呂英磊

（青島金星礦業(yè)股份有限公司，山東 平度 266748）

1 溜井井壁坍塌損壞工程分析

礦石溜井、廢石溜井、成品倉(cāng)在使用過(guò)程中，由于長(zhǎng)期受到礦石或廢石沖擊，再加上地質(zhì)構(gòu)造因素，溜井井壁有較大程度的坍塌損壞，嚴(yán)重影響到提升系統(tǒng)的正常運(yùn)行，造成礦區(qū)生產(chǎn)能力急劇下降，為阻止損壞情況進(jìn)一步發(fā)展及盡快恢復(fù)生產(chǎn)能力，整個(gè)溜破系統(tǒng)急需治理，治理前提條件就是獲取溜井坍塌損壞的實(shí)際空間信息，以便采取合理的治理措施和方案。

2 主要實(shí)施方案

為了精確獲取礦石主溜井的三維空間信息，傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)手段已無(wú)法采集礦石溜井和廢石溜井坍塌的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)，因此采用BLSS-PE礦用三維激光掃描儀采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，同時(shí)采用北京3Dmine軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以獲得溜井礦倉(cāng)精準(zhǔn)三維空間模型，為后續(xù)治理工作奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.1 BLSS-PE礦用三維激光掃描儀實(shí)測(cè)方案

BLSS-PE礦用三維激光掃描儀基本作業(yè)方法：徑向測(cè)量范圍300°，軸向測(cè)量范圍360°，掃描儀后方存在47°盲區(qū)；配備4根延長(zhǎng)桿，拼接延長(zhǎng)桿可伸入空區(qū)6m進(jìn)行掃描，；由于探入溜井內(nèi)部，無(wú)法給予BLSS-PE礦用三維激光掃描儀定位、定向，掃描數(shù)據(jù)為相對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)；最主要問(wèn)題在于一站掃描井深范圍在20m～30m以內(nèi)，而溜井深度大（2#溜井全長(zhǎng)70m）遮擋較為嚴(yán)重，所以無(wú)法直接利用該掃描儀進(jìn)行溜井掃描。

為此，我們自行設(shè)計(jì)加工了小型吊箱，通過(guò)配備絞車、卷筒、穩(wěn)繩、重錘（25kg/個(gè)）下放裝置、定位定向繩等提升設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。吊箱通過(guò)兩根穩(wěn)繩固定，懸掛在主鋼絲繩上；BLSS-PE礦用三維激光掃描儀通過(guò)自行改進(jìn)固定件（如圖1）固定在吊箱下部，電源等輔助設(shè)備固定到吊箱內(nèi)；在井口搭設(shè)平臺(tái)，預(yù)留吊箱下放口，兩根定位定向繩固定在吊箱上，確保掃描儀姿態(tài)穩(wěn)定，如圖2所示；通過(guò)絞車下放吊箱依標(biāo)高分段掃描溜井形態(tài)，每一測(cè)站記錄掃描儀器相對(duì)標(biāo)高，同時(shí)全站儀測(cè)量定位定向繩平面位置確定點(diǎn)位、方向。

圖1 BLSS-PE礦用三維激光掃描儀改進(jìn)固定件

圖2 掃描數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)備

2.2 數(shù)據(jù)采集方案，多站拼接技術(shù)

以2號(hào)溜井為例：共計(jì)70m深，直徑約3m，井壁塌落嚴(yán)重，井壁巖幫不規(guī)則，多處遮擋，單站掃描無(wú)法獲取全部整體數(shù)據(jù)。BLSS-PE礦用三維激光掃描儀憑借多站拼接技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)2#溜井分標(biāo)高施測(cè)掃描，具體操作如下：

（1）在下放口固定皮尺于掃描設(shè)備“0”點(diǎn)處，皮尺方向沿鋼絲繩豎直向下；

（2）下放掃描設(shè)備一定高度，以便掃描井口數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全站儀與掃描儀數(shù)據(jù)拼接擬合定位定向，記錄第一站皮尺相對(duì)標(biāo)高1.95m，采集數(shù)據(jù)；

