三維激光掃描儀在阿舍勒銅礦的實(shí)踐應(yīng)用

汪超飛

（新疆哈巴河阿舍勒銅業(yè)股份有限公司 哈巴河 836700）

傳統(tǒng)測(cè)量存在安全風(fēng)險(xiǎn)，因測(cè)量數(shù)據(jù)有限，缺乏實(shí)際參考價(jià)值，這導(dǎo)致采礦人員在進(jìn)行二步驟采場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法掌握礦房礦體形態(tài)，不能針對(duì)性優(yōu)化設(shè)計(jì)，往往造成設(shè)計(jì)貧化損失的增大，同時(shí)地質(zhì)人員據(jù)此數(shù)據(jù)估算的采場(chǎng)損貧數(shù)值比實(shí)際要小，計(jì)算數(shù)值不能反映真實(shí)采礦水平，對(duì)資源儲(chǔ)量的管理和采礦技術(shù)的提升形成短板。為了彌補(bǔ)對(duì)礦山采空區(qū)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量的技術(shù)短板，給地質(zhì)、采礦工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，引入由北礦院研發(fā)的三維激光掃描測(cè)量設(shè)備—BLSS-PE，主要用于礦山采空區(qū)測(cè)量，并對(duì)掃描的部分采場(chǎng)進(jìn)行了損貧試計(jì)算，通過(guò)對(duì)計(jì)算方法多次修改，完成三維掃描儀數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)束采場(chǎng)損貧的初步應(yīng)用，建立了對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)資料，為地質(zhì)、采礦精細(xì)化管理提供數(shù)據(jù)支持。

1 三維激光掃描儀探測(cè)原理

三維激光掃描技術(shù)是利用激光測(cè)距的原理，對(duì)目標(biāo)整體或局部進(jìn)行三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)探測(cè)，進(jìn)而得到目標(biāo)完整的、全面的、連續(xù)的、關(guān)聯(lián)的全景點(diǎn)原形及矢量化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)坐標(biāo)數(shù)據(jù)—點(diǎn)云，然后由全面的后處理獲取復(fù)雜的幾何內(nèi)容，如長(zhǎng)度、距離、體積、面積、目標(biāo)結(jié)構(gòu)形變、結(jié)構(gòu)位移及變化關(guān)系等，從而搭建出目標(biāo)的整體結(jié)構(gòu)及形態(tài)特性[1]。

2 三維激光掃描儀配套儀器設(shè)備

BLSS-PE 礦用三維掃描儀主要由掃描主機(jī)、電源箱、BLSS-PE測(cè)量系統(tǒng)軟件輸送系統(tǒng)、三腳架適配器、電腦等組成。使用范圍為空區(qū)三維形態(tài)掃描、溜井形態(tài)獲取與治理、爆破效果評(píng)價(jià)、出礦量評(píng)估復(fù)核、井巷工程驗(yàn)收、礦山三維高精度建模等方面。

3 空區(qū)三維掃描和數(shù)據(jù)處理

3.1 采場(chǎng)空區(qū)掃描

阿舍勒銅礦空區(qū)三維掃描一般進(jìn)行兩次，首次掃描為采場(chǎng)爆破全部完成后，為采礦制定欠爆礦體回收方案提供數(shù)據(jù)；第二次為采場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收完并盡最大可能回收殘礦后，為最終采空區(qū)掃描，數(shù)據(jù)提供地質(zhì)、采礦使用。原始掃描數(shù)據(jù)結(jié)果及效果展示如下圖，圖1 為200 中段2101#采場(chǎng)，圖2 為300 中段1903#采場(chǎng)。該數(shù)據(jù)為刪除飛點(diǎn)后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

圖1 200中段2101#采場(chǎng)

圖2 300中段1903#采場(chǎng)

3.2 數(shù)據(jù)建模

在BLSS-PE測(cè)量系統(tǒng)軟件中使用兩點(diǎn)坐標(biāo)映射命令給點(diǎn)云數(shù)據(jù)賦予絕對(duì)坐標(biāo)，保存為dxf格式。借助Geomagic Wrap 軟件，通過(guò)統(tǒng)一、刪除噪音、封裝、填充、刪除釘狀物、網(wǎng)格醫(yī)生等多個(gè)命令得到封閉的實(shí)體模型，保存為dxf格式然后在surpac軟件中使用。處理后的模型如下圖所示，圖3 為200 中段2101#采場(chǎng)，圖4為300中段1903#采場(chǎng)。

圖3 200中段2101#采場(chǎng)

圖4 300中段1903#采場(chǎng)

