CN112146588A

CN112146588A - 一种矿山巷道掘进爆破质量快速判断方法

Info

Publication number: CN112146588A
Application number: CN201910570645.1A
Authority: CN
Inventors: 杨潘磊
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd; Nanjing Meishan Metallurgy Development Co Ltd
Current assignee: Nanjing Baodi Meishan Industrial City Development Co ltd
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2020-12-29

Abstract

本发明设计一种矿山巷道掘进爆破质量快速判断方法，所述方法包括以下步骤：步骤1）通过激光扫描仪对掘进巷道轮廓进行多点式扫描，得到掘进巷道边界的点云数据；步骤2）对所得点云数据进行预处理；步骤3）通过点云数据生成掘进巷道表面模型；步骤4）计算超欠挖方量；步骤5）计算必须处理的超挖方量；步骤6）计算必须处理的欠挖方量。本发明提供的道掘进爆破质量快速评价方法，精准快捷，操作简单，有助于实时指导矿山巷道掘进爆破施工。

Description

一种矿山巷道掘进爆破质量快速判断方法

技术领域

本发明涉及一种判断方法，具体涉及一种矿山巷道掘进爆破质量快速判断方法，属于矿山开采领域。

背景技术

在矿山开采过程中，采用爆破技术进行巷道和采场的开挖是最常见的方法之一，在新建矿井中巷道工程所占比重一般达到80%左右。一些采用矿体内布置采准工程的采矿方法中，如无底柱分段崩落法，其回采巷道（进路）及联络道等一般都是布置在矿体中，分段的凿岩、崩矿和出矿等均在回采巷道中进行。因此，巷道开挖质量对巷道支护及稳定性、采场爆破施工与崩矿效果均具有重要意义。超挖过多，不仅因出渣量和支护量增多而提高工程造价，而且由于局部超挖会产生应力集中，进而影响围岩稳定性。欠挖则直接影响支护厚度和巷道净断面尺寸，留下质量安全隐患。巷道开挖质量的评价是进行开挖爆破参数优化和施工管理的重要手段。

巷道开挖质量一般采用超欠挖值进行评价，传统的超欠挖测量方法（如全站仪、断面仪等）都是“单点式”测量，耗时、耗力，且由于测点数非常有限，人为因素对测量精度的印象很大，环境对测量选点有所限制，导致超欠挖的测量值会存在很大偏差。尤其是在遇到岩层变化较大，节理裂隙发育的地质条件时，较长时间暴露在刚刚完成爆破施工完的巷道内进行测量作业，面临较大的冒顶片帮等安全风险。因此，需要提高对巷道成巷的快速评价，以达到安全、即时的指导现场施工。

对于矿山巷道爆破成巷质量的评价一般多借鉴隧道超欠挖检测分析方法，在传统的全站仪和断面仪等测量方法上，开发了如隧道工程多曲线、小半径条件下控制超欠挖的测量方法、基于BIM隧道超欠挖控制的方法等新技术。而随着三维激光扫描技术的不断发展，采用激光扫描技术对隧道超欠挖进行非接触量测开展量化分析与评价已被逐渐推广应用，并取得了显著的效果。如许磊等提出的基于激光点云的隧道超欠挖检测方法，马伟斌等人提出的一种用于评价隧道超欠挖情况的方法及系统等等。但是，目前以三维激光扫描进行的隧道超欠挖评价方法一是对象为隧道工程，区别于地下矿山其未考虑《矿山巷道施工技术规范》规定的允许超挖值；二是，采用固定式站点的激光扫描方式容易受井下巷道复杂环境限制，长时间数据采集时的作业安全难以保障。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种矿山巷道掘进爆破质量快速判断方法，该技术方案是一种操作简单、快速方便、直观可视的爆破成巷质量评价方法。该方法能及时在爆破完成，通风除烟结束后，进行敲帮问顶的同时进行巷道内部表面的便携移动式三维激光快速扫描，并结合点云数据处理技术、三维建模技术和可视化技术，实现爆破成巷质量评价，具有作业时间短、安全高效、成本低的特点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，矿山巷道掘进爆破质量快速判断方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1）通过激光扫描仪对掘进巷道轮廓进行多点式扫描，得到掘进巷道边界的点云数据；

