三維掃描技術在溜井治理中的研究應用

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、成品倉在使用過程中，由于長期受到礦石或廢石沖擊，再加上地質構造因素，溜井井壁有較大程度的坍塌損壞，嚴重影響到提升系統的正常運行，造成礦區生產能力急劇下降，為阻止損壞情況進一步發展及盡快恢復生產能力，整個溜破系統急需治理，治理前提條件就是獲取溜井坍塌損壞的實際空間信息，以便采取合理的治理措施和方案。

2 主要實施方案

為了精確獲取礦石主溜井的三維空間信息，傳統的測量技術手段已無法采集礦石溜井和廢石溜井坍塌的現場實際數據，因此采用BLSS-PE礦用三維激光掃描儀采集現場數據，同時采用北京3Dmine軟件進行數據處理，以獲得溜井礦倉精準三維空間模型，為后續治理工作奠定堅實的技術基礎。

2.1 BLSS-PE礦用三維激光掃描儀實測方案

BLSS-PE礦用三維激光掃描儀基本作業方法：徑向測量范圍300°，軸向測量范圍360°，掃描儀后方存在47°盲區；配備4根延長桿，拼接延長桿可伸入空區6m進行掃描，；由于探入溜井內部，無法給予BLSS-PE礦用三維激光掃描儀定位、定向，掃描數據為相對坐標數據；最主要問題在于一站掃描井深范圍在20m～30m以內，而溜井深度大（2#溜井全長70m）遮擋較為嚴重，所以無法直接利用該掃描儀進行溜井掃描。

為此，我們自行設計加工了小型吊箱，通過配備絞車、卷筒、穩繩、重錘（25kg/個）下放裝置、定位定向繩等提升設備進行數據采集。吊箱通過兩根穩繩固定，懸掛在主鋼絲繩上；BLSS-PE礦用三維激光掃描儀通過自行改進固定件（如圖1）固定在吊箱下部，電源等輔助設備固定到吊箱內；在井口搭設平臺，預留吊箱下放口，兩根定位定向繩固定在吊箱上，確保掃描儀姿態穩定，如圖2所示；通過絞車下放吊箱依標高分段掃描溜井形態，每一測站記錄掃描儀器相對標高，同時全站儀測量定位定向繩平面位置確定點位、方向。

圖1 BLSS-PE礦用三維激光掃描儀改進固定件

圖2 掃描數據采集準備

2.2 數據采集方案，多站拼接技術

以2號溜井為例：共計70m深，直徑約3m，井壁塌落嚴重，井壁巖幫不規則，多處遮擋，單站掃描無法獲取全部整體數據。BLSS-PE礦用三維激光掃描儀憑借多站拼接技術優勢，對2#溜井分標高施測掃描，具體操作如下：

（1）在下放口固定皮尺于掃描設備“0”點處，皮尺方向沿鋼絲繩豎直向下；

（2）下放掃描設備一定高度，以便掃描井口數據，實現全站儀與掃描儀數據拼接擬合定位定向，記錄第一站皮尺相對標高1.95m，采集數據；

（3）在分別在距離井口下放水平14.30m，34.95m，41.1m，53.15m位置對溜井進行掃描（掃描標高位置根據實際需要，通過掃描數據實時調整測站次數、測站標高位置，以得到完整的溜井數據），通過多站拼接技術融合5站數據，得到整條溜井的相對掃描數據，如圖3所示。

圖3 2#溜井掃描點云多站拼接數據

2.3 數據絕對定位，圖形拼接擬合技術

雖采用兩根定位定向繩固定在吊箱上，全站儀測量定位定向繩平面位置確定點位、方向，確保掃描儀姿態穩定。但由于鋼絲繩距太小，定位、定向誤差可能較大，因此配備全站儀對井口位置線性鋼軌、墻角等進行實地測量，得到實地坐標。掃描采集數據的同時，對井口進行數據重采集（確保重采集鋼軌數據），采用圖形拼接擬合技術，平差得到較高精度的點位和方向，確保工程質量精度。