趙 興，林 娟

(大寶山礦業(yè)有限公司， 廣東韶關(guān)市 512128)

空區(qū)激光自動(dòng)掃描系統(tǒng)在采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用

趙 興，林 娟

(大寶山礦業(yè)有限公司， 廣東韶關(guān)市 512128)

空區(qū)激光自動(dòng)掃描系統(tǒng)(CALS)是先進(jìn)的空區(qū)探測(cè)設(shè)備，在大寶山礦業(yè)有限公司采空區(qū)探測(cè)中得到了成功應(yīng)用。通過(guò)CALS可以準(zhǔn)確探測(cè)采空區(qū)的范圍、頂板厚度等參數(shù)，可為空區(qū)上部露天臺(tái)階面作業(yè)人員和設(shè)備的安全提供保障，同時(shí)也可為采空區(qū)的處理提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)。

空區(qū)激光自動(dòng)掃描系統(tǒng)(CALS)；采空區(qū)探測(cè)；采空區(qū)三維立體模型；采空區(qū)參數(shù)

0 前 言

由于長(zhǎng)期以來(lái)的眾多民采隊(duì)伍的非法盜采，在大寶山礦區(qū)范圍內(nèi)露天坑下形成了大量不規(guī)則的采空區(qū)，而這些采空區(qū)沒(méi)有位置、尺寸等詳細(xì)資料。隨著露天采礦的逐步向下推進(jìn)，采空區(qū)垮塌風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越高，給礦山的生產(chǎn)安全帶來(lái)了嚴(yán)重的隱患。為探測(cè)露天坑下的不明采空區(qū)，大寶山礦業(yè)公司引進(jìn)了國(guó)際上先進(jìn)的空區(qū)激光自動(dòng)掃描系統(tǒng)(CALS)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的應(yīng)用實(shí)踐，目前該系統(tǒng)已在礦山采空區(qū)探測(cè)中發(fā)揮著不可替代的作用，同時(shí)也逐步積累一整套使用方法及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

1 空區(qū)激光自動(dòng)掃描系統(tǒng)(CALS)簡(jiǎn)介

空區(qū)自動(dòng)激光掃描系統(tǒng)(CALS)由硬件和軟件2部分組成，硬件包括方便攜帶及操作的主機(jī)、電纜、探頭等，通過(guò)地面鉆孔或豎井將探頭下放至待探測(cè)的地下采空區(qū)，然后可對(duì)采空區(qū)進(jìn)行360°全方位掃描，并實(shí)時(shí)呈現(xiàn)采空區(qū)的三維圖像。軟件為能裝在普通筆記本電腦并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作的控制軟件

掃描距離可達(dá)150m，測(cè)量精度為5～10 cm?？梢栽诂F(xiàn)場(chǎng)探測(cè)的同時(shí)自動(dòng)生成三維點(diǎn)文件，通過(guò)進(jìn)一步處理可轉(zhuǎn)換成三維實(shí)體模型，并可把數(shù)據(jù)導(dǎo)入SURPAC、VULCAN、AutoCAD、DATAMINE等地質(zhì)建模軟件。

空區(qū)自動(dòng)激光掃描系統(tǒng)探測(cè)過(guò)程分3個(gè)步驟:

(1)利用空區(qū)自動(dòng)激光掃描系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)；

(2)利用SURPAC軟件對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到空區(qū)三維模型；

(3)利用三維模型獲得采空區(qū)的尺寸等參數(shù)。

2 應(yīng)用實(shí)例分析

本文以大寶山礦668采空區(qū)為例，詳細(xì)介紹空區(qū)自動(dòng)激光掃描系統(tǒng)在本礦采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用。668采空區(qū)面積大，形態(tài)復(fù)雜，在大寶山礦具有典型性。

2.1 空區(qū)自動(dòng)激光掃描系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)

根據(jù)352～37勘探線的生產(chǎn)勘探，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域存在采空區(qū)，于是利用勘探孔(即鉆孔1)對(duì)該區(qū)域地下采空區(qū)進(jìn)行探測(cè)。

通過(guò)分析鉆孔1的探測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該采空區(qū)左側(cè)未掃描完全，可能在采空區(qū)內(nèi)存在障礙物；右側(cè)掃描點(diǎn)較為稀疏，部分區(qū)域儀器未接受到反射信號(hào)，故右側(cè)存在范圍較大的采空區(qū)，超出儀器的探測(cè)范圍。根據(jù)采場(chǎng)生產(chǎn)計(jì)劃，對(duì)右側(cè)未探明空區(qū)補(bǔ)孔，并進(jìn)行第二次探測(cè)。

