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        三維掃描技術(shù)在溜井治理中的研究應(yīng)用

        2021-11-03 06:20:16呂英磊
        世界有色金屬 2021年14期
        關(guān)鍵詞:吊箱實(shí)體模型礦用

        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)。

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