地質雷達在礦區探測中的應用分析

賀鋒堅

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410019）

在礦產開采行業發展中，礦區探測技術水平不斷提高，其中，地質雷達技術發展迅速，操作方式便捷，并且探測效率較高，被廣泛應用于礦區探測中，可為礦產資源開采利用提供可靠依據。因此，亟需對地質雷達技術在礦區探測中的應用進行深入研究。

1 地質雷達基本原理

地質雷達是由主機、發射天線、接收天線、顯示器以及傳輸線所組成的。在地質雷達探測技術的實際應用中，由發射天線向地下發射寬頻帶高頻電磁波，在介質內部，在電磁波信號傳遞過程中，如果介質界面介電差比較大，則會發生反射、折射或者透射，如果在兩種介質中，介電常數的差異比較大，則其所反射的電磁波能量也比較大。當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進行詳細記錄，具體包括波形、幅度等，然后再利用信息化處理技術，即可形成探測掃描圖像，通過對圖像進行分析，即可了解礦區探測目標實際情況。

2 地質雷達在礦區探測中的應用

（1）在礦山邊坡探測中的應用。某些礦區邊坡長期受到地表水以及地下水影響，局部出現孔隙或者空洞問題，邊坡結構穩定性比較差。在邊坡勘察中，可利用地質雷達技術，對空洞以及孔隙進行準確探測，為邊坡加固治理提供可靠依據。當地質雷達設備發出電磁波后，電磁波在空氣以及水的影響下，能夠對邊坡裂縫等隱患進行探測，體現出介質變化實際情況，通過對反射波振幅以及頻率進行分析，即可確定探測結果。

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

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

（4）在礦區基巖面探測中的應用。在礦區地質勘察中，有些探測區域基巖面起伏比較大，通過利用地質雷達探測技術，能夠對基巖面起伏實際情況進行準確探測。

3 地質雷達在礦區探測中的應用實例

3.1 礦區概況

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

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，并沿測線連續滑動，做好打標定位處理，綜合考慮系統配置情況以及天線滑行速度設定空間采樣率，同時，主機需對各個測點反射波狀態進行詳細記錄，進而形成雷達剖面。需要注意，在雷達探測技術的實際應用中，雷達應保持穩定運行狀態，同時，兩天線之間的平行距離應保持不變。

在地質雷達探測技術的實際應用中，雷達設置參數會對數據采集質量以及探測結果精度產生較大影響，對此，應根據探測目標實際情況合理設置系統參數。另外，在本次探測中，采用兩種頻率的雷達天線，要求根據不同天線的地質探測任務采用的采樣時窗。

3.3 雷達數據處理

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

3.4 探測結果分析

在不同電性介質中，電磁波傳播特征以及反射波特征有所不同，在礦區巷道災害源超前探測中，主要的介電性差異包括巖土結構異常、破碎帶、陷落柱等。

（1）陷落柱探測。在本次地質雷達探測中，200MHz雷達探測陷落柱結果如圖1所示，回風巷道寬度為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位置出現強反射區，在黑色虛線位置，反射波同向軸錯段，異常區域界面下陷，并且內部反射幅度差異比較大，該位置有巖石破碎，為陷落柱發育區域。

（2）破碎帶探測結果。200MHz雷達探測破碎帶結果如圖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至右側黑色虛線位置有反射異常區，條寬為50cm，為小型破碎帶。另外，在巷道掘進前方4m～7m，出現強反射區域，其相位與周邊介質所反射的圖像相同，因此，為巖體結構異常區。

圖1 200MHz雷達探測陷落柱結果

圖2 200MHz雷達探測破碎帶結果

通過利用50MHz雷達進行探測，結構異常區邊界不清晰，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，對地質雷達探測結果進行驗證分析，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地質雷達探測結果相同。除此以外，在距探測面30m～35m位置有破碎帶，與50MHz地質雷達探測結果大致相同，由此可見，200MHz地質雷達探測精度更高。

（3）煤巖交界面探測結果。根據50MHz雷達探測煤巖交界面結果，進風巷道工作面前方26m～32m有層面反射信號，并且反射信號比較強，層面連續，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，與探測結果相同。

5 結語

綜上所述，本文主要結合實例，對地質雷達技術在礦區地質探測中的應用方式進行了詳細探究。在地質雷達技術的實際應用中，需根據礦區地質結構特征創建超前探測模型，根據實際情況設置地質雷達參數，并對雷達反射回波特征圖譜進行科學合理的結石分析，進而充分發揮地質雷達超前預報功能，保障礦產資源開采的安全性。