基于三维激光扫描仪采场二步回采的指导应用

2023-05-29范才俊

新疆有色金属 2023年3期

范才俊

（赣州星哲安全咨询服务有限公司，江西兴国 342400）

地下矿山在开采时，受到岩石条件的不同，炮孔装药量的不同，对设计采场边界与实际采场边界有一定的出入[1-5]，在局部岩体存在断层、破碎较大的情况下，采场实际爆破边界与设计边界可能存在较大的差别，一步采很明显会出现超欠挖情况，如二步采还按照一步采设计边界进行二步采设计，因此，及时掌握矿体一步采实际情况，对科学评估一步采采场爆破效果及二步采回采设计有重大意义。某矿山采用无底柱分段嗣后充填法进行开采，矿山采场的充填量一直不知道，现对该矿山采场进行三维激光扫描，可得到采场的实际体积，较为准确的获得采场的充填量[6-10]。二步采根据一步采实际测量边界进行设计。降低矿山的损失与贫化。

目前，国内外对矿山采场超欠挖问题提出了不少解决办法，具有比较代表性的为CMS 的三维激光扫描技术，罗周全[11]等利用CMS 三维激光扫描技术，对矿山采场进行扫描，并对模型进行建模后，通过布尔运算，得到采场回采体积，存留的矿石量及矿山采下的废石量等。李建[12]等用BLSS-PE 扫描采场，得到采场的超欠挖体积等，对矿山回采及贫化具有指导意义。通过探测，测得采场在空间内实际位置，对矿山残矿回收提供准确的数据指导。邱振华[13]等利用CALS 钻孔式三维激光扫描测量对矿山隐覆性空区进行探测，得到空区实际体积及空区的实际采场边界和空间位置，为矿山安全提供数据指导。

1 空区三维模型的获取

1.1 空区模型现场数据采集

三维激光扫描仪在工作当中，发出光脉冲到达物体表面，物体表面接受到光脉冲后，反射回空区内壁坐标，最后传输到接收器内，在接收器内找到坐标点，对点云进行赋值，计算出两点的方位角，输入方位角，形成空区在空间内具体位置。接收器接收到点云信号，计算出P 点与扫描仪距离S。空区探测原理如图1所示；三维激光扫描仪坐标系统是在探头内部，仪器可以自定义:y 轴和x 轴在横向扫描面内，相互垂直，z轴与x，y形成的面互相垂直，空区探测目标点可以通过三维几何算出。现场扫面图如图2所示，空区定位坐标如表1所示。

图1 激光扫描原理

图2 现场进行扫描

表1 采场三维定位

1.2 三维实体模型的建立

利用三维激光扫描仪（VS150）对空区进行扫描，得到空区点云数据进行处理，把测得空区坐标赋值上，得到空区在空间位置。数据采用矿业软件SURPAC 打开，并进行处理、建模，获取空区在空间位置图。根据空区炮孔剖面图，对空区进行设计模型建模。

2 空区超挖欠挖量和二步采采场边界确定

2.1 空区超欠挖量的获取

通过对采场设计模型进行建模和实测模型进行对比分析，采用矿业软件SURPAC 里的实体模块，对采场的实测模型与设计模型进行布尔运算，得到采场超欠挖模型，如图3 和4 所示；得到采场超欠挖量。根据超欠挖量，算出采场总欠挖量，如表2所示。

图3 采场欠挖模型图

图4 采场超挖模型图

采场总欠挖量计算公式为：

式中：W——总欠挖体积，m3；

N——回采矿体单元体积，m3；

T——探测空区体积与回采矿体单元的公共体积，m3。

通过矿体超欠模型，计算出矿体实际超欠挖体积，根据矿体超欠挖模型及设计实测模型算出矿体总欠挖量，两种算法总欠挖量的值一样。通过总欠挖量可以得到采场的回收率，对每个采场都进行探测，算出年回收率。

表2 实测采场欠挖量计算

2.2 二步采采场边界的确定

矿山采场一步采采完形成一步采空区，会对一步采进行及时充填作业，然后再进行二步采矿柱作业，由于井下岩石条件、装药量多少、采矿方法等原因，一步采形成的空区往往与实际设计空区有一定的差别，二步采再进行回采时，如按照一步采设计进行回采，可能会采到一步采充填体内，造成二步采矿体贫化。三维激光扫描仪的使用，避免了这种情况。将一步采采场按照炮孔排线剖面进行剖切，得到一步采采场的设计剖面与实际剖面，可以看出矿体实际未采下区域，即矿体实际欠挖部位，如图5所示；在做二步采采场炮孔设计时，根据一步采场实际炮孔剖面图，进行二步采采场炮孔设计，可以提高矿体的回收率。对于一步采采场超挖部位，根据实际炮孔边界设计二步采采场炮孔边界，并留有0.8～1m 宽的保安矿柱，可以减少二步采采场充填体的混入，提高矿石的回收率，如图6所示。