地質(zhì)雷達在礦區(qū)探測中的應(yīng)用分析

賀鋒堅

（長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410019）

在礦產(chǎn)開采行業(yè)發(fā)展中，礦區(qū)探測技術(shù)水平不斷提高，其中，地質(zhì)雷達技術(shù)發(fā)展迅速，操作方式便捷，并且探測效率較高，被廣泛應(yīng)用于礦區(qū)探測中，可為礦產(chǎn)資源開采利用提供可靠依據(jù)。因此，亟需對地質(zhì)雷達技術(shù)在礦區(qū)探測中的應(yīng)用進行深入研究。

1 地質(zhì)雷達基本原理

地質(zhì)雷達是由主機、發(fā)射天線、接收天線、顯示器以及傳輸線所組成的。在地質(zhì)雷達探測技術(shù)的實際應(yīng)用中，由發(fā)射天線向地下發(fā)射寬頻帶高頻電磁波，在介質(zhì)內(nèi)部，在電磁波信號傳遞過程中，如果介質(zhì)界面介電差比較大，則會發(fā)生反射、折射或者透射，如果在兩種介質(zhì)中，介電常數(shù)的差異比較大，則其所反射的電磁波能量也比較大。當(dāng)天線接收到反射電磁波后，即可將反射波傳遞至主機中，主機可對反射電磁波運動狀態(tài)進行詳細(xì)記錄，具體包括波形、幅度等，然后再利用信息化處理技術(shù)，即可形成探測掃描圖像，通過對圖像進行分析，即可了解礦區(qū)探測目標(biāo)實際情況。

2 地質(zhì)雷達在礦區(qū)探測中的應(yīng)用

（1）在礦山邊坡探測中的應(yīng)用。某些礦區(qū)邊坡長期受到地表水以及地下水影響，局部出現(xiàn)孔隙或者空洞問題，邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較差。在邊坡勘察中，可利用地質(zhì)雷達技術(shù)，對空洞以及孔隙進行準(zhǔn)確探測，為邊坡加固治理提供可靠依據(jù)。當(dāng)?shù)刭|(zhì)雷達設(shè)備發(fā)出電磁波后，電磁波在空氣以及水的影響下，能夠?qū)吰铝芽p等隱患進行探測，體現(xiàn)出介質(zhì)變化實際情況，通過對反射波振幅以及頻率進行分析，即可確定探測結(jié)果。

（2）在礦區(qū)地下管線探測中的應(yīng)用。礦區(qū)地下管線的主要作用包括能源供應(yīng)、信號傳輸?shù)?。在礦區(qū)新建項目施工中，如果沒有對施工現(xiàn)場進行詳細(xì)勘察而組織施工，則會造成地下管線被破壞，對此，需做好地下管線探測工作。地下管線介質(zhì)與周圍物質(zhì)介質(zhì)差異比較大，可利用地質(zhì)雷達探測技術(shù)，通過對反射電磁波脈沖進行分析，即可確定地下管線布設(shè)位置以及埋深。

（3）在礦區(qū)軟土地基探測中的應(yīng)用。在礦區(qū)地質(zhì)條件勘察中，軟土地基含水量大，承載能力差，并且壓縮性比較大，在受到應(yīng)力因素影響后容易發(fā)生變形，另外，在成巖的影響下，軟土地基承載能力比較差。對此，可利用地質(zhì)雷達技術(shù)對礦區(qū)軟土地質(zhì)進行探測，在對軟土地層厚度進行探測時，會產(chǎn)生間斷的反射波，而軟土地層含水量比較大，因此，地質(zhì)雷達反射視周期比較低。

（4）在礦區(qū)基巖面探測中的應(yīng)用。在礦區(qū)地質(zhì)勘察中，有些探測區(qū)域基巖面起伏比較大，通過利用地質(zhì)雷達探測技術(shù)，能夠?qū)鶐r面起伏實際情況進行準(zhǔn)確探測。

3 地質(zhì)雷達在礦區(qū)探測中的應(yīng)用實例

3.1 礦區(qū)概況

在某煤礦勘察范圍內(nèi)，隱蔽災(zāi)害發(fā)育比較多，包括小型陷落柱以及破碎帶，另外，煤層傾角變化復(fù)讀比較大，探測位置為煤層進風(fēng)巷以及回風(fēng)巷掘進工作面。在巷道掘進施工過程中，采用雷達探測技術(shù)對巷道進行超前探測，以準(zhǔn)確識別探測前方50m范圍內(nèi)是否有災(zāi)害源，為巷道掘進安全控制奠定基礎(chǔ)。

