空区激光自动扫描系统在采空区探测中的应用

赵 兴，林 娟

(大宝山矿业有限公司， 广东韶关市 512128)

空区激光自动扫描系统在采空区探测中的应用

赵 兴，林 娟

(大宝山矿业有限公司， 广东韶关市 512128)

空区激光自动扫描系统(CALS)是先进的空区探测设备，在大宝山矿业有限公司采空区探测中得到了成功应用。通过CALS可以准确探测采空区的范围、顶板厚度等参数，可为空区上部露天台阶面作业人员和设备的安全提供保障，同时也可为采空区的处理提供详实的数据。

空区激光自动扫描系统(CALS)；采空区探测；采空区三维立体模型；采空区参数

0 前 言

由于长期以来的众多民采队伍的非法盗采，在大宝山矿区范围内露天坑下形成了大量不规则的采空区，而这些采空区没有位置、尺寸等详细资料。随着露天采矿的逐步向下推进，采空区垮塌风险也越来越高，给矿山的生产安全带来了严重的隐患。为探测露天坑下的不明采空区，大宝山矿业公司引进了国际上先进的空区激光自动扫描系统(CALS)，经过长期的应用实践，目前该系统已在矿山采空区探测中发挥着不可替代的作用，同时也逐步积累一整套使用方法及应用经验。

1 空区激光自动扫描系统(CALS)简介

空区自动激光扫描系统(CALS)由硬件和软件2部分组成，硬件包括方便携带及操作的主机、电缆、探头等，通过地面钻孔或竖井将探头下放至待探测的地下采空区，然后可对采空区进行360°全方位扫描，并实时呈现采空区的三维图像。软件为能装在普通笔记本电脑并实现远程操作的控制软件

扫描距离可达150m，测量精度为5～10 cm。可以在现场探测的同时自动生成三维点文件，通过进一步处理可转换成三维实体模型，并可把数据导入SURPAC、VULCAN、AutoCAD、DATAMINE等地质建模软件。

空区自动激光扫描系统探测过程分3个步骤:

(1)利用空区自动激光扫描系统进行现场探测；

(2)利用SURPAC软件对所测数据进行处理得到空区三维模型；

(3)利用三维模型获得采空区的尺寸等参数。

2 应用实例分析

本文以大宝山矿668采空区为例，详细介绍空区自动激光扫描系统在本矿采空区探测中的应用。668采空区面积大，形态复杂，在大宝山矿具有典型性。

2.1 空区自动激光扫描系统现场探测

根据352～37勘探线的生产勘探，发现该区域存在采空区，于是利用勘探孔(即钻孔1)对该区域地下采空区进行探测。

通过分析钻孔1的探测结果，发现该采空区左侧未扫描完全，可能在采空区内存在障碍物；右侧扫描点较为稀疏，部分区域仪器未接受到反射信号，故右侧存在范围较大的采空区，超出仪器的探测范围。根据采场生产计划，对右侧未探明空区补孔，并进行第二次探测。

通过补孔扫描，基本完成对该采空区的探测，从扫描图像中可以看出，采空区形态已经较为完整，将2次扫描的采空区复合在一起得到668采空区的完整图像，如图1所示。

将复合的668采空区图像导入CAD，并将采空区范围标注在采场现状图中，如图2所示，在现场对该范围予以警戒，以指导生产。

2.2 采空区三维模型

为了使采空区空间形态更加形象具体，并能准确统计采空区尺寸等参数，将扫描所得数据导入建模软件SURPAC，建立采空区三维立体模型，如图3所示。

2.3 采空区参数

通过采空区三维立体模型，可获得该采空区具体参数，如表1所示。

以上参数是计算采空区顶板稳定性的基本数据，同时也为爆破处理采空区提供了基本资料。

图1 668采空区扫描复合图像

图2 688采空区在采场现状图中的位置

图3 668采空区三维立体模型

表1 668采空区参数表

3 应用效果

空区激光自动扫描系统在大宝山矿业有限公司成功应用以来，共探测采空区40余次，探测采空区面积达2.2万m2，发现采空区体积约11.8万m3，其应用效果如下:

(1)根据已有采空区资料显示，大宝山矿业有限公司境界内采空区遍布于整个矿体，通过空区激光自动扫描系统的成功应用，为整个境界内可采矿量的释放提供可靠的基础技术资料。

(2)通过空区激光扫描系统探测采空区，不需要测量人员进入采空区进行实测，保证了人员与设备的安全。三维探测仪测得的采空区数据成图后，与实际掌握的采空区图纸相对照，二者比较吻合，扫描的采空区，目前部分已成功处理，创造了良好的安全效益。

4 结 论

空区激光扫描系统(CALS)在现场应用中的主要优点是方便、准确、快捷。该系统主要部件均方便携带，且无需人员进入地下井巷或采空区，只需要探头从地表钻孔或竖井等放入采空区即可完成探测。实时呈现采空区三维图像，并能在后期经过处理后形成完整的采空区实体模型，因此可以准确测量出采空区的尺寸、方位的各项参数。相比于传统的物探等方法，采空区的探测时间大大减少，甚至在现场探测的同时即可指导生产。

[1]刘希灵.基于激光三维探测的空区稳定性分析及安全预警的研究[D].长沙:中南大学，2008.

[2]姚 建.大宝山地下采空区稳定性分析及处理技术[D].长沙:中南大学，2006.

[3]陈 敏.金属矿山地下采空区风险评价体系的研究[J].采矿技术，2007，7(3):22-27.

[4]杨布华.我国非煤矿山地下采空区稳定性研究进展[J].矿产地质，2008，22(5):473-478.

2015-03-02)

赵 兴(1984－)，男，湖南永州人，采矿工程师，主要从事露天矿山境界内下覆采空区的安全防治技术工作，Email:22153486＠qq.com。