探測掃描與監(jiān)測系統(tǒng)在洛鉬集團(tuán)露天礦的應(yīng)用

徐榮軍,穆永慶,張承濤

(洛陽欒川鉬業(yè)集團(tuán)股份有限公司礦山公司, 河南洛陽市 471542)

探測掃描與監(jiān)測系統(tǒng)在洛鉬集團(tuán)露天礦的應(yīng)用

徐榮軍,穆永慶,張承濤

(洛陽欒川鉬業(yè)集團(tuán)股份有限公司礦山公司, 河南洛陽市 471542)

空區(qū)的存在嚴(yán)重制約著礦山的建設(shè)與發(fā)展,給安全生產(chǎn)造成了很大的隱患。為解決該問題,洛鉬集團(tuán)礦山公司先后研制、購置安裝了三維激光掃描系統(tǒng)與多通道聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)等設(shè)備,組成了安全探測監(jiān)測系統(tǒng),保障了礦山的安全生產(chǎn)。

三維激光掃描;空區(qū)探測;空區(qū)監(jiān)測

洛鉬集團(tuán)礦山公司由地采轉(zhuǎn)為露采以來,空區(qū)造成的安全隱患嚴(yán)重制約著礦山的發(fā)展。地下開采所形成的上千個(gè)空區(qū)錯(cuò)綜復(fù)雜、分布雜亂,形狀各異,其中有 100多個(gè)空區(qū)暴露面積超過 1000 m2,空區(qū)高度 5～50 m不等。為使礦山安全正常生產(chǎn),洛鉬集團(tuán)礦山公司先后研制、購置并安裝了探測監(jiān)測設(shè)備,形成了對地下空區(qū)的探測掃描與監(jiān)測系統(tǒng),該系統(tǒng)的應(yīng)用與正常運(yùn)行對礦山的安全生產(chǎn)起到了保障作用。

1 探測系統(tǒng)

結(jié)合原有的采空區(qū)資料,根據(jù)生產(chǎn)安排和空區(qū)處理計(jì)劃,在保證人員和設(shè)備安全的基礎(chǔ)上,按 25 m×25 m采用牙輪鉆機(jī)或潛孔鉆機(jī)向下施工探測孔,對打透空區(qū)的孔采用空區(qū)三維自動激光掃描系統(tǒng) (CALS)進(jìn)行掃描,建立三維模型,從而確定出空區(qū)的位置、大小。

掃描系統(tǒng)由三維激光掃描儀和數(shù)據(jù)采集處理軟件兩部分組成。掃描儀由探頭、鉆孔跟蹤桿、電纜、地面裝置組成,探頭裝有激光模塊和激光攝像頭,直徑僅為 50 mm,可通過地面鉆孔延伸至地下空區(qū)進(jìn)行勘測,可確保全方位 360°掃描,覆蓋高達(dá) 150 m范圍內(nèi)的整個(gè)空間,然后經(jīng)電纜將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降乇肀銛y式 pc機(jī)中,形成鉆孔跟蹤的rhd文件和三維點(diǎn)云的fsc文件。將形成的rhd和fsc導(dǎo)入C-ALS Void works軟件便可建立模型、進(jìn)行切片和體積計(jì)算,也可將建立的模型以 dxf文件導(dǎo)出。以 1360水平空區(qū)為例,該空區(qū)為常規(guī)開采留下的采高為 6.0 m,面積約 14000 m2的大型采空區(qū)。其掃描結(jié)果見表1。該空區(qū)在編輯軟件中所建立的實(shí)體模型見圖1。根據(jù)三維激光掃描儀獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)所構(gòu)建的三維實(shí)體信息,顯示掃描空區(qū)向東南方向延伸部分頂?shù)装遄兓^大,底板為 1349,頂板為 1356,面積400 m2左右,為下部 1350空區(qū),其余底板為 1356,頂板為 1365,兩層空區(qū)相互采透。

