CALS地下空间和采空区三维激光扫描系统试验报告

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1、某露天金属矿业公司C-ALS地下空间和采空区三维激光扫描系统试验报告某露天金属矿业公司C-ALS地下空间和采空区三维激光扫描系统试验报告参加试验单位：北京优赛科技有限公司某露天金属矿业公司试验报告编制：北京优赛科技有限公司作者：李智田宇明二00九年十月二六日-1-某露天金属矿业公司C-ALS地下空间和采空区三维激光扫描系统试验报告某矿业公司C-ALS地下空间和采空区三维激光扫描系统试验报告1.引言由于地下采空区具有隐伏性强、空间分布特征规律性差、采空区顶板冒落塌陷情况难以预测等特点，因此，如何对地下采空区的分布范围、空间形态特征和采空区的冒落状况等进行量化评判，一直是困扰工程技

2、术人员进行采空区潜在危害性评价及合理确定采空区处治对策的关键技术难题。目前，地下空区已经成为制约矿山发展的一个重要难题，随着矿山向深部开采，地压增大，地下空区在强大的地压下，容易发生坍塌事故，尤其对地下转露天开采的矿山影响很大；地下开采残留大量的采场、硐室、巷道没有进行及时处理，对露天开采带来了严重的隐患，同时给矿山工作人员和设备带来严重的威胁。自20世纪末以来，我国矿业开采秩序较为混乱，非法无序的乱采滥挖在一些矿山及其周边留下了大量的采空区，这是影响目前矿山安全生产的主要危害源之一。如河南栾川钼矿、广西大厂矿区、甘肃厂坝铅锌矿、铜陵狮子山铜矿、云南兰坪铅锌矿、广东大宝山矿、湖

3、南柿竹园矿等许多矿山都存在大量的采空区，致使矿山开采条件恶化，引起矿柱变形、相邻作业区采场和巷道维护困难、井下大面积冒落、岩移及地表塌陷等，更为严重的是空区突然垮塌的高速气流和冲击波造成的人员伤亡和设备破坏，这些都给矿山安全生产构成严重威胁，并造成环境恶化、矿产资源严重浪费。解决上述问题的前提条件就是要科学地探查井下空区的即时状态和空间形状，为空区安全治理和资源回采提供准确的设计依据。结-2-某露天金属矿业公司C-ALS地下空间和采空区三维激光扫描系统试验报告合某矿山的实际工程地质条件，利用地下空间和采空区三维激光系统(C-ALS)对矿山的部分空区进行探测，了解其空区的形状、大

4、小和位置，运用其自带的软件进行编辑与成图。从而确定空区在矿山平面图上的具体位置，为空区的处理提供可靠的理论依据，从而确保作业工人和设备的安全。为了实现采空区隐蔽工程可视化和对采空区顶板安全厚度进行预警、预测分析，2009年10月22日，北京优赛科技有限公司的相关人员，在某矿业公司领导支持和有关技术人员的大力协助下，进行了露天X矿采空区的C-ALS钻孔式地下空间和采空区三维激光扫描系统成像现场试验。测试地点位于某矿业公司露天采场采空区域，试验初期某矿业公司的工程技术人员已经确定了采空区的大概位置，并钻探了探测孔（孔径140mm），利用探测孔使用C-ALS，成功实施了扫描试验。本次

5、试验共探测采空区三个，实现了地下空间的可视化。2.试验设备本次试验采用英国MDL公司研制的钻孔式地下空间和采空区三维激光自动扫描系统(Cavity-AutoscanningLaserSystem，C-ALS)，该系统能通过预先钻出的钻孔，将激光扫描头插入到采空区内部，从而快速、安全地勘查地下采空区的内部情况。C-ALS的主要是由：探头（左上），折叠提升杆（右上），线缆（左下）和地面单元（右下）组成。如图1。-3-某露天金属矿业公司C-ALS地下空间和采空区三维激光扫描系统试验报告图1C-ALS的核心配置C-ALS在现场的安装十分简单，只需将电脑和线缆连接到地面单元上，再将探头连

6、接到线缆的另一头，C-ALS的安装就完成了。折叠提升杆的作用是确保C-ALS在下放的过程中保证方位角的恒定。值得一提的是，C-ALS还提供了两根直流线缆如图2，它让C-ALS可以与汽车电瓶相连，为C-ALS提供持续的电力，这就使得C-ALS在野外长期的工作有了电力上的保障。图2直流线缆C-ALS扫描探头结构如图3所示，该扫描系统具有水平扫描和垂直扫描两种方式，适应于不同环境条件下的采空区扫描，扫描原理如图4所示。-4-某露天金属矿业公司C-ALS地下空间和采空区三维激光扫描系统试验报告仪器探头直径仅为50mm，可通过最小65mm的钻孔进入采空区内部进行扫描，最远探测距离150m

7、，精度5cm，最小角度分辨率0.1度，扫描速度为240点/秒。图3C-ALS扫描探头结构示意图(a)水平扫描方式(b)垂直扫描方式图4C-ALS扫描原理示意图3.试验过程3.1孔口坐标及方位角孔口坐标（英文为Collar）及方位角可以用GPS确定，后者也可用罗盘测量。C-ALS的完全定位只需一个孔口坐标作为定位的原点，有了原点坐标及方位角后C-ALS即可完成其余的定位。现场试验方式如图5所示。-5-某露天金属矿业公司C-ALS地下空间和采空区三维激光扫描系统试验报告控制台连接杆冒落岩石钻孔冒