通過(guò)補(bǔ)孔掃描，基本完成對(duì)該采空區(qū)的探測(cè)，從掃描圖像中可以看出，采空區(qū)形態(tài)已經(jīng)較為完整，將2次掃描的采空區(qū)復(fù)合在一起得到668采空區(qū)的完整圖像，如圖1所示。

將復(fù)合的668采空區(qū)圖像導(dǎo)入CAD，并將采空區(qū)范圍標(biāo)注在采場(chǎng)現(xiàn)狀圖中，如圖2所示，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該范圍予以警戒，以指導(dǎo)生產(chǎn)。

2.2 采空區(qū)三維模型

為了使采空區(qū)空間形態(tài)更加形象具體，并能準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)采空區(qū)尺寸等參數(shù)，將掃描所得數(shù)據(jù)導(dǎo)入建模軟件SURPAC，建立采空區(qū)三維立體模型，如圖3所示。

2.3 采空區(qū)參數(shù)

通過(guò)采空區(qū)三維立體模型，可獲得該采空區(qū)具體參數(shù)，如表1所示。

以上參數(shù)是計(jì)算采空區(qū)頂板穩(wěn)定性的基本數(shù)據(jù)，同時(shí)也為爆破處理采空區(qū)提供了基本資料。

圖1 668采空區(qū)掃描復(fù)合圖像

圖2 688采空區(qū)在采場(chǎng)現(xiàn)狀圖中的位置

圖3 668采空區(qū)三維立體模型

表1 668采空區(qū)參數(shù)表

3 應(yīng)用效果

空區(qū)激光自動(dòng)掃描系統(tǒng)在大寶山礦業(yè)有限公司成功應(yīng)用以來(lái)，共探測(cè)采空區(qū)40余次，探測(cè)采空區(qū)面積達(dá)2.2萬(wàn)m2，發(fā)現(xiàn)采空區(qū)體積約11.8萬(wàn)m3，其應(yīng)用效果如下:

(1)根據(jù)已有采空區(qū)資料顯示，大寶山礦業(yè)有限公司境界內(nèi)采空區(qū)遍布于整個(gè)礦體，通過(guò)空區(qū)激光自動(dòng)掃描系統(tǒng)的成功應(yīng)用，為整個(gè)境界內(nèi)可采礦量的釋放提供可靠的基礎(chǔ)技術(shù)資料。

(2)通過(guò)空區(qū)激光掃描系統(tǒng)探測(cè)采空區(qū)，不需要測(cè)量人員進(jìn)入采空區(qū)進(jìn)行實(shí)測(cè)，保證了人員與設(shè)備的安全。三維探測(cè)儀測(cè)得的采空區(qū)數(shù)據(jù)成圖后，與實(shí)際掌握的采空區(qū)圖紙相對(duì)照，二者比較吻合，掃描的采空區(qū)，目前部分已成功處理，創(chuàng)造了良好的安全效益。

4 結(jié) 論

空區(qū)激光掃描系統(tǒng)(CALS)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的主要優(yōu)點(diǎn)是方便、準(zhǔn)確、快捷。該系統(tǒng)主要部件均方便攜帶，且無(wú)需人員進(jìn)入地下井巷或采空區(qū)，只需要探頭從地表鉆孔或豎井等放入采空區(qū)即可完成探測(cè)。實(shí)時(shí)呈現(xiàn)采空區(qū)三維圖像，并能在后期經(jīng)過(guò)處理后形成完整的采空區(qū)實(shí)體模型，因此可以準(zhǔn)確測(cè)量出采空區(qū)的尺寸、方位的各項(xiàng)參數(shù)。相比于傳統(tǒng)的物探等方法，采空區(qū)的探測(cè)時(shí)間大大減少，甚至在現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)的同時(shí)即可指導(dǎo)生產(chǎn)。

[1]劉希靈.基于激光三維探測(cè)的空區(qū)穩(wěn)定性分析及安全預(yù)警的研究[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)，2008.

[2]姚 建.大寶山地下采空區(qū)穩(wěn)定性分析及處理技術(shù)[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)，2006.

[3]陳 敏.金屬礦山地下采空區(qū)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系的研究[J].采礦技術(shù)，2007，7(3):22-27.

[4]楊布華.我國(guó)非煤礦山地下采空區(qū)穩(wěn)定性研究進(jìn)展[J].礦產(chǎn)地質(zhì)，2008，22(5):473-478.

2015-03-02)

趙 興(1984－)，男，湖南永州人，采礦工程師，主要從事露天礦山境界內(nèi)下覆采空區(qū)的安全防治技術(shù)工作，Email:22153486＠qq.com。