三维激光扫描技术对矿山采空区及溜井测量中的实践应用

在矿山开采过程中，矿区以及溜井是较为常见的工程结构，也是落实矿山安全管理的重要组成部分。采空区存在的常见安全隐患包含了地表塌陷和矿柱失稳等问题，会影响矿山结构的安全性，溜井作为矿山运输系统中的一部分，其结构稳定性和完整性将影响矿石运输的效率，因此，落实采空区和溜井管理成为保障矿区安全生产运营的重要内容。传统的测量方法通常存在着精度有限、测量效率低等问题，三维激光扫描技术可以有效弥补传统测量方法的诸多误区，具备分析价值。

一、三维激光扫描技术的应用原理及特点分析

（一）应用原理

三维激光扫描技术的核心原理为激光测距，通过设备发射激光束并测量激光反射到回收器的具体时间，由此能够计算出测量点位和物体表面的具体距离，仪器内置的角度测量系统还可以从水平以及垂直等不同角度获取信息，最终形成三维坐标。

（二）应用特点

三维激光扫描技术的核心特点在于具有较强的连续性，扫描设备能够以固定频率和角度连续向外部发射激光信息，快速获取测量对象的物理状态，可提升测量的效果；此外，三维激光扫描技术还可处理大体量的数据信息，具备可视化特点。完成的点云数据将作为构建物体三维模型的重要依据，有效补充了视觉盲区，增强物体测量的精度和可视化程度[1]。除此之外，三维激光扫描技术还具备非接触性的特点，无需测量人员直接与测量对象进行接触，能够广泛应用在危险环境的测量作业中。尤其对于部分人员无法进入的采空区、结构复杂的风险区进行非接触性测量，保障了人员的生命安全，也提升了测量的效果[2]。

由此可见，三维激光扫描技术在矿区的测量作业中有着较强的应用价值。尤其针对复杂且存在风险隐患的采矿局，和测量结果精准度要求较高的溜井，都有着较强的应用价值。

二、三维激光扫描技术在矿山采矿区及溜井测量中的应用实践

为了进一步提升文章论述的科学性和有效性，本研究着重以具体的矿山作为分析对象，综合项目背景以及实际测量需求，利用三维激光扫描技术进行实地测量。综合其成果验证技术的应用可行性，可为相关工程测量作业的开展提供技术参考。

（一）项目背景分析

赤峰柴胡栏子金矿属于金属型矿山，目前已持续开采近 30 余年，当前的开采深度达到了地下 800 米。由于该矿山投产时间较长，早期测量设备及技术较为落后，存在较多的空区无具体数据，后期受到矿石和其他因素的影响，空区出现了局部坍塌和严重磨损问题，在施工过程经常出现意外贯通等问题，而且部分区域出现坍塌，导致技术人员和安全管理人员对井下的安全技术工作无法全面开展。另外，概况去多条溜井投产时间较长，长期受到矿石和其他因素的影响，溜井井壁出现了局部坍塌和严重磨损问题。经常顶板冒落情况，虽然未造成事故，但也意味着矿区目前的安全隐患逐渐加剧，主溜井的井壁坍塌和磨损愈发严重，导致运输效率下降了近28% ，目前的生产形势较为严峻。

为全面掌握采空区和溜井的整体情况，了解井下作业的各类安全隐患，管理者决定对目前的采空区群以及三条关键的溜井进行全方位测量。由于测量作业的工程量较大，且存在安全隐患，经过技术人员商讨，以三维激光扫描技术为主要测量技术开展测量工作，在此基础上，利用全站仪进行单点测量补充。

（二）测量方案的规划设计

1.测量方案的设计

首先使用全站仪对井下现有的控制网进行恢复测量，之后将需要测量的采空区及溜井在图上标注出来，将控制点引测到采空区和溜井附近。最终在采空区的周边以及溜井的井口平台处，共设置了 29 个标榜控制点，利用全站仪进行大规模联测，保证扫描的数据信息与矿山目前的坐标信息进行精准对接。

2.可以配置设备、进行参数调控

结合采空区和溜井的结构特点选择不同的设备进行测量，采空区主要选用了长距离扫描仪，其型号为 RIEGL VZ - 6000 长距离扫描仪，扫描分辨率调整为 0.05°×0.05° °，可达到 360 度横向扫描和 100 度的纵向扫描，每站的扫描时间为 15 分钟。虽然采空区的结构较为复杂，但该设备的测量精度能够充分满足复杂结构下的测量需求。

