三维激光扫描仪在相似材料实验观测中应用

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1、三维激光扫描仪在相似材料实验观测中应用　　摘要：用相似材料实验的方法模拟矿山煤层开采引起的地表移动和变形情况，用三维激光扫描仪来观测与分析地表移动和变形。通过三维激光扫描仪对模拟试验的观测可以得出很好的变形监测数据，实现了对相似材料试验变形数据的快速、非接触、大面积和高精度的观测，对提高实验变形观测效益、精度和数据处理的整体效果具有重大的促进作用。关键词:三维激光扫描系统；相似材料实验；变形观测Abstract:Thispaperusingsimilitudestuffsexperimentmethodtosimulatemine

2、coalbedexploitationsimulatingtheearth’ssurfacedisplacementanddistortioncase.Byusing3Dlaserscannertoobserveandanalyzetheearth’sdisplacementanddistortioncircs.Using3Dlaserscannertoobservethesimulatestuffscanthatgetdatumwell,ithasmoreadvantages.Keywords:3Dlaserscanningsy

3、stem;similarmaterialexperiment;deformationobservation中图分类号：TP731文献标识码：A6文章编号：2095-2104（2013）0引言随着国家对资源和人民财产的重视，对矿山开采沉降区和边坡观测显得日益重要。本文正是用相似材料来模拟矿山煤层及其周围的真实实体，用三维激光扫描仪对模拟岩体进行监测与分析实验。通过模拟试验得出了很好的变形监测分析预报结果，体现了三维激光扫描仪在相似材料试验中的应用。1三维激光扫描仪实验中采用的三维激光扫描系统是由Cyrax2500激光扫描仪和Cycl

4、one软件组成。考虑到实验数据获取的需要，测量中控制精度指标如下：水平方向为0.5mm，垂直方向为10mm，在1.5m~5m范围，测距精度为±1mm，角度为±0.5″，形成模型表面控制点的精度为±2mm，垂直方向和水平方向最大40°角。三维激光扫描系统的工作流程为：测站设计、扫描、控制标靶中心的获取、坐标配准和三维建模。2相似材料模拟实验2.1相似材料实验原理6相似材料实验是一种以相似理论为基础，通过用一定的相似材料构造物理参数与实际开采条件相似的模型来研究实际工程问题。采用相似材料模型法模拟地下煤层的开采引起的覆岩与地表移动、变

5、形和破坏规律的实质是采用原型的物理力学性质相似的人工材料，按几何相似常数、运动相似常数、动力相似常数及相似指标与相似判据，将原型缩制成一定比例的模型。在保证原形与模型的初始状态和边界条件相似的情况下，对模型进行模拟开采，观测模型在模拟开采过程中的覆岩的断裂破坏、弯曲和移动与变形规律，地表的移动与变形规律及其影响范围，然后按照相似指标将模型得到的观测结果推算到原型上去，确定原型的破坏、移动和变形的规律。本次实验某矿区某工作面为相似材料模拟基本原型，由于实验的需要在设计模型时作了必要的简化，以便和理论模型近似。该工作面从地表至800m

6、采深，煤层开采厚度为10m～30m，可采煤层为2层，煤层间距120m。相似材料模拟实验为急倾斜煤层开采。由实际开采工作面地质采矿条件进行必要的简化，采用类比法确定煤岩的物理力学参数。本次实验选用的比例尺为比例尺1:1000。2.2模型设计模型设计长2m，宽0.2m，高1.2m。模拟的急倾斜煤层平均倾角为60º，煤层厚度10m，两层煤间距100m，开采上限采深300m，下限采深800m，分多阶段开采，阶段采高不等。2.3测量点的布置6根据急倾斜煤层开采岩层移动与变形的特点和实验目的的需要，本实验采用三维激光扫描仪进行观测，

7、从模型的前后两个面各自独立进行观测。其中主要是针对地表移动和顶、底板的变形进行监测，地表观测线1条，共计13个测点，测点间距10~16cm。顶、底板观测线各1条，顶板共计测点7个，测点间距12~17cm。底板共计测点5个，测点间距10~20cm，测点布设如图3.2所示。三维激光扫描仪观测法是利用cyrax2500三维激光扫描仪对模型进行全面监测，共布设13条观测线，其中水平观测线6条，顶板观测线各6条，底板观测线1条。测点共256个。观测三次。第一次观测是在煤层开采前，以获取模型在没有采动情况下的原始空间位置数据，为以后的变形数据

8、进行比较。第二次实施对模型全面的观测在1＃煤层由-200m水平开采至-1100m水平变形稳定后。第三次全面的观测在2煤层由-200m水平开采至-1100m水平模型变形稳定后，共进行了三次对模型的全面观测，获取了相应的数据。6同时在观测前，在模型的周