步骤2）对所得点云数据进行预处理；

步骤3）通过点云数据生成掘进巷道表面模型；

步骤4）计算超欠挖方量；

步骤5）计算必须处理的超挖方量；

步骤6）计算必须处理的欠挖方量。

作为本发明的一种改进，所述步骤1）中，多点式扫描获取巷道点云数据，

对于通过爆破掘进的巷道，经过通风除尘后，在进行敲帮问顶的同时，在步骤1）中，通过激光扫描仪对掘进巷道轮廓进行多点式扫描，将激光扫描仪布置在巷道轴线上，选择1.6倍巷道直径为测站间距，保证相邻两次扫描所得点云数据有20%~30%的重叠度，对掘进巷道进行连续扫描。

作为本发明的一种改进，所述步骤2）对所得点云数据进行预处理，具体如下，

对所述点云数据进行去噪处理，去除由于测量环境（如空气中的灰尘、壁面反光物质等）所导致的噪点；

对所述点云数据进行配准，根据巷道的实际形状，利用相邻两次扫描的点云数据的的重叠部分进行配准拼接；

接着，将所述点云数据转换至真实坐标。

作为本发明的一种改进，所述步骤3）中生成掘进巷道表面模型，具体如下，

对预处理后的点云数据，在步骤3）选择三角网法对开挖巷道扫描点云进行建模，掘进巷道实际模型。

作为本发明的一种改进，所述步骤4）计算超欠挖方量，具体如下，

根据巷道设计开挖断面2，生成掘进巷道的设计三维表面模型，与巷道扫描表面模型进行布尔逻辑运算，得到巷道掘进的超欠挖方量；

通过设计开挖断面的轴向拉伸得到开挖巷道的设计三维表面模型，将开挖巷道的扫描三维表面模型与设计三维表面模型进行布尔逻辑运算，两表面的各不重合部分即可围限成各个实体，表示巷道超挖部分3和欠挖部分4，以设计三维表面模型之内的实体体积表示欠挖量，用负值表示，之外的表示超挖量，用正值表示，分别对其统计求和，即可计算出开挖巷道的超欠挖量。

作为本发明的一种改进，所述步骤5）计算必须处理的超挖方量；具体如下，根据巷道围岩条件类型，确定巷道允许超挖边界尺寸断面，轴向拉伸允许超挖边界尺寸断面得到允许超挖边界三维表面模型，与巷道扫描表面模型进行布尔逻辑运算，得到必须处理的超挖方量；

判断开挖巷道围岩条件类型，硬岩/中硬岩、软岩/破碎松散岩石及土质，确定巷道开挖部位，拱部/边墙、仰拱、巷底，各自对应的允许最大超挖值，并以此修改设计开挖断面，得到最大允许超挖断面。通过最大允许超挖断面的轴向拉伸得到开挖巷道的最大允许超挖三维表面模型，两个模型进行布尔逻辑运算，两表面的各不重合部分即可围限成各个实体，最大允许超挖三维表面模型之外的为必须处理的超挖部分，用正值表示，统计求和，即可计算出开挖巷道必须后期处理的超挖方量。

作为本发明的一种改进，所述步骤6）计算必须处理的欠挖方量，具体如下，根据巷道围岩条件类型，确定巷道允许欠挖边界尺寸断面，轴向拉伸允许欠挖边界尺寸断面得到允许欠挖边界三维表面模型，与巷道扫描表面模型进行布尔逻辑运算，得到必须处理的欠挖方量，将设计开挖断面的拱部、边墙、仰拱均向内缩进5cm得到最大允许欠挖断面，通过最大允许欠挖断面的轴向拉伸得到开挖巷道的最大允许欠挖三维表面模型，两个模型进行布尔逻辑运算，两表面的各不重合部分即可围限成各个实体。最大允许欠挖三维表面模型之内的为必须处理的欠挖部分，统计求和，即可计算出开挖巷道必须后期处理的欠挖方量。

