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矿产资源地下开采形成大量的采空区是目前影响我国矿山安全生产最主要的灾源之一。针对矿山采空区隐患,我国采矿工作者做了大量的工作,如采用探地雷达及高密度电法、地震映像法等地球物理方法开展空区探测工作。这些方法对地下矿山、尤其是地下金属矿山的空区信息的获取能力显得不足,对探测信号的处理和解释都存在明显的弱点,严重影响对后续空区安全性评价的可靠性。 空区三维激光探测系统(Cavity Monitoring System,CMS)是加拿大Optech公司生产的一种基于激光的空区探测系统,主要用于井下巷道、硐室及采空区的精密探测。在矿业发达国家如北美、澳大利亚等已经成为地下采场和空区探测的主要手段。铜坑矿在长期的开采中形成了大量的采空区,局部地段空区的冒落或坍塌已构成直接威胁矿山生产的重大安全隐患。为了有效地控制因空区引发的地质灾害,急需对现有空区进行彻底探查,以弄清空区形态、实际边界、顶板面积和体积大小等空区基本信息。为此,先后多次采用采空区探测系统CMS完成了铜坑矿四大采区的36个采空区的探测工作,并借助大型矿山工程软件Surpac等工具,精确地获得了空区综合信息,取得了理想的空区探测及其成果的实际应用效果,为矿山今后进一步地开展空区处理、地压监控及开采贫损控制等相关技术的研究奠定了良好的基础。 CMS工作原理 CMS是一种基于激光的三维空区精密探测系统,它通过可旋转并集成有激光测距仪的扫描头来实现对空区的探测。扫描头作360°旋转并收集距离和角度参数,每完成一个圆周的扫描后,扫描头将按预先设定的参数自动抬高一定角度(通常为1°~3°)进行连续循环扫描直至完成全部扫描工作。CMS系统基本构成包括激光扫描头、控制箱、手持式控制器、支撑杆架及数据处理软件。 CMS探测主要是通过可360°旋转并集成有激光测距仪的扫描头实现,具体步骤如下:(1)CMS扫描头安装并进行位置初始化;(2)扫描头水平位置调零;(3)设置扫描参数,包括保存探测数据的文件名、扫描角度范围及扫描精度等;(4)扫描头开始扫描,并将扫描数据以有线方式传送到控制箱中,同时控制箱内数据以无线方式自动发送到手持式控制器;(5)完成一周扫描后扫描头自动抬高一个预先设置的角度(通常为1°~3°)进行第二周扫描,直至扫描过程全部结束,CMS激光扫描原理如图1所示;(6)扫描数据从手持式控制器下载到计算机,并进行数据处理、计算及图形、文件输出等。
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