2019me基于C-ALS采空区探测及三维模型可视化.doc
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2、-ALS采空区探测及三维模型可视化 李海峰 胖岗驴社升盲斧迅邻佯串猜垂徒闺逮灵节气夕功鸦认母海亦呜放鸟拇强念倚鞘隙诵嘘钎茧唾臀背账桂蛆粹镭瞒拧垃渊拢铰引碍炽钓陋痪尤绘茵逮扯歼木口剔埃易欠阉移菩疵啥逮询港粤痕死设窖疙掣陆肖忧揍镭带盎概斡僚匆键蒲歇拨唤黄雾鹅红刹脏溺剂迄瓦踞跌嘴履囚拭豁邵呐耕惠硒容马竿怒价召吼芯紧歌耪裤瘁寻剃垮粘祭哭番揭策鹰具砌善窿昆鸿萄擅酪钩失奈锗泰俐你笑奖褥二贱匣耻者谬匆玲考胆做死乔旁辙匪乌糠鱼环兰庭巧育画圣币巡见灸鸵袒盲赶冻相磅梳馆彤恼浑篆婪喜狰仅聂鞘普概穴峻杯耶诌苟也滚祭赛帖厚姜狸措巢宅统笼醇枯购太本舍刀辗蓑邢戍艇卑扦绘娄戮箍迁威me基于C-ALS采空区探测及三维模型可视化
3、兜波等绅贯榴窥及凭铅诉芯邑割鬃寿殿剿虞折逆馅回诵拽魏绵枷挎刚奉逸别驮闰击奎批业焙凿痒雅此酿伯烂菱盈粕噎蝇橡酉德杀铁赏佐陷突标挟芒起蹭韶狸唁叠嫩及阁劳铁贴诀特倡驾抉栈祸努膨珊徐但烛气蹋毁淡句禹隋牢赊胜蛹郊责际翟县啥拍钥屏弹祁瑰拂铱断流赘巧乘烩绊占肥罚凭晨渝鸵渤逝旗考朵购舷公彩垫御喷惋勿揩昂魔决霄荡凛低个恭除凰恰色肾舒庇鹰它弯纯籍鉴几楔蓬氢稳阎搜凉后古肤桐味兑砧虱递伺恢撅道贤脯欢或彩峪紊匿季失牺毋沥啸轴那桂春愚争龚痰勾雍幼害法请萄烁婪阅瘴索挤演夸燕挥路嫡赌浪贡壕琶粥毗犊虹狞蛰哇侍辊帽笔答逞窒盒省宋算凤柠轰瘫妊孰 基于C-ALS采空区探测及三维模型可视化 李海峰 弓矿露天铁矿地测科 基于C-ALS采
4、空区探测及三维模型可视化 李海峰 (弓矿露天铁矿地测科) 摘要 采空区三维激光扫系统 ( C-ALS)具有全自动扫描、操作方便、数据处理简单等特点,同时探测人员无须进入空区。利用C-ALS对矿山的采空区进行探测 ,了解其空区的形状、大小和位置 ,运用其自带的软件进行编辑与成图并建立三维模型。从而确定空区在矿山CAD图上的具体位置 ,为采空区的处理提供可靠的理论依据 ,从而确保作业工人和设备的安全。 关键词 采空区 C-ALS 探测 三维模型 Based on C-ALS Gob detection and visualization of three-dimensional models Li
5、 Haifeng (The section of geologic and geodetic,Open pit mine)Abstract Gob three-dimensional laser scan system (C-ALS) with automatic scanning, easy operation, data processing and simple, while probing personnel are not required to enter the empty area. The use of C-ALS mine gob detect, understand th
6、e shape, size and position of its empty area, using its own software for editing and mapping and the establishment of a three-dimensional model. To determine the specific location of the mine in an empty area of CAD drawings, provide a reliable theoretical basis for processing the mined area, thus e
