一、激光掃描探測系統(tǒng)特點
露天礦地下采空區(qū)三維激光掃描探測技術是基于激光定位與測距原理的空腔內壁三維探測技術，可以通過地表延伸至空區(qū)的鉆孔迅速而安全的對采空區(qū)進行激光三維掃描，精確獲得采空區(qū)空間的形態(tài)參數，該技術的出現，使采空區(qū)隱蔽工程的準確描繪與科學治理成為可能。基于該技術的鉆孔式三維激光掃描系統(tǒng)是一款能通過地面鉆孔對地下空間進行掃描的裝置，通過激光測距原理瞬時測得空腔內壁三維坐標值的測量儀器，利用三維激光掃描技術獲取的空間點云數據可快速建立空腔體三維可視化模型，具有全自動、速度快、精度高、數據處理簡便等特點。
鉆孔式三維激光掃描系統(tǒng)主要由硬件部分和軟件部分組成。以某型鉆孔式三維激光掃描儀為例，硬件部分包括探頭、碳纖維定向桿、電纜、三腳架、絞車、以及搬運箱等，軟件部分主要指與系統(tǒng)配套的控制軟件Control Software。通過應用與實踐，發(fā)現該系統(tǒng)在采空區(qū)三維激光掃描中具有以下優(yōu)勢：
1.掃描儀探頭直徑為5cm，能夠沿鉆孔下放至百米深處進行采空區(qū)測量，操作人員可以通過探頭前部的攝像頭實時觀察鉆孔內部的實際情況，同時生成鉆孔跟蹤數據并最終確定探頭的最佳掃描位置；
2.電動雙軸探頭可以實現空腔體的360°球形掃描，不留死角，正常情況下，掃描半徑可達150m；
3.數據捕捉率可達250點/s，掃描一個空腔所需時間約為10min，掃描精度為±5cm，掃描速度快，精度高，自帶的定向傳感器能夠使掃描數據自動進入到現有的礦山坐標系統(tǒng)中；
4.掃描過程中，與探頭相連的控制單元與計算機通過無線網絡連接，最大距離為300m，操作人員可在遠離危險區(qū)域的條件下利用控制軟件遙控監(jiān)視和操作掃描系統(tǒng)；
5.設備探頭的防水、防塵等級為IP67，可以浸入1m深的水中而不損壞探頭，設備工作溫度為-10°C~+60°C，在一定程度上適用于無煙霧火區(qū)鉆孔探測；
6.掃描數據可以導入SURPAC、3Dmine、AutoCAD等軟件中，進行采空區(qū)穩(wěn)定性評價與治理方案設計工作。
二、某型激光掃描探測系統(tǒng)工作原理
某型鉆孔式三維激光掃描儀的工作原理就是依靠激光定位，光線從光源發(fā)射到前面的某個目標就反射回來，用高速電子電路測定光線發(fā)出到返回所經歷的時間，并以此來測定光源至目標的距離。依靠遙控裝置控制探頭測定數據，通過電纜等傳輸設備輸入到控制軟件Cavity-Scan中進行數據轉換，生成空區(qū)三維散點模型，然后將散點數據導人到Geomagic等軟件中建立空區(qū)三角網模型，導出并生成3Dmine、SURPAC、AutoCAD等軟件能夠識別的文件，最終獲取采空區(qū)的面積、形狀、埋藏深度、腔體高度等特征參數，文件還可繼續(xù)導入FLAC3D、MIDAS/GTS等數值模擬軟件中進行穩(wěn)定性計算。該設備的作業(yè)流程主要包括測前準備、探頭下放、空區(qū)掃描和數據處理四個部分，每個部分又包括若干具體工作，見掃描工作流程圖和示意圖（圖1和2）。
圖1 某型鉆孔式三維激光儀工作流程
圖2 采空區(qū)三維激光掃描示意圖
三、露天煤礦地下采空區(qū)治理應遵循的原則
露天煤礦地下采空區(qū)治理主要是消除地下的隱伏空洞、殘留井巷空間以及空區(qū)內、空區(qū)周邊隱伏的礦巖柱，以確保露采作業(yè)的安全。治理應遵循的總體原則為以人為本、安全可靠、技術可行、施工方便、經濟合理。采空區(qū)治理方法的選擇與治理費用、工期和安全有著直接的關系，因此，處理方案應當滿足以下要求:
1.對于情況不明、錯綜復雜的采空區(qū)上部剝離物及煤層，必須遵循先探后治，然后進行開采的原則。
2.治理方案要適合采空區(qū)的形態(tài)和性質，確保治理過程中作業(yè)人員和設備的安全，保證治理效果。
3.露天煤礦采空區(qū)治理應堅持動態(tài)評價、分類治理的思路。
4.要充分利用現有的露采工藝和設備，減少工程投資，降低治理費用。
5.提高治理效率，縮短治理周期，采空區(qū)治理能滿足生產進度的要求，減少對正常生產工作的影響。
6.提高地下資源回收率，減少資源浪費。
7.采取邊治理邊監(jiān)測的方法，在治理過程中，應加強跟蹤與監(jiān)測，防止出現采空區(qū)大面積陷落和大規(guī)模的地壓活動。
四、露天煤礦地下采空區(qū)的治理方法
根據采空區(qū)在露天礦境界范圍內的空間位置，將采空區(qū)分為露天采場下部采空區(qū)和露天礦邊坡下部采空區(qū)兩情況分別處理。國內外采空區(qū)處理方法大致可分為四大類，分別為露天采場深孔爆破法、封閉法、充填法、坑下峒室或小孔徑崩落礦柱法。
封閉法適用于處理小的、孤立的、對上下周邊不產生影響、既不再進行開采又可以任其自然塌落的采空區(qū)。在露天開采范圍內使用封閉法是不可行的，但對于原煤運輸巷道影響區(qū)的治理有一定的適用性。
充填法可分為高濃度全尾砂充填、干式充填、膏體膠結充填和高水速凝全水固化膠結充填等，這些充填法在技術上都是可行的。但一般地下開采礦山的充填物不再回收，而露天開采則有充填物二次處理問題，增加了開采成本，且充填系統(tǒng)投資、充填經營費用較高，所以充填法不適用于露天采場下部采空區(qū)的治理，但對于空區(qū)內溫度較高或有明火的采空區(qū)、露天礦邊坡下的采空區(qū)治理及運煤巷道影響區(qū)采空區(qū)（空洞）的治理有一定的適用性。
地下硐室或小孔徑崩落礦柱法，主要是因為坑內采礦所留礦柱及空區(qū)頂板變形塌落嚴重，人員設備進入很難保證安全，實施起來難度相當大，且風、水、運輸等工程投資大、周期長、效率低，所以也不宜采用。
露天采場深孔爆破法與上述幾種處理方法相比較，投資少、施工工藝和露天采場生產工藝相一致、施工技術簡單，能和露天采場生產緊密結合，有利于礦山生產經營管理，且安全可靠，因而是處理一般采空區(qū)比較理想可行的采空區(qū)處理方法。
對于沒有明火且采空區(qū)范圍較小、溫度在60℃左右的高溫采空區(qū)，可預先采用注水法降溫，等溫度降到50℃以下后，再進行爆破處理。對于著火嚴重的采空區(qū)或溫度超過60℃的采空區(qū)，需先采進行滅火降溫，再進行爆破。
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