三维激光扫描仪井下安全监测技术

阐述三维激光扫描技术的原理及其在矿山井下安全监测中的应用情况,介绍国内外针对矿山安全监测领域推出的三维激光扫描产品及其特点,分析并展望三维激光扫描仪在矿山安全监测领域的发展趋势,指出三维激光扫描技术是井下空区安全监测的技术创新和重要手段。随着矿山信息化的快速发展,三维激光扫描仪必将在矿山井下安全监测中发挥重要作用。     

我国矿山测量领域三维激光扫描技术的应用现状及存在问题

三维激光扫描作为一种非接触式测量技术,近年来在我国矿山测量领域得到了广泛应用,涉及了矿区边坡监测、露天矿储量管理、地表沉陷监测等方面。结合近年来的相关研究成果,系统分析了我国矿山测量领域三维激光扫描技术的应用现状,并对存在的问题进行了探讨。研究表明：矿山测量工程应用及科学研究中使用的三维激光扫描设备与配套软件以国外进口为主,国产设备与软件较少;从数据采集、处理、成果应用等方面分析,主要存在的问题有采集数据质量不佳、点云数据匹配精度有待提高、点云数据滤波算法精度不高、特殊监测领域的应用成果不明显等。在上述分析的基础上,认为该领域的主要研究方向为：①高精度的空天地一体化数据采集方案,如InSAR、LiDAR、倾斜摄影测量与地面三维激光扫描技术相结合;②具有自主知识产权的点云数据处理软件开发,包括点云数据智能匹配算法、智能化高精度点云数据滤波算法等;③三维激光点云数据后期成果应用,包括面状地物变形监测理论与方法、大数据技术与人工智能技术相结合的三维激光扫描实时动态监测方法。总体来说,进一步推进三维激光扫描技术在我国矿山测量领域的应用,有助于大幅提升相关工程技术人员的空间三维数据处理能力,进而提高工作效率。     

探测扫描与监测系统在洛钼集团露天矿的应用

空区的存在严重制约着矿山的建设与发展,给安全生产造成了很大的隐患。为解决该问题,洛钼集团矿山公司先后研制、购置安装了三维激光扫描系统与多通道声发射监测系统等设备,组成了安全探测监测系统,保障了矿山的安全生产。     

采空区三维激光扫描系统C-ALS及其在安庆铜矿的应用

三维激光扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术,随着三维激光扫描技术的发展,采空区三维激光扫描系统正日益显示出其优越性。在对C-ALS和CMS系统进行技术参数对比的基础上,总结了C-ALS系统的应用优势,进一步研究了其在建立采空区数据库、矿柱回采爆破优化设计、损失贫化率精确计算、钻孔测斜等方面的应用。在建立安庆铜矿某空区三维模型后,计算空区体积,为矿山采空区充填设计提供重要依据。     

复杂空区群三维概略模型的快速创建方法及其应用

空区群三维建模是矿山高效处理隐患空区并回收残矿的基本保证,因此提出一种快速的、非三维激光扫描的方式对复杂空区群进行三维概略建模。基于Auto-CAD与3DMine软件,提取矿山二维图纸的高程测点并作严格空区分区,逐一快速建立单空区实体模型,最终生成整个复杂空区群三维实体概略模型。一方面该方法建模过程经济高效,可清楚直观地展现整个矿山空区群的空间拓扑关系,另一方面概略模型可与扫描精准模型协同参与矿山开采规划设计,并在矿山建模实例中已取得良好的印证。     

采空区三维激光扫描智能化监测技术研究与应用

研制出基于三维激光扫描技术的采空区智能化监测系统,实现空区无人自动化监测。系统通过导轨自动伸入空区测量,将采集的点云数据传输到地面控制中心,通过软件处理获得空区三维形态,将多期测量数据进行对比,分析空区相对变形状况。试验表明,系统可准确判断空区变形位置和体积,为采空区智能化监测提供技术支撑。     

采空区精密探测技术应用研究

矿产资源地下开采形成的大量采空区是危及矿山安全的主要灾源之一.准确掌握空区形态、大小及其变化是控制因空区引发的灾害及优化采矿设计等的重要基础性工作.介绍了已在我国矿山首次应用并获得成功的空区三维激光探测系统(3D Laser Cavity Monitoring System),简称CMS系统.阐明了该系统的基本构成和工作原理,并对其在某矿山空区三维形态的精密探测、采空区体积计算、采空区顶板面积计算、采空区实际边界确定、采空区剖面自动生成及辅助矿柱回采爆破设计方面的应用研究与实践进行了介绍.实践表明,CMS的成功应用为我国矿山空区动态监测及安全控制等相关研究开辟了一条新的有效途径.     