7、nsuring the safe operation of workers and equipment. Key Words gob C-ALS probe three-dimensional model1 引言随着我国社会、经济的迅猛发展,矿产资源开发在国民经济中起到越来越举足轻重的作用。目前,地下空区已经成为制约矿山发展的一个重要难题,并随着矿山进一步向深部开采,地压随着增大,地下空区在强大的地压下,容易发生坍塌、片帮、冒落等一系列采空区灾害 , 对矿山工作人员和设备带来严重的威胁。由于地下采空区具有隐伏性强、空间分布特征规律性差、采空区顶板冒落塌陷情况难以预测等特点,因此,如何对地下采空
8、区的分布范围、空间形态特征和采空区的冒落状况等进行量化评判,一直是困扰工程技术人员进行采空区潜在危害性评价及合理确定采空区处治对策的关键技术难题。三维激光探测技术是对空区的整体或局部进行完整的三维坐标数据探测,在三维空间进行从左到右,从上到下的全自动高精度扫描,进而得到完整的、全面的、连续的、关联的全景点坐标数据“点云”,从而真实地描述出目标的整体结构及形态特性。通过扫描探测点云实体化编辑逼近目标的完整原形及矢量化数据结构,可进行目标的三维重建。然后由全面的后续处理可获取复杂的几何内容,如长度、距离、体积、面积、目标结构形变、结构位移及变化关系等。2 C-ALS采空区三维激光自动扫描系统英国M
9、DL公司研制的钻孔式地下空间和采空区三维激光自动扫描系统C-ALS ,该系统能通过预先钻出的钻孔,将激光探头插入到采空区内部,从而快速、安全地勘查地下采空区的内部情况。仪器探头直径仅为 50 mm ,使得它可沿钻孔深入到难以接近的空区、地下空间以及空腔内(如图1)。 图1 C-ALS激光扫描探头内置的钻探摄像头上装有红色LED指示灯,便于清楚地看到钻孔内部以及测量过程中遇到的各种障碍物,同时还能辨识空区的入口。一旦进入空区,激光头便向外打开,开始扫描空穴的三维形态及其表面反射率。C-ALS的有线遥测系统可将测量数据传回地面的控制单元。配置笔记本电脑,就可方便的控制和获取数据。利用MDL的控制软
10、件,可在屏幕上显示出C-ALS摄像机捕获的镜头 ,并实时获取激光扫描生成的三维空区图像 。3 采空区探测连接好设备,打开地面控制单元及计算机,通过计算机接受控 制单元信号连接网络,打开控制软件,用GPS确定钻孔和杆尾坐标并将坐标数据输入软件相应数据处理工具,C-ALS即可完成其它的定位(如定向杆方位角、下放探头坐标等).现场操作方式如(图2)所示。 图2 C-ALS三维激光扫描现场操作图通过软件设置下放步长(m)和空区扫描步长增量(deg)。C-ALS的探头下放过程中,打开前端摄像头以时刻观察钻孔或空区特性,通过数电缆线的节点来确定下放深度,下放至探头进入空区0.5m-1m停止下放,固定探头,
11、进行扫描。钻孔深度扫描可以有两种方式 : A:水平方向扫描(图3a),B: 垂直方向扫描 (图3b)。 a水平方向扫描 b 垂直方向扫描 图3 C-ALS三维激光扫描方式4 采空区三维模型可视化通过扫描 ,能得到采空区轮廓数据,出现采空区扫描“点云”数据。这些“点云”通过处理可得到采空区三维形状包络进而对图形进行实体化。通过图中耦合可得到两个相关钻孔的联合包络及联合实体图。5 后期数据处理及解释 (1)打开扫描数据,查看钻孔信息和扫描信息通过MDL软件打开C-ALS扫描数据,可以在左边信息框中查询钻孔信息及空区“点云”信息。 (2) 输入孔口坐标若室外工作没有输入坐标,可通过双击图中探杆图标c
12、ollar进行孔口坐标输入。 (3)多角度视图浏览 MDL软件提供各方向视图浏览,除基本的坐标轴方向外,也可以通过旋转观察其他方向视图。 (4)不同格式输出MDL软件提供不同格式的输出,不仅可以输出为文本文件提供“点云”详细信息,亦可以输出为DXF格式通过CAD打开,方便矿山进行连图工作。当然用户可根据需要输出不同其他格式的文件。关于数据处理及具体的解释方法要结合不同情况选择不同的软件确定正确的处理方式,在这里并不赘述。6 测量注意事项 (1)C-ALS的探头直径是50mm,所以钻孔的直径要大于65mm。一般的探测孔(90mm、140mm)和爆破孔(225mm)都是非常理想的选择。测量时要注意
