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空区三维扫描系统在矿山采空区探测中的应用

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空区三维扫描系统在矿山采空区探测中的应用
我国矿产资源丰富,矿山众多。矿产资源的地下开采形成了大量的采空区,且没有得到有效的充填,原有的应力平衡被打破,使矿山的开采条件恶化,造成矿柱变形破坏,相邻作业区采场和巷道维护困难,影响后续的开采;更为严重的是有可能引发井下大面积冒落、岩移,造成严重的人员伤亡和设备破坏。同时上覆岩层失去支撑而产生移动变形,甚至崩塌滑落,造成地面沉降、地表开裂等严重的灾害结果,对矿山周边地区的安全和群众财产也会造成威胁。
若能确定采空区的埋深和规模,在此基础上对其进行防治,可以为生产单位的安全提供保障。因此,准确探明采空区的赋存状态、形态特征,精确获取其实际边界,对空区治理至关重要。
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一、现状及困难

传统的采空区探测有物探和钻探方法。物探方法效率高、成本低,但后期圈定异常多,见空率低,且精度不高;钻探可靠,但工作量大,效率低,成本高,如何结合二者开展采空区探测一直是一个难题。可随着三维激光测量手段的出现,给二者结合进行采空区探测带来了契机,可以实现物探扫面圈异常,钻孔定点打异常,三维激光扫描验证的空区异常,根据结果指导下一步物探和钻探工作,相互指导,相互促进,矿山精确探测,保障安全生产。

二、技术优势

传统的采空区探测有物探和钻探方法。物探方法效率高、成本低,但后期圈定异常多,见空率低,且精度不高;钻探可靠,但工作量大,效率低,成本高,如何结合二者开展采空区探测一直是一个难题。可随着三维激光测量手段的出现,给二者结合进行采空区探测带来了契机,可以实现物探扫面圈异常,钻孔定点打异常,三维激光扫描验证的空区异常,根据结果指导下一步物探和钻探工作,相互指导,相互促进,矿山精确探测,保障安全生产。

a) CMS-V500钻孔式三维激光扫描系统在空区探测时无须进入空区内部,同时可自动扫描,精确对地下采空区进行测量。准确掌握采空区的实际边界对实施空区管理、空区周边矿体开采和巷道工程的设计及施工具有重要的工程意义,也有助于矿柱回采爆破设计优化,进而提高矿山经济效益。

b) 有利于空区信息数据库的建立。利用空区三维可视化模型,准确测定空区的空间位置、实际边界、顶板面积和体积、采场超欠挖量、采场存留矿量、采场贫化损失等空区多源信息,并将空区多源信息进行有效组合构建空区信息数据库,为矿山开采设计、空区失稳分析、空区安全性评价、空区处理及灾害预测等提供可靠的依据。

c) 对于采矿活动中的不稳定空区,采用三维激光定期扫描监测,动态观测空区的变化,可以对矿山的安全生产进行预警。

d) 此外还可以应用于充填体位移监测、空区片帮与冒落精密测量、岩爆破坏范围测量及巷道断面测量等。

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CMS V500

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CMS空区三维扫描系统搭载一个激光扫描头,扫描头伸入空区后作旋转并连续测量收集测点距离和角度数据。每完成一圈的扫描后,扫描头将自动地按照预先设定的角度抬高,并进行新一圈的扫描,直至完成全部的探测工作,最终获取采空区海量点云空间信息

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扫描场视角

对于采空区的复杂形态,CMS提供了多种工作模式,针对不同的情况合理进行扫描。

澳门永利55402CMS空区三维扫描系统应用于采空区的勘测,CMS空区三维扫描系统的多种工作模式

多种工作模式

当需要对地表下的采空区进行扫描时,使用专用VIP套件,垂直深入至待探测采空区。

澳门永利55402CMS空区三维扫描系统应用于采空区的勘测,CMS空区三维扫描系统的VIP工作模式展示

VIP工作模式


CMS V500内置有摄像头,具备无线操控功能,可通过平板进行控制,因此工作人员不必靠近危险空区,只利用连接杆将扫描头送入空区,通过摄像头获取影像,即可了解扫描头所到位置及附近情况。

澳门永利55402CMS空区三维扫描系统应用于采空区的勘测,CMS空区三维扫描系统的作业时摄像头实时查看

摄像头实时查看

在平板上设置好起止角、点密度等扫描参数,即可开始扫描。获取的点云数据将在软件窗口中实时显示。

澳门永利55402CMS空区三维扫描系统应用于采空区的勘测,CMS空区三维扫描系统的软件界面展示图

软件界面

将点云导入到第三方专业点云处理软件中,即可封装出采空区模型。

澳门永利55402CMS空区三维扫描系统应用于采空区的勘测,CMS空区三维扫描系统的采空区模型封装

采空区模型封装

对采空区模型可计算出体积,也可进行断面分析,查看不同位置处断面形态。

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采空区体积计算

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采空区断面查看

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