三维激光扫描技术在平朔露天矿采空区探测中的应用.pdf

6 2 露天采 矿技术 2 0 1 5 年 第7 期曩 墨 雪 冒 瑶 蟊 组 D O h1 0 1 3 2 3 5 e n k i I t e m 2 0 1 5 0 7 0 2 0 三维激光扫描技术在平朔露天矿采空区探测 中的应用 胡国新 ， 苏建军， 赵楠 ( 中煤平朔集团有限公司， 山西 朔州 0 3 6 0 0 6 ) 摘要： 通过三维激光扫描技术在平朔东露天矿采空区探测中的应用， 成功实现 了可视化描述地 下采空区( 空洞) 的分布范围、 空间形态、 顶板状态等， 为露天矿采空区划定警戒区域、 爆破崩塌等 工作提供 了可靠技 术依据。 关键词： 三维激光扫描 ； 采空区； 露天矿 中图分类号： T D 6 7 6 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 19 8 1 6( 2 0 1 5 ) 0 70 0 6 20 3 Ap p l ica t io n o f t h r e e d i me n s io n a l l a s e r s ca n n in g t e ch n o l o g y in Pi n g s h u o Op e n - p it M in e g o a l d e t e ct io n H U G u o x in ， S U J i a n j u n ， Z HA O N a n ( C h h a C o a l P in g s h u o Gr o u p C o ，L t d ，S h u o z h o u 0 3 6 0 0 6 ,C h in a) Ab s t r a ct ：T h r o u g h t h e a p p l i ca t io n o f t h r e e d ime n s i o n a l l a s e r s ca n n i n g t e ch n o l o g y in P in g s h u o O p e n- p i t Mi n e goa f d e t e ct i o n ，t h e mi n e s u cce s s f u l l y i mp l e r I l e n t s t h e v i s u a l iz a t io n o f u n d e r g r o u n d g o a f d i s t r ib u t i o n r a n g e ，s p a t ia l s h a p e ，r o o f co n d i t i o n ，w h i ch p r o v i d e s t h e r e l ia b l e t e ch n ica l b asis f o r d e l in e a ti o n of w a rn in g a r e a s a n d b l a s t in g co l l a p s e in o p e n - p it min e g o a f Ke y wo r d s ：t h roe d ime n s i o n al l a s e r s ca n n i n g ；g o a f ； o p e n - p i t mi n e 目前 ，煤炭资源的地下开采留下了大量 的采空 区 ， 已经成为制约矿 山发展的一个重要难题 ， 特别 是一些历久 、 非法 、 无规划开采形成 的采空区， 由于 其采矿空间的不确定性 、信息的不完备性等特点加 大 了采空区处理与控制难度 ， 随着矿山向深部开采 ， 地压增大 ， 地下空区在强大 的地压下 ， 容易发生坍塌 事故 ， 尤其对地下转露天开采的矿山影响很大。 地下 开采残 留大量的采场 、硐室、巷道没有进行及时处 理， 给露天开采带来 了严重的隐患 ， 同时给矿山工作 人员和设备带来严重的威胁【 1 。 目前 国内外采空区探测 的方法主要是钻孔探测 法、地球物理探测法 以及新发展起来 的三维激光扫 描测量法。钻孔探测法具有作业量大、需多次钻孔 探测、 对无资料的空区探测盲目性大等缺点。 地球物 理探测法的种类较多，目前已达到成熟运用阶段的 空区测量方法有地质雷达法 、 瞬变电磁法2 、 浅震反 射波法、 瞬态瑞雷波法、 高密度电阻率法等， 但探测 精度很低 ， 而且受地质地形条件影响极大 ， 探测结果 只能定性判断采空区是否存在 ， 不能形成三维模型 ， 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 2 0 3 作者简介： 胡国新( 1 9 8 6 一) ， 山西朔州人 ， 硕士， 毕业于 中国地震局地震研究所防灾减灾及防护工程专业，从事煤 矿地质 工作 。 不能获得准确的空间形态 、 体积等定量参数【 2 】 。三维 激光扫描仪作为一种快速立体测量设备 ，可以进行 空间形态的精确测量 ，进而生成采空区三维数字模 型 ， 因其测量速度快 、 精度高、 非接触、 使用方便等优 点而得到越来越多的应用【 。 