充填體頂板裂隙的雷達探測研究

劉學斌

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

摘 要：銅礦開采過程中，礦體材質松散易碎會帶來一定的安全隱患。探地雷達通過發射超高頻脈沖產生電磁波對礦體表面介質分布進行探測，從而發現礦體的安全隱患。雷達探測法具體干干擾能力強、探測準確高效、成本低且操作方便等特點，可實現對礦體隧道的連續不間斷掃描。該文介紹了探地雷達探測理論基礎知識，并以武山銅礦為例進行研究。

關鍵詞：探地雷達 探測 充填體 裂隙

中圖分類號：TD327 文獻標識碼：A 文章編號：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區位于其北部，礦區總面積6.38km2。由于該礦區礦體上下盤由石英砂巖、花崗閃長斑巖及鐵質黏土等易碎成分組成，尤其在節理密集地段，巖體破裂嚴重。為滿足當地巖體需求，下向進路式膠結充填法為主要開采法。這一開采過程中，膠結充填體頂板受到掘進爆破和自身應力的影響，容易造成一定程度的裂隙，最終影響填充體的強度，嚴重的會造成人員傷亡。在開采過程中存在安全隱患，給生產帶來嚴重威脅。填充體頂板裂隙的雷達探測技術查找填充體安全隱患并確保施工安全。該技術利用超高頻脈沖電磁波來探測地下淺層與超淺層介質分布。具有探測準確、影響因素少、抗干擾能力強且成本低等特點，目前在我國礦體安全開采過程中應用廣泛，已經實現了對礦體的連續掃描。

2 現場裂隙探測和分析

武山銅礦-220 m中段E9盤區礦主要是由高領土和大理巖組成，與石英砂巖相比，大理巖的穩定性較好，但高領土砂石的穩定性較差，而E9礦區的砂石主要位于下盤。盤區采用下向水平分層進路式膠結充填采礦法，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）。在該盤的區發現2條裂隙，裂隙平面分布見圖3。

2.1 E9盤區裂隙1

E9盤區膠結充填體頂板鋼筋暴露區域易發生裂隙，稱之為裂隙1。裂隙1沿回采進路方向發展，裂隙表面延展長度和寬度分別為20 cm和15 mm，現場圖見圖4。

此次探測頻率為1 200 MHz，將采集到的雷達數據導入雷達后處理軟件GresWin2，對探測數據進行濾波和增益處理，得到處理結果圖見圖5（a）。圖5（a）顯示，在0.09 m位置處波形出現曲線，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。說明該裂隙為傾斜裂隙，其具體分布情況如圖5（b）。通過圖我們可以看出，該裂隙的頂端坐標為（0.09，2.94），底端坐標為（0.32，9.0），裂隙底端繞射時差為6.06 ns，根據電磁波在膠結充填體中的傳播速度，可計算得到裂隙底端深度為55 cm，根據式（1）和式（2）計算出裂隙斜長L=59 cm，與豎直方向夾角θ=23°。建議在充填前的生產作業期間，對該裂隙繼續探測。

2.2 E9盤區裂隙2

E9盤區回采斷面裂隙2走向與回采進路方向垂直延伸，裂隙在頂板表面延展長寬分別為20 cm、10 mm。現場圖見圖6。

此次探測探測頻率為1 800 MHz，采集的的雷達數據進行濾波和增益等處理，圖7為E9盤區裂隙2雷達圖，由圖我們可以看出雷達圖像波形相對穩定，說明此次未發生裂縫。為膠結充填體頂板表面裂紋，此處裂紋對膠結充填體頂板的安全穩定不產生影響。

3 結語

文章介紹了江西武山銅礦北礦區開采過程中，頂板裂隙的雷達探測。武山銅礦礦區礦體材質決定了其易碎特征，雷達探測能夠準確查找填充體頂板的安全隱患，計算裂隙距離，從而確保開采安全。膠結充填體頂板鋼筋暴露區域易發生裂隙，我們稱之為裂隙1。裂隙1沿回采進路方向發展，裂隙表面延展長度和寬度分別為20 cm和15 mm，計算出裂隙底端深度為55 cm，根據下文公式計算出裂隙斜長L=59 cm，與豎直方向夾角θ=23°。建議在充填前的生產作業期間，對該裂隙繼續探測?；夭蓴嗝媪严?走向與回采進路方向垂直延伸，裂隙在頂板表面延展長寬分別為20 cm、10 mm。由于該區域的礦體材質特點，使得雷達探測顯示波形平緩，證明此處裂隙無縱向發展，為膠結充填體頂板表面裂紋，該處裂紋對膠結充填體頂板穩定性無影響。最后，探測雷達電磁波正確地反應了礦區頂板裂隙情況，在探測過程中，要正確地選擇雷達采集參數。

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