地質雷達在露天煤礦地下廢棄巷道探測中的應用

張廷邦,李　彬

（神東天隆集團有限責任公司武家塔露天煤礦,內蒙古　鄂爾多斯　017209）

地質雷達在露天煤礦地下廢棄巷道探測中的應用

張廷邦,李彬

（神東天隆集團有限責任公司武家塔露天煤礦,內蒙古鄂爾多斯017209）

摘要：結合地質雷達在武家塔露天煤礦地下廢棄巷道探測數據進行分析，并利用現場鉆機鉆探方式驗證了探測結果的有效性，避免地下廢棄巷道對露天剝離工程安全帶來的威脅，其工程實例可供其它工程參考。

關鍵詞：地質雷達；廢棄巷道；機鉆探

1　工程概況

武家塔露天煤礦采區南部與忽吉圖河床相鄰，忽吉圖河床對面為陜西地區井工煤礦，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，煤層頂板標高為+1096，忽吉圖河床標高為+1115，武家塔露天煤礦采區內40#平臺標高為+1132，下部是1-2上煤層（平均厚度1.5米），煤層頂板標高為+1119，原屬二號平峒井工煤礦開采。

2　探測原理

地質雷達是一種寬帶高頻電磁波信號探測介質分布的非破壞性的探測儀器。它通過天線連續拖動的方式獲得斷面的掃描圖像。雷達利用向地下發射高頻電磁波，電磁波信號在物體內部傳播時遇到不同介質的界面時，就會反射、透射和折射。介質的介電常數差異越大，反射的電磁波能量也越大；反射的電磁波被與發射天線同步移動的接收天線接收后，通過雷達主機精確記錄反射回的電磁波的運動特征，并根據發射電磁波至反射波返回的時間差和物體中電磁波的速度來確定反射體距表面的距離，達到檢出物體內部的缺陷位置、深度及密實度等。

再通過數據的技術處理，形成斷面的掃描圖，通過對圖像的判讀，判斷出地下目標物的實際情況。

根據上述原理，可用地質雷達探測出巖層中的裂隙、節理面以及空洞、破碎區域的位置、深度和范圍。

其工作原理示意圖如下：

地質雷達主要利用寬帶高頻時域電磁脈沖波的反射探測目的體。

雷達根據測得的雷達波走時，自動求出反射物的深度z和范圍。

圖1　探地雷達的工作原理及其探測方法

3　現場探測

3.1參數的選擇

天線中心頻率選擇兼顧目標深度、目標最小尺寸以及天線尺寸是否符合場地需要。一般來說，在滿足分辨率且場地條件又許可時，應該盡量使用中心頻率較低的天線。本工程根據現場條件和探測需要采用RTA100兆非屏蔽天線，采樣頻率：1300MHz，采樣點數：850，疊加次數：128，采樣間隔均為：0.2m。

3.2測線布置

將忽吉圖河床、40#平臺的浮土、松動石塊及積水清除后，開始探測。

忽吉圖河床由東向西布置一條測線，40平臺上由南向北布置兩條測線，探測時緊貼地面沿測線布置的方向勻速拖動雷達天線，來回數次，直到數據重復性較好為止。

4　數據分析處理及結果

現場數據采集后，對數據的技術處理至關重要也相對復雜。處理步驟如下：

使用GroundVison2數據采集軟件進行數據采集，Re fl exw二維數據處理軟件進行數據處理。對數據文件進行了預處理、增益調整、濾波和成圖等方法的處理。最終得到各測線的成果圖，其流程為：數據輸入→數據轉換→去直流漂移→去除開始時間→能量增益→水平濾波→帶通濾波→反褶積→滑動平均→圖形編輯→注釋→輸出剖面圖→編輯圖像。

探測成果圖

（1）忽吉圖河床（見圖2）

圖2

以上雷達圖像為忽吉圖河床上的測線，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（見圖3、圖4）

圖3

以上雷達圖像為40#平臺上的第一條測線，可以清楚的看到旁邊鉆機和鐵門的干擾（100MHz屏蔽天線不會存在此干擾），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，估計為采空區已經整體沉陷。

以上雷達圖像為40#平臺上的第二條測線，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，還有一個空洞在1.6米左右的深度，后經旁邊出露巖面，證實了在此深度確實存在巖體空洞和破碎。

5　鉆機鉆探驗證

針對地質雷達探測到的空洞位置，在現場沿測線方向布置了兩排3米*3米的孔網參數，用鉆機進行了鉆探，忽吉圖河床在鉆探第9個孔時大約在19米左右深度鉆探到了空洞，40#平臺在鉆探第13個孔時大約在12米左右深度鉆探到了空洞。

6　結論

（1）地質雷達對結構無任何損傷破壞作用，方便、精度高；

（2）地質雷達采集的數據有較好的重復性，測點解釋可靠性較好，定性解釋結果比較準確；

圖4

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

參考文獻：

[1]曾昭發,劉四新,王者江,薛建.地質雷達方法原理及應用[M].北京：科學出版社,2006（06）.

[2]李大心.地質雷達方法及應用[M].北京：地質出版社,1994.