煤炭作为我国的主要一次能源,事关着国家的经济命脉,但是煤炭的生产环境却极其的恶劣,巷道的变形不仅会破环生产环境,造成井下交通瘫痪,更会直接影响井下生产设备的和工作人员的安危,对煤矿的安全生产产生巨大的威胁。然而现有的巷道变形监测大都是接触式测量方法,不仅耗费了大量人力物力,还很难达到全局性的测量范围,这与煤矿智能化这一大趋势相违背。本文针对煤矿巷道变形的监测和预警这一问题,以掘进工作面为例,研制了一套基于激光点云的煤矿巷道三维重建实验系统,并在模拟的巷道内进行实验验证,建立了巷道三维点云地图,根据重建结果分析和计算巷道的变形量。本文主要研究成果有以下几点:（1）基于多线束激光雷达和高精度的旋转云台自行设计了一个简易的三维扫描装置,通过C++编写旋转云台的Modbus通信和激光雷达的通信,让其实现自动的全方位（360°×360°）扫描和点云采集并且通过点云配准的方法建立当前采集位置的三维激光点云地图;（2）在MATLAB内通过仿真的手段对扫描系统在理想情况下正交平面内的投影点云的分布情况进行模拟和分析,并且根据仿真的结果对单站扫描系统的实际参数情况进行反馈和修正;（3）加入组合导航系统（捷联惯导系统和全站仪）来提供每两个扫描站点之间的位置（平移向量t）和姿态（旋转矩阵R）信息,从而实现对不同扫描位置处获取的点云数据的拼接和匹配;（4）使用KNN+最小二乘曲面拟合的方法计算同期数据中不同站点的匹配误差,结果计算平均距离误差在厘米级。并且通过对比实际测量的观测值与在软件上对点云测量得到的估计值,对扫描设备的扫描精度进行了方向,平均误差小于5cm,误差率小于1%;（5）设计一套点云处理流程对点云数据进行预处理,包括采用点云分割、抽稀、去噪和匹配。采用投影法进行三维点云的中轴线的计算,先计算在XOY平面的投影点云的外轮廓点的拟合曲线,确定使用多项式函数进行拟合。通过计算RSME和R-square的值,确定了多项式的阶数为:3阶。随后计算在YOZ平面的投影点云的外轮廓点的拟合曲线,根据外轮廓点的拟合曲线计算出整个投影点云的拟合曲线,最终得到三维点云的拟合曲线也就是中轴线;（6）根据激光点云进行巷道的变形分析,通过中轴线获取两期点云在相同位置处的截平面上数据,采用选取邻近区域点取平均的方法计算点的距离从而算出不同监测位置的位移。