摘要：本文主要介绍了三维激光扫描技术，并将其与传统的云测量方式进行对比，明确激光扫描技术在测量中的优势，进一步介绍了三维激光扫描技系统的结构组成，对基于三维激光扫描技术的金属矿山采空区测量精度进行了研究，并分析了激光扫描技术的具体应用实例，供相关工作人员参考借鉴。
关键词：采空区；金属矿山；三维激光扫描技术；测量精度
1 引言
至今为止，我国的矿山开采技术还一定程度上的落后于发达国家，在进行矿山开采的工作中，准确的测量对于开采工作的效率及安全性都有着较为深远的影响。三维激光扫描技术在测量工作中的应用，极大程度的提高了测量工作的效率与数据的精准程度。
2 三维激光扫描与传统扫描技术测量精度对比
三维激光扫描是一种利用极坐标的测量方式对采空区进行数据采集、计算、分析的技术方法[1]。在我国传统的金属矿山采空区测量过程中，通常采用云计算的方式进行矿山采空区的数据收集，云计算能够有效分析出被测空间的几何特点并建立空间数据库。三维激光扫描在进行金属矿山采空区测量时，通过角度测量系统与激光测距设备的结合使用，可以精准的采集处于复杂空间的物体在反射强度、斜距以及水平方向的相关数据，并将测量过程中采集到的数据进行自动据计算和储存。随着激光设备测量技术的发展与进步，目前的三维激光扫描技术可以实现在距离北侧对象一千多米的位置进行数据测量采集。
与传统的云计算方式对比，三维激光扫描技术可以直接获取被测目标的空间数据，从而使得扫描测量得到的数据更加精准。三维激光扫描技术的扫描频率高达十几万每秒，通过传输控制协议/因特网互联协议将测量数据准确无误的存储在计算机当中，并通过通用串行总线将被测空间的场景信息图像直接传输至计算机系统，然后进行智能化电脑点云数据处理，最后通过计算机辅助设计系统构建被测空间的三维模型。因此三维激光扫描技术除了具有更为便捷外的特点为，扫描测量得到的数据也照比传统的扫描方式所得到的数据更为精确[2]。
3 三维激光扫描系统结构
3.1三维激光扫描系统中的主机结构
扫描主机是三维激光扫描系统中的重要组成部分，扫描主机的主要作用是获取被测金属矿山采空区的空间数据、通过计算机辅助设计系统构建被测空间的三维模型、智能化自算采空区的形变量。
3.2三维激光扫描系统中的伸缩结构
要想使得金属矿山采空区的测量过程更加智能化，三维激光扫描系统在实际的扫描过程中就必须配备自动化伸缩装置。在扫描仪在对金属矿山采空区进行扫描时，三维激光扫描系统中的伸缩结构带动主机向被测空间的边界移动，进行采空区整体扫描，在扫描结束后，伸缩结构可以及时将主机带回储藏室，有效保护主机结构不受损坏。
3.3三维激光扫描系统中的远距离控制结构
远距离控制结构是通过通讯系统控制井下数据自动化采集的结构，可以更加高效、便捷的获取被测的金属矿山采空区的形变数据。
3.4三维激光扫描系统中的识别与计算结构
金属矿山采空区的范围较大、空间形态复杂，部分角落三维激光扫描设备无法到达，形成了扫描盲区。这些盲区的数据只能通过计算机计算的方式进行采集，三维激光扫描系统中的识别与计算结构可以通过八叉树法进行形变数据计算，通过点云计算在不同时段下的形变计算方法，在计算机上设计具体的采空区形变模型，查找采空区的数据结构。在计算的过程中应当注意的是，采空区出现的点云差异点并不是采空区的形变点，要想确保识别出形态真正区域，必须结合滤波算法进行盲区的识别与计算[3]。
4 基于三维激光扫描技术的金属矿山采空区测量精度研究
4.1精准把握边界信息
三维激光扫描技术在金属矿山采空区测量工作中的应用使得相关工作人员获得了更为精确的采空区边界信息，有效提高了管理人员对于采空区的管理水平，为采空区边界的动态管理提供了精准的数据支持，对于相关的设计巷道、开采矿体工作也具有重要的实际意义。三维激光扫描技术对孔区、顶板面积范围、采空区体积进行了准确的测量，并计算了巷道的体积和面积，在计算机辅助设计系统中构建了采空区的三维立体模型，对采空区内的断层、矿体进行直观呈现，强化了工程设计的有效性并对矿山的危险区域进行了科学监测对于采空区边界的动态管理提供了精准的数据支持[4]。
