三維掃描技術(shù)在溜井治理中的研究應(yīng)用

2021-11-03 06:20:16呂英磊

世界有色金屬 2021年14期

呂英磊

（青島金星礦業(yè)股份有限公司，山東平度 266748）

1 溜井井壁坍塌損壞工程分析

礦石溜井、廢石溜井、成品倉(cāng)在使用過(guò)程中，由于長(zhǎng)期受到礦石或廢石沖擊，再加上地質(zhì)構(gòu)造因素，溜井井壁有較大程度的坍塌損壞，嚴(yán)重影響到提升系統(tǒng)的正常運(yùn)行，造成礦區(qū)生產(chǎn)能力急劇下降，為阻止損壞情況進(jìn)一步發(fā)展及盡快恢復(fù)生產(chǎn)能力，整個(gè)溜破系統(tǒng)急需治理，治理前提條件就是獲取溜井坍塌損壞的實(shí)際空間信息，以便采取合理的治理措施和方案。

2 主要實(shí)施方案

為了精確獲取礦石主溜井的三維空間信息，傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)手段已無(wú)法采集礦石溜井和廢石溜井坍塌的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)，因此采用BLSS-PE礦用三維激光掃描儀采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，同時(shí)采用北京3Dmine軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以獲得溜井礦倉(cāng)精準(zhǔn)三維空間模型，為后續(xù)治理工作奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.1 BLSS-PE礦用三維激光掃描儀實(shí)測(cè)方案

BLSS-PE礦用三維激光掃描儀基本作業(yè)方法：徑向測(cè)量范圍300°，軸向測(cè)量范圍360°，掃描儀后方存在47°盲區(qū)；配備4根延長(zhǎng)桿，拼接延長(zhǎng)桿可伸入空區(qū)6m進(jìn)行掃描，；由于探入溜井內(nèi)部，無(wú)法給予BLSS-PE礦用三維激光掃描儀定位、定向，掃描數(shù)據(jù)為相對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)；最主要問(wèn)題在于一站掃描井深范圍在20m～30m以?xún)?nèi)，而溜井深度大（2#溜井全長(zhǎng)70m）遮擋較為嚴(yán)重，所以無(wú)法直接利用該掃描儀進(jìn)行溜井掃描。

為此，我們自行設(shè)計(jì)加工了小型吊箱，通過(guò)配備絞車(chē)、卷筒、穩(wěn)繩、重錘（25kg/個(gè)）下放裝置、定位定向繩等提升設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。吊箱通過(guò)兩根穩(wěn)繩固定，懸掛在主鋼絲繩上；BLSS-PE礦用三維激光掃描儀通過(guò)自行改進(jìn)固定件（如圖1）固定在吊箱下部，電源等輔助設(shè)備固定到吊箱內(nèi)；在井口搭設(shè)平臺(tái)，預(yù)留吊箱下放口，兩根定位定向繩固定在吊箱上，確保掃描儀姿態(tài)穩(wěn)定，如圖2所示；通過(guò)絞車(chē)下放吊箱依標(biāo)高分段掃描溜井形態(tài)，每一測(cè)站記錄掃描儀器相對(duì)標(biāo)高，同時(shí)全站儀測(cè)量定位定向繩平面位置確定點(diǎn)位、方向。

圖1 BLSS-PE礦用三維激光掃描儀改進(jìn)固定件

圖2 掃描數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)備

2.2 數(shù)據(jù)采集方案，多站拼接技術(shù)

以2號(hào)溜井為例：共計(jì)70m深，直徑約3m，井壁塌落嚴(yán)重，井壁巖幫不規(guī)則，多處遮擋，單站掃描無(wú)法獲取全部整體數(shù)據(jù)。BLSS-PE礦用三維激光掃描儀憑借多站拼接技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)2#溜井分標(biāo)高施測(cè)掃描，具體操作如下：

（1）在下放口固定皮尺于掃描設(shè)備“0”點(diǎn)處，皮尺方向沿鋼絲繩豎直向下；

（2）下放掃描設(shè)備一定高度，以便掃描井口數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全站儀與掃描儀數(shù)據(jù)拼接擬合定位定向，記錄第一站皮尺相對(duì)標(biāo)高1.95m，采集數(shù)據(jù)；

（3）在分別在距離井口下放水平14.30m，34.95m，41.1m，53.15m位置對(duì)溜井進(jìn)行掃描（掃描標(biāo)高位置根據(jù)實(shí)際需要，通過(guò)掃描數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整測(cè)站次數(shù)、測(cè)站標(biāo)高位置，以得到完整的溜井?dāng)?shù)據(jù)），通過(guò)多站拼接技術(shù)融合5站數(shù)據(jù)，得到整條溜井的相對(duì)掃描數(shù)據(jù)，如圖3所示。

圖3 2#溜井掃描點(diǎn)云多站拼接數(shù)據(jù)

2.3 數(shù)據(jù)絕對(duì)定位，圖形拼接擬合技術(shù)

雖采用兩根定位定向繩固定在吊箱上，全站儀測(cè)量定位定向繩平面位置確定點(diǎn)位、方向，確保掃描儀姿態(tài)穩(wěn)定。但由于鋼絲繩距太小，定位、定向誤差可能較大，因此配備全站儀對(duì)井口位置線性鋼軌、墻角等進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，得到實(shí)地坐標(biāo)。掃描采集數(shù)據(jù)的同時(shí)，對(duì)井口進(jìn)行數(shù)據(jù)重采集（確保重采集鋼軌數(shù)據(jù)），采用圖形拼接擬合技術(shù)，平差得到較高精度的點(diǎn)位和方向，確保工程質(zhì)量精度。

3 數(shù)據(jù)處理與分析

3.1 數(shù)據(jù)處理

依據(jù)通過(guò)多站拼接技術(shù)以及圖形拼接擬合技術(shù)定標(biāo)高、定位、定向處理后的整體“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)，運(yùn)用3Dmine數(shù)據(jù)軟件進(jìn)行三維實(shí)時(shí)建模，得到2#溜井三維激光掃描實(shí)體模型，如下圖4所示。