空區激光自動掃描系統在采空區探測中的應用

趙 興，林 娟

(大寶山礦業有限公司， 廣東韶關市 512128)

空區激光自動掃描系統在采空區探測中的應用

趙 興，林 娟

(大寶山礦業有限公司， 廣東韶關市 512128)

空區激光自動掃描系統(CALS)是先進的空區探測設備，在大寶山礦業有限公司采空區探測中得到了成功應用。通過CALS可以準確探測采空區的范圍、頂板厚度等參數，可為空區上部露天臺階面作業人員和設備的安全提供保障，同時也可為采空區的處理提供詳實的數據。

空區激光自動掃描系統(CALS)；采空區探測；采空區三維立體模型；采空區參數

0 前 言

由于長期以來的眾多民采隊伍的非法盜采，在大寶山礦區范圍內露天坑下形成了大量不規則的采空區，而這些采空區沒有位置、尺寸等詳細資料。隨著露天采礦的逐步向下推進，采空區垮塌風險也越來越高，給礦山的生產安全帶來了嚴重的隱患。為探測露天坑下的不明采空區，大寶山礦業公司引進了國際上先進的空區激光自動掃描系統(CALS)，經過長期的應用實踐，目前該系統已在礦山采空區探測中發揮著不可替代的作用，同時也逐步積累一整套使用方法及應用經驗。

1 空區激光自動掃描系統(CALS)簡介

空區自動激光掃描系統(CALS)由硬件和軟件2部分組成，硬件包括方便攜帶及操作的主機、電纜、探頭等，通過地面鉆孔或豎井將探頭下放至待探測的地下采空區，然后可對采空區進行360°全方位掃描，并實時呈現采空區的三維圖像。軟件為能裝在普通筆記本電腦并實現遠程操作的控制軟件

掃描距離可達150m，測量精度為5～10 cm。可以在現場探測的同時自動生成三維點文件，通過進一步處理可轉換成三維實體模型，并可把數據導入SURPAC、VULCAN、AutoCAD、DATAMINE等地質建模軟件。

空區自動激光掃描系統探測過程分3個步驟:

(1)利用空區自動激光掃描系統進行現場探測；

(2)利用SURPAC軟件對所測數據進行處理得到空區三維模型；

(3)利用三維模型獲得采空區的尺寸等參數。

2 應用實例分析

本文以大寶山礦668采空區為例，詳細介紹空區自動激光掃描系統在本礦采空區探測中的應用。668采空區面積大，形態復雜，在大寶山礦具有典型性。

2.1 空區自動激光掃描系統現場探測

根據352～37勘探線的生產勘探，發現該區域存在采空區，于是利用勘探孔(即鉆孔1)對該區域地下采空區進行探測。

通過分析鉆孔1的探測結果，發現該采空區左側未掃描完全，可能在采空區內存在障礙物；右側掃描點較為稀疏，部分區域儀器未接受到反射信號，故右側存在范圍較大的采空區，超出儀器的探測范圍。根據采場生產計劃，對右側未探明空區補孔，并進行第二次探測。

通過補孔掃描，基本完成對該采空區的探測，從掃描圖像中可以看出，采空區形態已經較為完整，將2次掃描的采空區復合在一起得到668采空區的完整圖像，如圖1所示。

將復合的668采空區圖像導入CAD，并將采空區范圍標注在采場現狀圖中，如圖2所示，在現場對該范圍予以警戒，以指導生產。

2.2 采空區三維模型

為了使采空區空間形態更加形象具體，并能準確統計采空區尺寸等參數，將掃描所得數據導入建模軟件SURPAC，建立采空區三維立體模型，如圖3所示。

2.3 采空區參數

通過采空區三維立體模型，可獲得該采空區具體參數，如表1所示。

以上參數是計算采空區頂板穩定性的基本數據，同時也為爆破處理采空區提供了基本資料。

圖1 668采空區掃描復合圖像

圖2 688采空區在采場現狀圖中的位置

圖3 668采空區三維立體模型

表1 668采空區參數表

3 應用效果

空區激光自動掃描系統在大寶山礦業有限公司成功應用以來，共探測采空區40余次，探測采空區面積達2.2萬m2，發現采空區體積約11.8萬m3，其應用效果如下:

(1)根據已有采空區資料顯示，大寶山礦業有限公司境界內采空區遍布于整個礦體，通過空區激光自動掃描系統的成功應用，為整個境界內可采礦量的釋放提供可靠的基礎技術資料。

(2)通過空區激光掃描系統探測采空區，不需要測量人員進入采空區進行實測，保證了人員與設備的安全。三維探測儀測得的采空區數據成圖后，與實際掌握的采空區圖紙相對照，二者比較吻合，掃描的采空區，目前部分已成功處理，創造了良好的安全效益。

4 結 論

空區激光掃描系統(CALS)在現場應用中的主要優點是方便、準確、快捷。該系統主要部件均方便攜帶，且無需人員進入地下井巷或采空區，只需要探頭從地表鉆孔或豎井等放入采空區即可完成探測。實時呈現采空區三維圖像，并能在后期經過處理后形成完整的采空區實體模型，因此可以準確測量出采空區的尺寸、方位的各項參數。相比于傳統的物探等方法，采空區的探測時間大大減少，甚至在現場探測的同時即可指導生產。

[1]劉希靈.基于激光三維探測的空區穩定性分析及安全預警的研究[D].長沙:中南大學，2008.

[2]姚 建.大寶山地下采空區穩定性分析及處理技術[D].長沙:中南大學，2006.

[3]陳 敏.金屬礦山地下采空區風險評價體系的研究[J].采礦技術，2007，7(3):22-27.

[4]楊布華.我國非煤礦山地下采空區穩定性研究進展[J].礦產地質，2008，22(5):473-478.

2015-03-02)

趙 興(1984－)，男，湖南永州人，采礦工程師，主要從事露天礦山境界內下覆采空區的安全防治技術工作，Email:22153486＠qq.com。