3.2 雷達探測方法

在對掘進工作面進行超前探測時，分別采用50MHz以及200MHz天線，在具體的探測過程中，組織探測人員托舉雷達天線，緊貼掘進工作面，并沿測線連續(xù)滑動，做好打標(biāo)定位處理，綜合考慮系統(tǒng)配置情況以及天線滑行速度設(shè)定空間采樣率，同時，主機需對各個測點反射波狀態(tài)進行詳細(xì)記錄，進而形成雷達剖面。需要注意，在雷達探測技術(shù)的實際應(yīng)用中，雷達應(yīng)保持穩(wěn)定運行狀態(tài)，同時，兩天線之間的平行距離應(yīng)保持不變。

在地質(zhì)雷達探測技術(shù)的實際應(yīng)用中，雷達設(shè)置參數(shù)會對數(shù)據(jù)采集質(zhì)量以及探測結(jié)果精度產(chǎn)生較大影響，對此，應(yīng)根據(jù)探測目標(biāo)實際情況合理設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)。另外，在本次探測中，采用兩種頻率的雷達天線，要求根據(jù)不同天線的地質(zhì)探測任務(wù)采用的采樣時窗。

3.3 雷達數(shù)據(jù)處理

在地質(zhì)雷達探測工作完成后，即可收集雷達數(shù)據(jù)，并進行預(yù)處理以及后處理，避免隨機干擾的影響，提升雷達圖像分辨率，突出異常數(shù)據(jù)，進而為數(shù)據(jù)解釋奠定基礎(chǔ)。在地質(zhì)雷達探測數(shù)據(jù)處理中，首先創(chuàng)建工程項目，去除干擾數(shù)據(jù)，然后根據(jù)雷達數(shù)據(jù)特征選擇濾波方式以及濾波參數(shù)，在經(jīng)過多次調(diào)試后即可到達良好的處理效果。

3.4 探測結(jié)果分析

在不同電性介質(zhì)中，電磁波傳播特征以及反射波特征有所不同，在礦區(qū)巷道災(zāi)害源超前探測中，主要的介電性差異包括巖土結(jié)構(gòu)異常、破碎帶、陷落柱等。

（1）陷落柱探測。在本次地質(zhì)雷達探測中，200MHz雷達探測陷落柱結(jié)果如圖1所示，回風(fēng)巷道寬度為4m，通過對圖1進行分析可見，在掘進前方5.5m～7.0m以及9.0m～12.0m位置出現(xiàn)強反射區(qū)，在黑色虛線位置，反射波同向軸錯段，異常區(qū)域界面下陷，并且內(nèi)部反射幅度差異比較大，該位置有巖石破碎，為陷落柱發(fā)育區(qū)域。

（2）破碎帶探測結(jié)果。200MHz雷達探測破碎帶結(jié)果如圖2所示，通過對圖2進行分析可見，從上部自掘進工作面左側(cè)至右側(cè)黑色虛線位置有反射異常區(qū)，條寬為50cm，為小型破碎帶。另外，在巷道掘進前方4m～7m，出現(xiàn)強反射區(qū)域，其相位與周邊介質(zhì)所反射的圖像相同，因此，為巖體結(jié)構(gòu)異常區(qū)。

圖1 200MHz雷達探測陷落柱結(jié)果

圖2 200MHz雷達探測破碎帶結(jié)果

通過利用50MHz雷達進行探測，結(jié)構(gòu)異常區(qū)邊界不清晰，并且沒有反映出條帶狀破碎帶，主要原因在于，50MHz雷達的探測進度比較低，無法準(zhǔn)確探測出級別比較小的破碎帶。另外，在巷道掘進前方32m～36m位置有條帶狀強反射，寬度為1m，為破碎帶。

通過對該巷道進行掘進施工，對地質(zhì)雷達探測結(jié)果進行驗證分析，在探測面1.5m～4.0m位置有破碎帶，另外，在距探測面4m～8m位置，煤礦資源為塊狀，并且硬度較大，與200MHz地質(zhì)雷達探測結(jié)果相同。除此以外，在距探測面30m～35m位置有破碎帶，與50MHz地質(zhì)雷達探測結(jié)果大致相同，由此可見，200MHz地質(zhì)雷達探測精度更高。

（3）煤巖交界面探測結(jié)果。根據(jù)50MHz雷達探測煤巖交界面結(jié)果，進風(fēng)巷道工作面前方26m～32m有層面反射信號，并且反射信號比較強，層面連續(xù)，為煤層與巖石層交界。通過巷道掘進探測，在距離探測面25m～34m位置地層扭曲，并且有砂巖地層，與探測結(jié)果相同。

5 結(jié)語

綜上所述，本文主要結(jié)合實例，對地質(zhì)雷達技術(shù)在礦區(qū)地質(zhì)探測中的應(yīng)用方式進行了詳細(xì)探究。在地質(zhì)雷達技術(shù)的實際應(yīng)用中，需根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征創(chuàng)建超前探測模型，根據(jù)實際情況設(shè)置地質(zhì)雷達參數(shù)，并對雷達反射回波特征圖譜進行科學(xué)合理的結(jié)石分析，進而充分發(fā)揮地質(zhì)雷達超前預(yù)報功能，保障礦產(chǎn)資源開采的安全性。