I-Site XR3 三维激光扫描仪在某矿山采空区测量中的应用

周先，周建华

(青海鸿丰伟业矿产投资有限公司， 青海 海西州 817000)

1 矿山概况

某矽卡岩型低品位铁多金属矿，经多年小规模开采，在该矿山3200 m 中段4 线至10 线形成了大量采空区，开采过程中未及时对采空区进行实测成图和治理[1]。近年来随着铁矿石价格上升，经可行性研究分析，该矿具备了大规模开发的市场条件。为回采3200 m 中段采空区上部、3250 m 中段、−3300 中段和采空区上下盘矿石，制定合理的采矿设计方案，需要对采空区进行准确测量。使用传统测量仪器实测需要测量人员深入采空区，由于采空区形成时间长，空区高度高，顶板暴露面积大，无法保障测量工作的安全。I-Site XR3 三维激光扫描仪是能够快速准确感知的大范围远程测量系统，在地下采空区测量中利用手簿远程操控对空区空间形态进行扫描，能够准确获取采空区空间几何特征的点云数据。因此，采用I-site XR3 三维激光扫描仪对该矿山的采空区进行了测量，以保障后续生产的安全。

2 采空区实测

2.1 数据采集

某矿山3200 m 中段经多年无序开采，形成大量采空区并遗留较多未回采的矿体，经生产探矿探明3200 m 中段所遗留的残矿体仍具有较高的回采价值；但遗留的采空区分布不规律、资料不齐全、长期无人维护，空区局部垮塌严重，顶板边帮浮石多，若采用常规测量方法获取采空区三维空间形态，测量难度较大，人员安全无法保障，获取数据不全面。

为准确掌握采空区三维空间形态，在3200 m中段采空区附近巷道已有控制点利用三脚架架设I-Site XR3 三维激光扫描仪设置首站，在已知控制点架设三维激光扫描仪定位、定向，采用类似于全站仪后视测量的方式直接测量绝对坐标，保证架设点获取扫描点云数据在平面上与已知控制点位置相对应。

通过手簿与三维激光扫描仪无线链接，建立采空区测量作业名称，输入测站点、后视点坐标和仪器高等，调整三维激光扫描仪使指向激光准确对准后视点设置方位角，应用数据采集及扫描档位设置（即扫描时间，点间距和测量区域）功能实现在控制点基础上对首站附近的空间进行扫描，获取空间形态点云数据，在确保后续站点中采集的空间点云数据与前一站点具有30%重合度的情况下，可任意架站扫描获取其他站点的空间物体点云数据信息，节约人员设置测站点、后视点、仪器量高的时间，提高测量效率。

在每站扫描获取点云数据后，即时在手簿中查看每两站的点云数据是否具有30%的重合度，避免前后两个站点采集的空间点云数据重合度达不到30%的要求而返工。

2.2 数据处理

数据处理时，将数据从手簿导出，通过I-Site Studio 后处理软件“文件”中的“导入”功能，导入点云数据至软件中。已知点架设首站获取的点云文件可直接通过“按名称匹配”来完成采空区所在绝对坐标系的准确匹配；而后续站点获取的点云数据，则根据已知坐标的点云数据为基准，应用“全局匹配”功能实现在30%以上重合度的前后两站点云数据拼接，使其拟合拼接成连续的、完整的空间点云数据[2−3]。

点云数据完整拼接后，数据中会存在大量的噪点数据，可应用“过滤器”功能一次性去除，并且将与空区连接的巷道点云数据剔除，最终形成采空区真实的空间形态的点云数据[4−5]。

拼接完整后的点云数据根据绘图软件可分类导出与之相兼容的数据文件，提高点云数据的通用性。

2.3 模型建立、体积计算及边界生成

本次实测工作共获取3200 m中段采空区31 567个有效点云数据（见图1），通过I-Site Studio 后处理软件模型建立功能进行点云数据空间点三角网连接，进而创建模型，应用软件验证分析是否存在无相交、开方边等现象，最终形成真实反映采空区形态的三维立体模型（见图2）[6−8]。经软件计算得出4～6 线采空区体积为5143.399 m3，6～8线采空区体积为50 213.600 m3，8～10 线采空区体积为20 394.354 m3。在采空区三维立体模型的基础上可任意创建采空区各水平平面图、剖面图等图形，能准确反映出采空区形态、位置关系等，能够充分满足采矿方案设计的需要。

图1 某矿山3200 m 中段采空区点云数据

图2 某矿山3200 m 中段采空区模型

2.3 测量数据应用

将I-Site XR3 三维激光扫描仪实测的空区模型嵌入三维数字矿山软件生成的巷道和矿体模型后，通过任意切割剖面能准确反应出3200 m 中段开采现状，如图3、图4 所示，能够为相邻中段采矿设计提供准确的空间数据信息，有利于制定出合理的采矿设计方案和安全措施，保障下一步采矿生产的安全。

图3 3200 m 中段6 线剖面

图4 3200 m 中段8 线剖面

3 结论

I-Site XR3 三维激光扫描仪在某铁多金属矿的应用，解决了该矿山多年来使用传统测量仪器无法实测采空区的难题，完成了3200 m 中段4 线～10线走向长达400 m，采高8～42 m 的采空区实测工作，为下一步3200 m 中段残矿体回采和3250 m、3300 m 中段矿体开采制定安全、合理的方案提供了准确的基础数据。