基于三维激光扫描的地下金属矿采场顶板块体识别技术研究

采场顶板稳定性问题一直是制约地下金属矿安全高效开采的核心问题。本研究以工程地质、测绘科学等为理论基础，应用三维激光扫描系统对采场顶板进行时空扫描，获取采场顶板岩体宏观结构真三维数字图像及工程地质数据；对工程地质数据库进行数据挖掘，提取结构面的空间几何信息，利用可视化编程平台Visual C++，基于AUTOCAD系统进行二次开发，生成包含岩体结构面、节理裂隙的采场顶板三维实体模型；基于几何拓扑学和集合论，构建块体空间几何、空间划分以及边界剖分算法，建立岩石块体系统的几何离散元方法，借以识别采场顶板岩体几何块体。在此基础上，利用神经网络模式识别、块体可动性理论，研发基于开挖结构面信息的非线性岩块失稳预测方法，对采场顶板岩体稳定性及其冒落可能性进行预测，揭示地下金属矿采场顶板岩块冒落机理，为实现地下金属矿安全高效开采奠定基础。

采场顶板稳定性问题一直是制约地下金属矿安全高效开采的核心问题。本研究以工程地质、测绘科学等为理论基础，自行研发了两款三维激光数字测量仪：轨道式和测站式；在此基础上，应用自行研发的三维激光数字测量仪对巷道围岩进行全景测量，获取巷道围岩体宏观结构真三维数字点云图像；针对上述采集的点云数据，利用可视化编程平台Visual C++，基于AUTOCAD 系统进行二次开发，采用字段截取、点云体素化和离群点移除的方法进行点云数据的精简滤波，并与Geomagic Studio 2012的点云处理效果对比。对离散点云建立拓扑关系，采用改进的区域生长算法直接对点云数据处理完成岩体结构面的识别，拟合结构面法向量以计算产状，并通过绘制花图、极点图、等密度图和赤平投影图对结构面的产状进行统计。以Qt Designer和Microsoft Visual Studio 2010为开发工具，编写基于点云库的岩体点云数据分析系统，主要实现点云精简滤波、结构面识别及其产状统计的功能并以巷道围岩的工程实例对该系统的识别效果进行检验。自行研发三维岩体节理建模与分析系统，构建采场顶板三维岩体结构面空间分布模型，依据岩体结构面的几何特征参数，延伸节理等结构面的空间交汇，识别采场危岩体赋存的空间位置，进而实现对采场顶板危岩体稳定性进行判断；对采场顶板岩体稳定性及其冒落可能性进行预测，揭示地下金属矿采场顶板岩块冒落机理，为实现地下金属矿安全高效开采奠定基础。.共发表学术论文16篇，其中SCI检索5篇，EI检索4篇；获得省部级科技进步奖3项；获得国家实用新型专利1项，国家软件注册2项，学术专著1部，培养博士研究生2名，培养硕士研究生5名。