采空區(qū)的三維掃描探測(cè)及其在露天礦山中的應(yīng)用

1、基金項(xiàng)目：廣東省安全生產(chǎn)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目（201091）作者簡(jiǎn)介：崔曉榮（1980），男，博士，爆破工程師，工程力學(xué)專(zhuān)業(yè)，主要研究方向?yàn)楝F(xiàn)代爆炸技術(shù)與安全工程。采空區(qū)的三維掃描探測(cè)及其在露天礦山中的應(yīng)用采空區(qū)的三維掃描探測(cè)及其在露天礦山中的應(yīng)用崔曉榮1陸華2葉圖強(qiáng)1陳晶晶1（1、廣東宏大爆破股份有限公司廣州510623，2、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)北京100083）摘要摘要:在通過(guò)地質(zhì)鉆和潛孔鉆對(duì)采空區(qū)進(jìn)行鉆探的基礎(chǔ)上，利用鉆通采空區(qū)的空區(qū)探孔

2、，下放空區(qū)三維激光掃描儀對(duì)空區(qū)進(jìn)行掃描獲得空區(qū)形狀、方位、埋深等參數(shù)，為后續(xù)空區(qū)處理提供準(zhǔn)確資料。實(shí)踐證明，該方法無(wú)論對(duì)現(xiàn)有礦山規(guī)模的正常生產(chǎn)，還是后續(xù)銅硫大開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的基建工程和正式運(yùn)營(yíng)均大有裨益，創(chuàng)造了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)了大寶山礦的危機(jī)礦山轉(zhuǎn)型。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:露天多金屬礦；危機(jī)礦山；采空區(qū)；空區(qū)自動(dòng)掃描系統(tǒng)SurveyofUndergroundMinedoutAreasby3DAutoscanningLaserSysteminO

3、penMineCuiXiaong1LuHua2YeTuqiang1ChenJingjing1（1.GuangdongHongdaBlastingCoLtdGuangzhou510623China）（2.ChinaUniversityofMiningCrisismineUndergroundminedoutareaCavityautoscanninglasersystem1引言廣東省大寶山礦系多金屬礦山，按照其早期的規(guī)劃，礦區(qū)鐵、銅、鉛鋅

4、、硫主要以大型露天的形式開(kāi)采，露天開(kāi)采結(jié)束后再轉(zhuǎn)入井下開(kāi)采[1~3]。上個(gè)世紀(jì)八十年代，周邊民采對(duì)井下銅硫鉛鋅資源進(jìn)行了掠奪式開(kāi)采，其采出礦量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出大寶山礦井下采礦量；為了保護(hù)礦產(chǎn)資源，大寶山礦于1997年中止采場(chǎng)北部銅露天采區(qū)的作業(yè)，轉(zhuǎn)入井下開(kāi)采，形成南部露天鐵礦采區(qū)與井下銅硫鉛鋅采區(qū)聯(lián)合開(kāi)采的格局。因無(wú)序的農(nóng)民井下開(kāi)采偷礦，導(dǎo)致2004年發(fā)生三次大塌方，井下生產(chǎn)安全受到重大威脅；為此，大寶山礦區(qū)地下開(kāi)采于2005年8月15日停產(chǎn)整

5、頓，進(jìn)行系列的采空區(qū)研究和治理。復(fù)工后，逼迫停止井下開(kāi)采進(jìn)行單一的露天開(kāi)采，但井下的民采仍然很猖獗。目前，隨著露天開(kāi)采層面的下降，采空區(qū)的安全隱患越來(lái)越大，采空區(qū)施工安全意義重大：（1）扭轉(zhuǎn)目前采礦難以持續(xù)的局面，平穩(wěn)向“330萬(wàn)ta銅硫礦大開(kāi)發(fā)項(xiàng)目”過(guò)渡并為之注入一定量的啟動(dòng)資金；（2）是大開(kāi)發(fā)項(xiàng)目近40年采礦生命周期正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的保障，是國(guó)家環(huán)評(píng)、采礦證申請(qǐng)、上級(jí)部門(mén)投資和銀行融資等工作的決策依據(jù)。考慮到有色金屬礦井下開(kāi)采轉(zhuǎn)露天開(kāi)采

6、進(jìn)行礦產(chǎn)資源回收的歷史不長(zhǎng)，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，很多研究還不充分，現(xiàn)場(chǎng)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)還不全面[3~6]，所以工作過(guò)程中不斷總結(jié)和完善，摸索出一套相對(duì)完善的采空區(qū)鉆探與掃描的方法，并成功應(yīng)用到該危機(jī)礦山采礦施工中。3（1）連接探頭將主電纜線(xiàn)連接探頭的一端，從加長(zhǎng)件的鉆孔延伸桿連接頭處穿入、從連接銷(xiāo)端穿出，連接到探頭上。（2）連接加長(zhǎng)件和CALS探頭將加長(zhǎng)件連接到CALS探頭上，具體操作為：對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)連接銷(xiāo)，加上覆蓋部分，然后緊固兩個(gè)黃銅緊固螺

7、母（一個(gè)在加長(zhǎng)件上，另一個(gè)在探頭上），即可將加長(zhǎng)件連接到CALS探頭上（見(jiàn)圖2）。圖2CALS探頭連接探頭連接Fig.2ConnectionofCALSdetect（3）連接地面裝置接下來(lái)將主電纜線(xiàn)的另一端連接到地面裝置上。該地面裝置的左側(cè)有三個(gè)連接到所附電纜的端口，它們的用途分別為：直接連接到CALS探頭的主數(shù)據(jù)傳輸和電源電纜，連接到運(yùn)行CALS控制軟件的筆記本電腦的以太網(wǎng)電纜（亦可采用無(wú)線(xiàn)通訊的方式）和用于內(nèi)部電池充電或連接外部電源

8、的電源連接。（4）向系統(tǒng)供電完成上述1~3步后便可向系統(tǒng)供電，CALS可從地面裝置的內(nèi)部電池組、外部直流電源或交流電源獲取電能。連接完系統(tǒng)元件后，打開(kāi)地面裝置的電源開(kāi)關(guān)，探頭就會(huì)通過(guò)旋轉(zhuǎn)掃描頭來(lái)記錄編碼器零點(diǎn)標(biāo)志的方式進(jìn)行初始化。在這一開(kāi)始階段應(yīng)確保探頭的水平和垂直軸能夠自由旋轉(zhuǎn)，從而避免外界對(duì)掃描頭的水平樞軸和垂直樞軸產(chǎn)生過(guò)大的張力而損壞儀器。（5）配置鉆孔跟蹤桿鉆孔跟蹤桿的間距為一米，裝于相應(yīng)的鉆孔跟蹤桿架中。玻璃纖維材料的鉆孔跟蹤

9、桿的設(shè)計(jì)具有較好的靈活可動(dòng)性，探桿之間的鉸鏈保證了探頭不會(huì)從其原始位置發(fā)生橫向扭曲，從而能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供精確、穩(wěn)定的方位角。（6）鉆孔跟蹤用網(wǎng)線(xiàn)（黃色）將地面裝置和筆記本電腦連在一起，一旦網(wǎng)絡(luò)得到確認(rèn)，即可啟動(dòng)CALS控制軟件。鉆孔跟蹤時(shí)需要預(yù)先測(cè)量或者設(shè)定探孔孔位及三維掃描儀的方位角（用于采空區(qū)的定位），鉆孔口坐標(biāo)及探桿架方位角（ProbeAzimuth）確定并輸入以后，下放探頭（如圖3所示），同時(shí)可通過(guò)視頻輸出窗口查看探孔周邊情況（如