充填體頂板裂隙的雷達(dá)探測(cè)研究

劉學(xué)斌

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.07.035

摘 要：銅礦開采過(guò)程中，礦體材質(zhì)松散易碎會(huì)帶來(lái)一定的安全隱患。探地雷達(dá)通過(guò)發(fā)射超高頻脈沖產(chǎn)生電磁波對(duì)礦體表面介質(zhì)分布進(jìn)行探測(cè)，從而發(fā)現(xiàn)礦體的安全隱患。雷達(dá)探測(cè)法具體干干擾能力強(qiáng)、探測(cè)準(zhǔn)確高效、成本低且操作方便等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)礦體隧道的連續(xù)不間斷掃描。該文介紹了探地雷達(dá)探測(cè)理論基礎(chǔ)知識(shí)，并以武山銅礦為例進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：探地雷達(dá) 探測(cè) 充填體 裂隙

中圖分類號(hào)：TD327 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）03（a）-0035-04

Study on the Cleavage of Filling Body with Radar Detection

Liu Xuebin

（Jiangxi Copper Corp Of Wushan Copper Mine，Ruichang Jiangxi，332204，China）

Abstract：Copper mining process，ore loose friable material will bring some security risk.Ground penetrating radar electromagnetic waves generated by the ultra-high frequency pulse transmitter on the surface of the dielectric ore distribution probe，which found orebody security risks.Radar detection method specific dry-interference ability，accurate detection of high efficiency，low cost and easy to operate features，can achieve uninterrupted scanning tunneling ore body.This article describes the theoretical ground penetrating radar basics，and Wushan Copper Case study.

Key Words：Ground Penetratingradar（GPR）；Exploration；；Filling body；Fracture

江西武山銅礦主要產(chǎn)區(qū)位于其北部，礦區(qū)總面積6.38km2。由于該礦區(qū)礦體上下盤由石英砂巖、花崗閃長(zhǎng)斑巖及鐵質(zhì)黏土等易碎成分組成，尤其在節(jié)理密集地段，巖體破裂嚴(yán)重。為滿足當(dāng)?shù)貛r體需求，下向進(jìn)路式膠結(jié)充填法為主要開采法。這一開采過(guò)程中，膠結(jié)充填體頂板受到掘進(jìn)爆破和自身應(yīng)力的影響，容易造成一定程度的裂隙，最終影響填充體的強(qiáng)度，嚴(yán)重的會(huì)造成人員傷亡。在開采過(guò)程中存在安全隱患，給生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重威脅。填充體頂板裂隙的雷達(dá)探測(cè)技術(shù)查找填充體安全隱患并確保施工安全。該技術(shù)利用超高頻脈沖電磁波來(lái)探測(cè)地下淺層與超淺層介質(zhì)分布。具有探測(cè)準(zhǔn)確、影響因素少、抗干擾能力強(qiáng)且成本低等特點(diǎn)，目前在我國(guó)礦體安全開采過(guò)程中應(yīng)用廣泛，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦體的連續(xù)掃描。

2 現(xiàn)場(chǎng)裂隙探測(cè)和分析

武山銅礦-220 m中段E9盤區(qū)礦主要是由高領(lǐng)土和大理巖組成，與石英砂巖相比，大理巖的穩(wěn)定性較好，但高領(lǐng)土砂石的穩(wěn)定性較差，而E9礦區(qū)的砂石主要位于下盤。盤區(qū)采用下向水平分層進(jìn)路式膠結(jié)充填采礦法，施工斷面為4.0 m×3.5 m（寬×高），切采斷面為3.5 m×3.5 m（寬×高）。在該盤的區(qū)發(fā)現(xiàn)2條裂隙，裂隙平面分布見(jiàn)圖3。

