探測掃描與監測系統在洛鉬集團露天礦的應用

徐榮軍,穆永慶,張承濤

(洛陽欒川鉬業集團股份有限公司礦山公司, 河南洛陽市 471542)

探測掃描與監測系統在洛鉬集團露天礦的應用

徐榮軍,穆永慶,張承濤

(洛陽欒川鉬業集團股份有限公司礦山公司, 河南洛陽市 471542)

空區的存在嚴重制約著礦山的建設與發展,給安全生產造成了很大的隱患。為解決該問題,洛鉬集團礦山公司先后研制、購置安裝了三維激光掃描系統與多通道聲發射監測系統等設備,組成了安全探測監測系統,保障了礦山的安全生產。

三維激光掃描;空區探測;空區監測

洛鉬集團礦山公司由地采轉為露采以來,空區造成的安全隱患嚴重制約著礦山的發展。地下開采所形成的上千個空區錯綜復雜、分布雜亂,形狀各異,其中有 100多個空區暴露面積超過 1000 m2,空區高度 5～50 m不等。為使礦山安全正常生產,洛鉬集團礦山公司先后研制、購置并安裝了探測監測設備,形成了對地下空區的探測掃描與監測系統,該系統的應用與正常運行對礦山的安全生產起到了保障作用。

1 探測系統

結合原有的采空區資料,根據生產安排和空區處理計劃,在保證人員和設備安全的基礎上,按 25 m×25 m采用牙輪鉆機或潛孔鉆機向下施工探測孔,對打透空區的孔采用空區三維自動激光掃描系統 (CALS)進行掃描,建立三維模型,從而確定出空區的位置、大小。

掃描系統由三維激光掃描儀和數據采集處理軟件兩部分組成。掃描儀由探頭、鉆孔跟蹤桿、電纜、地面裝置組成,探頭裝有激光模塊和激光攝像頭,直徑僅為 50 mm,可通過地面鉆孔延伸至地下空區進行勘測,可確保全方位 360°掃描,覆蓋高達 150 m范圍內的整個空間,然后經電纜將數據傳輸到地表便攜式 pc機中,形成鉆孔跟蹤的rhd文件和三維點云的fsc文件。將形成的rhd和fsc導入C-ALS Void works軟件便可建立模型、進行切片和體積計算,也可將建立的模型以 dxf文件導出。以 1360水平空區為例,該空區為常規開采留下的采高為 6.0 m,面積約 14000 m2的大型采空區。其掃描結果見表1。該空區在編輯軟件中所建立的實體模型見圖1。根據三維激光掃描儀獲取的點云數據所構建的三維實體信息,顯示掃描空區向東南方向延伸部分頂底板變化較大,底板為 1349,頂板為 1356,面積400 m2左右,為下部 1350空區,其余底板為 1356,頂板為 1365,兩層空區相互采透。

表1 1360水平空區掃描結果

圖1 1360水平空區實體模型

對掃描獲取的 1360水平空區進行水平投影,并置于 CAD各階段平面圖中。從圖2可以看出該空區與原有空區資料在位置和高程上都有很大變化。則本次掃描外圍原空區資料范圍內繼續施工探測孔,進一步探清該空區空間分布,為下一步空區處理提供依據。

2 監測系統

近年礦山公司與武漢安全環保院合作,聯合開發巖體聲發射多通道無線監測系統,該系統能夠做到對 16個測點同時進行 24 h連續監測,自身具有報警功能,人員只需到現場進行前期的安裝工作和后續的更換電源、拆卸工作。

圖2 1360水平空區水平投影

首先由技術人員研究原始采空區資料及空區三維激光掃描系統掃描數據,確定出危險區域。之后按 40 m×40 m布監聽孔,在孔內安裝傳感探頭并與孔外的發射天線連接,以便與室內的接收天線進行聯系,從而達到室內無線監測的效果。在巖體巖性較好 (原巖且不受結構面影響)的情況下,探頭監測范圍為一個以探頭為中心半徑約 50 m的球體,測點布置方式見圖3。

圖3 監測孔布孔方式

室內天線與電腦連接,每 1 min處理一次數據,以時間順序給出大事件、總事件、能率數據。監測人員 24 h不間斷觀測數據,發現異常時要結合現場作業情況分析原因,如果不是由于穿孔、鏟裝、運輸、爆破等引起的,則要將該情況及時向生產調度室反映,必要時停止該區域的生產施工,待地壓活動穩定后方可恢復生產。

3 結 論

三維探測掃描系統投入使用后,不但可以查明采空區的分布、大小情況和貫通關系,修正原有采空區賦存情況,而且為制定與采空區賦存狀況相適應的合理生產作業計劃提供了數據支持和技術指導,保證了人員設備以及生產的安全。

同時,監測系統的投入使用,大大降低了現場監測人員的勞動強度,保證了監測人員自身的安全,并提高了監測水平,為礦山的生產和決策提供了科學依據,保障了礦山安全生產和空區處理工作的順利進行。

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2010-02-02)

徐榮軍 (1969-),男,河南伊川人,助理工程師,主要從事采礦安全、露天爆破等技術,Email:362371935@qq.com。