溜井测量设备主要选用钻孔式扫描仪，其型号为 LEICA BLK360 钻孔式扫描仪，扫描仪额外配置了 75 毫米直径的防护管套，扫描的频率达到了每秒 36 万点。在测量的过程中，需要通过 100 毫米直径的专用测量孔进行溜井垂直扫描。

3.测量协同作业

由于本项目的采空区面积较大，因此采用分层多点位扫描的方式，在采空区的上、中、下巷道共设置了 18 个扫描点位，确保每一个扫描点位之间存留 30% 的重叠区域，并重点对顶板裂隙发育区以及矿柱结构进行扫描，以判断该结构是否存在质量问题。

溜井扫描方面，在每一条溜井顶部的 10 米范围内设置测量孔 5 个，扫描仪的垂直扫描速度为每分钟 0.5 米，每下降三米之后进行一次集中扫描，统计扫描次数、扫描深度等相关信息。

然后进行数据融合处理，处理软件为 Cyclone 软件，可实现点云拼接，要确保采空区的数据拼接误差在三毫米以下，溜井的数据拼接误差在 5 毫米以下，然后采用 CloudCompare 对数据的噪声进行过滤，并保留 95% 的置信区间数据。将得到的数据导出生成矿山采空区和溜井结构的三维立体模型[3]。

（三）测量结果与时效性分析

将测量结果整合为三维立体模型后，可清晰地判断目前矿山整体结构中存在的质量问题。

采空区测量结果显示，目前存在总容量为 7400 立方米的隐伏采空区三处，断层带周边的采空区顶板最小厚度达到了 1.3 米。存在帽顶脱落的安全隐患，后续需要将其作为重点监测区域：点云切片结果显示，在 5 号采空区的南侧位置存在矿柱位移变形情况，变形数值达到了 0.3～0.5 米，在后续进行充填的过程中，要对其进行重点分析；从采空区的体积统计角度来看，经过测量得到的整体体积要大于传统测量值，超出近 12% ，完成了对资源储量的评估。

溜井测量结果显示，本项目的 1 号和 2 号溜井出现了较为严重的变形与坍塌。1 号溜井的 130 米至 150 米段产生椭圆变形，短轴方向的磨损量达到了 1.2 米，整体溜井已经呈现出瓶颈状。2 号溜井的 170 米位置出现了坍塌，坍塌区的直径约为 1.3 米，通过三维模型进行模拟推测判定该区域未来会出现持续性恶化，需要提升该溜井的处理优先级；此外，通过对扫描数据进行计算和分析，重新制定了溜井修复方案，与原计划相比，减少了 17% 的混凝土用量，合理控制了成本和施工周期。

整体来看，通过三维激光扫描技术进行矿区的采空区和溜井测量作业，最终避免了潜在的井下作业风险，达到了零安全事故的测量作业；且在 45天内完成了测量作业，和传统测量方法所需的三个月相比，大幅提升了测量效率。数据处理的自动化程度有所提升，数据的精细化程度也显著提高，能够为矿区后续的修复作业、采空区充填方案制定提供明确依据。

结束语：

综上所述，三维激光扫描技术在目前复杂工程中有着较强的应用价值。利用三维激光扫描技术对矿山的采矿区以及溜井结构进行测量，提升测量结果的精准度，增强测量时效性，通过打造信息化的测量方案，营造覆盖全矿区的测量体系，为矿山的安全生产以及日常维护提供了明确方案。未来，随着现代技术的不断发展和创新，三维激光扫描技术的设备性能将进一步优化，人工智能以及大数据和该项技术体系进行深度融合，将为矿山的测量工作创新带来新的可能。

参考文献：

[1]杨庆. 三维激光扫描技术在矿山地质测量中的应用研究[J].石材,2025,(08):21-23.

[2]黄荣飞. 三维激光扫描技术在煤矿矿山测量中的应用[J].内蒙古煤炭经济,2025,(13):133-135.

[3]王伟. 三维激光扫描技术在矿山测量中的应用分析[J].中国金属通报,2025,(04):67-69.