地質(zhì)雷達(dá)在露天煤礦地下廢棄巷道探測(cè)中的應(yīng)用

張廷邦,李　彬

（神東天隆集團(tuán)有限責(zé)任公司武家塔露天煤礦,內(nèi)蒙古　鄂爾多斯　017209）

地質(zhì)雷達(dá)在露天煤礦地下廢棄巷道探測(cè)中的應(yīng)用

張廷邦,李彬

（神東天隆集團(tuán)有限責(zé)任公司武家塔露天煤礦,內(nèi)蒙古鄂爾多斯017209）

摘要：結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)在武家塔露天煤礦地下廢棄巷道探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并利用現(xiàn)場(chǎng)鉆機(jī)鉆探方式驗(yàn)證了探測(cè)結(jié)果的有效性，避免地下廢棄巷道對(duì)露天剝離工程安全帶來(lái)的威脅，其工程實(shí)例可供其它工程參考。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；廢棄巷道；機(jī)鉆探

1　工程概況

武家塔露天煤礦采區(qū)南部與忽吉圖河床相鄰，忽吉圖河床對(duì)面為陜西地區(qū)井工煤礦，開采煤層為1-2煤層（平均厚度8.75米），與武家塔露天煤礦開采的是同一層，煤層頂板標(biāo)高為+1096，忽吉圖河床標(biāo)高為+1115，武家塔露天煤礦采區(qū)內(nèi)40#平臺(tái)標(biāo)高為+1132，下部是1-2上煤層（平均厚度1.5米），煤層頂板標(biāo)高為+1119，原屬二號(hào)平峒井工煤礦開采。

2　探測(cè)原理

地質(zhì)雷達(dá)是一種寬帶高頻電磁波信號(hào)探測(cè)介質(zhì)分布的非破壞性的探測(cè)儀器。它通過天線連續(xù)拖動(dòng)的方式獲得斷面的掃描圖像。雷達(dá)利用向地下發(fā)射高頻電磁波，電磁波信號(hào)在物體內(nèi)部傳播時(shí)遇到不同介質(zhì)的界面時(shí)，就會(huì)反射、透射和折射。介質(zhì)的介電常數(shù)差異越大，反射的電磁波能量也越大；反射的電磁波被與發(fā)射天線同步移動(dòng)的接收天線接收后，通過雷達(dá)主機(jī)精確記錄反射回的電磁波的運(yùn)動(dòng)特征，并根據(jù)發(fā)射電磁波至反射波返回的時(shí)間差和物體中電磁波的速度來(lái)確定反射體距表面的距離，達(dá)到檢出物體內(nèi)部的缺陷位置、深度及密實(shí)度等。

再通過數(shù)據(jù)的技術(shù)處理，形成斷面的掃描圖，通過對(duì)圖像的判讀，判斷出地下目標(biāo)物的實(shí)際情況。

根據(jù)上述原理，可用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)出巖層中的裂隙、節(jié)理面以及空洞、破碎區(qū)域的位置、深度和范圍。

其工作原理示意圖如下：

地質(zhì)雷達(dá)主要利用寬帶高頻時(shí)域電磁脈沖波的反射探測(cè)目的體。

雷達(dá)根據(jù)測(cè)得的雷達(dá)波走時(shí)，自動(dòng)求出反射物的深度z和范圍。

圖1　探地雷達(dá)的工作原理及其探測(cè)方法

3　現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)

3.1參數(shù)的選擇

天線中心頻率選擇兼顧目標(biāo)深度、目標(biāo)最小尺寸以及天線尺寸是否符合場(chǎng)地需要。一般來(lái)說，在滿足分辨率且場(chǎng)地條件又許可時(shí)，應(yīng)該盡量使用中心頻率較低的天線。本工程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和探測(cè)需要采用RTA100兆非屏蔽天線，采樣頻率：1300MHz，采樣點(diǎn)數(shù)：850，疊加次數(shù)：128，采樣間隔均為：0.2m。

3.2測(cè)線布置

將忽吉圖河床、40#平臺(tái)的浮土、松動(dòng)石塊及積水清除后，開始探測(cè)。

忽吉圖河床由東向西布置一條測(cè)線，40平臺(tái)上由南向北布置兩條測(cè)線，探測(cè)時(shí)緊貼地面沿測(cè)線布置的方向勻速拖動(dòng)雷達(dá)天線，來(lái)回?cái)?shù)次，直到數(shù)據(jù)重復(fù)性較好為止。

4　數(shù)據(jù)分析處理及結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集后，對(duì)數(shù)據(jù)的技術(shù)處理至關(guān)重要也相對(duì)復(fù)雜。處理步驟如下：

使用GroundVison2數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，Re fl exw二維數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行了預(yù)處理、增益調(diào)整、濾波和成圖等方法的處理。最終得到各測(cè)線的成果圖，其流程為：數(shù)據(jù)輸入→數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換→去直流漂移→去除開始時(shí)間→能量增益→水平濾波→帶通濾波→反褶積→滑動(dòng)平均→圖形編輯→注釋→輸出剖面圖→編輯圖像。

探測(cè)成果圖

（1）忽吉圖河床（見圖2）

圖2

以上雷達(dá)圖像為忽吉圖河床上的測(cè)線，可以清楚的看到在2米左右深度的空洞，另外在18-20米的深度上存在一處較為明顯的空洞。

（2）40#平臺(tái)（見圖3、圖4）

圖3

以上雷達(dá)圖像為40#平臺(tái)上的第一條測(cè)線，可以清楚的看到旁邊鉆機(jī)和鐵門的干擾（100MHz屏蔽天線不會(huì)存在此干擾），在3米左右深度的巖體比較破碎，存在破碎和空洞，在13米左右的深度存在大面積的破碎巖體，估計(jì)為采空區(qū)已經(jīng)整體沉陷。

以上雷達(dá)圖像為40#平臺(tái)上的第二條測(cè)線，可以清楚的看到在3米左右深度的巖體比較破碎，存在破碎和空洞，還有一個(gè)空洞在1.6米左右的深度，后經(jīng)旁邊出露巖面，證實(shí)了在此深度確實(shí)存在巖體空洞和破碎。

5　鉆機(jī)鉆探驗(yàn)證

針對(duì)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)到的空洞位置，在現(xiàn)場(chǎng)沿測(cè)線方向布置了兩排3米*3米的孔網(wǎng)參數(shù)，用鉆機(jī)進(jìn)行了鉆探，忽吉圖河床在鉆探第9個(gè)孔時(shí)大約在19米左右深度鉆探到了空洞，40#平臺(tái)在鉆探第13個(gè)孔時(shí)大約在12米左右深度鉆探到了空洞。

6　結(jié)論

（1）地質(zhì)雷達(dá)對(duì)結(jié)構(gòu)無(wú)任何損傷破壞作用，方便、精度高；

（2）地質(zhì)雷達(dá)采集的數(shù)據(jù)有較好的重復(fù)性，測(cè)點(diǎn)解釋可靠性較好，定性解釋結(jié)果比較準(zhǔn)確；

圖4

（3）采用鉆機(jī)鉆探的方式，可有效避免地下廢棄巷道對(duì)露天剝離工程安全帶來(lái)的威脅，可供其它工程參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾昭發(fā),劉四新,王者江,薛建.地質(zhì)雷達(dá)方法原理及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社,2006（06）.

[2]李大心.地質(zhì)雷達(dá)方法及應(yīng)用[M].北京：地質(zhì)出版社,1994.