4.1.1数据采集与处理
采集采空区空间数据，进行数据的智能化计算机处理，计算采空区的顶面面积与整体空间体积，在计算机系统中构建三维模型，把握采空区边界数据。为控制与计算回采贫损、设计矿柱爆破、采空区填充提供精准的数据支持[5]。
4.1.2扫描数据分析
利用计算机智能化计算系统对于三维激光扫描仪采集到的数据进行分析处理，可以有效的帮助相关工作人员展开金属矿山的开采、建设等施工作业。
结合金属矿山采空区的高度、体积、面积，分析采空区平剖面回采设计，对比辅助设计系统中的采空区三维立体模型，可以更准确的对采空区的安全性做出评价。如采空区的高度不够，在进行矿石开采的过程中设计高度不合理会导致爆破进行后无法顺利回收丁柱材料。或者通过数据分析发现，采空区的对向位置的边帮和顶板出现较为明显的跨落，实际采矿量较比预测量高出许多，则说明采空区已经发生垮塌现象，安全性较差，应该及时进行填充，强化安全管理。
4.2信息化管理
大规模的地下开采，采空区数据难以精确掌握，会产生巨大的安全隐患，直接威胁工作人员的生命安全，为要有效解决这一问题，就必须对采空区的边界信息进行精准把握。三维激光扫描技术在进行采空区测量时采用了非直接接触的方式，不仅强化了测量工作的效率，也提升了测量工作的安全性，并通过计算机技术实现了采空区边界信息可视化，通过这种数字化的管理保障了矿山建设的安全性能。
5 工程实例探究
某矿业公司应用了三维激光扫描技术进行了对金属矿山采空区的测量实验。在实验开始时，该公司首先安排了相应的技术人员对采空区的位置进行了预判，确定位置后，展开了测量工作。本次测量中，该公司分别探测了三个采空区，下图为三号采空区的三维形态。
图一 采空区全貌及钻孔示意图 图二 采空区三维包络图 图三 采空区距离等值线
通过对三维激光扫描仪所采集到的数据进行对采空区分析，得出的结论为：该采空区是人为开采形成的，有开采作业痕迹，顶板与地面的垂直距离为十米。
该公司利用激光扫描仪对采空区进行了立体空间测量以及平面测量，并建造了三维形态结构。通过对于测量数据的分析发现，三维激光扫描技术在进行金属矿山采空区测量时较比传统的测量方式具有更高的准确性。
结束语
在进行金属矿山采空区的测量过程中应用三维激光扫描技术，极大程度上的提高了采空区数据收集的精准程度，实现了对于采空区的智能化监测，且通过具体的实际案例可以发现，三维激光扫描系统可以及时地反映采空区的形变量，实现非接触式数据测量，提高了测量工作的效率，对于金属矿山的开采工作具有重要的实践意义。
参考文献：
[1]贾宁宁.基于三维激光扫描技术的金属矿山采空区测量精度研究[J].世界有色金属，2018（24）：15+17.
[2]东龙宾，王少泉，蔺帅宇，庞森，乔洪斌.基于C-ALS的三维激光扫描技术在采空区探测中的应用[J].有色金属（矿山部分），2019（02）：1-4.
[3]刘翀.三维激光扫描技术在矿山采空区测绘中的研究[J].世界有色金属，2018（18）：22+24.
[4]李泽邦.基于三维激光扫描技术在矿山采空区边坡变形监测中的应用研究[D].昆明理工大学，2018.
[5]党明智.三维激光扫描技术在新疆黄土坡铜锌矿井下采空区实测中的应用[J].中国矿山工程，2018，47（05）：11-13.
论文作者:卓仲贤1,钟金丰2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/22
标签：采空区论文; 激光论文; 测量论文; 矿山论文; 数据论文; 技术论文; 金属论文; 《基层建设》2019年第12期论文;