矿山地质测绘中三维激光扫描技术的应用解析

三维激光扫描技术通过向目标物体发射激光束并接收反射信号，快速获取物体表面的三维坐标信息，形成密集的“点云”数据。这些数据经过处理和分析，可以构建出真实世界的数字化三维模型，为地质测绘工作提供了全新的视角和手段。在矿山地质测绘中，三维激光扫描技术不仅能够实现对矿山地形、地貌的精确测量，还能够揭示地下岩层的分布特征，为矿产资源的勘探和开发提供重要依据。

1 三维激光扫描技术的核心应用场景

1.1 露天矿地形与边坡监测

露天矿开采形成的高陡边坡是地质灾害高发区，实时掌握边坡形态变化对安全生产至关重要。三维激光扫描技术可实现边坡的高精度建模与动态监测：采用车载激光扫描系统对边坡进行每周一次的扫描，获取点云数据后生成三维模型，通过与基准模型对比，计算边坡位移量、坡度变化等参数。某大型露天铁矿应用该技术后，成功识别出 3 处潜在滑坡区域，其中最大位移量达15 厘米，为边坡加固赢得了时间。

在地形测绘中，三维激光扫描可快速生成露天矿采场的数字高程模型（DEM），精度达 ±5 厘米，比传统全站仪测绘效率提升 80% 。通过 DEM可计算采场容积、开采量等数据，为生产计划制定提供精准依据。例如，某露天煤矿采用每月一次的激光扫描，实现了开采量误差控制在 3% 以内，较传统方法的 10% 误差显著降低[1]。

1.2 地下矿巷道与采空区建模

地下矿巷道的三维建模是保障通风、运输及支护设计的基础。传统巷道测绘需人员进入巷道，通过全站仪逐点测量，不仅效率低（100 米巷道需4 小时），且在高瓦斯、涌水等危险区域存在安全隐患。三维激光扫描技术通过手持扫描仪沿巷道行走扫描，100 米巷道仅需30 分钟即可完成数据采集，生成的三维模型可清晰呈现巷道断面尺寸、支护结构、管线布置等细节。

采空区是地下矿的重大安全隐患，三维激光扫描技术可实现采空区的非接触探测。将扫描仪部署在采空区入口或通过钻孔投放，获取内部点云数据后，重建采空区三维形态，计算其体积、跨度、埋深等参数。某金属矿通过扫描发现一处未探明采空区，体积达5000 立方米，及时采取充填措施避免了坍塌事故。此外，通过多期扫描对比可监测采空区变形，当位移速率超过5 毫米/天时发出预警。

1.3 矿山地质构造精细刻画

断层、节理等地质构造直接影响矿体赋存与开采安全。三维激光扫描技术可通过高密度点云捕捉构造的细微形态：在露天矿边坡扫描中，点云数据能识别出宽度仅 5 厘米的断层破碎带；在井下巷道扫描中，可统计节理的走向、倾角、密度等参数，为岩体稳定性评估提供依据。

某金矿在勘探阶段应用三维激光扫描，对钻孔揭露的矿体露头进行扫描，生成的三维模型清晰呈现了矿体与围岩的接触界面，结合化学分析数据，使矿体边界圈定精度提升 40% ，减少了无效钻探工程量。

1.4 矿山工程变形监测

矿山建（构）筑物的变形监测是保障生产安全的关键。三维激光扫描技术可对井架、皮带廊、尾矿坝等进行高精度监测：对井架每季度扫描一次，通过点云对比计算垂直度变化，精度达 _±0.5 毫米/米；对尾矿坝采用无人机载激光扫描，生成表面模型后分析坝体沉降、裂缝发育情况，预警坝体失稳风险。

某选矿厂尾矿坝应用该技术后，发现坝体局部沉降速率达20 毫米/月，及时采取加固措施，避免了溃坝事故。与传统沉降观测点法相比，激光扫描可实现坝体全域监测，不存在监测点遗漏风险。

