空区激光探测系统在我国的研究与应用

阐明了空区激光探测系统(CMS)的基本构成和工作原理,分析了井下环境温度、湿度、目标反射率及探测位置等环境因素对CMS探测结果的影响,并提出了相应的解决措施;紧密结合国内各矿山的自身特点,阐述了目前CMS在我国的研究现状,分别从空区信息动态监测、露天塌陷坑探测、采场边界对比分析、顶板安全管理、采场回采贫化损失精确测定、复杂边界矿柱回采爆破设计及实测采空区稳定性数值模拟分析等主要方面对CMS的应用进行了深入研究。研究结果表明,CMS的成功应用为我国矿山空区动态监测及安全预警等相关研究开辟了一条新的有效途径。

基于精密探测的金属矿山采空区群稳定性分析

采空区群的稳定性分析是一个复杂的地质问题,而在区域内存在一种群效应。准确地掌握采空区群的三维形态和空间的相对位置是进行稳定性分析的前提。以石人沟铁矿为背景,利用空区探测系统(CMS)对采空区进行了精密探测,并对探测数据进行处理和转换,在此基础上,应用3Dmine建立了采空区群的三维空间模型,经过进一步处理实现了与FLAC3D的耦合,建立了三维数值计算模型。根据计算结果对采空区群区域的应力场、位移场进行了分析,对群区域内的群效应进行了阐述。在此基础上对群区域地表位移进行了分析,确定了地表最大位移面积和采空区水平面积的比值。研究结果表明,区域内的群效应使应力和位移较单个采空区时都有了较大增加,且增加幅度并不是单纯的叠加,这种效应加剧了采空区的危险等级,将CMS、3Dmine和FLAC3D三者的优势结合起来,为采空区群得稳定性分析提供了一个准确而有效的途径。

采空区三维探测技术在安庆铜矿的应用

介绍了采空区三维探测系统的基本组成、工作原理以及在安庆铜矿的应用情况。在建立采空区三维模型的基础上,计算出了采空区的体积和超欠量,掌握了采空区顶板、片帮的现况。为安庆铜矿采空区的监测、二步回采方案的设计与爆破、控制超欠量以及对采空区顶板、片帮等方面,提供了科学依据。

CMS空区探测的环境影响及误差分析与纠正

阐明了采空区CMS精密探测的基本原理以及运用探测数据构建采空区三维模型的方法;分析了井下环境温度、湿度、目标反射率及探测位置等对CMS探测结果的影响,提出了相应的解决措施;针对CMS扫描头水平调零后倾角存在的误差,利用多项式拟合法求得扫描头调整参数与支撑杆倾角及旋转角之间关系,并结合支撑杆上测点位置,提出了精确计算扫描头实际倾角的方法;对于CMS探测模型可能出现的点自相交等问题,提出了修正的方法。研究成果已在国内多个矿山成功应用,取得了良好的实际应用效果。

基于CMS空区探测的贫损控制技术

运用空区激光探测系统(CMS)和大型矿床三维软件Surpac等数字化工具,结合我国大爆破采场分段爆破实际,研究形成了一种基于CMS空区探测的贫损控制技术。采用CMS对采场首爆区进行三维探测,运用Surpac构建空区三维可视化模型,准确获取采场空区三维形态和实际边界,并与设计边界进行对比,利用对比结果优化下步骤回采爆破参数设计,从而达到控制矿石贫化、损失的目的。实践应用表明,该方法获得的采场空区信息可靠,采场边界准确,可有效指导采场下步骤回采,有效降低采场贫化和损失,提高资源回收率。

基于改进的角度偏差法的采空区点云数据精简

在保证采空区几何特征不变的前提下,有必要对点云数据进行精简,提高三维建模及其应用的效率。介绍了点云数据精简算法的评价体系,探讨了空区探测系统扫测采空区的点云数据特点;在对比最小距离法、平均距离法、角度偏差法、弦高偏差法等采空区点云数据精简方法的基础上,提出了保留采空区几何特征更为有效的点云数据精简方法——改进的角度偏差法。通过对比精简前后的扫描线周长、面积及标准差等指标,认为该方法不但保持了扫描线的细节,而且使精简后扫描线上的点分布较均匀,为后续三维建模及应用打下良好基础。

基于CMS实测的采空区群稳定性数值模拟方法

应用空区探测系统(Cavity Monitoring System,简称CMS),精确地获取地下矿山采空区的三维形态和准确的空间位置,并借助大型三维矿床软件SURPAC建立起了空区的三维形态模型,在此基础上,研究提出了空区稳定性数值模拟建模的SURPAC和FLAC3D耦合方式,形成了基于实测的采空区稳定性数值模拟分析的新方法,有效地提高了采空区稳定性数值模拟结果的准确性和可靠性。该方法已在铜坑矿采空区群稳定性数值模拟研究中成功应用,验证了该技术的有效性和可靠性。