2.1 E9盤區(qū)裂隙1

E9盤區(qū)膠結(jié)充填體頂板鋼筋暴露區(qū)域易發(fā)生裂隙，稱之為裂隙1。裂隙1沿回采進(jìn)路方向發(fā)展，裂隙表面延展長(zhǎng)度和寬度分別為20 cm和15 mm，現(xiàn)場(chǎng)圖見(jiàn)圖4。

此次探測(cè)頻率為1 200 MHz，將采集到的雷達(dá)數(shù)據(jù)導(dǎo)入雷達(dá)后處理軟件GresWin2，對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和增益處理，得到處理結(jié)果圖見(jiàn)圖5（a）。圖5（a）顯示，在0.09 m位置處波形出現(xiàn)曲線，提示存在裂隙，并且曲線向右以一定的傾斜角度延伸，終止于在0.32 m處。說(shuō)明該裂隙為傾斜裂隙，其具體分布情況如圖5（b）。通過(guò)圖我們可以看出，該裂隙的頂端坐標(biāo)為（0.09，2.94），底端坐標(biāo)為（0.32，9.0），裂隙底端繞射時(shí)差為6.06 ns，根據(jù)電磁波在膠結(jié)充填體中的傳播速度，可計(jì)算得到裂隙底端深度為55 cm，根據(jù)式（1）和式（2）計(jì)算出裂隙斜長(zhǎng)L=59 cm，與豎直方向夾角θ=23°。建議在充填前的生產(chǎn)作業(yè)期間，對(duì)該裂隙繼續(xù)探測(cè)。

2.2 E9盤區(qū)裂隙2

E9盤區(qū)回采斷面裂隙2走向與回采進(jìn)路方向垂直延伸，裂隙在頂板表面延展長(zhǎng)寬分別為20 cm、10 mm?，F(xiàn)場(chǎng)圖見(jiàn)圖6。

此次探測(cè)探測(cè)頻率為1 800 MHz，采集的的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和增益等處理，圖7為E9盤區(qū)裂隙2雷達(dá)圖，由圖我們可以看出雷達(dá)圖像波形相對(duì)穩(wěn)定，說(shuō)明此次未發(fā)生裂縫。為膠結(jié)充填體頂板表面裂紋，此處裂紋對(duì)膠結(jié)充填體頂板的安全穩(wěn)定不產(chǎn)生影響。

3 結(jié)語(yǔ)

文章介紹了江西武山銅礦北礦區(qū)開采過(guò)程中，頂板裂隙的雷達(dá)探測(cè)。武山銅礦礦區(qū)礦體材質(zhì)決定了其易碎特征，雷達(dá)探測(cè)能夠準(zhǔn)確查找填充體頂板的安全隱患，計(jì)算裂隙距離，從而確保開采安全。膠結(jié)充填體頂板鋼筋暴露區(qū)域易發(fā)生裂隙，我們稱之為裂隙1。裂隙1沿回采進(jìn)路方向發(fā)展，裂隙表面延展長(zhǎng)度和寬度分別為20 cm和15 mm，計(jì)算出裂隙底端深度為55 cm，根據(jù)下文公式計(jì)算出裂隙斜長(zhǎng)L=59 cm，與豎直方向夾角θ=23°。建議在充填前的生產(chǎn)作業(yè)期間，對(duì)該裂隙繼續(xù)探測(cè)?；夭蓴嗝媪严?走向與回采進(jìn)路方向垂直延伸，裂隙在頂板表面延展長(zhǎng)寬分別為20 cm、10 mm。由于該區(qū)域的礦體材質(zhì)特點(diǎn)，使得雷達(dá)探測(cè)顯示波形平緩，證明此處裂隙無(wú)縱向發(fā)展，為膠結(jié)充填體頂板表面裂紋，該處裂紋對(duì)膠結(jié)充填體頂板穩(wěn)定性無(wú)影響。最后，探測(cè)雷達(dá)電磁波正確地反應(yīng)了礦區(qū)頂板裂隙情況，在探測(cè)過(guò)程中，要正確地選擇雷達(dá)采集參數(shù)。

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