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矿山地下采空区这样干,So esay!

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矿山地下采空区这样干,So esay!

分类:
行业动态
发布时间:
2018/08/27
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  采空区是由人为挖掘或者天然地质运动在地表下面产生的“空洞”,采空区的存在使得矿山的安全生产面临很大的安全问题,人员与机械设备都可能掉入采空区内部受到伤害。

  01应用背景

  地下开采所形成大量采空区安全隐患,普通测量方法已不能满足矿山对采空区管理和隐患治理的需求。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;精确的勘察采空区的空间位置,形态,变形观测,体积等三维立体的数据,科学科管理地下采空区,有效的提高安全生产。

  02现状与困难

  传统的勘察测绘手段

  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。

  传统的测绘勘察手段进行单点式与抽检式的测量,很容易丢失关键性的数据信息,新型的勘察技术手段将解决这些关键性的技术难题,为采空区的安全生产,安全性评价的可靠性,以及治理方案的合理性提供科学的依据。

  03新型勘察技术

  三维激光扫描技术又被称为实景复制技术,是一种全新的测量技术,它突破了传统的单点测量方法,具有高效率、高精度的独特优势,三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据,因此可以用于获取高精度高分辨率的数字模型。

  SLAM三维激光扫描系统,最大的用途是可以进行实时移动式的测量,快速进行采空区的数据采集,其主要是依靠SLAM算法。SLAM三维激光扫描系统是由:激光扫描仪(Laser Scanner)、惯性测量单元(Inertial measurement unit,简称IMU)与SLAM算法(simultaneous localization and mapping)三个主要要素组成。

  SLAM算法是这三大主要要素中最重要的,SLAM算法的好坏决定了解算出的移动轨迹的精准度,移动轨迹的精准度决定了空间场景三维数据的精准度。SLAM算法根据激光测距仪所获得三维数据中时间轴上共同的特征点加上IMU获取的姿态数据,进行实时解算设备从出发点移动的距离,角度信息,逆向的构建连续的空间场景数据。即被动式依据当前周围场景的数据实时计算出连续的空间数据。

  经过大量的项目实验与技术革新,华测推荐使用手持式SLAM移动激光扫描系统,GeoSLAM ZEB-REVO RT,该设备具备以下特点:

  GeoSLAM ZEB-REVO RT

  移动测量

  设备可适用于各种环境,尤其是复杂及封闭的空间,无需GNSS。灵活的接口和放置方式使得ZEB-REVO可以手持、安装在无人机、机器人上,或者安装在杆上以探入孔洞。重量仅有1kg,手持即可扫描多层空间,并基于最高IP64的防护等级,设备可经受严苛环境的考验。

  智能高效

  ZEB-REVO具备内置WIFI模块,智能手机或平板连接该设备WIFI,即可通过网页进入控制界面,实时显示扫描点云,实时显示扫描轨迹,数据通过WIFI可直接下载,操作简单快捷。只要几分钟培训,任何人都可以操作ZEB-REVO,测点速率高达43000点/秒,快速生成3D BIM模型。

  经济高效

  传统方式十倍的效率获取并建模复杂环境数据,使您可以成功在最短时间内完成项目,无需间断。比传统测量方式或静态扫描仪更快的速度,大大节省您的测量时间。ZEB-REVO也是您已有扫描硬件的强有力补充,相互结合,使作业更高效。

    GeoSLAM ZEB-REVO RT技术参数 

GeoSLAM  ZEB-REVO RT  主要技术参数

性能特点

最大测距

30m

数据获取速率

43200点/秒

分辨率

水平0.625°  垂直1.8°

视场角

270°*360°

电源电压

14.8V

电源电流

2.5A,最大10A

工作温度

+10~+30度

工作湿度

无冷凝

运载平台

手持/杆/车/机载

数据特点

默认输出文件格式

LAS/PLY/E57

通用性

兼容所有主流CAD软件

图形化用户界面

兼容任意平板或手机

系统精度

相对精度

±1cm

绝对精度

3~30cm(10分钟扫描,闭合)

传感器信息

激光安全等级

人眼一级安全激光

激光波长

905nm

扫描线速率

100HZ

扫描仪分辨率

水平0.625°

旋转速率

0.5HZ

电池

电池类型

锂离子电池

 

 