上述方案中，对点云数据进行预处理包括对多测点采集的点云数据进行配准、去噪处理并调整点云数据与实际坐标对应。

所述的平均超挖值是指超挖面积与爆破设计开挖断面周长的比值；所述的最大允许超挖值是指最大超挖处至设计开挖轮廓线切线的垂直距离。

所述调整点云数据与实际坐标对应，包括赋值点云中控制点真实坐标以及根据全站仪测点扫描仪所在位置真实坐标两种方式。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，本发明用于量化评价金属矿山巷道开挖超欠挖情况的方法，应用三维激光扫描仪对开挖巷道进行扫描，得到开挖巷道表面的点云数据，继而将点云数据转化为三维模型，简便准确，省时省力。并且，本方法不仅能得到与设计相比的超欠挖情况，而且能评价开挖巷道需要后续处理的超欠挖量，具有很高的实际指导价值。

附图说明

图1是本发明的巷道掘进超欠挖快速量化评价方法流程图。

图2是矿山掘进巷道设计轮廓与实际掘进轮廓对比图。

图中：1、开挖断面，2、设计断面，3、超挖部分，4、欠挖部分。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图1，一种矿山巷道掘进爆破质量快速判断方法，所述方法包括以下步骤：

步骤2）对所得点云数据进行预处理；

步骤3）通过点云数据生成掘进巷道表面模型；

步骤4）计算超欠挖方量；

步骤5）计算必须处理的超挖方量；

步骤6）计算必须处理的欠挖方量。

所述步骤1）中，多点式扫描获取巷道点云数据，

所述步骤2）对所得点云数据进行预处理，具体如下，

接着，将所述点云数据转换至真实坐标。

所述步骤3）中生成掘进巷道表面模型，具体如下，对预处理后的点云数据，在步骤3）选择三角网法对开挖巷道扫描点云进行建模，掘进巷道实际模型。

所述步骤4）计算超欠挖方量，具体如下，根据巷道设计开挖断面2，生成掘进巷道的设计三维表面模型，与巷道扫描表面模型进行布尔逻辑运算，得到巷道掘进的超欠挖方量；

所述步骤5）计算必须处理的超挖方量；具体如下，根据巷道围岩条件类型，确定巷道允许超挖边界尺寸断面，轴向拉伸允许超挖边界尺寸断面得到允许超挖边界三维表面模型，与巷道扫描表面模型进行布尔逻辑运算，得到必须处理的超挖方量；

判断开挖巷道围岩条件类型，硬岩/中硬岩、软岩/破碎松散岩石及土质，确定巷道开挖部位，拱部/边墙、仰拱、巷底，各自对应的允许最大超挖值，并以此修改设计开挖断面，得到最大允许超挖断面。通过最大允许超挖断面的轴向拉伸得到开挖巷道的最大允许超挖三维表面模型，两个模型进行布尔逻辑运算，两表面的各不重合部分即可围限成各个实体，最大允许超挖三维表面模型之外的为必须处理的超挖部分，用正值表示，统计求和，即可计算出开挖巷道必须后期处理的超挖方量。其中巷道的围岩地质条件类型包括硬岩、中硬岩和软岩、破碎松散岩石及土质。所述硬岩的岩石极限抗压强度大于60MPa，中硬岩为30~60MPa，软岩为小于30MPa。

所述步骤6）计算必须处理的欠挖方量，具体如下，根据巷道围岩条件类型，确定巷道允许欠挖边界尺寸断面，轴向拉伸允许欠挖边界尺寸断面得到允许欠挖边界三维表面模型，与巷道扫描表面模型进行布尔逻辑运算，得到必须处理的欠挖方量，将设计开挖断面的拱部、边墙、仰拱均向内缩进5cm得到最大允许欠挖断面，通过最大允许欠挖断面的轴向拉伸得到开挖巷道的最大允许欠挖三维表面模型，两个模型进行布尔逻辑运算，两表面的各不重合部分即可围限成各个实体。最大允许欠挖三维表面模型之内的为必须处理的欠挖部分，统计求和，即可计算出开挖巷道必须后期处理的欠挖方量。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims

