三维激光探测技术在采空区测量中的应用与实践

采空区严重影响矿山后续的开采规划,基于在大红山铜矿应用3D激光探测技术（CMS）采集矿山地下三维数据的实践,详细介绍了CMS技术在井下空区三维数据采集的方法、数据的预处理及应用实践。该技术采用无接触的测量方式,不但可以精确获取采空区的空间几何参数,如长度、面积、体积、围岩及顶板的变形和变化关系,还大大提高了空区数据采集的安全性和效率,为空区安全评价与治理以及矿柱回采设计提供数据。     

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.     

基于CMS及DIMINE-FLAC~(3D)耦合技术的采空区稳定性分析与评价

在矿山安全生产建设中,对井下空区进行探测、对空区安全性及地表移动规律等进行分析评价,以及制定科学合理的空区处理方案非常重要,这对延长矿山现有资源的开采年限,为矿山的安全高效开采制定科学的开发利用方案具有重大的现实意义.应用空区探测系统(CavityMonitoringSystem,简称CMS),精确地获取地下矿山采空区的三维形态和准确的空间位置,并借助大型三维矿床软件DIMINE建立起了空区的三维形态模型,通过耦合方法实现在FLAC3D中生成能准确反映空区和围岩地质结构及岩性条件的数值模型,简化复杂空区稳定性计算的结果,并提高了准确性和可靠性.结果表明,使用地质模型转换的数值计算模型,对采空区稳定性进行了成功的模拟,并证明采用"地质-数值"耦合方法的方法对采空区稳定性研究是可行的.     

综合三维激光扫描技术在某铁矿复杂空区探测的应用

矿石开采遗留了大量的采空区,严重威胁矿山的生产安全和周边群众的生活安全。为消除安全隐患,某铁矿通过现场勘探、制定综合探测方案、实施辅助工程,应用地球物理探测、钻孔探测、三维激光扫描技术实现了揭露采空区及隐伏采空区的三维综合探测,准确掌握了空区的三维赋存形态、大小、空间坐标,为空区治理、残存资源回收设计、生产计划调整和储量动态管理等后续工作提供了高精度基础数据和科学依据。     

CMS辅助金属矿山采空区回采技术研究

金属矿山采空区回采设计传统上使用的是二维的方法,采用空区三维激光精密探测系统(CMS)对金属矿开采形成的采空区进行精密探测,以探测数据为基础运用大型矿床建模软件SURPAC建立与矿山实际坐标完全一致的空区三维模型。在此基础上将建立的空区探测模型与采场设计单元模型复合,并通过模型间的布尔运算,计算出采场的存留矿量、回采总量等指标。用SURPAC对实际探测获得的空区模型进行剖切,并将剖切所获得的剖面与采场施工设计剖面进行对比,分析顶板巷道工程的安全状况,从而为矿山进一步改进采场回采设计和进行安全控制提供第一手资料。     

地下矿山采空区探测及综合治理研究与应用

针对采空区的特点,提出了空区探测、建模、稳定性分析及治理的一体化空区围岩稳定性评判综合治理技术,实现了复杂空区探测（CMS空区探测）-采空区三维模型构建（采用有关矿业软件）-数值计算（采用FLAC^3D等）之间的耦合链接,并结合案例介绍了其在多个矿山的成功应用。     

CMS及三维可视化技术在采空区探测中的应用研究

通过空区探测系统（CMS）采集空区三维数据,由三维可视化矿业软件3Dmine处理数据并建立三维模型,可以精确获取采空区的空间几何参数,不仅提高了空区数据采集的安全性,还具有效率高、可视化效果好等特点。在石人沟铁矿空区探测的实践证明,基于CMS探测建立的三维可视化模型可以得到采空区的精准数据,为空区的处理、回采贫损控制及空区稳定性分析等提供了必要的参考。     

CMS及三维可视化技术在采空区探测中的应用研究

通过空区探测系统CMS）采集空区三维数据,由三维可视化矿业软件3Dmine处理数据并建立三维模型,可以精确获取采空区的空间几何参数,不仅提高了空区数据采集的安全性,还具有效率高、可视化效果好等特点。在石人沟铁矿空区探测的实践证明,基于CMS探测建立的三维可视化模型可以得到采空区的精准数据,为空区的处理、回采贫损控制及空区稳定性分析等提供了必要的参考。     

基于空区探测的采场超欠挖量计算及顶板安全分析

采用空区三维激光精密探测系统（3D Cavity Monitoring System，CMS）对金属矿开采形成的采空区进行精密探测，以探测数据为基础运用大型矿床建模软件SURPAC建立与矿山实际坐标完全一致的空区三维模型。将建立的空区探测模型与采场设计单元模型复合，并通过模型间的布尔运算，计算出采场的超挖量与欠挖量。用SURPAC对实际探测获得的空区模型进行剖切，并将剖切所获得的剖面与采场施工设计剖面进行对比，分析顶板巷道工程的安全状况，从而为矿山进一步改进采场回采设计和进行安全控制提供第一手资料。     

