三维激光扫描仪在阿舍勒铜矿的实践应用

汪超飞

（新疆哈巴河阿舍勒铜业股份有限公司 哈巴河 836700）

传统测量存在安全风险，因测量数据有限，缺乏实际参考价值，这导致采矿人员在进行二步骤采场设计时无法掌握矿房矿体形态，不能针对性优化设计，往往造成设计贫化损失的增大，同时地质人员据此数据估算的采场损贫数值比实际要小，计算数值不能反映真实采矿水平，对资源储量的管理和采矿技术的提升形成短板。为了弥补对矿山采空区无法准确测量的技术短板，给地质、采矿工作提供基础数据，引入由北矿院研发的三维激光扫描测量设备—BLSS-PE，主要用于矿山采空区测量，并对扫描的部分采场进行了损贫试计算，通过对计算方法多次修改，完成三维扫描仪数据计算结束采场损贫的初步应用，建立了对应的数据资料，为地质、采矿精细化管理提供数据支持。

1 三维激光扫描仪探测原理

三维激光扫描技术是利用激光测距的原理，对目标整体或局部进行三维坐标数据探测，进而得到目标完整的、全面的、连续的、关联的全景点原形及矢量化数据结构坐标数据—点云，然后由全面的后处理获取复杂的几何内容，如长度、距离、体积、面积、目标结构形变、结构位移及变化关系等，从而搭建出目标的整体结构及形态特性[1]。

2 三维激光扫描仪配套仪器设备

BLSS-PE 矿用三维扫描仪主要由扫描主机、电源箱、BLSS-PE测量系统软件输送系统、三脚架适配器、电脑等组成。使用范围为空区三维形态扫描、溜井形态获取与治理、爆破效果评价、出矿量评估复核、井巷工程验收、矿山三维高精度建模等方面。

3 空区三维扫描和数据处理

3.1 采场空区扫描

阿舍勒铜矿空区三维扫描一般进行两次，首次扫描为采场爆破全部完成后，为采矿制定欠爆矿体回收方案提供数据；第二次为采场现场验收完并尽最大可能回收残矿后，为最终采空区扫描，数据提供地质、采矿使用。原始扫描数据结果及效果展示如下图，图1 为200 中段2101#采场，图2 为300 中段1903#采场。该数据为删除飞点后的点云数据。

图1 200中段2101#采场

图2 300中段1903#采场

3.2 数据建模

在BLSS-PE测量系统软件中使用两点坐标映射命令给点云数据赋予绝对坐标，保存为dxf格式。借助Geomagic Wrap 软件，通过统一、删除噪音、封装、填充、删除钉状物、网格医生等多个命令得到封闭的实体模型，保存为dxf格式然后在surpac软件中使用。处理后的模型如下图所示，图3 为200 中段2101#采场，图4为300中段1903#采场。

图3 200中段2101#采场

图4 300中段1903#采场

4 三维扫描仪数据应用

4.1 采矿方面应用

（1）400～1503#采场矿房超爆。矿房超爆后，若相邻采场二步骤回采时仍然按正常方式设计大孔，会导致以下问题：较多充填体混入，贫化率增大；充填体混入，影响选矿；充填体有粘结性，导致残矿堆高；入溜井则易导致溜井堵塞；三维激光扫描仪与Surpac的联合应用，精准测量采场左右均超爆范围在1.5～2m 之间；确立采幅边界，做相邻采场采准设计时，对大孔硐室位置做相应调整，避免了大孔堵塞，通过合理布置孔位，减少充填体混入矿石中，降低贫化率。

（2）450-12#采场下盘垮落。该采场下盘的顶部及且底部均有一定程度的垮落，现场观察，顶部已经到矿岩交界处，且底部已垮有废石，初步判定矿体已垮落完毕，准备砌挡墙结束采场。扫描文件带入Surpac 中定位后发现，仅仅是下盘顶底边部，中间尚有部分矿体。据此数据，在下盘重新设计中孔精准爆破，共计落矿3000余吨。

（3）二步骤采准巷道，用三维激光扫描仪生成的文件与Surpac 联合，回采完毕建立各采场的数字台账。当二步骤打开时，据此依据，设计的采准巷道可精准的绕过残矿堆高的区域，确保施工安全。

4.2 地质方面应用

（1）计算结束采场损贫。目前对扫描已结束的采场进行了损贫计算，并建立了损贫台账资料和实测空区模型台账资料，并对单采场编制详实的验收报告。使用矿用三维激光扫描仪对采场进行扫描可以快速、直观地获取采场的三维数据，将扫描点云数据生成采场模型与采场设计模型进行对比可以非常清楚的掌握采场规模及残矿情况，然后再通过经济效益评价确定是否进行残矿回收[2]。

（2）二步骤矿房模型。因为一步骤采场存在超挖、欠采情况，导致二步骤生产矿房为不规则形态，提供精确的模型为二步骤采矿回采参数优化提供数据，可以达到降本增效之目的。

（3）资源储量核销和损贫管理。接近真实的损贫数据可以准确的反应资源消耗情况，为资源储量管理提供依据；同时，掌握真实数据可以更好地制定损贫指标，使损贫管理有的放矢。

5 应用效果评价

三维激光扫描技术提高了矿山数字化建设水平，可有效避免因在充填体中布孔导致大孔堵塞，减少了相邻采场的充填体混入量对于欠爆的采场，可形成三维的欠爆矿体模型，从而可精准设计补孔方案，最大程度提高矿石回收率。以此技术手段，建立所有采场残矿堆台账，可在二步骤打开巷道时准确绕开残矿堆积高的区域，确保施工安全。但也存在一些问题，原始扫描数据经第三方软件二次处理后，与实际形状有出入，需要设备厂家优化软件，避免对数据进行二次处理。目前属于初步应用阶段，尚未形成较完整体系，需进一步完善。