  04项目实施流程

  采空区路线规划及数据采集

  根据测区实际情况,结合绝对坐标控制点,规划行走路径,避免重复扫描;对巷道进行扫描,获得高质量点云数据。

  使用GeoSLAM ZEB-REVO RT手持式SLAM移动激光扫描系统进行井巷扫描,普通安卓设备,苹果设备,WIN设备均可连接ZEB REVO 所发射的WIFI,并控制,最终得到数据。

  通过向前移动的方式采集采空区的数据,设备的正前方会形成360°的球形扫描区域,从而完整的获取采空区的数据。

 

  点云数据

  采空区数据处理

  1 二三维联动查看点云数据,并显示移动轨迹

  数据查看

  2 采空区三维量测分析

  实现对线路任意点距离量测、面积量测。能够直接精确测量出各点的坐标、高程、任意两点间空间距离、任意点高程等。

  3 不同时间段的数据自动拼接

  地下采空区的工程量很大,短短数小时是无法完成全部的采集工作,不可避免的会多天采集数据,结合我们的项目经验,开发数据融合功能,可将第一天与第N天的数据相互融合,前提是有部分公共区域即可,提高作业效率。

  数据自动拼接效果

  数据拼接精度误差1公分

  4 采空区绝对坐标转换

  利用3个控制点把相对坐标转成绝对坐标,一定条件下可控制在5cm左右。

  5 采空区模型自动建模

  05采空区数据应用

  采空区体积计算

  采空区体积计算可用于生产验收,采空区回填等,数据可直接导入矿山专用软件,快速计算采空区体积,

  体积计算

  与传统验收方式比较,激光扫描具有多方面的优势

方式

传统

激光扫描

人员

多人

1人

安全性

接触式测量

靠近危险区

非接触测量

远离危险区

准确度

单点抽检式测量

精度较差

全方位立体测量

精度较高

效率

效率低

传统效率的7倍

 

  利用三维激光测量技术,可为采场体积计算、核定采矿量及为采空区回填提供数据支持。经实际验证,可完全满足验收需求。对于人员难以进入或较危险区域,可实现远距离安全快速验收,数据精确可靠。

  采空区安全监测和评价

  可通过多期的采空区数据进行对比,分析采空区的形变,可快速的定位危岩体的位置,体积,可协助矿山安全、地质、生产等部门作出判断,进行安全的处置有效避免地质灾害的发生。

  采矿设计与运维管理

  设计图与真实的采空区模型

  依靠激光扫描获取的真实的三维采空区数据,避免了二维图纸或模拟的采空区模型对于真实的采空区的描述有误的地方,通过真实的三维采空区模型用作于采矿设计,回填,监测,管理,等一体化的工作。

  数字化矿山

  随着国家对安全指标不断提高和采空区调查治理的重视,单一的井下信息系统已经不能满足信息化建设的需要,而目前利用传统测绘技术所建立的虚拟矿山模型不能够完整反映出真实矿山的原貌,达不到自动化采矿、智能采矿的需求。华测的无人机激光雷达系统可获取矿山外部的地形数据,SLAM激光雷达系统获取矿山内部的数据,两者结合,打造真实的数字化矿山系统。

  06应用优势

  1.使用SLAM扫描系统可以减小工作强度,以前3个人3天的数据采集时间可以由1个人一天完成,并且数据处理成图的时间缩短。

  2.SLAM扫描的数据更接近于实际现场,所生成的三维实体模型的体积更加准确。可以细化用于计算采充的实际量。

  3.扫描数据能清晰的反应现场,可以更合理的布设生产的风水电等,一目了然。

  4.平面位置和高程位置精度在0.03米-0.05米的范围。

  5.可以用于计算实际的充填量,解决控制成本难度大的问题。

  6.在保证安全的前提下,能高效、准确地测量人员无法进入的采空区和不能进入的危险区;

  7.扫描速度快,操作简单,自动完成扫描工作,数分钟就能查看三维结果,无需等待数日。

  8.探头可以沿任意角度进入采空区进行360°全方位扫描。

  07总结

  随着矿山开采,矿山空区安全问题日渐突出。如果处理不当,会对生产运营、回填治理、安全控制等多个方面产生影响,

  新型的激光测量技术,安全、高效、精确的获取空区数据,三维形态,并可量取所需的距离和计算截面积、体积等,从而能对现状及治理做出分析和判断,保障矿山的安全生产,科学有效的分析,管理空区。