金属矿隐患空区动力失稳过程仿真技术

在对华锡集团铜坑矿隐患空区现场实测的基础上,采用隐患空区三维信息获取方法准确获取空区的位置形态、体积、顶板面积及边界等信息。结合92号矿体周边采场分布特点,选取205-2,203-2,201-2和202-2这4条勘探线上的隐患空区为研究对象,在分析其空间特征信息的基础上,分别结合国际矿业软件Surpac与岩石破裂过程分析软件RFPA(rock failure process analysis)软件构建这4条勘探线上隐患空区数值计算模型,综合考虑矿区初始应力场和空区周边爆破动力扰动作用的影响,运用RFPA开展隐患空区动力失稳过程模拟仿真,模拟空区从形成到动力扰动作用下破坏过程的裂纹扩展规律。研究结果表明:动力扰动使空区应力集中加强,并加速空区裂纹扩展,尤其对间柱产生强烈冲击,致使裂纹贯通,矿柱破坏;该研究成果可为我国大范围隐患空区灾害预测和控制提供技术支持。

采空区激光探测技术在铜坑矿的研究与应用

矿产资源地下开采形成的大量采空区是危及矿山安全的主要灾源之一。准确掌握空区形态、大小和边界,是进行空区处理、控制因空区引发的灾害的重要基础性工作,然而,传统测量方法难以准确获取采空区相关信息。文章以铜坑矿探测空区为研究对象,在介绍了CMS探测的工作原理及探测方法的基础上,运用三维激光探测系统(CMS)探测空区,研究了基于Surpac的采空区三维模型构建技术。实现了空区体积、顶板面积、实际边界、采场贫损指标及矿柱回采爆破设计的可视化计算方法。实践表明,CMS的成功应用为我国矿山空区动态监测及安全预警等相关研究开辟了一条新的有效途径。

冬瓜山铜矿采空区激光探测技术的研究与应用

介绍了CMS探测采空区的原理及探测方法,以冬瓜山铜矿探测空区参数为主要依据,运用Surpac等软件工具,分析了采场周边超挖、顶板巷道安全等问题,阐述了空区的超挖量、存留矿量及贫化损失的可视化计算方法。

基于CMS及DIMINE-FLAC^(3D)耦合技术的采空区稳定性分析与评价

在矿山安全生产建设中,对井下空区进行探测、对空区安全性及地表移动规律等进行分析评价,以及制定科学合理的空区处理方案非常重要,这对延长矿山现有资源的开采年限,为矿山的安全高效开采制定科学的开发利用方案具有重大的现实意义.应用空区探测系统(CavityMonitoringSystem,简称CMS),精确地获取地下矿山采空区的三维形态和准确的空间位置,并借助大型三维矿床软件DIMINE建立起了空区的三维形态模型,通过耦合方法实现在FLAC3D中生成能准确反映空区和围岩地质结构及岩性条件的数值模型,简化复杂空区稳定性计算的结果,并提高了准确性和可靠性.结果表明,使用地质模型转换的数值计算模型,对采空区稳定性进行了成功的模拟,并证明采用"地质-数值"耦合方法的方法对采空区稳定性研究是可行的.

地下矿山空区失稳三维探查及可视化安全分析

针对某金属地下矿山Ⅰ号矿床采空区失稳垮塌致使周边巷道遭到破坏的工程实际,采用空区探测系统(CMS)对垮塌空区进行了现场三维探测,获取了采空区失稳垮塌三维信息;运用三维建模软件Surpac分别构建起垮塌采空区及其周边巷道的三维可视化模型,以此为基础有效地确定了因采空区失稳垮塌致使巷道破坏的位置、范围和程度,提出了采空区垮塌后给周边的凿岩、回风井等工程巷道带来的安全隐患。实践表明,这种基于空区失稳三维探查的可视化安全分析方法,可直观、准确地掌握采空区失稳破坏相关信息,从而为矿山制定科学合理的治理方案提供可靠的依据。

基于空区实测的隐患资源回收综合技术研究

金属矿床地下开采形成的大量采空区不仅危及矿山的安全,而且对资源的充分回收造成严重的困难。因此,以先进的空区探测系统为手段,开展以空区精密探测为基础的相关技术的研究与应用,已经成为我国金属矿山安全生产所面临的重大前沿研究课题。综合运用理论分析、现场探测、地质建模等方法,以空区激光探测系统、矿业软件Surpac为主要工具,针对铜坑矿隐患资源回收具体工程实际,开展基于空区实测的复杂边界矿柱回采可视化技术的研究,获得了准确的矿柱三维模型及爆破设计参数,为有效回收隐患资源提供了重要的基础。

大规模采场三维探测及回采指标可视化计算

针对我国金属矿山大规模采场回采指标难以准确获取的现状,综合运用空区激光探测系统(CMS)和大型矿床三维软件Surpac等数字化工具,结合凡口铅锌矿N3-4采场实际,研究一种新颖的大规模采场回采指标可视化计算方法。采用CMS探测三维采场空区,以空区实测数据为基础运用Surpac构建采空区三维可视化模型,获取采场空区的三维形态和实际边界;运用采场设计资料,建立采场回采设计模型及矿岩边界模型,通过模型间的布尔运算,计算出采场存留矿量、回采总体积、采下废石量、采下充填体量、采下纯矿石量、回采总量及回采贫化率等,从而有效地实现了大规模采场回采指标的可视化计算。研究结果表明:采用该方法计算获得的采场回采指标可靠,可用于矿山实际生产管理和回采质量评估。

