矿山三维空间感知技术及工程应用_42页_17mb

矿山三维空间感知技术及工程应用总结

核心内容

矿山三维空间感知技术是实现矿山精细化开采、本质化安全管理及数字矿山建设的重要支撑。该技术通过三维激光扫描获取矿山作业区域的三维形态信息，为矿山设计、安全评估和生产管理提供精准数据支持。

主要观点

• 三维空间形态是矿山设计和安全管理的基础。
• 三维激光扫描技术能够有效解决采场边界获取困难、损失贫化控制难、爆破效果评估难和充填量统计不准确等问题。
• 三维激光扫描技术在矿山安全、爆破设计、结构分析和治理等方面具有广泛的应用前景。

关键信息

1. 研发背景

• 精细化开采作业需要三维空间形态数据作为设计依据。
• 本质化安全管理依赖高效扫描装备进行现场探查。
• 数字矿山建设需以动态三维井巷结构模型为基本单元。

2. 系统介绍

• BLSS三维激光扫描仪软件平台：
  • 支持手持中段快速触摸屏操作模式。
  • 实时显示井下扫描区域三维空间信息及航迹信息。
  • 基于Wi-Fi与扫描仪进行高可靠双向数据通信。
  • 支持自定义配置参数，可实现无人机飞行控制。
  • 支持大规模三维点云数据处理，内置多种算法如精简、去噪、绝对坐标转换等。
  • 配备高逼真度的三维建模算法，形成无孔洞模型。
  • 可导出至3DMine、DMine等矿业软件，实现采场爆破设计优化、现场图纸更新、动态排产等应用。

3. 扫描成果

• 通过三维激光扫描技术，能够获取高精度的三维点云数据，用于建模、分析和治理。
• 点云数据可快速导出，支持多种软件应用。

4. 前期基础

• 矿冶科技集团有限公司成立于1956年，是国务院国资委直属公益型央企。
• 拥有多个专业研究所、工程公司和全资/控股公司。
• 具备ISO质量管理体系认证，具有工程咨询、工程设计甲级资质。
• 拥有自主知识产权的技术、产品、系统及服务，具备全建设周期的设计、安装、调试和维护能力。

5. 应用案例

采空区探测

• 现状：西藏华泰龙甲玛铜矿采用大直径深孔嗣后充填采矿方法，形成大量采空区。
• 难题：采空区稳定性差，人员无法进入现场，无法准确获取超爆、欠爆量及分布。
• 解决方案：使用无人机三维激光扫描技术获取采空区三维数据，进行点云处理与三维建模。
• 成果：
  • 采空区三维模型与设计图纸复合，精准定位残矿位置及计算残矿量。
  • 实现采场爆破设计优化与测量结果与矿体模型比对。

溜井加固治理

• 现状：某矿山主溜井因大块岩石损坏，严重影响生产。
• 难题：无法定位溜井垮塌位置及破坏程度，难以制定加固方案。
• 解决方案：通过三维激光扫描获取溜井真实形态，进行三维建模与设计模型对比。
• 成果：
  • 确定溜井垮塌位置，制定加固和治理方案。
  • 溜井模型导入Flac3D进行力学模拟，分析受力情况。
  • 治理后通过锚索测力计监测，确认变形得到有效控制。

岩体结构面几何参数获取

• 现状：矿山边坡因前期露天开采变得高陡峭立，存在地质灾害隐患。
• 难题：需要精细快速获取岩体结构面几何参数。
• 解决方案：使用三维激光扫描技术获取岩体结构面点云数据，进行处理与识别。
• 成果：
  • 精确识别岩体结构面，包括层面和节理。
  • 通过全局最优聚类分组，分析岩体结构特征。
  • 为边坡防护与矿山复绿提供定量评价依据。

6. 在研产品

• BLSS-AL无人机三维激光自主探测系统：
  • 开展室内环境无人机自主飞行探索算法测试，验证自主探索效果、效率和避障能力。
  • 开展地下模拟巷道环境无人机自主飞行探索算法测试，验证多分支通道自主探索策略、效率和飞行扫描精度。
  • 支持多种环境下的自主飞行和扫描，提升矿山三维空间感知的智能化水平。

技术优势

• 手持式三维激光扫描仪：
  • 基于SLAM优化算法，实现动态扫描。
  • 激光双轴旋转扫描，测距100米，精度±4厘米，30万点/秒。
  • 支持按钮/平板电脑控制，实时显示三维点云数据和移动轨迹。
• 无人机载三维激光扫描仪：
  • 基于SLAM和飞控算法，可在无GPS环境稳定飞行。
  • 支持井下遥控飞行扫描和地表遥控飞行扫描模式。
  • 支持电台通讯，最远通讯距离可达八公里。
  • 具备球形避障功能，保障复杂环境飞行安全。
  • 实时显示点云数据和移动轨迹，实时监测设备运行状态。

未来发展方向

• 提升三维激光扫描技术在矿山智能化、自动化方面的应用。
• 推动技术在更多矿山场景中的落地，如采空区探测、溜井加固、边坡稳定性评价等。
• 持续研发新型扫描设备和软件平台，提高扫描精度和效率，推动矿山数字化转型。