精密探测技术在金属矿山工程测量中的应用研究樊恒光

精密探测技术在金属矿山工程测量中的应用研究樊恒光

樊恒光

甘肃华能工程建设有限公司730913

摘要：伴随着我国经济的全面发展，对于矿产资源的需求量也相应增加。大量的矿山开采工作离不开高效科学的矿山测量，加之科技技术的快速发展，采矿工程逐渐朝向数字化方向发展，并对矿山测量提出了更高的要求。精密探测技术应运而生，并在矿山工程测量中发挥了十分重要的作用。因此文章就CMS测量技术在金属矿山工程测量中的应用进行略述。

关键词：CMS系统；MineSight软件；金属矿山；工程测量

CavityMonitoringSystem系统被简称为CMS，该系统是由加拿大所研发的，在采矿工程的监测中具有十分广泛的应用范围，属于世界领先水平的测量技术。我国很多采矿工程项目在经过了相关测试后也对该监测技术进行了引进和实践应用，在对矿山的井巷或者采空区进行测量时，取得比较理想的测量结果，证明该技术具有较高的应用价值。

一、CMS系统的概述

（一）基本概念

CMS探测系统是一种基于3D激光探测技术的新型探测手段。该系统通过对目标整体或局部在三维空间进行从左到右、从上到下全自动高精度步进扫描，进而得到完整、全面、连续、关联的全景点三维坐标数据，真实地描述出目标整体结构及形态特性。通过目标三维建立和全面后处理获取较全面的几何内容，如长度、深度、体积、面积、目标结构形变、结构位移等，与传统的探测和测量方法相比，具有探测精确度高，采集空间点的密度大、速度快，探测结果可视性好、不受采空区深度限制，不需要控制点就可以建立DSM模型和目标体模型等特点。

（二）工作原理

在CMS系统中设置有CPU模块、激光测距模块、传感模块、补偿模块以及精密电机等。CMS启动后应首先对其进行初始化，利用操控装置设定补偿器的初始位置，然后就可以通过激光测距值以及电机角度值来对目标地的实际位置数值加以确定。CMS虽然可以360°绕主轴进行旋转，但是在其其手柄位置仍存在一定的盲区，其范围在80°左右。此外，在实际应用时可以按照1°的整数倍来设置CMS的水平以及竖直步进角度值。在CMS系统中，默认其坐标原点为仪器的中心点。而在对空间位置进行测定时，则需要将系统坐标与实际坐标相统一，因此需要首先测定设备中心位置以及起始位置的的地方坐标值，再有系统软件自动进行坐标的旋转或平移，从而获得地方坐标。

（三）操作步骤

①安装CMS扫描头并进行初始化设置；②运用手持式控制器设置扫描参数，包括保存探测数据的文件名、扫描角度范围及扫描精度等；③扫描头水平位置调零；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1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2周扫描，直至扫描过程全部结束；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。

二、CMS系统在金属矿山测量工作中的应用实践分析

采矿工程在应用CMS系统进行测量时，应在完成初始化后再进行定向。同时要根据采矿工程的具体结构来确定仪器的实际安置位置以及定向方法，以保证测量的准确性。

以CMS系统在平巷工程以及斜巷工程中的应用为例。首先应在三角架上架设好扫描头，并对设备中心点的地方坐标进行测定，然后将其确定为前视点。对扫描头位置进行调整平衡后并初始化后，就可以对其在巷壁上的激光点进行测量，从而获得后视点的坐标值。最后由CMS系统的软件对前后视点的坐标值进行换算处理，并得出扫描的具体地方坐标值。在进行定向时应在确定前视点后，对扫描头支撑水平杆的任意点进行测量，并将其地方坐标值作为后视点坐标，通过CMS系统进行换算处理。

对采矿工程的采空区进行竖直下放定向是一项比较复杂的测量技术，需要根据采矿工程的实际情况来探索具体的应用方法。以某采矿工程为例，其采用了通过竖井将测量设备下放至连接采空区通口位置的方法，在竖井口完成相关的扫描测量工作。