2 技术优势与实践局限

2.1 核心技术优势

三维激光扫描技术在矿山地质测绘中的优势显著：一是高效率，大范围地形或大型构筑物的扫描效率是传统方法的5-10 倍，大幅缩短数据获取周期；二是高精度，单点坐标精度可达毫米级，满足矿山工程对细节测量的需求；三是安全性，非接触式测量避免人员进入高风险区域，降低井下瓦斯、露天边坡滑坡等事故风险；四是完整性，高密度点云（每平方米1000-10000 点）可完整记录目标表面信息，避免传统点测量的信息遗漏；五是可视化强，三维模型直观呈现矿山空间形态，便于地质分析与工程设计[2]。

2.2 实践应用局限

三维激光扫描技术在矿山应用中仍存在以下局限：一是环境适应性有限，井下高粉尘、水雾会导致激光反射率降低，点云数据出现空洞；强电磁干扰可能影响设备定位精度；二是数据处理复杂，单次扫描可产生数GB点云数据，需专业软件（如Cyclone、CloudCompare）进行去噪、拼接、建模，处理周期较长（1 平方公里数据需8-12 小时）；三是设备成本较高，高精度地面扫描仪单价约 50-100 万元，手持扫描仪约 20-30 万元，基层矿山企业难以大规模普及；四是专业人才短缺，点云数据处理与地质解译需要兼具测绘与矿山地质知识的复合型人才，目前行业内此类人才缺口较大。

3 优化对策与发展方向

3.1 技术适配性提升

针对矿山环境特点改进设备性能：开发防尘防水等级达IP65 以上的扫描仪，适应井下高湿粉尘环境；集成惯性导航系统与扫描仪，解决地下无GPS 信号区域的定位难题；采用多波长激光（如近红外 + 可见光），提高对深色岩石、水体的扫描精度。

简化数据处理流程：开发矿山专用点云处理软件，内置巷道断面自动提取、采空区体积计算等模块化功能，将数据处理效率提升 50% ；引入云计算技术，实现大规模点云数据的分布式处理，缩短处理周期。

3.2 多技术融合应用

推动三维激光扫描与其他技术的协同：与BIM（建筑信息模型）结合，将巷道、设备的点云模型转化为BIM 模型，实现矿山工程的数字化管理；与物联网（IoT）融合，在扫描模型中集成传感器数据（如瓦斯浓度、应力值），构建“空间 + 属性”的矿山监测系统；与无人机航测配合，无人机获取露天矿宏观地形，地面激光扫描补充细节，形成“空-地”一体化测绘方案。

3.3 人才培养与标准建设

加强专业人才培养：矿山企业与高校合作开设“矿山三维测绘”课程，培养既懂激光扫描技术又熟悉矿山地质的人才；开展行业培训，重点讲解点云处理软件操作、地质构造解译等实用技能，每年培训不少于20 学时。

建立技术应用标准：制定《矿山三维激光扫描技术规程》，规范设备选型、扫描精度要求（如露天矿边坡扫描点间距≤10 厘米）、数据成果格式等；明确三维模型在矿山设计、安全监测中的应用场景及精度标准，促进技术规范化应用[3]。

4 结束语

三维激光扫描技术以其高精度、高效率、非接触的优势，在矿山地形测绘、巷道建模、边坡监测等领域展现出巨大应用价值，显著提升了矿山地质测绘的质量与效率。尽管存在环境适应性、数据处理等方面的局限，但通过设备改进、多技术融合及标准建设，其应用潜力将进一步释放。未来，随着技术成本降低与智能化水平提升，三维激光扫描技术有望成为矿山地质测绘的主流手段，为矿山数字化、智能化建设提供坚实的空间数据支撑，推动矿山行业向安全、高效、绿色方向发展。

参考文献：

[1]翟鲲鹏. 三维激光扫描技术在地质测绘中的应用 [J]. 四川建材,2025, 51 (05): 80-82+91.

[2]张武. 三维激光扫描技术在矿山地质快速测绘中的应用探究 [J]. 世界有色金属, 2024, (13): 136-138.

[3]周涛. 基于三维激光扫描技术的矿山地质测绘精度评估系统研究[J]. 中国金属通报, 2024, (01): 138-140.