顧傳勝

（安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局327地質(zhì)隊，安徽 合肥 230000）

改革開放后的三十年，國內(nèi)的采礦業(yè)得到了快速發(fā)展。對于開采完畢的尾礦庫改造過程中會遇到不少問題，就尾礦庫自身而言，經(jīng)過大力開采活動后尾礦庫地質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到嚴重破壞，其次因外部因素的影響，包括降雨、地震、刮風、過度開采等，都將導致尾礦庫地質(zhì)結(jié)構(gòu)或地質(zhì)構(gòu)造有著不同程度的損壞，由于過快的采礦業(yè)發(fā)展速度和不合理的開采活動，已開采完畢的尾礦庫地質(zhì)環(huán)境面臨著污染嚴重和破壞嚴重的巨大壓力，所以對尾礦庫改造是十分必要的[1]。

地質(zhì)測量是尾礦庫改造過程中重要的工作內(nèi)容，其測量精度和效率將直接影響到尾礦庫改造質(zhì)量，傳統(tǒng)方法主要是憑借以往的經(jīng)驗來推測出尾礦庫改造地質(zhì)測量結(jié)果，這種方法不僅測量效率較低，更主要的是測量結(jié)果具有一定的主觀性，所以傳統(tǒng)方法已經(jīng)無法滿足尾礦庫改造地質(zhì)測量需求，為此提出三維激光掃描技術在尾礦庫改造地質(zhì)測量中的應用。

三維激光掃描技術作為一門新興的地質(zhì)測量技術，為尾礦庫空間三維數(shù)據(jù)的收集提供了一個全新的技術手段，由于該技術具有數(shù)據(jù)獲取精準、快速的優(yōu)點，目前已成為尾礦庫改造地質(zhì)測量的重要技術之一[2]。

從二十世紀九十年代第一臺地面三維激光掃描儀被研制成功并投入使用，在四十年不到的光景里，三維激光掃描技術憑借自身的優(yōu)勢被應用到各種測量領域中，并在國內(nèi)外取得了良好的應用成果，此次將三維激光掃描技術應用到尾礦庫改造測量中，形成一種新的測量方法，為尾礦庫改造地質(zhì)測量提供重要的參考依據(jù)。

1 基于三維激光掃描技術的尾礦庫改造地質(zhì)測量方法

1.1 尾礦庫改造地質(zhì)數(shù)據(jù)采集

地質(zhì)數(shù)據(jù)采集作為尾礦庫改造地質(zhì)測量過程中基礎工作，收集到的數(shù)據(jù)質(zhì)量對測量結(jié)果具有直接影響，為了保證數(shù)據(jù)采集精度，此次采用三維激光掃描技術對尾礦庫改造地質(zhì)數(shù)據(jù)進行采集，三維激光掃描技術對地質(zhì)數(shù)據(jù)采集所使用的主要儀器設備有全站儀和精密水準儀，下表為三維激光掃描技術指標。

表1 三維激光掃描技術指標

在對尾礦庫改造地質(zhì)數(shù)據(jù)進行采集之前，需要根據(jù)尾礦庫現(xiàn)場測量環(huán)境以及測量需求確定出穩(wěn)定、平坦、合適的位置建立三維激光掃描觀測站，利用精密水準儀和全站儀對三維激光掃描觀測站地理位置進行測算，此外還要根據(jù)待掃描測量的尾礦庫的面積大小，地理位置以及環(huán)境影響因素合理確定出三維激光掃描觀測站點數(shù)量。

鑒于通常需要改造的尾礦庫范圍比較大，為了控制三維激光掃描技術精度，不僅要在尾礦庫中心內(nèi)部布置三維激光掃描觀測站，還要在尾礦庫四周均勻設置觀測站，但是觀測站拼接后發(fā)現(xiàn)尾礦庫的地勢最高處會出現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)空缺，這主要是由于通常尾礦庫整體地質(zhì)并不是平坦的，而是有一定的坡度，而精密水準儀和全站儀是架設在尾礦庫的一端，地勢較低，所以在對尾礦庫進行三維激光掃描測量時，激光到達尾礦庫地面的入射角過小，反射回來的地質(zhì)脈沖信號比較弱，尾礦庫地質(zhì)比較高的地質(zhì)數(shù)據(jù)越來越少，尤其到尾礦庫最高處光線被遮擋住，導致獲取到的地質(zhì)數(shù)據(jù)不夠全面，為了解決該問題，還需在尾礦庫中心地質(zhì)最高位置設置一處觀測站，起到連接作用，使整個尾礦庫地表都有數(shù)據(jù)覆蓋。