地下矿山空区失稳三维探查及可视化安全分析

针对某金属地下矿山I号矿床采空区失稳垮塌致使周边巷道遭到破坏的工程实际, 采用空区探测系统(CMS)对垮塌空区进行了现场三维探测, 获取了采空区失稳垮塌三维信息; 运用三维建模软件Surpac分别构建起垮塌采空区及其周边巷道的三维可视化模型, 以此为基础有效地确定了因采空区失稳垮塌致使巷道破坏的位置、范围和程度, 提出了采空区垮塌后给周边的凿岩、回风井等工程巷道带来的安全隐患。 实践表明, 这种基于空区失稳三维探查的可视化安全分析方法, 可直观、准确地掌握采空区失稳破坏相关信息, 从而为矿山制定科学合理的治理方案提供可靠的依据。     

采空区群失稳模型构建及隔离矿柱安全厚度研究

许多金属矿山存在采空区群安全隐患。基于CMS对某矿山的采空区群开展定期探测,形成动态监测机制,精确获取采空区群三维边界;研究构建空区群连锁式失稳模型：基于突变理论分析方法,构建了采空区顶板-隔离矿柱力学模型,提出隔离矿柱失稳的判据,计算合理的隔离矿柱安全厚度,阻断空区群连锁失稳过程。运用数值模拟验证了计算结果的合理性。研究表明通过精确控制隔离矿柱的安全厚度,可有效阻断空区群连锁失稳导致的工程灾害;计算结果为下一步资源回采方案提供了设计参考。     

国外某铜锌矿采空区治理方案研究

采空区的存留会对地表、地下开采都产生危害,需要及时治理。根据国外某铜锌矿的实际条件,分析了可能会对地表和地下开采产生的危害。为避免潜在危害发生,在完成采空区三维建模、明确其空间位置关系的基础上,进行采空区稳定性定性评价,将采空区划分为单独治理单元,进行治理方案筛选。结果显示,筛选出的采空区治理方案既能保证矿山的安全生产,也能获得较好的经济、社会效益。     

分段空场嗣后充填采矿法安全高效开采工艺实践

以某黄金矿山为实例,介绍了分段空场嗣后充填采矿法安全高效开采工艺应用,包括采切工程布置、回采工艺流程及参数、采矿设备等,并叙述了采空区CMS探测及残矿回采设计过程。该矿山多年的开采实践表明,该采矿方法能大幅度提高生产能力,降低综合成本,提高作业安全,实现矿体开采的安全、高效、经济的技术目标。     

复杂条件下不规则空区围岩冒落时空演化特征研究

复杂条件下不规则空区围岩冒落一直是裂隙岩体冒落研究领域的难点之一,岩性、断层、节理、空区形态及周边空区等条件越复杂,空区围岩冒落特性越难表征。石人沟铁矿开采M2矿体期间因下部民采空区突然冒透-210 m水平,形成埋深大、规模大、不规则且位于主要生产区域的M2主空区,同时该空区北侧还分布4个非法盗采诱发的隐伏空区,严重威胁了矿山安全生产。为此,提出了集三维探测、三维建模与三维数值模拟于一体的不规则空区围岩冒落范围预测方法。利用三维激光扫描技术探测空区形态与位置分布,在Rhino软件中利用复杂地层条件和空区最大不规则断面建立三维数值模型,基于3DEC研究周边空区开挖形成的采动应力影响下的M2主空区围岩时空演化特征,得到空区围岩最大冒落范围,并以空区水平截面半径和横向最大冒落范围之和确定安全隔离区半径,用以保障空区安全治理与周边矿体安全生产。研究表明：M2主空区围岩冒落活动在向上扩展的同时,也在沿矿体走向方向发展,且北侧围岩冒落范围远大于南侧。此外,通过开采安全隔离区外部南侧矿体,可有效利用已有采准巷道和中深孔穿孔工程,使该矿产能得到有效衔接。     

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。     

基于功效系数法的采空区稳定性判别方法研究

矿石开采后遗留下的采空区,对矿山而言始终是一种安全隐患,采空区的稳定与否关系到矿山的生产安全.本文根据矿山的实际情况,选取了5个最能充分反映采空区特征的参数作为评价指标,并基于变异系数法的客观性以及功效系数法的简单高效性,提出一种功效系数法采空区稳定性判别模型,并结合数值分析方法对某矿山7个采空区稳定性进行了判别与对比...     

地下开采转露天复采复杂采空区顶板厚度的研究

为研究地下采空区顶板厚度对后期露天开采的影响,以紫金山金铜矿地下开采转露天复采为研究背景,运用5种经典理论计算公式对单一采空区顶板厚度进行计算,得出了顶板厚度的优化值; 并结合FLAC^3D有限元软件分析了多个采空区相连时所需的顶板安全厚度,提出了最优的采空区矿房跨度取值。结果表明,采矿量相同时,采空区矿房跨度越小,顶板越稳定,最小安全顶板厚度越薄; 为提高开采效率及安全等级,可适当减小采空区的矿房跨度。     

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。     

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．     

尾砂胶结物充填采空区围岩稳定性数值模拟

矿柱的安全回采及采空区处理直接关系到矿山的可持续发展与人员的安全。以内蒙古某矿区铁锌多金属矿山工程地质为依据,采用超声波测试技术,探测多次爆破下回采巷道围岩损伤累计增长规律,通过尾砂胶结物充填技术,以FLAC3D模拟巷道围岩在外界荷载作用下的受力情况,主要是应力、应变及变形位移量的分析,对矿山安全回采方面具有较为重要的理论意义和工程应用价值。