一种基于三维激光技术爆破露天矿山大型溶洞方法技术

本发明专利技术提供一种基于三维激光技术爆破露天矿山大型溶洞方法，属于露天矿山不良地质安全处置技术领域，包括：采用三维激光扫描仪对露天矿山地表和大型溶洞进行扫描，通过多个控制点的坐标将扫描数据配准到实际三维坐标，获取露天矿山地表和大型溶洞轮廓的三维点云数据；基于露天矿山地表和大型溶洞轮廓的三维点云数据，构建反映露天矿山地表与大型溶洞空间位置关系的三维空间模型；根据三维空间模型，结合露天矿山地质条件，设计含大型溶洞露天矿山的控制爆破技术方案，能够安全、高效又经济的对露天矿山开采重大安全隐患大型溶洞进行处置，具有重要的理论价值和广阔的应用前景，为含大型溶洞露天矿山安全生产提供技术保障。为含大型溶洞露天矿山安全生产提供技术保障。为含大型溶洞露天矿山安全生产提供技术保障。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维激光技术爆破露天矿山大型溶洞方法


[0001]本专利技术涉及露天矿山不良地质安全处置
，具体涉及一种基于三维激光技术爆破露天矿山大型溶洞方法。

技术介绍

[0002]三维激光扫描通过向待测物体发射激光信号，当激光信号遇到待测物体表面即被反射，接着被三维扫描仪接收装置所接收，通过激光发射角度和接受的反射激光信号可以准确计算待测物体表面反射点与三维激光扫描仪的三维空间相对坐标。三维激光扫描仪将对待测物体表面进行全方位的扫描，扫描后可以得到的百万级别的三维点云数据，通过对数据技术处理可以得到待测物体精确的三维模型。由于激光抗干扰性强、精度高和三维激光点云数据量大的特点，三维激光扫描技术在地质条件复杂的露天矿山溶洞测量方面具有广泛的应用前景。
[0003]可溶性岩石，受地下水长期冲蚀、溶蚀，易形成溶洞。特别是含量高、质纯优质的石灰岩，岩溶发育强烈，易形成规模较大的溶洞。在安全生产上，大型溶洞是露天矿山开采过程中的重大安全隐患，在大型溶洞上方作业时，因溶洞顶部塌陷而导致设备掉入塌陷坑，造成作业人员伤亡和设备损坏，形成安全事故。在经济上，在溶洞发育的石灰岩矿山进行开采作业，将大大增加开采难度和成本，在裂缝、溶洞较多且规模较大的岩溶发育区进行穿孔爆破时，因为被裂缝连通的相邻两钻孔的装药产生殉爆而改变原设计的起爆顺序，容易成片拒爆。由于岩溶断面阻止了爆破应力波的传播，爆炸气体产物大量从溶洞跑掉，严重影响爆破效果。因此，找到最为安全、高效和经济的大型溶洞处置方法，成为了亟待解决含大型溶洞露天矿山安全生产的关键技术问题。
[0004]目前在大型溶洞的测量方法上主要采用极坐标法，地质罗盘导向、测角，手持测距仪测距，该方法只能在大型溶洞中选择特征点进行测量，只能得到大型溶洞的粗略轮廓和容积大小，再加上大型溶洞内视线较差，测量人员在测量的过程中人为误差较大，因此采用上述方法不但浪费大量人力物力，而且最终的测量结果误差特别大，无法指导现场作业施工。为此，本专利技术提出一种基于三维激光扫描技术测量与处置露天矿山大型溶洞方法。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提出了一种基于三维激光扫描技术测量与处置露天矿山大型溶洞的方法，该方法提高了露天矿山大型溶洞测量精度，使最终得到的露天矿山大型溶洞三维模型更加接近于实际工程情况，同时对露天矿山大型溶洞处置施工进行指导，确保安全生产。
[0006]本专利技术提供了如下的技术方案。
[0007]一种基于三维激光技术爆破露天矿山大型溶洞方法，包括以下步骤：获取多个控制点在同一坐标系中的坐标；其中，多个控制点设置在待测量大型溶洞进口处；
采用三维激光扫描仪对露天矿山地表和大型溶洞进行扫描，通过多个控制点的坐标将扫描数据配准到实际三维坐标，获取露天矿山地表和大型溶洞轮廓的三维点云数据；基于露天矿山地表和大型溶洞轮廓的三维点云数据，构建反映露天矿山地表与大型溶洞空间位置关系的三维空间模型；根据三维空间模型，结合露天矿山地质条件，在含大型溶洞露天矿山的平面和剖面上布置炮孔，对露天矿山的大型溶洞进行爆破。
[0008]优选地，所述三维激光扫描设备采用基于SLAM技术的HM100便携式三维激光扫描仪。
[0009]优选地，所述控制点的数量为三个，在三个所述控制点上立上花杆或其他标志性点。
[0010]优选地，还包括：采用PointStudio8.0三维点云数据处理分析软件对分别露天矿山地表和大型溶洞三维点云数据进行抽稀和降噪处理。
[0011]优选地，还包括：采用PointStudio8.0三维点云数据处理分析软件通过在同一坐标系的3个不同控制点将露天矿山地表和大型溶洞三维点云数据进行整合，得到露天矿山大型溶洞整体三维点云数据。