三維激光掃描技術具體數(shù)據(jù)采集過程如下：①將精密水準儀和全站儀假設到預選設定好的觀測點處，連接電源與網(wǎng)線，當掃描儀器上的指示燈由綠色變成紅色時就可以對尾礦庫進行激光掃描[3]。②將掃描儀器連接網(wǎng)絡，打開HJclone軟件和掃描窗口，在計算機中設置IP地址，將掃描儀器與IP地址連接，點擊HJclone軟件主菜單，將掃描儀器與控制軟件連接進行掃描操作。③在HJclone軟件內(nèi)根據(jù)尾礦庫改造地質(zhì)測量要求，設置三維激光掃描測站編號、掃描高度、掃描密度以及掃描距離[4]。④根據(jù)精密水準儀與全站儀的相對位置，在軟件控制界面選取掃描區(qū)域進行拍照與激光掃描，掃描后得到的數(shù)據(jù)存儲到統(tǒng)一文件中，以此完成尾礦庫地質(zhì)改造數(shù)據(jù)采集。

1.2 尾礦庫改造地質(zhì)數(shù)據(jù)處理

利用三維激光掃描技術對尾礦庫掃描時，由于天氣、光線、遮擋物、地表植被等外界因素的影響，導致收集到的數(shù)據(jù)不夠全面，并且采集的數(shù)據(jù)不全是關于尾礦庫的數(shù)據(jù)，所以需要對采集的數(shù)據(jù)進行處理[5]。首先對原始數(shù)據(jù)進行簡化壓縮處理，刪除無效數(shù)據(jù)與無關數(shù)據(jù)，將所要研究的尾礦庫數(shù)據(jù)進行提煉，為了避免在數(shù)據(jù)處理過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤刪現(xiàn)象，對數(shù)據(jù)處理過程需要分批次進行，并且每次處理過后的數(shù)據(jù)要進行備份。然后對刪減后的數(shù)據(jù)進行拼接處理，拼接處理就是將尾礦庫所有觀測站點的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到同一個坐標系內(nèi)，將其形成一個統(tǒng)一的整體，以此完成對尾礦庫改造地質(zhì)數(shù)據(jù)處理。

1.3 尾礦庫改造地質(zhì)分析

雖然經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后會得到精簡后的尾礦庫改造地質(zhì)數(shù)據(jù)，但是數(shù)據(jù)整體基數(shù)還是比較大，如果直接對其進行分析，具有一定的分析難度，所以此次利用三維地質(zhì)模型對尾礦庫改造地質(zhì)進行分析[6]。

三維地質(zhì)模型是由空間離散的密集點構(gòu)成，將處理后的數(shù)據(jù)輸入到三維地質(zhì)模型中，每個地質(zhì)數(shù)據(jù)都能與模型上的密集點進行對應，然后通過模型固有的算法對數(shù)據(jù)進行模擬，表達出尾礦庫改造實際結(jié)構(gòu)形態(tài)的拓撲關系，通過三維地質(zhì)模型分析出尾礦庫改造地質(zhì)特征，以此實現(xiàn)了基于三維激光掃描技術的尾礦庫改造地質(zhì)測量。

2 實驗

實驗以某尾礦庫為實驗對象，該尾礦庫整體面積為12665m2，年受尾量為150萬噸，總庫容達到1564萬m3，其中有效庫容為1469萬m3，最終壩體標高175m，屬于三等尾礦庫，該尾礦庫采用的是下游式筑壩，為凹谷型尾礦庫，由于該尾礦庫內(nèi)部出現(xiàn)局部坍塌，急需對其進行改造。實驗利用此次提出測量方法與傳統(tǒng)方法對該尾礦庫改造地質(zhì)測量，對比兩種方法的測量偏差，其計算公式如下：

公式（1）中，d為數(shù)據(jù)采集點到尾礦庫中心的距離；s為數(shù)據(jù)采集點到尾礦庫邊緣之間的最短距離；λ為測量站點數(shù)據(jù)。利用上述公式計算兩種方法的測量誤差，實驗結(jié)果如下表所示。

表2 兩種方法測量誤差對比（m）

從上表可以看出，此次提出方法在測量誤差方法遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)方法，且低于標準誤差，證明此次提出方法可以滿足尾礦庫改造地質(zhì)測量精度要求。

3 結(jié)語

此次將三維激光掃描技術應用到尾礦庫改造地質(zhì)測量中，形成一種新的測量方法，且該方法具有較高的測量精度和測量效率，對尾礦庫改造地質(zhì)測量具有良好的應用價值，由于此次研究時間有限，對于三維激光掃描技術在尾礦庫改造地質(zhì)測量中的應用研究尚淺，今后還需要在該方面進行深入研究，推廣三維激光掃描技術在尾礦庫改造地質(zhì)測量中應用。