表1 1360水平空區(qū)掃描結(jié)果

圖1 1360水平空區(qū)實(shí)體模型

對掃描獲取的 1360水平空區(qū)進(jìn)行水平投影,并置于 CAD各階段平面圖中。從圖2可以看出該空區(qū)與原有空區(qū)資料在位置和高程上都有很大變化。則本次掃描外圍原空區(qū)資料范圍內(nèi)繼續(xù)施工探測孔,進(jìn)一步探清該空區(qū)空間分布,為下一步空區(qū)處理提供依據(jù)。

2 監(jiān)測系統(tǒng)

近年礦山公司與武漢安全環(huán)保院合作,聯(lián)合開發(fā)巖體聲發(fā)射多通道無線監(jiān)測系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠做到對 16個(gè)測點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行 24 h連續(xù)監(jiān)測,自身具有報(bào)警功能,人員只需到現(xiàn)場進(jìn)行前期的安裝工作和后續(xù)的更換電源、拆卸工作。

圖2 1360水平空區(qū)水平投影

首先由技術(shù)人員研究原始采空區(qū)資料及空區(qū)三維激光掃描系統(tǒng)掃描數(shù)據(jù),確定出危險(xiǎn)區(qū)域。之后按 40 m×40 m布監(jiān)聽孔,在孔內(nèi)安裝傳感探頭并與孔外的發(fā)射天線連接,以便與室內(nèi)的接收天線進(jìn)行聯(lián)系,從而達(dá)到室內(nèi)無線監(jiān)測的效果。在巖體巖性較好 (原巖且不受結(jié)構(gòu)面影響)的情況下,探頭監(jiān)測范圍為一個(gè)以探頭為中心半徑約 50 m的球體,測點(diǎn)布置方式見圖3。

圖3 監(jiān)測孔布孔方式

室內(nèi)天線與電腦連接,每 1 min處理一次數(shù)據(jù),以時(shí)間順序給出大事件、總事件、能率數(shù)據(jù)。監(jiān)測人員 24 h不間斷觀測數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)異常時(shí)要結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)情況分析原因,如果不是由于穿孔、鏟裝、運(yùn)輸、爆破等引起的,則要將該情況及時(shí)向生產(chǎn)調(diào)度室反映,必要時(shí)停止該區(qū)域的生產(chǎn)施工,待地壓活動穩(wěn)定后方可恢復(fù)生產(chǎn)。

3 結(jié) 論

三維探測掃描系統(tǒng)投入使用后,不但可以查明采空區(qū)的分布、大小情況和貫通關(guān)系,修正原有采空區(qū)賦存情況,而且為制定與采空區(qū)賦存狀況相適應(yīng)的合理生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃提供了數(shù)據(jù)支持和技術(shù)指導(dǎo),保證了人員設(shè)備以及生產(chǎn)的安全。

同時(shí),監(jiān)測系統(tǒng)的投入使用,大大降低了現(xiàn)場監(jiān)測人員的勞動強(qiáng)度,保證了監(jiān)測人員自身的安全,并提高了監(jiān)測水平,為礦山的生產(chǎn)和決策提供了科學(xué)依據(jù),保障了礦山安全生產(chǎn)和空區(qū)處理工作的順利進(jìn)行。

[1] 程文龍,于遇建.巖體測試與探測[M].北京:地震出版社,2000.

[2] 秦四清,李造鼎,等.巖石聲發(fā)射技術(shù)概論 [M].成都:西南交通大學(xué)出版社,1993.

[3] 文 興,唐紹輝,閉理楚.多通道聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)在礦山安全開采中的應(yīng)用[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2009,(3).

[4] 石志純,趙國彥,李發(fā)本.地下復(fù)雜采空區(qū)的探測[J].采礦技術(shù),2005,5(4):103～104,120.

[5] 陸富龍.巖體聲發(fā)射技術(shù)在露天采空區(qū)管理中的應(yīng)用[J].采礦技術(shù),2004,4(4):35～36.

2010-02-02)

徐榮軍 (1969-),男,河南伊川人,助理工程師,主要從事采礦安全、露天爆破等技術(shù),Email:362371935@qq.com。