淺析探地雷達技術在采礦工程中的應用

羅俊森

摘要：本文經闡述探地雷達技術之理論基礎、解釋原理、發展歷程等，結合采礦工程之具體要求，探究了探地雷達技術于采礦工程之具體應用。

關鍵詞：采礦工程；探地雷達技術；應用

我國礦產資源始終為經濟建設至關重要資源之一，故采礦工程正于我國各地熱火朝天地進行。其至關重要技術之一為探地雷達技術，經采用該技術能夠助采礦工程更精確了解周邊巖層等，故該技術于礦工程中之應用很有必要。

1探地雷達技術簡述

1.1發展歷程。探地雷達技術出現在上世紀初，由兩位德國籍科學家Letmbach河、和Lowy第一次提出，經50多年發展后，其初具雛形，并且開始應用在包括冰層、巖鹽等媒介中，而當時該項技術具有很大局限性，就是僅能使用于電磁波吸收非常弱之媒介中。直到上世紀七十年代中后期，于電子技術誕生及迅速發展時，探地雷達技術跟現代化之數據處理技術相結合，其具體應用范圍空前擴大，除了可用于電磁波吸收弱媒介中外，亦用在土層和煤層等媒介，其具體應用范圍涉及考古、巖石勘探、工程等。上世紀八九十年代探地雷達技術進入我國，經廣大科研究人員多年共同努力，其已經被廣泛運用于采礦工程當中并取得了較佳效果。

1.2理論基礎。探地雷達技術其實為一種依彈性波傳播理論，是對于地下媒介，對超高頻短脈沖電磁波傳播規律進行深度研究技術。這主要是由于位移電流于地質媒介中占據著特別關鍵之地位，而媒介之介電性質幾乎可直接影響甚至決定頻散較少之高頻寬頻電磁波傳播速度，而這跟彈性波傳播理論具有很高相似性，兩者均嚴格遵循波動方程，只不過于變量方面存在些許不同物理差距，而電磁波、彈性波之間具有相同形式，故結合合成波之原理可以將脈沖電磁波解構成為若干頻率存在差異之正弦電磁波，亦就是正弦波傳播理論和及特征是探地雷達技術之重要理論基礎[1]。

1.3解釋原理。無論于哪種運用范圍內，用探地雷達技術根本目標為得到最終地質解釋資料，而這需要建立于拾取反射波基礎上。對電磁波組標志進行有效識別則是跟波形特征等具有密切關系。于媒介中實行傳播時，電磁波組傳播路徑，包括電磁場具體強度和波形等將會隨之出現變化，此時運用探地雷達技術能夠以剖面圖形式對位于反射波當中之同相軸進行追蹤及表現，進而判斷出地層是不是有斷裂，最終憑真實可靠地質鉆探資料，明確反射波組中蘊含真實地質含義，形成基于整個探測區角度下成果圖將會成為采礦工程設計關鍵資料。

2探地雷達技術于采礦工程中之具體應用

2.1對巷道圍巖松動圈實行探測。我國經漫長研究發展歷程后，對巷道圍巖松動圈支護理論持續豐富，并且跟探地雷達技術很好結合，最終令其可熟練靈活運用于采礦工程特別為探測巷道圍巖松動圈工作中。而要注意確定巷道圍巖松動圈初始值為完成此工作核心，直接決定對巷道圍巖松動圈實行探測成敗。于過去工作人員往往會選擇用超聲波探測技術、鉆粉法等實行探測，無論是哪種方式皆對巷道圍巖造成不同程度損壞，不能確保圍巖能一直保持最初狀態，這將直接令探測松動圈終值之準確性、精密性大打折扣，甚至最終干擾整個采礦工程質量。采用探地雷達技術后，經配置超過200赫茲高頻天線，一般于不超過10米探測深度內可將精度控制于5厘米內，同時不會對巷道圍巖造成任何破壞[2]。像于采礦工程中，經采用探地雷達技術進行直接探測，發現于大約200多米圍巖深處中顯示存在一條強烈反射回波信號，于對電磁波組同相軸實行追蹤后發現存在層狀起伏，表明該界面當中電磁波正由弱到強進行變化，而到215米范圍內之圍巖雷達波無規律，能夠清楚地看到有較大裂隙，代表此位置為破碎區。于該基礎上工作人員能夠明確巷道圍巖松動圈厚度，并以此為根據指導設計巷道支護。

2.2對巖石位置厚度實行探測。計算礦體儲量、評估該礦可采程度工作中需確定煤層中待采礦層厚度、開采放頂煤時頂煤厚度，亦需要準確了解開采空間跟重要巖層相對位置關系，此亦確保開采工作能順利安全完成必要條件。A煤礦中有3個鉆孔，經分析可知因受到爆破、巖層自身裂隙發育等，可看出整體雷達圖像并未呈現出顯著之規整性波形，反而給人一種雜亂無章之感覺；另外，探測圖顯示出煤層剖面呈現起伏形態，并且有大概十厘米一二假頂。假頂雖與煤層性質近乎一樣，而其厚度要遠小于煤層，且雷達波不會出現分情形。而煤層下方為砂巖，工作人員經探地雷達技術探測之采礦區煤層具體位置及厚度后，便可繪制出相應等厚線圖，作設計采礦區開采關鍵要指導。

2.3對地質實際構造等實行探測。因真實開礦現場環境復雜，往往出現一些地質異常情形，像斷層等，若此時于確定位置或在搜尋礦體工作中用巷探等方式，不僅不能有效節約時間，節省人力、物力，反而可能干擾工作安全性。用探地雷達技術則能有效解決此問題，通常于≤100米范圍內，探地雷達技術可實現無損探測，即于探測過程中幾乎不會對地質構造等造成破壞，這對探測地質構造中可能有水害等安全隱患時將有效保障其安全性。在此基礎上，工作人員除了能得到比較理想探測參數，亦可依此為參數對斷層之位置等合理判斷，從而進一步提高采礦工程質量。

2.4探測采空區和含水情形。采空區指在天然之地質運動或人工挖掘后，地表會于下面形成或大或小之“空洞”，即人們通常意義上采空區。采空區對采礦工程來說是一個比較巨大之安全隱患，稍有不慎，采礦所需機械設備甚至是工作人員將極有可能墜落于采空區當中，造成重大經濟損失、人員傷亡。故采礦工程中用其可對采空區有效探測，預防事故之。于A礦區中由于前人多次挖采令淺部煤層當中出現非常明顯采空區。通過圖像顯示，大約在0米—16米位置有顯著異常，約于910米深度處還出現不太完整雙曲線形態圖，此波形出現代表穹形空洞；于觸底后波漸漸加大，而很快隨不斷增之深度，波幅急速減小直到消失。故最后顯現成果圖能準確反映出此采空區含豐富水、淤泥，且吸收了大量電磁波能量。

結語：綜上，基于電磁波理論產生探地雷達為一種將地質資料作為重要參考，特別適合于弱磁媒介為主之采礦工程項目之探測技術。因該技術有許多優勢功能，故未來采礦工程中還需要廣泛運用，且積極探索研究，以進一步擴大該技術之運用。

參考文獻

[1]劉傳孝，楊永杰，蔣金泉.探地雷達技術在采礦工程中的應用[J].巖土工程學[J].報，2008（6）：102-104.

[2]劉敦文，黃仁東，徐國元，等.探地雷達技術在西部采礦工程中的應用及展望研究[J].金屬礦山，2012（9）：1-4.