郭树林
(煤炭工业晋中地方煤矿建设工程质量监督站,山西 晋中 030600)
三维激光扫描技术在煤矿井下地质构造带监测的应用研究
郭树林
(煤炭工业晋中地方煤矿建设工程质量监督站,山西 晋中 030600)
利用三维激光扫描技术对井下巷道、工作面揭露的地质构造实施有效监控,通过三维坐标变化及DEM模型变化,对顶底板、两邦进行实时数据监测,采取相应预防措施,预防井下地质构造造成的冒顶、地鼓、片邦等灾变。
三维激光扫描技术;三维坐标;地质构造带;监测监控;预防灾变
传统测量概念里,所测的的数据最终输出的都是二维结果(如CAD出图),在现在测量仪器里全站仪、GPS比重居多,但测量的数据都是二维形式的,在逐步数字化的今天,三维已经逐渐代替二维,因为其直观是二维无法表示的,现在的三维激光扫描仪每次测量的数据不仅仅包含X,Y,Z点的信息,还包括R,G,B颜色信息,同时还有物体反色率的信息,这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉,是一般测量手段无法做到的。
什么叫三维激光扫描技术?三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项高新技术,就是通过激光测距原理(包括脉冲激光和相位激光),瞬时测得空间三维坐标值的测量技术。利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据,可快速建立结构复杂、不规则的场景的三维可视化模型,既省时又省力,这种能力是现行的三维建模软件所不可比拟的。
三维激光扫描技术与传统测量技术相比具有如下一些特点:非接触测量,数据采样率高,主动发射扫描光源,分辨率高,测量精度高,数字化采集,数据兼容性好等特点。由于三维激光扫描测量系统具有快速性、实时性、高密度、高精度等特点,所以使用它对露天矿、地下矿井采空区进行扫描,可以很快地获得整个区域空间的位置及三维模型,从今可以监测地表沉降、边坡监控、尾矿库、绘制地形图、测高程等。井下巷道挖掘指导、安全防护、采空区测量、储量计算等相关工作。三维激光扫描仪测得的数据更为全面直观,为矿山生产和安全工作提供大量高精度的数据,该技术真正成为矿山“全天候眼睛”,为数字化矿山建设提供了坚实的技术支持。
三维激光扫描仪获取的点云数据经过数据预处理、拼接匹配、建立模型,最终得到高精度的DEM模型,这一过程应用三维激光扫描仪配套软件就可以完成。
1.利用三维激光扫描仪进行顶底板及两邦监测设计
随着井下采掘生产的进行,顶板中地质构造带逐步显现和揭露,比如,断层、褶曲、岩溶陷落柱等,这些构造的特点是顶板破碎或地应力集中,褶曲轴部矿山压力增大,如果处理不当极容易造成冒顶事故、片邦事故、地鼓事故。
利用三维激光扫描仪可以实时对顶板下沉变形进行监测监控,对煤壁移动进行监测监控,对地板向上变形进行监测监控,通过定时扫描,进行变形研究,对于超过正常变形范围的地带及时提出预警,采取防范措施,有效预防煤矿顶底板灾害和片邦灾害的发生,为煤矿安全生产提供技术支撑。
2.实现三维激光顶底板及两邦监测监控的方法步骤
首先,在井下地质构造带选择安全稳定地点做为监测仪器安置点,并对选择的观测站点做井下永久点标记,待点位干燥牢固后,进行三维激光扫描。
其次,在选择的监测仪器点安置三维激光扫描仪,进行三维激光扫描,得到扫描点云数据集合A={A1,A2,A3,…An};根据地质构造引起井下顶底板及两邦变化缓急确定扫描时间间隔,比如12小时,24小时或者更长。根据确定的扫描间隔时间再次进行扫描,得到扫描点云数据集合B{B1,B2,B3…Bn}。
第三,对得到的点云数据进行处理。
求出集合A和集合B中X,Y,Z数据的平均值。
A集合的三维坐标平均值为:
B集合的三维坐标平均值为:
两次扫描结果的三维坐标差为:
对得到上述两次扫描数据集,进行电脑数据云处理,得到井下监测区的DEM图形,并进行比较得到监测区域的位移情况,根据△X、△Y、△Z大小对井下特殊地质构造带顶底板、两邦实施有效监控对超限移动及时采取防控措施。
[1]李长春,薛华柱,徐克科.三维激光扫描在建筑物模型构建中的研究与实现[J].河南理工大学学报(自然科学版),2008,(2).
[2]冯兴隆.三维激光扫描技术在矿山测量中的应用[J].矿山测量,2009,(3).
TD
A
1673-0046(2012)8-0158-02