[0012]优选地，所述三维空间模型的构建，包括以下步骤：利用3dmine矿业工程软件对露天矿山大型溶洞整体三维点云数据进行拟合建模，得到反映露天矿山地表与大型溶洞空间位置关系的三维空间模型。
[0013]优选地，所述对露天矿山的大型溶洞进行爆破，包括以下步骤：在含大型溶洞露天矿山的平面上布置炮孔，包括孔距a、排距b、孔径d以及每个炮孔中心的二维平面坐标；在含大型溶洞露天矿山的剖面上布置炮孔，包括每个炮孔底部距溶洞顶部长度L1、装药长度L2和堵塞长度L3；设计起爆网络，包括孔内延时时间t1、孔间延时时间t2和起爆顺序。
[0014]优选地，还包括：将露天矿山地表与大型溶洞的三维空间模型导入岩土数值模拟软件进行数值模拟实验，并结合该地质条件下的现场爆破试验，对含大型溶洞露天矿山精细控制爆破技术方案进行分析论证。
[0015]本专利技术的有益效果：本专利技术提出了一种基于三维激光扫描技术测量与处置露天矿山大型溶洞的方法，将新兴的三维激光扫描技术应用到了大型溶洞的测量中，采用三维激光扫描仪不仅可以准确得到大型溶洞表面大量点云数据，构建得到可准确反映露天矿山地表与大型溶洞空间位置关系的精细三维空间模型，精确度控制到毫米级；而且操作简便，无需接触待测大型溶洞表面。同时，通过该方法得到含大型溶洞露天矿山精细控制爆破技术方案，在安全生产方面，确保矿区现场人员和设备的安全，将爆破作业对周边建构筑物的伤害控制在容许的范围之内；在经济方面，通过对溶洞的处理，可以将溶洞上方为了安全生产保留的矿层变为可采矿层，增加矿山的可采矿量，提高矿产资源的利用率，提高企业的营业收入。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例的基于三维激光技术爆破露天矿山大型溶洞方法的流程图。
具体实施方式
[0017]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0018]实施例1本专利技术的一种基于三维激光技术爆破露天矿山大型溶洞方法。如图1所示：S1：利用三维激光扫描仪获取露天矿山地表和大型溶洞轮廓的三维点云数据：测量获取在待测量大型溶洞进口处设置的多个控制点在同一坐标系中的坐标；控制点的数量为三个，在三个所述控制点上立上花杆或其他标志性点。使用全站仪或RTK等设备，结合现场已有控制点，对扫描设备进行定位，可使用多个控制点进行检校，确保测量精度满足要求。
[0019]洞口现场准备，HM100便携式三维激光扫描仪包括主机、主电池、备用电池和电池充电器。
[0020]使用基于SLAM（同步定位与建图）技术的HM100便携式三维激光扫描仪进行外业测量，数据采集过程快速、简捷，单人手持设备在行走的同时即完成了外业数据采集工作，获取360
°×
360
°
的空间点云数据，能够准确体现溶洞细部轮廓特征。
[0021]S2：构建可准确反映露天矿山地表与大型溶洞空间位置关系的精细三维空间模型：采用PointStudio8.0三维点云数据处理分析软件对分别露天矿山地表和大型溶洞三维点云数据进行抽稀和降噪处理；采用PointStudio8.0三维点云数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维激光技术爆破露天矿山大型溶洞方法，其特征在于，包括以下步骤：获取多个控制点在同一坐标系中的坐标；其中，多个控制点设置在待测量大型溶洞进口处；采用三维激光扫描仪对露天矿山地表和大型溶洞进行扫描，通过多个控制点的坐标将扫描数据配准到实际三维坐标，获取露天矿山地表和大型溶洞轮廓的三维点云数据；基于露天矿山地表和大型溶洞轮廓的三维点云数据，构建反映露天矿山地表与大型溶洞空间位置关系的三维空间模型；根据三维空间模型，结合露天矿山地质条件，在含大型溶洞露天矿山的平面和剖面上布置炮孔，对露天矿山的大型溶洞进行爆破。2.根据权利要求1所述的基于三维激光技术爆破露天矿山大型溶洞方法，其特征在于，所述三维激光扫描设备采用基于SLAM技术的HM100便携式三维激光扫描仪。3.根据权利要求1所述的基于三维激光技术爆破露天矿山大型溶洞方法，其特征在于，所述控制点的数量为三个，在三个所述控制点上立上花杆或其他标志性点。4.根据权利要求1所述的基于三维激光技术爆破露天矿山大型溶洞方法，其特征在于，还包括：采用PointStudio8.0三维点云数据处理分析软件分别对露天矿山地表和大型溶洞三维点云数据进行抽稀和降噪处理。5.根据权利要求1所述的基于三维激光技术爆破露天矿山大型溶洞方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴通达，徐艳秋，杨代忠，马春锋，邵启伟，汪志林，李村亭，
申请(专利权)人：中国建筑材料工业建设西安工程有限公司，
类型：发明
国别省市：