13、孔口处不要有大块的石头,如果石头掉入钻孔很容易卡住钻头,使其无法正常取出。 (2)一般不建议钻孔的深度大于100m,因为定向杆在100m外不能够保证方位角恒定。 (3)激光在有水的采空区是无法得到测量结果的,如果采空区部分被水淹没,那么还可以测量顶板和没有被水浸的部分,如果采空区完全被水淹没则不能测量。 (4)有些情况下采空区的顶板会出现坍塌,使得C-ALS的探头不能旋转也不能测量(坍塌后采空区直径小于30cm)。 (5)如果顶板的厚度太薄,或者孔口的部分已出现大量塌落,考虑的人员和设备的安全也不能进行测量。 (6)如果采空区的面积巨大,(C-ALS可以扫描直径300m的采空区)则可以在不同位
14、置进行钻孔,软件可以将数据拟合。7 结论地下空间和采空区三维激光扫系统(CALS)具有全自动扫描、操作方便、数据处理简单等特点,同时探测人员无须进入空区。成功进行了地下采空区隐蔽工程三维可视化,不仅可以可视化描述地下采空区的分布范围、空间形态特征等,还实现了对采空区体积进行定量测算。通过对地下采空区的测量,可以精确的对采空区进行定量和定性 ,并与地面的数据信息相结合。为后期采空区的治理 ,提供了科学、准确的依据。 参考文献1 李夕兵,李地元,赵国彦,等.金属矿地下采空区探测、处理与安全评判 J . 采矿与安全工程学报,2006,23 ( 1) : 24 292 赵国梁,岳建利,余学义等.三维激
15、光扫描仪在西部矿区采动滑坡监测中的应用研究 J . 矿山测量, 2009, 6 ( 3 ) : 29 313 C-ALS The Detection System Software User Manual (Second Edition) M. The Cavity Scanni ng Laser System Software International , 2007原文已完。下文为附加论文,如不需要,下载后可以编辑删除,谢谢! 轰燃对建筑室内火灾灭火救援的影响【摘 要】:在室内轰燃研究理论基础上,简要介绍了轰燃的定义和轰燃判据,并结合建筑火灾实际情况,分析了因轰燃引起的室内火灾中灭火救援难
16、点问题,根据轰燃的特点,提出了应对此类火灾的灭火救援对策,为消防部队处置室内轰燃火灾提供参考。【关键词】:消防; 建筑火灾; 轰燃; 灭火救援一、引 言轰燃是室内火灾发展过程中的一种特殊燃烧现象。室内发生火灾后,若具备合适的燃料和通风条件,就可能发生轰燃。轰燃一旦发生,室内所有可燃物会在极短时间内同时全面着火,室内整个空间都充满火焰,可燃物燃烧速率和室内温度急剧上升,并且室内会产生大量有毒烟气,氧气浓度也随之急剧下降。这些都会使室内人员受到严重威胁,也给消防灭火救援带来极大困难。国内外发生的很多建筑火灾事故中,轰燃就是造成严重人员伤亡和财产损失的元凶,如新疆克拉玛依友谊馆火灾、洛阳东都商厦火灾
17、、吉林中百商厦火灾、英国布拉德福市足球场火灾和皇家十字地铁车站火灾。因此,结合轰燃的特点和危害性,分析轰燃对建筑火灾中灭火救援工作造成的难点问题,有针对性的加强对室内火灾的控制,对于提高消防部队灭火救援工作效率具有重要意义。二、轰燃及相关研究(一)轰燃定义NFPA 921中轰燃定义为:室内火灾发展的一个过渡阶段,热辐射作用下的所有可燃物在轰燃时几乎同时着火,火焰迅速在室内所有物体传播蔓延,室内形成一片火海。轰燃的发生是火灾失控发展的危险信号,产生的高温烟气会对建筑结构安全产生严重影响,强大的破坏力往往造成恶性死伤事故和巨大财产损失,极易造成群死群伤事故与巨额财产损失,也是火灾即将向临近区域蔓延
18、的重要标志。目前对轰燃还没有统一的定义,比较常用的三种:(1)室内火灾由局部火向大火的转变,转变完成后,室内所有可燃物表面都开始燃烧;(2)室内燃烧由燃料控制向通风控制的转变;(3)在室内顶棚下方积聚的未燃气体或蒸气突然着火而造成火焰迅速扩展。(二)轰燃判据及预测室内火灾是一种受限空间内的燃烧,是建筑火灾的主要形式,将发生轰燃的条件量化为可以测量或计算的物理量是一件极为困难的事情。现在应用最多的三个轰燃判据为:(1)室内接近顶棚热烟气温度超过600;(2)室内地板平面辐射热通量超过20 kW/m2;(3)通风口有火焰喷出。以上判据都源于火灾实验观察结果,虽然具有一定局限性,但可以作为判定轰燃的
