三维扫描技术在溜井治理中的研究应用

2021-11-03吕英磊

世界有色金属 2021年14期

吕英磊

（青岛金星矿业股份有限公司，山东平度 266748）

1 溜井井壁坍塌损坏工程分析

矿石溜井、废石溜井、成品仓在使用过程中，由于长期受到矿石或废石冲击，再加上地质构造因素，溜井井壁有较大程度的坍塌损坏，严重影响到提升系统的正常运行，造成矿区生产能力急剧下降，为阻止损坏情况进一步发展及尽快恢复生产能力，整个溜破系统急需治理，治理前提条件就是获取溜井坍塌损坏的实际空间信息，以便采取合理的治理措施和方案。

2 主要实施方案

为了精确获取矿石主溜井的三维空间信息，传统的测量技术手段已无法采集矿石溜井和废石溜井坍塌的现场实际数据，因此采用BLSS-PE矿用三维激光扫描仪采集现场数据，同时采用北京3Dmine软件进行数据处理，以获得溜井矿仓精准三维空间模型，为后续治理工作奠定坚实的技术基础。

2.1 BLSS-PE矿用三维激光扫描仪实测方案

BLSS-PE矿用三维激光扫描仪基本作业方法：径向测量范围300°，轴向测量范围360°，扫描仪后方存在47°盲区；配备4根延长杆，拼接延长杆可伸入空区6m进行扫描，；由于探入溜井内部，无法给予BLSS-PE矿用三维激光扫描仪定位、定向，扫描数据为相对坐标数据；最主要问题在于一站扫描井深范围在20m～30m以内，而溜井深度大（2#溜井全长70m）遮挡较为严重，所以无法直接利用该扫描仪进行溜井扫描。

为此，我们自行设计加工了小型吊箱，通过配备绞车、卷筒、稳绳、重锤（25kg/个）下放装置、定位定向绳等提升设备进行数据采集。吊箱通过两根稳绳固定，悬挂在主钢丝绳上；BLSS-PE矿用三维激光扫描仪通过自行改进固定件（如图1）固定在吊箱下部，电源等辅助设备固定到吊箱内；在井口搭设平台，预留吊箱下放口，两根定位定向绳固定在吊箱上，确保扫描仪姿态稳定，如图2所示；通过绞车下放吊箱依标高分段扫描溜井形态，每一测站记录扫描仪器相对标高，同时全站仪测量定位定向绳平面位置确定点位、方向。

图1 BLSS-PE矿用三维激光扫描仪改进固定件

图2 扫描数据采集准备

2.2 数据采集方案，多站拼接技术

以2号溜井为例：共计70m深，直径约3m，井壁塌落严重，井壁岩帮不规则，多处遮挡，单站扫描无法获取全部整体数据。BLSS-PE矿用三维激光扫描仪凭借多站拼接技术优势，对2#溜井分标高施测扫描，具体操作如下：

（1）在下放口固定皮尺于扫描设备“0”点处，皮尺方向沿钢丝绳竖直向下；

（2）下放扫描设备一定高度，以便扫描井口数据，实现全站仪与扫描仪数据拼接拟合定位定向，记录第一站皮尺相对标高1.95m，采集数据；

（3）在分别在距离井口下放水平14.30m，34.95m，41.1m，53.15m位置对溜井进行扫描（扫描标高位置根据实际需要，通过扫描数据实时调整测站次数、测站标高位置，以得到完整的溜井数据），通过多站拼接技术融合5站数据，得到整条溜井的相对扫描数据，如图3所示。

图3 2#溜井扫描点云多站拼接数据

2.3 数据绝对定位，图形拼接拟合技术

虽采用两根定位定向绳固定在吊箱上，全站仪测量定位定向绳平面位置确定点位、方向，确保扫描仪姿态稳定。但由于钢丝绳距太小，定位、定向误差可能较大，因此配备全站仪对井口位置线性钢轨、墙角等进行实地测量，得到实地坐标。扫描采集数据的同时，对井口进行数据重采集（确保重采集钢轨数据），采用图形拼接拟合技术，平差得到较高精度的点位和方向，确保工程质量精度。