激光扫描技术在矿山地质工作中的应用

崔方宁

(山东金岭矿业股份有限公司，山东淄博 255000)

矿山开发阶段的地测工作是掌握生产对象变化的一项专业技术工作，是矿山生产过程中的一项重要工作程序，它要完成一定的地测工作量，准确及时地提供矿床的矿量、品位、图纸等基础资料和相关技术经济指标。地测工作是矿山的基础工作。地质工作需要的数据就是地层构造、围岩及矿体产状、矿体的埋藏深度、地面的地貌地物等，其中后两部分要通过一定的测量手段将数据准确无误的标定到图纸或者电子资料中。

现在国内大多在测量领域使用的设备是全站仪、电子经纬仪、GPS-RTK。在遇到地形比较复杂、人员不足的情况下，利用此类技术略显缺憾。随着计算机技术的不断发展，Surpac、Datamine、DiMine等矿业工程软件已较成熟，在矿山三维可视化方面得到了广泛应用[1-2]，三维数字技术可清晰展示矿山地表、构造、矿体赋存等信息，I-Site isa激光扫描技术，已经成为获得大场景的精确测量和三维可视化的公认和常用技术。

非洲某铁矿地处塞拉利昂东北部苏拉山一带，距离首都弗里敦附近的佩佩尔港口约197km，有铁路贯通。矿区海拔200～880m，呈现谷缓顶平的地貌特征，峡谷的最低点海拔220～350m，属于低山—丘陵区。矿区地处热带季风气候区，雨季为每年5～10月，旱季为每年11～12月至次年4月。雨季易伴雷鸣及较强东风，干旱季节多发沙尘暴，能见度及湿度均较低[3-4]。本文以非洲某铁矿二号矿坑为例，利用激光扫描设备通过野外实测、数据处理、三角网编辑及地质解译等一系列流程，准确地获取地层、岩性及构造分布情况，以期给矿山三维数据模型更多地质信息反馈，及时修正矿山模型参数，使矿山模型更好的为矿山生产服务。

1 野外实测

将扫描设备固定在所需位置。不同的扫描位置会对结果产生不同的影响，采矿迎头高度和长度、地质条件、岩土条件的复杂程度等方面的差异，会影响结果的准确性。理想情况下，使用站点扫描距离迎头50～300m。离迎头越远，扫描分辨率就越低。如图1所示，扫描仪应扫描30°至迎头正常位置，离法线更远，数据会显著拉伸。

图1 数据收集

2 实测数据处理

2.1 数据保存及处理

扫描完成后，必须使用闪存驱动器从控制器单元收集数据以完成所有数据收集工作。在启动软件时创建一个新项目，选择文件并导入，选择文件夹图标并选择所需要的文件，然后运行。完成后会将扫描数据导入“查看”窗口。

2.2 数据导入并配准

找到文件位置，在出现的弹出窗口中选择导入类型为“测量点”。扫描数据和测量数据齐全后，进行地理配准。选择扫描和测量数据，按照注册→扫描到测量数据→按名称的步骤进行配准，见图2。

图2 地理配准窗口

3 冗余数据处理

所有扫描工作都会产生冗余数据，此类数据需要清理，以便生成标准的、整洁的、精确的数据。为了确保获得完整的图像，确保扫描图像之间没有间隙，在扫描边界处需要做一个小的重叠。这个重叠的区域要在I-Site中删除，否则会产生数据质量问题。删除重叠点和冗余点之前，需要将所选图像将突出显示，而其他图像将为灰色，是为了保证不能误删数据。

4 扫描图像进行三角网编辑

数据处理完毕后，在开始数字化之前或在导出到Datamine之前，按照选择编辑→扫描连接→连接这样的操作顺序进行三角网处理。从目录中选择所需的扫描文件，然后在图3所示的工具栏中选择“地形三角面”（以图框突出显示）。新的三角面成功创建后，就会出现在“曲面”存储器中。通过I-site的裁剪工具清理，清除三角面可能会有一些噪音（尖角、离散点等）。

图3 工具栏突出显示地形三角面的图标

5 扫描图像进行地质解译及处理

5.1 在Datamine中查看扫描及处理

在此矿山，地质专业的主要工作软件为Datamine，任何数据、图像资料等都要能够转化为Datamine能够兼容的的数据信息。打开Datamine后，从I-Site stu⁃dio导出的扫描将自动显示在Datamine的“线框”文件夹中。如果需要将从I-site导出的图像作为纹理附加到三角面上，可以通过将三角面拖放到工作区中来实现。在控制栏下，点击导入的三角剖视图以激活VR窗口。单击三角面并选择属性以启动“线框属性”对话框，如图4所示，在该对话框中，通过选择Datamine工作文件夹中浏览来图像。

图4 启动“线框属性”对话框

5.2 扫描图像详细解译

云层遮挡或阳光直射不利于于良好图像的获取，因为这通常会使图像看起来有冲刷感；还有扫描仪会根据相太阳的位置改变颜色，使图像呈现出不符合常理的紫色或蓝色。扫描图像导出为*.jpeg格式文件，要使用处理软件修正图像，以修改现场扫描中存在的缺陷。如果图像解译有偏差，可以通过VR视口来调整，启动加载对象环境效果，调整亮度、透明度、去雾等，将图像中的地质特征数字化。

6 结论

在矿山进行开采前，许多地质信息还没有揭露出来；有些地质信息就是在钻探的时候也是不可见的，需要在采矿生产进行过程逐步揭露并详细记录分析。通过利用激光扫描技术可以识别更多影响采矿生产的矿体的地质特征，而且可以记录矿山危险区域的地质特征。在矿山生产过程中，激光扫描技术能够收集到更多地质信息，并且能够将地质信息反馈给矿山勘探模型、地质模型及构造模型。