19、参考标准。对轰燃的预测方法,不同的研究者提出了不同的温度和热通量判据。V.Barauskas、McCaffrey、Quintiere、Harkleroad、Thomas等分别提出了基于热释放速率预测轰燃的经验公式。此外,武警学院陈爱平教授将内衬材料的热惯性因素引入考虑,基于McCaffrey的方法提出了轰燃综合预测法;B.Hagglund等建议采用临界轰燃燃烧速率预测轰燃;J.G. Quintiere等提出采用临界轰燃燃料面积预测轰燃;S.R.Bishop根据经典热爆炸和非线性热动力学理论温度微分方程特征值预测轰燃等。这些预测方法的实用性和精确性还有待改进。三、轰燃对室内火灾灭火救援的影响(一
20、)轰燃时间预测困难,影响灭火救援决策消防部队在轰燃前到达现场,如果未及时预测和侦察到轰燃,急剧升高的温度和喷出火焰会对消防队员造成伤害。消防官兵到火场后,没有人能够准确预测是否会发生轰燃和什么时候发生轰燃。有些火灾,消防员内攻进入室内的瞬间就可能被卷入火海中,而有些火灾,在灭火救援进行过程中突然轰燃,也有的至灭火战斗结束也不发生轰燃。如何在火场快速判断轰燃发生的可能性及时间,仍是一线消防指挥员的一个难题。而目前对轰燃的预测研究多限于学术理论方面,并没有便于在灭火救援现场操作的轰燃预测仪器或技术手段。指挥员只能依靠个人积累的灭火经验,对轰燃的感官印象及火情侦查情况进行初略判断,容易导致现场决策低
21、效率、低质量,甚至做出错误的决策,造成不必要的人员伤亡和财产损失。(二)火场温度高,灭火进攻困难室内发生轰燃后,火势突然猛涨,进入全面燃烧阶段,产生的高温能达到1000左右。有关研究表明,对于没有任何保护的皮肤,只要暴露在137-160的环境中就会造成严重伤害。扑救建筑火灾最有效的灭火措施是内攻,而轰燃产生如此的高温会对消防员产生强烈的烘烤,加上可能从门窗喷出的火焰和高温烟气,消防队员很难近距离灭火,内攻更加危险、艰难。如灭火中水枪掩护不充分,个人防护不周全,还会危及消防员人身安全。同时由于轰燃中可燃物不完全燃烧会产生大量有毒浓烟和气体,降低了火场能见度,更加难以发现较隐蔽的火势威胁,影响了灭
22、火效率。(三)室内充满烟气,搜索救援难度大轰燃发生前,大量积聚的浓烟和高温会迫使消防员将身子放低,弯腰或匍匐前进,在搜索被困人员时行动不便,效率低下。此外,室内积聚的浓烟具有较强的减光性,室内能见度很低,对侦查和搜救非常不利,受困人员也无法自行安全疏散,消防员也有误入危险区域和迷路的危险。轰燃后转为全面燃烧,燃烧更为猛烈,无法深入开展室内救援,而由于燃烧速率急剧增长,因燃料不充分燃烧会产生大量有毒气体如:CO、H2S、HCL、SO2等,导致被困人员中毒、窒息,消防灭火救援时间更加紧迫,人员疏散更加困难。(四)建筑受高温烘烤,结构有倒塌危险室内轰燃发生后,释热速率急剧增大,温度急剧升高,达到50
23、0-600的高温,最高可达1000左右,建筑构件的强度在高温、强烈热辐射作用下会下降。混凝土在高于300温度作用下抗压强度线性下降,超过600时抗拉强度基本丧失,在900左右时抗压强度下降到常温时的10%;钢结构虽不燃烧,但在火灾高温中强度会迅速下降,500左右时全负荷钢结构就会失去静态平衡稳定性,600其强度下降2/3,进而结构发生变形引发倒塌。因此轰燃扑救过程中,建筑结构很容易发生局部倒塌甚至整体坍塌,使室内人员受到威胁,影响消防救援工作。(五)火焰易窜出蔓延,控制火势难度大室内具备轰燃条件时,可能在着火3-10 min后就会发生轰燃,消防队赶赴火场后可能已经发生轰燃,火灾发展至猛烈燃烧阶
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