采空区激光探测及三维模型可视化研究
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摘 要：传统物探法探测空区受地质地形条件影响比较大、探测精度低，难以准确的获取空区的三维形态、实际边界、体积大小等信息。采用激光三维精密探测系统C-ALS对安庆铜矿开采形成的空区进行探测，以探测数据为基础结合AutoCAD软件强大的制图功能和Surpac矿山软件优越的建模功能建立采场实际空区的三维实体模型，将其与采场设计单元三维模型进行复合对比，运用布尔运算精确地计算出空区超挖量和欠挖量，为工程技术人员评估爆破效果、后期的空区治理、开展贫损控制提供了科学、准确的依据。
关键词：采空区；C-ALS；三维模型；超挖；欠挖
中图分类号：TD852；TP391.9 文献标识码：A 文章编号：
Study on laser detection of cavity and visualization of three-dimensional model
SU Cheng-zhe1 ZHANG Gou-shen1 KONG Jiao-jiao1 PENG Lin2
（1.Lanzhou Engineering＆Research Institute of Non-ferrous Metallurgy Co.Ltd., Lanzhou 730000,China
2. Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000，China ）
Abstract: The traditional geophysical method for cavity detection, being of low accuracy and impacted by geological and topographical conditions, is difficult to accurately obtain the three-dimensional shape of the empty area, the actual boundary, the size and so forth. 3D physical model for the cavity is built through the combination of survey data which is from the detection for the cavity formed by mining in anqing copper mine with using C-ALS and the functions of superior modeling software SURPAC and powerful mapping software CAD. Through composite comparing with three-dimensional model of stope design unit, the established model can accurately calculate the capacity for over--excavation and under—excavation of the gob by doing Boolean operations, which can also provide a scientific and accurate data for engineering and technical personnel to assess the blast effect, to govern the latter part of the empty area and to carry out the poor damage control.
Key words：Cavity ; C-ALS; 3D modle; Over-excavation ; Under- excavation
0 引 言
金属矿床开采过程中形成的采空区受地压和围岩稳定性的影响，容易发生围岩冒落、片帮，使采空区的实际边界呈现复杂且不规则形状，与原设计的开采边界对照存在较大的差异，如何准确的测定空区的实际形状，掌握采场的超挖量和欠挖量已经成了很多矿山亟待解决的现实问题。
目前，许多学者对采空区探测的方法做了许多有益的研究，车志强[1]根据铁矿开采前后磁场的变化特种，结合开采前的物探资料，利用超低频地质遥感法探查采空区的空间分布、埋深；牛超[2]采用高密度电法勘探对山东某金矿地下采空区进行探测，结果表明地下目标的实际位置、形状、埋藏深度与探测成果吻合；杨义彪[3]运用瞬变电磁法对采空区进行探测，将探测成果与工程钻探的结果对比，研究表明瞬变电磁法在铁矿采空区探测工作中效果显著；传统的物探法还有氡气探测法、地震勘测法、探地雷达探测方法、综合探测法等[4-7]。采空区物探法的种类虽然很多，但实际应用时还需根据实际的地质地形条件选用合适的物探法，只能开展对空区的二维探测具有一定的局限性，难以准确获取空区的三维形态、实际边界、体积大小等信息；对人员无法进入的空区，传统的物探测方法对空区信息的编译仍处于推测和估算的阶段。
随着科学技术的不断发展，三维激光探测系统（CMS）虽然可以实现空区三维探测，但扫描区域仍存在盲区[8]。本文以安庆铜矿采场空区为研究目标，采用能在360°范围内全方位进行精密探测的激光三位探测系统C-ALS来探测空区，以探测数据为基础结合AutoCAD软件强大的制图功能和Surpac矿山软件优越的建模功能，建立了采场实际空区的三维实体模型，将其与采场设计单元三维模型进行融合对比，可直观的观察到采空区边界超挖与欠挖的情况，运用布尔运算能精确计算出采空区的超挖量和欠挖量，为安庆铜矿工程技术人员评估爆破效果、改善爆破设计、制定充填方案、空区周边资源开采设计、开展贫损控制奠定了基础。