采空区三维激光扫描智能化监测技术研究和应用

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1、采空区三维激光扫描智能化监测技术研究与应用余乐文1，2，张达1，2，张元生1，2，王利岗1，2（1、北京矿冶研究总院,北京102600；2、金属矿山智能开采技术北京市重点实验室，北京102600）摘要：采空区危险、人员无法进入，为了实现采空区无人、自动监测，研制出基于三维激光扫描技术的采空区智能化监测系统,实现空区无人自动化监测。系统通过导轨自动伸入空区测量，将采集的点云数据传输到地面控制中心，通过软件处理获得空区三维形态，将多期测量数据进行对比，分析空区相对变形状况。试验表明，系统可准确判断空区变形位置和体积，为采空区智能化监测提供技术支撑。关键词：采空区；智能化；激光扫描；监测中

2、图分类号：TD178文献标识码：ATheresearchandapplicationofintelligentmonitoringforcavitybasedon3DlaserscanningscannerYULewen1，2,ZHANGDa1，2,ZHANGYuansheng1，2,WANGLigan1，2(1.BeijingGeneralResearchInstituteofMiningandMetallurgy，Beijing，China，102600；2.BeijingKeyLaboratoryofNonferrousIntelligentMiningTechnology，B

3、eijing，China，102600）Abstract：Theintelligentmonitoringsystemforcavitybasedon3Dlaserscannerisputforward,whichisunmannedandautomatic.Thecavityisdangerous,noonecanenter.Inordertoachievecavityunmanned,automaticmonitoring,developedtheintelligentmonitoringsystembasedonthetechnologyof3Dlaserscanning.Th

4、esystemcanautomaticallyinsertmobileedintothecavitymeasuredmeasuringbyrail,andtransmittingthepointclouddatatothecontrolcenter.Thethree-dimensionalshapeofcavityareobtainedbysoftwareprocessing,analysistherelativedeformationofcavitybymulti-phasemeasurementmeasureddatacomparison.Testsshowedthatthesy

5、stemcanaccuratelydeterminethelocationandsizeofthedeformation,itprovidestechnicalsupportforintelligentmonitoringofcavity.Keywords：cavity;laserscanning;intelligent;monitoring0前言在经济和社会快速发展的推动下，我国已成为矿产资源消费大国，矿产资源消耗量激增。随着地下矿山开采深度的不断增加，开采矿产资源形成的地下采空区安全隐患日益严重，容易出现采场及巷道的大面积冒顶、片帮和严重的闭合变形，进而发生垮塌事故，造成矿山重大

6、经济损失甚至人员伤亡。因此，科学地揭示井下采空区的三维形态、实现智能化监测对矿山的生产和安全有着非常重要的作用[1-24]。在传统的采空区变形监测方法中，主要采用顶板沉降仪、收敛计、伸长仪以及水准仪、经纬仪等测量学方法等手段，但是存在监测点少、安装难度大、劳动强度大、效率低、精度低等问题[35-57]。针对上述问题，开发出一套采空区三维激光扫描智能化监测系统，实现对采空区整体监测，具有非接触、高精度、高效等优点。1、工作原理采空区三维激光扫描智能化监测系统通过多期在固定测量点扫描采空区三维形态，根据扫描结果分析空区是否发生冒顶、片帮等岩壁垮落，并能精确测定岩壁垮落的发生部位和垮落体积

7、[68-79]。系统通过激光发射到接收之间的时间差来计算距离，同时内置精密编码器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度观测值和纵向扫描角度观测值，如图1所示，由此可计算任意点的三维坐标[10-12]。得到任意点坐标的计算公式：(1)距离计算方程为：(2)式中，为激光在大气中的传播速度，为激光在待测距离上的往返传播时间。图1计算原理图Fig.1Calculationprinciple2、监测系统简介采空区三维激光扫描智能化监测系统由三维激光扫描主机、控制系统、通信