三维激光扫描技术在采场回收率计算中的应用

孙 超 王继成 顾静心

（安徽马钢张庄矿业有限责任公司）

张庄铁矿是特大型地下铁矿山，采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法，开发利用方案设计回收率为85%。井下阶段高度为90 m，分盘区开采，盘区长100 m，盘区间留设18 m宽的盘区矿柱。盘区内垂直矿体走向交替布置一步、二步采场，采场长度为矿体厚度（最后可达164 m），一步采场宽度为15 m，二步采场宽度为18 m。

一步采场在爆破作业时，易受采场围岩岩性或者构造影响，导致采场边帮参差不齐，造成超爆或者欠爆问题，甚至引起侧帮大面积垮落。由于采场高度高，又已经形成采空区，无法近距离目视爆破效果，导致很难准确估算采场回采矿石量。采场实际回收率估算不准，给生产经营带来管理难题。

1 三维激光扫描仪介绍

1.1 系统工作原理

该设备激光发射器发出激光脉冲信号，经物体表面漫反射后，沿相同路径反射传回到接收器，通过不同对象对激光的光射时间差，可以计算目标点与扫描仪距离。控制编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观察值和纵向扫描角度观察值，最终获取被测物体表面每个采样点空间立体坐标。被测对象离散点的集合称为距离影像或点云。

1.2 技术优点

本次公司采购的三维激光扫描仪型号为MaptekSR3，具有扫描速度快、范围广、精度高、适应井下复杂环境等优点。该扫描作业过程中不需要光源，可以在黑暗中进行测量。采用主动发射扫描光源（激光），通过探测自身发射的激光回波信号来获取目标物体的空间数据信息，因此在扫描过程中，不受扫描环境的时间和空间限制［1-5］。

2 采空区建模

空区模型的建立需要经过空区数据采集、数据处理、创建模型3个环节。

2.1 数据采集

现场已知控制点在巷道顶板，用铅锤对准基座中心或者扫描仪顶部连接件的中心，2个中心在垂直方向的一条线上，通过站点后视对准的数据直接按照名称匹配即可配准到绝对坐标下。坐标对准后，引入到靠近采空区处，操作扫描仪配备的手簿进行数据采集作业。

2.2 数据处理

数据采集完毕后，首先将U盘插入扫描仪操作手簿，选中新扫描的点云文件，选择传输，新数据就会存储到U盘。然后通过Maptek软件完成点云数据匹配，生成该采场obj文件。

2.3 模型创建

采场obj文件导入到Geomagic Studio软件后，对数据进行技术处理，得到了采场空间表面信息，生成采场开采三维实体模型，如图1所示。通过体积查询功能，该采场模型实际空间体积为9.01万m3。

3 实际回收率计算

采场实际回收率是指从某采场内采出的矿石总量与该采场拥有的地质总储量的百分比。若想计算采场实际回收率，必须要同时计算出某采场采出的矿石总量和该采场地质总储量2个参数。开采后的采出矿石总量借助三维激光扫描仪来计算，开采前的地质总储量用DIMINE软件建立地质总储量模型来计算。下面以-390 m中段的503S采场作为案例进行计算实际回收率说明。

3.1 地质总储量模型建立

将井下揭露该采场的矿岩边界线地质素描CAD格式图导入到DIMINE软件中，利用实体建模模块功能生成三维地质总储量模型，如图2所示。通过体积查询功能，该采场地质总储量模型体积V1=10.67万m3。最后再导出Maptek和DIMINE软件互相兼容的CAD格式文件，方便下一步差异实体体积运算。

3.2 采场差异实体体积运算

利用Maptek软件的差异实体体积功能（图3），对采出铁矿石量进行运算，剔除了该采场上下盘围岩体积0.2万m3，得出了该采场中采出铁矿石的总体积V2=8.81万m3。

3.3 实际回收率计算

该采场开采前地质总储量、开采后采出总矿石量以及实际回收率计算公式分别见式（1）～式（3）：

式中，k为采场实际回收率；Q为采场开采前地质总储量，万t；q为采场开采后采出矿石总量，万t；V1为采场开采前矿石总体积，万m3；V2为采场开采后采出矿石总体积，万m3；t是该矿床的矿石密度，为3.39 t/m3。

根据式（1）和式（2），分别计算出该采场开采前地质总储量Q=36.17万t和开采后采出矿石总量q=29.87万t。依据式（3）计算出该采场实际回收率k=82.6%。

4 结 论

（1）三维激光扫描技术实现了该采场空区的空间“实景复制”，形成了空区模型，可以清晰地看出采场开采后的实际情况。

（2）该采场实际回收率为82.6%，低于设计回收率85%，原因主要是上盘三角矿体存在欠爆现象，导致了矿产资源的损失。

（3）基于三维激光扫描技术，精准计算出了采场实际采出矿石量和实际回收率，解决了以往回收率计算效率低、回采矿石量估算不精确等技术难点，可以为矿产资源管理提供参考依据。