4 三維掃描儀數(shù)據(jù)應(yīng)用

4.1 采礦方面應(yīng)用

（1）400～1503#采場(chǎng)礦房超爆。礦房超爆后，若相鄰采場(chǎng)二步驟回采時(shí)仍然按正常方式設(shè)計(jì)大孔，會(huì)導(dǎo)致以下問(wèn)題：較多充填體混入，貧化率增大；充填體混入，影響選礦；充填體有粘結(jié)性，導(dǎo)致殘礦堆高；入溜井則易導(dǎo)致溜井堵塞；三維激光掃描儀與Surpac的聯(lián)合應(yīng)用，精準(zhǔn)測(cè)量采場(chǎng)左右均超爆范圍在1.5～2m 之間；確立采幅邊界，做相鄰采場(chǎng)采準(zhǔn)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)大孔硐室位置做相應(yīng)調(diào)整，避免了大孔堵塞，通過(guò)合理布置孔位，減少充填體混入礦石中，降低貧化率。

（2）450-12#采場(chǎng)下盤(pán)垮落。該采場(chǎng)下盤(pán)的頂部及且底部均有一定程度的垮落，現(xiàn)場(chǎng)觀察，頂部已經(jīng)到礦巖交界處，且底部已垮有廢石，初步判定礦體已垮落完畢，準(zhǔn)備砌擋墻結(jié)束采場(chǎng)。掃描文件帶入Surpac 中定位后發(fā)現(xiàn)，僅僅是下盤(pán)頂?shù)走叢浚虚g尚有部分礦體。據(jù)此數(shù)據(jù)，在下盤(pán)重新設(shè)計(jì)中孔精準(zhǔn)爆破，共計(jì)落礦3000余噸。

（3）二步驟采準(zhǔn)巷道，用三維激光掃描儀生成的文件與Surpac 聯(lián)合，回采完畢建立各采場(chǎng)的數(shù)字臺(tái)賬。當(dāng)二步驟打開(kāi)時(shí)，據(jù)此依據(jù)，設(shè)計(jì)的采準(zhǔn)巷道可精準(zhǔn)的繞過(guò)殘礦堆高的區(qū)域，確保施工安全。

4.2 地質(zhì)方面應(yīng)用

（1）計(jì)算結(jié)束采場(chǎng)損貧。目前對(duì)掃描已結(jié)束的采場(chǎng)進(jìn)行了損貧計(jì)算，并建立了損貧臺(tái)賬資料和實(shí)測(cè)空區(qū)模型臺(tái)賬資料，并對(duì)單采場(chǎng)編制詳實(shí)的驗(yàn)收?qǐng)?bào)告。使用礦用三維激光掃描儀對(duì)采場(chǎng)進(jìn)行掃描可以快速、直觀地獲取采場(chǎng)的三維數(shù)據(jù)，將掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成采場(chǎng)模型與采場(chǎng)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行對(duì)比可以非常清楚的掌握采場(chǎng)規(guī)模及殘礦情況，然后再通過(guò)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)確定是否進(jìn)行殘礦回收[2]。

（2）二步驟礦房模型。因?yàn)橐徊襟E采場(chǎng)存在超挖、欠采情況，導(dǎo)致二步驟生產(chǎn)礦房為不規(guī)則形態(tài)，提供精確的模型為二步驟采礦回采參數(shù)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)，可以達(dá)到降本增效之目的。

（3）資源儲(chǔ)量核銷(xiāo)和損貧管理。接近真實(shí)的損貧數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確的反應(yīng)資源消耗情況，為資源儲(chǔ)量管理提供依據(jù)；同時(shí)，掌握真實(shí)數(shù)據(jù)可以更好地制定損貧指標(biāo)，使損貧管理有的放矢。

5 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

三維激光掃描技術(shù)提高了礦山數(shù)字化建設(shè)水平，可有效避免因在充填體中布孔導(dǎo)致大孔堵塞，減少了相鄰采場(chǎng)的充填體混入量對(duì)于欠爆的采場(chǎng)，可形成三維的欠爆礦體模型，從而可精準(zhǔn)設(shè)計(jì)補(bǔ)孔方案，最大程度提高礦石回收率。以此技術(shù)手段，建立所有采場(chǎng)殘礦堆臺(tái)賬，可在二步驟打開(kāi)巷道時(shí)準(zhǔn)確繞開(kāi)殘礦堆積高的區(qū)域，確保施工安全。但也存在一些問(wèn)題，原始掃描數(shù)據(jù)經(jīng)第三方軟件二次處理后，與實(shí)際形狀有出入，需要設(shè)備廠家優(yōu)化軟件，避免對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理。目前屬于初步應(yīng)用階段，尚未形成較完整體系，需進(jìn)一步完善。