一、激光扫描探测系统特点

露天矿地下采空区三维激光扫描探测技术是基于激光定位与测距原理的空腔内壁三维探测技术，可以通过地表延伸至空区的钻孔迅速而安全的对采空区进行激光三维扫描，精确获得采空区空间的形态参数，该技术的出现，使采空区隐蔽工程的准确描绘与科学治理成为可能。基于该技术的钻孔式三维激光扫描系统是一款能通过地面钻孔对地下空间进行扫描的装置，通过激光测距原理瞬时测得空腔内壁三维坐标值的测量仪器，利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据可快速建立空腔体三维可视化模型，具有全自动、速度快、精度高、数据处理简便等特点。

钻孔式三维激光扫描系统主要由硬件部分和软件部分组成。以某型钻孔式三维激光扫描仪为例，硬件部分包括探头、碳纤维定向杆、电缆、三脚架、绞车、以及搬运箱等，软件部分主要指与系统配套的控制软件Control Software。通过应用与实践，发现该系统在采空区三维激光扫描中具有以下优势：

1.扫描仪探头直径为5cm，能够沿钻孔下放至百米深处进行采空区测量，操作人员可以通过探头前部的摄像头实时观察钻孔内部的实际情况，同时生成钻孔跟踪数据并最终确定探头的最佳扫描位置；

2.电动双轴探头可以实现空腔体的360°球形扫描，不留死角，正常情况下，扫描半径可达150m；

3.数据捕捉率可达250点/s，扫描一个空腔所需时间约为10min，扫描精度为±5cm，扫描速度快，精度高，自带的定向传感器能够使扫描数据自动进入到现有的矿山坐标系统中；

4.扫描过程中，与探头相连的控制单元与计算机通过无线网络连接，最大距离为300m，操作人员可在远离危险区域的条件下利用控制软件遥控监视和操作扫描系统；

5.设备探头的防水、防尘等级为IP67，可以浸入1m深的水中而不损坏探头，设备工作温度为-10°C~+60°C，在一定程度上适用于无烟雾火区钻孔探测；

6.扫描数据可以导入SURPAC、3Dmine、AutoCAD等软件中，进行采空区稳定性评价与治理方案设计工作。

二、某型激光扫描探测系统工作原理

某型钻孔式三维激光扫描仪的工作原理就是依靠激光定位，光线从光源发射到前面的某个目标就反射回来，用高速电子电路测定光线发出到返回所经历的时间，并以此来测定光源至目标的距离。依靠遥控装置控制探头测定数据，通过电缆等传输设备输入到控制软件Cavity-Scan中进行数据转换，生成空区三维散点模型，然后将散点数据导人到Geomagic等软件中建立空区三角网模型，导出并生成3Dmine、SURPAC、AutoCAD等软件能够识别的文件，最终获取采空区的面积、形状、埋藏深度、腔体高度等特征参数，文件还可继续导入FLAC3D、MIDAS/GTS等数值模拟软件中进行稳定性计算。该设备的作业流程主要包括测前准备、探头下放、空区扫描和数据处理四个部分，每个部分又包括若干具体工作，见扫描工作流程图和示意图（图1和2）。

图1 某型钻孔式三维激光仪工作流程

图2 采空区三维激光扫描示意图

三、露天煤矿地下采空区治理应遵循的原则

露天煤矿地下采空区治理主要是消除地下的隐伏空洞、残留井巷空间以及空区内、空区周边隐伏的矿岩柱，以确保露采作业的安全。治理应遵循的总体原则为以人为本、安全可靠、技术可行、施工方便、经济合理。采空区治理方法的选择与治理费用、工期和安全有着直接的关系，因此，处理方案应当满足以下要求:

1.对于情况不明、错综复杂的采空区上部剥离物及煤层，必须遵循先探后治，然后进行开采的原则。

2.治理方案要适合采空区的形态和性质，确保治理过程中作业人员和设备的安全，保证治理效果。

3.露天煤矿采空区治理应坚持动态评价、分类治理的思路。

4.要充分利用现有的露采工艺和设备，减少工程投资，降低治理费用。

5.提高治理效率，缩短治理周期，采空区治理能满足生产进度的要求，减少对正常生产工作的影响。

6.提高地下资源回收率，减少资源浪费。

7.采取边治理边监测的方法，在治理过程中，应加强跟踪与监测，防止出现采空区大面积陷落和大规模的地压活动。

四、露天煤矿地下采空区的治理方法

根据采空区在露天矿境界范围内的空间位置，将采空区分为露天采场下部采空区和露天矿边坡下部采空区两情况分别处理。国内外采空区处理方法大致可分为四大类，分别为露天采场深孔爆破法、封闭法、充填法、坑下峒室或小孔径崩落矿柱法。

封闭法适用于处理小的、孤立的、对上下周边不产生影响、既不再进行开采又可以任其自然塌落的采空区。在露天开采范围内使用封闭法是不可行的，但对于原煤运输巷道影响区的治理有一定的适用性。

充填法可分为高浓度全尾砂充填、干式充填、膏体胶结充填和高水速凝全水固化胶结充填等，这些充填法在技术上都是可行的。但一般地下开采矿山的充填物不再回收，而露天开采则有充填物二次处理问题，增加了开采成本，且充填系统投资、充填经营费用较高，所以充填法不适用于露天采场下部采空区的治理，但对于空区内温度较高或有明火的采空区、露天矿边坡下的采空区治理及运煤巷道影响区采空区（空洞）的治理有一定的适用性。

地下硐室或小孔径崩落矿柱法，主要是因为坑内采矿所留矿柱及空区顶板变形塌落严重，人员设备进入很难保证安全，实施起来难度相当大，且风、水、运输等工程投资大、周期长、效率低，所以也不宜采用。

露天采场深孔爆破法与上述几种处理方法相比较，投资少、施工工艺和露天采场生产工艺相一致、施工技术简单，能和露天采场生产紧密结合，有利于矿山生产经营管理，且安全可靠，因而是处理一般采空区比较理想可行的采空区处理方法。

对于没有明火且采空区范围较小、温度在60℃左右的高温采空区，可预先采用注水法降温，等温度降到50℃以下后，再进行爆破处理。对于着火严重的采空区或温度超过60℃的采空区，需先采进行灭火降温，再进行爆破。

转化果平台咨询电话：4001817969