三维激光扫描技术在开采沉陷监测中的应用

文中介绍了三维激光扫描系统的工作原理及在沉陷监测中的数据处理方法。针对三维激光扫描技术在沉陷监测中应用的精度问题,运用三维激光扫描技术对沉陷区进行监测,并将提取的下沉值与同期部分水准测量数据作比较分析。结果表明:三维激光监测所得到的沉陷情况与实地情况基本相符,能反映开采沉陷量及矿区沉陷趋势。文中还分析讨论了三维激光扫描技术在沉陷监测中技术优势和存在问题,对三维激光扫描技术在沉陷区监测中的实际应用具有参考辅助作用。     

基于三维激光扫描空区精细化稳定性分析

地下回采空区探查与稳定性评价是目前众多矿山亟待解决的安全难题之一。以某旅游平硐为工程案例，采用BLSF移动式三维激光扫描测量系统现场探测并构建了平硐与空区三维点云模型，并据此建立了三维精细化数值分析模型，评估了基于真实形态的空区稳定性。研究结果表明，基于三维激光扫描的精细化数值模拟方法，能够更加准确地刻画空区形态，更加真实地反映空区稳定性特征。典型工程隔离矿柱稳定性良好，但平硐局部区域存在安全隐患。研究为同类矿山的空区稳定性安全评价提供了有益借鉴。     

用三维激光扫描技术监测矿山开采沉陷

经典地表沉陷监测方法具有工作量大、监测点保护困难、监测时间长、监测成本高等缺点,难以适应实时化矿山开采沉陷监测的需要。为此,以某矿山为例,结合三维激光扫描技术,提出了一种矿山开采沉陷高精度监测方法。在分析三维激光扫描技术工作原理的基础上,首先对矿区生产概况、监测方案、地表移动监测站设置方案进行了分析;然后结合MATLAB软件,利用分离非地面点和地面点、去除孤立点、拼接点云数据等方法处理经三维激光扫描得到的沉陷数据,并基于矿区2014年10月、2016年10月两期三维激光扫描数据,利用Kriging算法分别建立了矿区地表下沉盆地数字高程模型(Digital elevation model,DEM),对矿区地表沉陷进行分析;最后选取了矿区若干有代表性的监测点的开采沉陷监测值与对应的水准测量结果进行了对比分析。研究表明:监测结果与实测值的误差达到毫米级,反应出利用三维激光扫描技术不仅可快速获取矿区开采沉陷监测数据,而且可对开采沉陷进行高精度监测,对于进一步研究矿区开采沉陷规律、提高矿区开采沉陷监测效率有一定的参考价值。     

空区三维激光探测技术及稳定性分析

由于受采空区周边地质条件和探测技术的制约,传统空区探测技术手段无法得到工作人员不能进入的空区精准数据,以此为基础进行采空区稳定性分析的可靠性程度很低。利用三维激光扫描系统（MDL-VS150）对空区进行精准的激光扫描,基于三维激光探测所得的点云数据,结合3Dmine软件建立采空区的三维实体模型,运用FLAC3D软件进行空区稳定性分析。根据计算结果对某铁矿采空区的位移和应力进行分析,采空区垂直位移量最大为4.437 cm,围岩的最大拉应力和压应力分别为0.795、3.221 MPa,均小于岩体的抗拉及抗压强度。由此表明,采空区处于稳定状态,在短期内不会发生破坏,但为了矿山长期发展应对空区及时采取有效处理措施。     

基于C-ALS的三维激光扫描技术在采空区探测中的应用

进行精确的采空区探测是进行采空区稳定性分析和治理的前提。基于三维激光扫描探测技术,采用采空区探测系统C-ALS对雅满苏地下矿采空区形态进行精确探测,建立了可视化采空区三维实测模型,获取了采空区三维形态、空间位置、空区体积、顶板暴露面积等关键信息。根据三维激光探测结果,结合3DMine矿业软件耦合建立了完整矿区现状三维模型。实践表明该探测系统能够对地下空区进行精确的全方位扫描,操作简单、安全,探测结果可为下一步采空区稳定性分析和处理方案的确定提供重要依据。     

赣南某钨矿采空区稳定性评价及治理技术方案

金属矿山在地下开采过程中，如何保证矿区采空区的稳定性成为矿山安全生产的关键所在。本文以赣南某钨矿采空区为研究对象，进行采空区探测、稳定性评价与治理技术方案研究。研究在对该矿山开采历史及空区现状情况进行详细调查和整理的基础上，利用三维激光扫描仪扫描采空区得到其点云数据，结合3DMine软件建立该采空区的三维形态，基于未确知测度理论构建多指标综合评定体系，确定该矿区采空区的稳定性等级，并结合矿区采空区治理技术条件，提出了相应的空区治理技术方案，为矿山空区治理提供技术支撑。     

