三維激光掃描儀在阿舍勒銅礦的實踐應用

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)測量存在安全風險，因測量數(shù)據(jù)有限，缺乏實際參考價值，這導致采礦人員在進行二步驟采場設計時無法掌握礦房礦體形態(tài)，不能針對性優(yōu)化設計，往往造成設計貧化損失的增大，同時地質人員據(jù)此數(shù)據(jù)估算的采場損貧數(shù)值比實際要小，計算數(shù)值不能反映真實采礦水平，對資源儲量的管理和采礦技術的提升形成短板。為了彌補對礦山采空區(qū)無法準確測量的技術短板，給地質、采礦工作提供基礎數(shù)據(jù)，引入由北礦院研發(fā)的三維激光掃描測量設備—BLSS-PE，主要用于礦山采空區(qū)測量，并對掃描的部分采場進行了損貧試計算，通過對計算方法多次修改，完成三維掃描儀數(shù)據(jù)計算結束采場損貧的初步應用，建立了對應的數(shù)據(jù)資料，為地質、采礦精細化管理提供數(shù)據(jù)支持。

1 三維激光掃描儀探測原理

三維激光掃描技術是利用激光測距的原理，對目標整體或局部進行三維坐標數(shù)據(jù)探測，進而得到目標完整的、全面的、連續(xù)的、關聯(lián)的全景點原形及矢量化數(shù)據(jù)結構坐標數(shù)據(jù)—點云，然后由全面的后處理獲取復雜的幾何內容，如長度、距離、體積、面積、目標結構形變、結構位移及變化關系等，從而搭建出目標的整體結構及形態(tài)特性[1]。

2 三維激光掃描儀配套儀器設備

BLSS-PE 礦用三維掃描儀主要由掃描主機、電源箱、BLSS-PE測量系統(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、爆破效果評價、出礦量評估復核、井巷工程驗收、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 采場空區(qū)掃描

阿舍勒銅礦空區(qū)三維掃描一般進行兩次，首次掃描為采場爆破全部完成后，為采礦制定欠爆礦體回收方案提供數(shù)據(jù)；第二次為采場現(xiàn)場驗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、采礦使用。原始掃描數(shù)據(jù)結果及效果展示如下圖，圖1 為200 中段2101#采場，圖2 為300 中段1903#采場。該數(shù)據(jù)為刪除飛點后的點云數(shù)據(jù)。

圖1 200中段2101#采場

圖2 300中段1903#采場

3.2 數(shù)據(jù)建模

在BLSS-PE測量系統(tǒng)軟件中使用兩點坐標映射命令給點云數(shù)據(jù)賦予絕對坐標，保存為dxf格式。借助Geomagic Wrap 軟件，通過統(tǒng)一、刪除噪音、封裝、填充、刪除釘狀物、網(wǎng)格醫(yī)生等多個命令得到封閉的實體模型，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，圖4為300中段1903#采場。

圖3 200中段2101#采場

圖4 300中段1903#采場

4 三維掃描儀數(shù)據(jù)應用

4.1 采礦方面應用

（1）400～1503#采場礦房超爆。礦房超爆后，若相鄰采場二步驟回采時仍然按正常方式設計大孔，會導致以下問題：較多充填體混入，貧化率增大；充填體混入，影響選礦；充填體有粘結性，導致殘礦堆高；入溜井則易導致溜井堵塞；三維激光掃描儀與Surpac的聯(lián)合應用，精準測量采場左右均超爆范圍在1.5～2m 之間；確立采幅邊界，做相鄰采場采準設計時，對大孔硐室位置做相應調整，避免了大孔堵塞，通過合理布置孔位，減少充填體混入礦石中，降低貧化率。

（2）450-12#采場下盤垮落。該采場下盤的頂部及且底部均有一定程度的垮落，現(xiàn)場觀察，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，準備砌擋墻結束采場。掃描文件帶入Surpac 中定位后發(fā)現(xiàn)，僅僅是下盤頂?shù)走叢?，中間尚有部分礦體。據(jù)此數(shù)據(jù)，在下盤重新設計中孔精準爆破，共計落礦3000余噸。

（3）二步驟采準巷道，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的數(shù)字臺賬。當二步驟打開時，據(jù)此依據(jù)，設計的采準巷道可精準的繞過殘礦堆高的區(qū)域，確保施工安全。

4.2 地質方面應用

（1）計算結束采場損貧。目前對掃描已結束的采場進行了損貧計算，并建立了損貧臺賬資料和實測空區(qū)模型臺賬資料，并對單采場編制詳實的驗收報告。使用礦用三維激光掃描儀對采場進行掃描可以快速、直觀地獲取采場的三維數(shù)據(jù)，將掃描點云數(shù)據(jù)生成采場模型與采場設計模型進行對比可以非常清楚的掌握采場規(guī)模及殘礦情況，然后再通過經(jīng)濟效益評價確定是否進行殘礦回收[2]。

（2）二步驟礦房模型。因為一步驟采場存在超挖、欠采情況，導致二步驟生產(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)，可以達到降本增效之目的。

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

5 應用效果評價

三維激光掃描技術提高了礦山數(shù)字化建設水平，可有效避免因在充填體中布孔導致大孔堵塞，減少了相鄰采場的充填體混入量對于欠爆的采場，可形成三維的欠爆礦體模型，從而可精準設計補孔方案，最大程度提高礦石回收率。以此技術手段，建立所有采場殘礦堆臺賬，可在二步驟打開巷道時準確繞開殘礦堆積高的區(qū)域，確保施工安全。但也存在一些問題，原始掃描數(shù)據(jù)經(jīng)第三方軟件二次處理后，與實際形狀有出入，需要設備廠家優(yōu)化軟件，避免對數(shù)據(jù)進行二次處理。目前屬于初步應用階段，尚未形成較完整體系，需進一步完善。