузочных работ,
транспортировку и механическое дробление, определяют необходимость постановки научных исследований, направленных на повышение качества паспорта буровзрывных работ (БВР). Современные информационные технологии позволяют во многом упростить расчет самого паспорта БВР, но вопросы оперативной оценки физико-механических свойств массива горных пород, влияющих на его составление, остаются нерешенными. В силу сложности или временных затрат традиционные способы оценки трещиноватости массива горных пород не могут использоваться для оперативного принятия решений. С проблемой трудоемкости и длительности обработки при использовании бесконтактного фотопланиметрического метода помогает бороться автоматизация процесса. Но существующие решения довольно ограничены в своем применении, а их результаты далеки от реальных показателей в силу того, что используемые в них методы и алгоритмы не задействуют весь потенциал современных технологий. Для увеличения доверия к подобным разработкам была поставлена и решена научно-техническая задача анализа изображений массива горных пород, точность результатов которой
допускает их использование в качестве оперативного средства поддержки принятия решений при ведении БВР.
Цель научного исследования заключается в повышении качества разработки паспорта БВР путем увеличения точности оперативной оценки основополагающих физико-механических свойств разрушаемых горных пород, отобранных на основе анализа взаимосвязей технологических параметров БВР на карьере.
Идея работы заключается в анализе факторов, приводящих к накоплению ошибок при оперативной бесконтактной оценке основных физико-механических свойств массива горных пород и их устранению с помощью разработки метода и алгоритмов обработки и анализа фотопланограммы.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
-
Анализ физико-механических свойств горных пород и их взаимосвязей при расчете паспорта БВР, влияющих на качество разрушения горных пород взрывом;
-
Анализ существующих методов оценки трещиноватости и гранулометрического состава массива горных пород;
-
Разработка модели и алгоритмов обработки информации для анализа изображения массива горных пород на основе теории распознавания образов;
-
Выявление комплекса факторов (нечеткость деталей и различные дефекты изображения, погрешности работы анализирующих алгоритмов и т.д.), обуславливающих накопление ошибок при обработке изображения массива горных пород по созданной модели;
-
Разработка метода и алгоритмов предварительной обработки изображения, использующих нормализацию, усреднение и
сглаживание, снижающих степень неопределенности в исходной информации;
-
Разработка алгоритмов восстановления целостности полученных объектов и поиска оптимальных параметров для созданной модели, повышающих качество распознавания объектов на изображении;
-
Разработка пакета прикладных программ (ППП), реализующего созданную модель анализа изображения массива горных пород и её алгоритмы;
-
Оценка надежности разработанной модели и её алгоритмов с помощью реализованного ППП.
Основные научные положения, разработанные соискателем:
-
Предложенная модель обработки информации для анализа изображений массива горных пород на основе теории распознавания образов позволяет оперативно оценивать основные физико-механические свойства массива горных пород бесконтактным способом;
-
Разработанные алгоритмы предварительной обработки и вспомогательного анализа изображений позволяют эффективно бороться с проблемой неопределенности в исходной информации;
-
Предложенные зависимости нахождения оптимальных порогов на разных этапах работы модели гарантируют высокое качество распознавания отдельностей на изображении массива горных пород.
Новизна научных исследований:
1. Разработаны модель и алгоритмы обработки информации для анализа изображений массива горных пород, основанные на методе кластерного анализа теории распознавания образов;
-
Осуществлена классификация факторов (яркостью шумы, нечеткость деталей, естественные дефекты изображения, ошибки генерации), приводящих к снижению качества распознавания объектов на изображении;
-
Разработан комплексный подход на основе алгоритмов предобработки и вспомогательного анализа изображения, повышающий распознаваемость объектов на изображении;
-
Выявлены закономерности при обработке изображения по созданной модели, позволяющие задавать оптимальные параметры для разработанных алгоритмов.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждаются корректным использованием методов теории распознавания образов, численного анализа, а также положительными результатами экспериментального исследования.
Научная значимость диссертации состоит в развитии существующих разработок в области бесконтактной оценки основных физико-механических свойств массива горных пород, изменяющих текущее представление о сложности и трудоемкости фотопланиметрического метода.
Практическая значимость работы. Предложенные в работе модель, алгоритмы и методы реализованы в составе пакета прикладных программ (ППП «Отдельности 2.0»), ориентированного на практическое использование в заинтересованных предприятиях горнодобывающей отрасли, в учебном процессе кафедр МГГУ «Взрывное дело» для проверки точности или замены ручного способа обработки фотопланограмм и «Автоматизированные системы управления» для наглядной демонстрации возможностей теории распознавания образов.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе МГГУ на кафедрах
«Взрывное дело» в дисциплине «Разрушение горных пород взрывом» и «Автоматизированные системы управления» в дисциплине «Информатика», а также применяются при разработке проектной документации в организации ООО «Промтехвзрыв».
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 5 научных работах, в том числе 3 статьи - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы из 78 наименований, включает 44 рисунка, 23 формулы и 6 таблиц.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность за проведенные консультации и высказанные ценные замечания в ходе работы над диссертацией профессору кафедры «Взрывное дело» Горбоносу М.Г., а так же сотрудникам кафедры «Автоматизированные системы управления», принимавшим участие в оформлении текста диссертации.