（3）在分別在距離井口下放水平14.30m，34.95m，41.1m，53.15m位置對(duì)溜井進(jìn)行掃描（掃描標(biāo)高位置根據(jù)實(shí)際需要，通過(guò)掃描數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整測(cè)站次數(shù)、測(cè)站標(biāo)高位置，以得到完整的溜井?dāng)?shù)據(jù)），通過(guò)多站拼接技術(shù)融合5站數(shù)據(jù)，得到整條溜井的相對(duì)掃描數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 2#溜井掃描點(diǎn)云多站拼接數(shù)據(jù)

2.3 數(shù)據(jù)絕對(duì)定位，圖形拼接擬合技術(shù)

雖采用兩根定位定向繩固定在吊箱上，全站儀測(cè)量定位定向繩平面位置確定點(diǎn)位、方向，確保掃描儀姿態(tài)穩(wěn)定。但由于鋼絲繩距太小，定位、定向誤差可能較大，因此配備全站儀對(duì)井口位置線性鋼軌、墻角等進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，得到實(shí)地坐標(biāo)。掃描采集數(shù)據(jù)的同時(shí)，對(duì)井口進(jìn)行數(shù)據(jù)重采集（確保重采集鋼軌數(shù)據(jù)），采用圖形拼接擬合技術(shù)，平差得到較高精度的點(diǎn)位和方向，確保工程質(zhì)量精度。

3 數(shù)據(jù)處理與分析

3.1 數(shù)據(jù)處理

依據(jù)通過(guò)多站拼接技術(shù)以及圖形拼接擬合技術(shù)定標(biāo)高、定位、定向處理后的整體“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)，運(yùn)用3Dmine數(shù)據(jù)軟件進(jìn)行三維實(shí)時(shí)建模，得到2#溜井三維激光掃描實(shí)體模型，如下圖4所示。

圖4 2#溜井三維激光掃描實(shí)體模型

基于2#溜井三維激光掃描實(shí)體模型，并建模設(shè)計(jì)溜井井筒三維實(shí)體模型，同時(shí)絕對(duì)定位至平面圖。得到如圖5所示的2#溜井掃描與設(shè)計(jì)模型復(fù)合圖。

圖5 2#溜井掃描實(shí)體復(fù)合圖

3.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)數(shù)據(jù)模型，得到2#溜井坍塌報(bào)告如下：

（1）垮塌區(qū)域主要分布于井口下面10m～-50m之間。其中井口下面10m～30m垮落方向?yàn)槟媳狈较?，主要為卸礦沖擊造成，井口下面30m～-50m垮落方向?yàn)闁|西方向。

（2）根據(jù)實(shí)體模型與設(shè)計(jì)模型“布爾運(yùn)算”得到垮落體的體積為619.313m3。

（3）為了更加清楚的展示整條溜井的垮落情況，以及溜井后期修復(fù)治理提供設(shè)計(jì)資料，分別沿最大垮落方向剖切縱剖面，如圖6所示。

圖6 最大垮落方向縱剖面圖

4 應(yīng)用效果分析

（1）基于對(duì)2#礦石溜井掃描成果的借鑒，對(duì)溜破提升系統(tǒng)進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，以建模分析治理，確保提升系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（2）通過(guò)對(duì)提升系統(tǒng)的三維掃描建模，精準(zhǔn)掌握了我礦溜井提升系統(tǒng)的坍塌破壞情況，及時(shí)制定了完善的修復(fù)措施，遏制了溜井系統(tǒng)坍塌情況的惡化，確保了提升系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

（3）精準(zhǔn)的技術(shù)資料，確保了治理工程的施工質(zhì)量延長(zhǎng)了溜井系統(tǒng)的服務(wù)年限。

（4）三維實(shí)體模型與修復(fù)設(shè)計(jì)模型確定了工程修復(fù)立方量，精確地計(jì)算了工程投資。

（5）精準(zhǔn)的技術(shù)措施保證治理工作完全按預(yù)定目標(biāo)順利完成，保證了礦山正常生產(chǎn)全面恢復(fù)。