应用CMS系统进行扫描测量时，应首先进行初始化和定向，然后再开展扫描测量操作。在测量时应根据采矿工程对测量精度的实际要求来确定测点密度，然后合理的设定定向点的地方坐标值、电机进步的竖直以及水平角度值以及接杆中心的地方坐标。相关准确工作完成后，就可以由扫描仪来自动完成测量扫描任务了。

三、CMS和MineSight软件相互融合在金属矿山工程测量中的应用

（一）概述MineSight软件

矿用MineSight软件由美国所研发，其功能十分丰富，能够处理多种地质数据，构建三维数字模型，并对露天以及地下的采矿工程进行设计规划。同时其还可以对多种格式的坐标数据进行高效的处理分析。由于CMS系统能够将其测量采集的数据信息转化为CAD格式数据以及三维坐标数据，为后续的数据处理以及三维建模创造了良好的条件，因此在采矿工程的内业处理中就可以很便捷的通过MineSight软件来处理这两类格式的数据信息。

（二）MineSight软件与CMS相互融合的应用

采矿工程利用CMS系统进行扫描测量工作，能够有效的提高测量的自动化水平，同时可以更加便捷快速的由系统软件自动完成系统默认坐标与用户坐标之间的转换工作，也可以采取通过控制其输入的方式来进行。此外，CMS能够对自动对数据格式进行转换，再通过MineSight软件来进行三维建模，不仅效率比较高，而且受人为因素的影响比较少，其准确性明显提高，同时也为信息的提取应用相关数据信息提供的便利条件。具体实践流程为：首先CMS将其采集以及测量的数据通过系统中PosProcess3D软件转换为DXF数据或三维坐标。在应用MineSight软件对DXF格式的数据信息进行处理时，一般还需要进一步将其转化处理为R12或者LT2格式。然后MineSight软件根据对DXF数据的处理结果构建相应是三维数字模型，并利用该模型进行分析量算。MineSight软件还可以综合运用已有的其他矿山模型叠加进行计算，从而获得该三维模型与相关工程之间的关系。此外，MineSight软件还可以简便的获得模型的剖面图，从而对采矿工程采空区的实际方量以及出矿量进行计算。

（三）三维建模测量应用实践

以某采矿工程为例，应用CMS系统与MineSight软件对该矿山的采空区进行测量建模。首先利用两个竖井将仪器下放至采空区采集测量相关数据，在将所获得的数据信息进行转换并输入到MineSight软件中，由MineSight软件对数据信息进行拼接、剪裁等处理，同时与该采矿工程的开拓模型以及实测模型等进行叠加分析，从而获得采空区与相关工程之间的实际位置关系，为采空区的后续充填施工等设计规划提供准确客观的数据参考。

总之，CMS系统是对采矿工程的地下采空区等人员难以进入区域进行有效测量监测的有效技术手段，能够为采矿工程的数字化建设提供准确的测量信息，从而提高采矿工程决策的准确性和科学性。我国采矿工程在引进并应用CMS系统后，有效的解决了一些生产实践中的技术难题，不仅使海量数据的采集得以实现，同时还能够准确的测定矿山采空区的具体空间形态，并通过准确计算相关的方量参数来更好的掌握了安全的采矿距离，有效的提高了采购工程生产作业的安全性。虽然该技术在实践应用中还存在一定的局限性，还需要在实践应用中不断总结经验，对技术进行改进和完善，但该技术系统仍然具有较高的应用价值，采矿工程应不断加大CMS系统的推广和应用，以全面提高我国采矿工程的信息化和数字化水平。

参考文献：

[1]李成钢，左翔，史小雨.一种精密单点定位GF组合周跳探测方法[J].导航定位学报，2017，5（04）

[2]张宾，林卫明，胡正芳.CMS激光测头集成在悬臂三坐标测量机上的应用浅析[J].汽车与配件，2017（26）

[3]李占金，孙文诚，陈申方，李力.复杂采空区精密探测及稳定性分析[J].化工矿物与加工，2016，45（06）