1.一种矿山巷道掘进爆破质量快速判断方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤2）对所得点云数据进行预处理；

步骤3）通过点云数据生成掘进巷道表面模型；

步骤4）计算超欠挖方量；

步骤5）计算必须处理的超挖方量；

步骤6）计算必须处理的欠挖方量。

2.根据权利要求1所述的矿山巷道掘进爆破质量快速判断方法，其特征在于，所述步骤1）中，多点式扫描获取巷道点云数据，

3.根据权利要求1所述的矿山巷道掘进爆破质量快速判断方法，其特征在于，所述步骤2）对所得点云数据进行预处理，具体如下，

对所述点云数据进行去噪处理，去除由于测量环境所导致的噪点；

接着，将所述点云数据转换至真实坐标。

4.根据权利要求3所述的矿山巷道掘进爆破质量快速判断方法，其特征在于，步骤3）中生成掘进巷道表面模型，具体如下，

5.根据权利要求4所述的矿山巷道掘进爆破质量快速判断方法，其特征在于，所述步骤4）计算超欠挖方量，具体如下，

根据巷道设计开挖断面，生成掘进巷道的设计三维表面模型，与巷道扫描表面模型进行布尔逻辑运算，得到巷道掘进的超欠挖方量；

通过设计开挖断面的轴向拉伸得到开挖巷道的设计三维表面模型，将开挖巷道的扫描三维表面模型与设计三维表面模型进行布尔逻辑运算，两表面的各不重合部分即可围限成各个实体，表示巷道超挖部分和欠挖部分，以设计三维表面模型之内的实体体积表示欠挖量，用负值表示，之外的表示超挖量，用正值表示，分别对其统计求和，即可计算出开挖巷道的超欠挖量。

6.根据权利要求5所述的矿山巷道掘进爆破质量快速判断方法，其特征在于，所述步骤5）计算必须处理的超挖方量；具体如下，根据巷道围岩条件类型，确定巷道允许超挖边界尺寸断面，轴向拉伸允许超挖边界尺寸断面得到允许超挖边界三维表面模型，与巷道扫描表面模型进行布尔逻辑运算，得到必须处理的超挖方量；

判断开挖巷道围岩条件类型，硬岩/中硬岩、软岩/破碎松散岩石及土质，确定巷道开挖部位，拱部/边墙、仰拱、巷底，各自对应的允许最大超挖值，并以此修改设计开挖断面，得到最大允许超挖断面；

通过最大允许超挖断面的轴向拉伸得到开挖巷道的最大允许超挖三维表面模型，两个模型进行布尔逻辑运算，两表面的各不重合部分即可围限成各个实体，最大允许超挖三维表面模型之外的为必须处理的超挖部分，用正值表示，统计求和，即可计算出开挖巷道必须后期处理的超挖方量。

7.根据权利要求6所述的矿山巷道掘进爆破质量快速判断方法，其特征在于，所述步骤6）计算必须处理的欠挖方量，具体如下，根据巷道围岩条件类型，确定巷道允许欠挖边界尺寸断面，轴向拉伸允许欠挖边界尺寸断面得到允许欠挖边界三维表面模型，与巷道扫描表面模型进行布尔逻辑运算，得到必须处理的欠挖方量，将设计开挖断面的拱部、边墙、仰拱均向内缩进5cm得到最大允许欠挖断面，通过最大允许欠挖断面的轴向拉伸得到开挖巷道的最大允许欠挖三维表面模型，两个模型进行布尔逻辑运算，两表面的各不重合部分即可围限成各个实体,最大允许欠挖三维表面模型之内的为必须处理的欠挖部分，统计求和，即可计算出开挖巷道必须后期处理的欠挖方量。