深井采场大规模垮塌三维探测及可视化计算

运用空区激光探测系统(CMS)和大型矿床三维软件Surpac等数字化工具,结合冬瓜山铜矿深井采场垮塌区实际,研究一种新颖的大规模采场垮塌区综合信息可视化计算方法。采用CMS对采场垮塌区进行三维探测,获取垮塌区相关信息,并以垮塌区实测数据为基础,运用Surpac构建起垮塌区三维可视化模型,准确获取采场垮塌区三维形态和实际边界;运用采场设计资料建立采场底部结构、回采设计单元及矿堆三维模型,通过模型间的布尔运算,准确计算垮塌区体积、顶板暴露面积及存留矿量等综合信息。研究结果表明:采用该方法可有效地实现大规模采场垮塌区综合信息的可视化计算;计算获得的采场垮塌区信息可靠,为矿山准确掌握垮塌区现状,制定治理及回收垮塌区周围矿体方案提供重要的依据。

基于CMS探测的深部主溜井垮塌三维可视化分析

针对某金属矿深部4#主溜井筒壁中段卸矿不断冲击受损垮塌的现状,运用空区激光探测系统(CMS)对4#主溜井进行跟踪探测,获取垮塌区相关的实测信息,建立精确的垮塌区三维可视化模型,准确获取溜井垮塌区三维形态、空间位置和实际边界。通过对溜井垮塌前后三维模型间的布尔运算,得出了垮塌区体积的大小、最大垮塌区横剖面面积等,实现了溜井垮塌严重程度的三维可视化分析。通过对-600 m水平溜井垮塌范围与周边巷道位置关系分析,确定了溜井对周边巷道的影响程度,为4#主溜井的恢复加固及周边巷道的安全分析提供了可靠的技术支撑。

基于CMS的溜井垮塌三维信息获取及可视化分析

某铅锌矿5#主溜井因倒矿冲击受损严重,采用传统的测量方法无法准确获得溜井垮塌状况,运用空区激光探测系统(CMS)和大型矿床三维软件Surpac,实现了对溜井垮塌三维信息的准确获取及可视化分析;采用CMS对溜井垮塌区进行三维探测,获取垮塌区相关信息,并以垮塌区实测数据为基础,运用Surpac软件构建起垮塌区三维可视化模型,准确获取溜井垮塌区三维形态和实际边界;运用溜井设计资料建立起溜井垮塌前三维模型,通过模型间的布尔运算,准确获得了垮塌区体积大小、最大垮塌横纵断面面积、垮塌宽度等综合信息;实践表明,运用该方法获得的溜井垮塌区信息可靠,为矿山准确掌握垮塌区现状,制定对溜井垮塌段进行加固修复提供了重要依据。

基于CMS的隐患空区三维特征信息获取

在三维激光扫描原理基础上,针对井下不同作业环境提出了相适应的隐患空区激光探测系统(CMS)现场探测方法,即空区底部探测、封闭空区探测和通过空区上部通道探测。针对探测原始数据格式及其特点,研究了CMS空区探测点云数据过滤与探测数据拼接的原理,提出了多点扫描数据的拼接方法,实现了空区探测原始点云数据格式的转换,为建立空区三维实体模型提供了数据基础。结合Delaunay三角网剖分法,提出采用矿业软件Surpac构建可视化程度更高、可编辑性更强和实用性更好的空区三维模型方法,并将该技术成功应用于广西高峰矿复杂隐患空区三维特征信息获取及其可视化中。研究表明,采用该方法获取的空区三维特征信息为矿山实施空区评价与治理、开采质量控制、资源有效回收方案制定提供了技术支持。

基于C-ALS实测的采空区三维建模技术及工程应用研究

3D激光探测法是目前国际上一种新型空区探测方法。采用先进的空区探测系统(C-ALS)对金属矿山形成的采空区进行精密探测,在此基础上,运用大型矿山建模软件Surpac建立采空区三维模型,并得到空区的形状、空间位置、体积大小。通过对模型的后期处理与应用,从采场周边超挖量、顶板冒落、矿柱垮塌量及回采贫化率指标的计算角度研究了采场回采效果,为采矿技术人员对地下空区的后续分析和处理提供了可靠的科学依据。

露天转地下开采对上覆构筑物安全影响分析

为在最大限度科学回收地下资源的前提下,保证地表构筑物安全,以国内某大型矿山为工程背景,采用空区监测系统(CMS)结合DIMINE/FLAC3D建模技术,构建露天转地下开采对地表构筑物影响分析三维可视化计算模型。通过数值计算与现场调查相结合的方法,对比分析露天转地下开采影响范围内的地表构筑物水平位移、倾斜、曲率、沉降。结果表明:数值计算获得的应力场和位移场结果,与矿山实测结果基本吻合。该矿山开采1 650 m阶段后监测点最大倾斜指标为9 mm/m,接近允许值上限,因此,其最大合理开采深度为1 650 m阶段。