1 平朔矿区露天矿采空区介绍 平朔矿区煤炭资源丰富， 埋藏相对较浅 ， 开采历 史悠久 。 矿区内大规模的开采主要始于上世纪 8 0年 代 ， 大部分为斜井开拓 ， 采煤方法主要为串珠式或房 柱式不同 ， 畜力或绞车提升运输 。2 0 0 6年资源整合 了部分煤矿， 至 2 0 0 9年开始所有矿井必须由大集团 兼并重组 ，目前保留的矿井大部分 由大集 团控股管 理， 开采工艺优化 、 生产规模扩大 。 受各时期的经济、 技术条件特别是设备 的制约，各 阶段的采掘方式和 规模是不同的， 形成 的采空区也各不相 同。 2 三维激光扫描工作介绍 三维激光扫描仪有探头 、 定 向杆 、 电缆线及地面 单元等零部件组成。三维激光扫描工作采用 自动化 机器人探头通过钻孔进入到空区内部进行快速而安 全的扫描 ， 利用前部微型激光扫描探头 ， 扫描采空区 的三维形状以及表面反射性。扫描仪 内含 3 D导航 6 4 露天采矿技术 2 0 1 5 -ff - g 7 期 图 6 三维模型俯视图( 水平投影视图) 处所采煤层层位、 厚度及空洞体顶底板情况。 再通过 多次扫描成果 ，亦可有效验证收集小窑资料是否准 确完整 ， 并提出下一步需加强采空 区探测的方向。 此次扫描的空洞为原砖井煤矿开采 4号煤形成 的采 空，扫描区域为原小 窑 2 0 0 6年开采 的工作面 内， 空洞位于 4号煤层 当中( 4号煤高程为 1 2 8 1 1 2 6 6 m) ，观察空洞发现此 区域空洞体顶底板较完 整 ， 且层位与附近扫描空洞层位一致。 扫描区域周边 有较多地质钻探发现的采空孔 ，均为 4号煤采空， 且部分勘探发现的采空孔位于搜集的小窑采空范围 外 ， 推测采空区存在 向西部方 向有延伸的可能 ， 所以 建议对该位置周边加强采空区探测 。 5 结论 通过三维激光扫描系统在平朔公司各露天矿采 空区探测中的应用 ，成功实现了采空区隐蔽工程可 视化 ， 为露天矿采空区处理提供了可靠技术依据。 1 ) 三维激光扫描仪通过地表施工钻孔 ， 将设备 放入地下采空 ( 空洞 ) 里进行地下空间测量 ， 通过激 光空间点云扫描， 构造三维立体模型， 可视化描述地 下采空区分布范围空 间形态 ( 采空区面积、 高度 、 体 积等 ) 。 2 ) 根据三维激光扫描对空区的准确定位 ， 提前 采取措施 ，划定警戒区域及指导生产爆破钻爆破穿 孔 ， 优化 回采爆破设计 ， 节省企业成本 。 3 ) 三维激光扫描技术在矿山生产实践 中还可应 用于建立矿体模型数据库 ( 采空 区) 、 矿山储量损失 率计算、 井工矿采空区探测、 钻孔测斜等工作。 参考文献： 郑怀昌， 李明 地下采空区危险性及其分析 J 矿山压 力与顶板管理 ， 2 0 0 5 ， 2 2 ( 4 ) ： 1 2 7 1 2 9 翟广庆 瞬变电磁发探测煤层采空区中的应用 J 西 部探矿工 程 ， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 9 0 9 2 闫长斌 ， 徐 国元 综合物探方法及其在复杂群采空区 探测 中的应用 J 湖南科技大学学报 ： 自然科学版， 2 0 0 5 ， 2 0 ( 3 ) ： l O l 4 马海涛 ， 刘勇锋 ， 胡家国 基于 C A L s采空区探测及 三维模型可视化研究 J _ 中国安全生产科学技术， 2 0 1 0 ， 6 ( 3 ) ： 3 8 4 1 陈东东 ， 张银格 ， 秦国邦 ， 等 三维扫描仪在南泥湖露 天矿采空区探测 中的应用 J 露天采矿技术， 2 0 1 2 ( 5 ) ： 6 9 7 1 周游 ， 赵汝辉 ， 丁鑫品 东露天矿采空区三维可视化研 究与应用E J 矿业研究与开发， 2 0 1 4 ( 1 0 ) ： 8 7 8 9 马玉涛， 彭威 采空区三维激光扫描系统 c A 【 s及其 在安庆铜矿的应用 J 有色金属 ： 矿山部分， 2 0 1 3 ， 6 5 ( 3 ) ： 1 1 2 【 责任编辑： 解连江】 ( 上接第 6 1 页 ) 通过记录观察这些元素的走势情况 ，从而了解灰尘 进入发动机的情况 。 2 0 1 3 9 5 ， 发动机 由于轴承卡滞而发生故障。分 析故障原因，发现一根进气弯管出现裂纹从而使灰 尘进入发动机 。 参考文献 1 Q u i ck S e r v e 高负载系数大马力发动机油样指标读书统 计分析 C 康明斯 Q S K 4 5和 Q S K 6 0系列发动机操 作和维护保养手册 E 京： 康明斯( 中国) 有限公司， 2 0 1 1 2 Q u ick S e r v e 康明斯发动机机油和机油分析建议 C 康明斯 Q S K 4 5和 Q S K 6 0系列发动机操作和维护保养 手册 E 京： 康明斯( 中国) 有限公司， 2 0 1 1 Q u ick S e r v e 大马力柴油发动机机油分析方法 C 康 明斯 Q S K 4 5和 Q S K 6 0系列发动机操作和维护保养手 册 北京： 康明斯( 中国) 有限公司， 2 0 1 1 马丽华 浅谈内燃机的按质换油 J 农业装备技术 ， 2 0 0 4 ( 1 ) 陈铭 ， 王成 焘 车用 内燃 机 润滑 系统 的状 态监 测技