煤炭科学技术

作者：汤伏全, 柴成富, 郭千慧子, 武金辉,

关键词：矿山相似材料模型, 变形测量, 数码照相, 图像拼接, 特征识别, 图像识别,

相似材料模型试验是研究矿山开采沉陷及损害的重要手段，试验中获取高精度的模型变形信息至关重要，现有的多种模型变形测量方法在数据采集精度和效率方面仍存在一定的局限性。以陕北某矿的多煤层循环开采与充填开采为模型开展相似材料模拟试验，利用非量测相机近距离拍摄模型得到高分辨率的序列图像，通过图像畸变纠正、自动拼接及特征识别，高精度获取相似材料模型的变形量。首先分析模型测点标志和相机参数对变形测量精度的影响，确定最佳的模型拍摄方案，即使用非量测相机距离模型1.5～2.0 m处进行正射拍照，形成横向重叠度大于55%，竖向重叠度大于30%的图像序列；进一步利用双线性插值方法对所得到的图像进行畸变校正处理，运用全自动稳健的图像拼接算法，使用Harris角点检测算子进行特征点提取，利用RANSAC算法对伪匹配点进行分类处理，通过颜色插值法对接边处进行颜色过渡与平滑等一系列自动处理，从而对图像序列进行拼接，所生成的模型全景图像分辨率较常规的固定相机姿态一次拍摄模型全景的图像提高约10倍。图像处理过程中以测点标志为训练网络，基于Faster R-CNN算法加入置信度，通过选取合适的滑动模板进行区域分析，显著提高了测点标志的识别速率和准确率。结果表明，模型试验中测点坐标提取的精度优于0.027 mm，相当于实地测量精度5.4 mm，完全满足矿山相似材料模型试验要求。通过制作比例尺1∶200的试验模型，模拟分析了多煤层循环开采引起的上覆岩层变形破坏特征，地表最大下沉量达−18.937 mm；在采空区充填情况下，覆岩下部发生微弱变形，地表下沉不超过2 mm。试验结果为矿山相似材料模型试验数据的高效、精准采集提供了有效的技术手段。

来源：2023年第11期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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