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。     

采空区三维激光扫描变形监测系统

采空区大面积冒顶、片帮和严重的闭合变形等均是重要的地质灾害,严重影响现场生产,对井下人员的生命安全造成严重威胁。传统监测方法存在观测数据量少、无法或难以监测无人空区、不能定量观测空区垮落等缺点。针对上述问题,本文研制了一套高精度采空区三维激光扫描监测系统,可以快速而全面地扫描采空区的形态,计算采空区的体积,并对变形区域进行标示;同时该系统实现了远程控制,可以避免人员进入井下现场操作;系统测量精度达到2 cm,和矿山微震系统相结合,可以实现采空区稳定性评价,极大地提高采空区的监测效果。     

极端气象条件下金属矿山尾矿库在线监测系统研究

尾矿库在线监测系统可以监测尾矿库的各项运行参数,用于判断尾矿库运行状态是否良好。目前大部分尾矿库在线监测系统对极端气象条件给系统造成的影响并没有很好考虑。针对这种情况,重点讨论了极端气象条件下系统的防护、封装、智能分布式供电、混合式Mesh网络通信、多元信息融合及三维可视化展示等技术,通过这些措施的引入可以很好地提高系统的稳定性,使系统能够经受极端气象条件的考验。目前这些措施都在工程现场得到应用,对系统的稳定运行起到关键的作用。     

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。     

符山铁矿尾矿库民采空区治理技术研究

采空区治理在预防矿山地质灾害中具有非常重要的地位。为了确保符山铁矿尾矿库的安全稳定运行,针对某民采铁矿采空区进行了三维激光探测,对采空区的稳定性及冒落后果进行了分析,提出了综合的治理方案。治理方案实施后,消除了井下民采空区重大安全隐患,保证了尾矿库安全稳定及矿山的正常生产,可为其他矿山采空区治理提供参考。     

三维激光扫描技术在三道庄矿复杂采空区探测中的应用

三道庄矿受前期地下混乱开采影响,在露天开采境界下方存在大量不明采空区。为了精准快速探测采空区,引进了三维激光扫描系统,该技术具有测量精度高、操作简单等优点,通过自动扫描可以获得采空区的位置、形状和大小,并且可以和CAD、3Dmine等常用的数字矿山软件耦合,建立采空区三维模型,从而为矿山安全生产提供技术参数和安全保障。     

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。     

基于Geomagic-Midas-FLAC3D的采空区稳定性分析

井下采空区稳定性分析是金属矿山常需面对的问题,采空区稳定性关系到空区周边开采的安全,对矿山安全生产、经济效益、社会效益等都起到至关重要的作用。从采空区现状调查出发,采用三维模型构建、理论计算及三维数值模拟对井下采空区稳定性进行了计算与分析,研究结果表明:在矿山开采现状条件下,对采空区进行了实地调查及三维激光扫描,切实掌握了各中段采空区的详细分布状况;采用Geomagic软件对采空区模型进行了精确解译,并精简了模型三角面片,可快速统计采空区长、宽、高及体积等基本参数,同时为模型构建提供了基础条件;采用理论计算及三维数值模拟两种方法对井下采空区稳定性问题进行了深入研究,并对井下采空区进行了稳定性安全分区分级。研究结果可为金属矿山采空区稳定性分析及采空区治理提供科学依据。     

井下空区安全监测三维激光扫描仪高精度运动控制技术

矿山井下常用空区监测方法存在仅能进行点监测、需人工安装、实时性差等问题。提出通过三维激光扫描获取空区形态进行空区稳定性分析的方案,重点讨论通过机械优化、姿态补偿、自适应控制等技术手段来实现三维激光扫描仪的高精度控制问题。该方案大幅提高了空区三维激光扫描系统的性能,能够满足矿山实际应用需求。同时,在路桥监测、文物保护等领域也具有借鉴和应用价值。     

无人机三维激光扫描技术在地下采空区探测中的应用研究

传统采空区三维激光扫描技术受限于空区的复杂形态与探测作业环境,容易导致采空区探测数据不完整,无法精确获得采空区空间形态。为提高采空区三维激光扫描探测的可靠性,基于一种无人机平台搭载便携式三维激光扫描仪的飞行探测设备,开展无人机三维激光扫描技术在采空区探测中的应用研究。简述了无人机三维激光扫描的作业原理与优势,并在大红山铁矿进行了无人机三维激光扫描技术的空区探测应用。最后分析讨论了无人机三维扫描技术在采空区探测中的应用难点与挑战。结果表明：通过无人机三维激光扫描探测,使大红山铁矿Ⅱ1 矿体 775-1 采空区的点云数据更全面、更精确。无人机三维激光扫描技术可为采空区精确探测提供一种新手段。     

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．     

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。     

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。     

金属矿山地下矿山开采对地表建筑物稳定性影响分析

地下矿山开采过程中产生的采空区会引起地表变形,不同采矿工艺和采矿方法对地表影响范围及影响程度存在差异。对比研究了多种地表变形预测方法,采用数值模拟的方法对某铜矿的开采过程中建筑物地表进行了分析,得到了开采过程中的建筑物地表的变形规律,并对建筑物的稳定性影响范围及大小进行分析,结合相关规范进行了判别与论证得出,采用数值模型地表布置监测点的方法,可以有效的对需要研究的每个建筑物所在位置进行独立的深入的分析其地表变化情况,同时也可以得到大量相关数据,数值模型上布置监测点的方法对于相似矿山地表建筑物稳定性分析具有一定的借鉴意义。     

新型无砂仓尾砂胶结充填工艺技术

近年来利用选厂尾砂进行井下胶结充填的采矿方法在大中型地下铁矿山得到广泛应用,其尾砂胶结充填系统主要由立式砂仓和两级活化搅拌机组成,系统占地面积大,结构复杂,投资和运行费用较高。刘塘坊铁矿结合自己矿山的实际情况,利用本矿选厂尾砂进行旋流器浓缩实验研究,并使用自动化智能控制系统,研制、开发出一套低浓度无砂仓尾砂浓缩充填系统,在工业实践中应用,取得较好效果。通过工业实践,选厂尾砂利用率达到70%以上,尾砂浓缩浓度达到65%~70%;旋流器溢流实现自流进入尾矿库。整个充填系统实现远程集中控制,所有设备无需现场人工操作;应用智能加灰系统,精确控制充填所需灰比和浓度;通过故障自动判断和控制系统,实现了尾矿充填系统输送和尾矿库输送的自动切换。该系统占地面积小,结构简单,管理方便,投资、运行费用低,对于一些中小型地下矿山来说,具有一定借鉴价值。     

基于TRIZ的矿用三维激光扫描测量系统的优化设计

针对矿用三维激光扫描测量系统中支撑系统由于长度过长,导致在自身重量作用下引起构件变形,进而影响构件的整体强度和正常使用；同时扫描主机在工作状态下的转动会传递至相关构件,进而对测量精度产生影响的问题。本文运用TRIZ理论中的功能分析、因果分析、三轴分析、矛盾分析、40个发明原理、分离原理、物场模型和76个标准解等探索矿用三维激光扫描测量系统中支撑系统的若干解决方案。经过方案评估,最终选择了4个可靠有效的解决方案,为三维激光扫描技术在金属矿山采空区测量的应用提供了高可靠性解决方案。     

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。     

立体疏排水技术在矿井抢险救灾中的应用

华兴公司27080工作面特大型突水后,通过采取下山采空区临时蓄水、原有系统强力排水,并敷设新的临时排水系统提高排水能力的立体疏排水技术,避免了两矿井相继被淹,经济效益显著。