金属矿地下采空区探测、处理与安全评判

我国大多数金属矿山都不同程度的存在地下采空区，且隐患较多，严重危及矿山安全生产．采空区探测方法目前主要有：高密度电阻率法、地震映像法、探地雷达法以厦激光3D法等，采空区处理可以采用尾砂肢结充填法和地表强制崩落法，利用微震监测系统可对采空区的异常行为进行实时监测．根据岩石力学理论和三维数值模拟计算，结合我国一些金属矿工程实例研究，提出了地下采空区顶板稳定性的综合安全评判方法．为了确保有复杂地下采空区的金属矿山的安全开采，建议建立对采空区从探测，监控，处理到数字化安全评判的一体化管理体系．     

综合探测技术在监测盗采采空区的应用研究

由于盗采形成采空区对矿山生产生活已造成极大危害,故为了保障矿山安全,保证矿山正常生产生活,避免矿山发生大型安全事故,并保证矿产资源有效利用,在采空区周边建立地压监测系统,对采空区稳定性动态安全进行预测预警。首先使用浅层地震仪进行确定疑似采空区定位,随后在疑似采空区建立地压监测台网。在完成监测后对结果进行数据分析并和现场实际情况比对,之后使用三维激光扫描技术比较与微震监测结果,得出确实存在盗采采空区结论。研究成果为矿山的生产、生活工业场地布置提供了可靠的理论依据,在类似矿山具有推广意义。     

基于多种评价方法的复杂采空区群稳定性评价与分级研究

某露天转地下开采的石灰岩矿山由于早期开采不规范,在矿井内形成了多个采空区,严重影响矿山的安全生产。为消除采空区潜在的事故隐患,根据对相应空区的三维激光扫描探测结果,获取了12个空区的空间结构参数,建立了矿山复杂采空区的三维数值模型;利用顶板厚跨比法、简支梁模型分析法、Mathews 图解方法及矿柱安全系数法等方法评价了复杂采空区的稳定性,并划分了各采空区的稳定性等级。研究结果表明：3号空区和6号空区稳定性的评价结果为较不稳定,其他采空区的稳定性相对较好;3号空区不稳定是因为采空区顶板暴露面积较大或跨度较大,6号空区不稳定是因为采空区顶板厚度较薄。     

房柱式采空区高精度勘查技术北大核心

为解决常规勘查技术对煤矿房柱式采空区边界、开采具体参数、顶板及围岩稳定性等要素精度及能力不足的问题,对神府矿区房柱式采空区形成和赋存特征进行详细调研,然后利用地面电法精细成像技术圈定房柱式采空区分布范围,为首个钻孔提供靶区,指导钻探快速揭露采空区;再通过高精度孔中三维激光扫描技术,以连续追踪方式实现煤矿房柱式采空区精准勘查。本方法的优点是集成了地面及孔中探查技术的各自优势,通过地面物探精细成像技术指导钻探快速揭露房柱式采空区,采用高精度孔中扫描技术实现了房柱式采空区边界、开采具体参数、顶板及围岩稳定性、积水情况要素的高精度勘查;同时钻孔布设依据充分,没有无效工作量,节约了钻探工程量和钻探成本。     

基于逆向建模技术的金属矿山空区探测与治理研究

金属矿山空区形成因素众多，形状复杂多变，是威胁矿山安全的主要灾害源之一。为合理评估空区现状并提出有效治理措施，首要任务是精确描绘出空区三维形态要素。以三维激光扫描为核心的空区精确探测技术已经比较成熟，可为空区精细化三维建模提供数据基础。传统的正向建模技术建模过程繁琐，效率低下，且对数据质量和人员技术水平要求很高。为了提高空区三维建模效率并降低建模难度，在分析逆向建模技术原理的基础上，总结和分析了金属矿山空区激光点云数据处理及模型重构的技术要点、难点，提出了基于逆向工程的复杂空区三维建模完整工作流程，并将该方法应用于金属矿山典型空区问题分析与加固、爆破等治理方案设计。研究表明：逆向建模方法基于点云信息直接进行曲面重构，进而导出三维实体，避免了正向建模时大量重复的线—面、面—体操作，可实现金属矿山复杂空区的高效率、高精度建模，为空区现状调查、评估、灾害机理分析及治理方案优化提供了技术支撑，具有广阔的应用前景。     

露天矿地下采空区探测与综合整治技术研究

为探索露天矿开采过程地下未知采空区的探测与整治方法,实现露天矿安全开采与地下采空区处置的协同进行。以巨龙铜矿露天采矿过程中的地下采空区为研究对象,研究采空区探测及处置方法。结合露天矿开采条件及采空区状况,提出钻孔探测和三维激光扫描相结合的采空区探测手段。提出大直径深孔爆破崩落的采空区处置方法,消除采空区安全隐患、回采残矿资源。通过现场工业试验,验证了技术方案并大规模应用于矿山实际生产。研究结果表明：钻孔探测和三维激光扫描相结合的方式探测采空区精确简便,大孔爆破崩落处置采空区的方式安全有效,为高原露天矿开采过程中的地下采空区探测与快速处置提供了技术支撑与借鉴。