張廷邦,李　彬

（神東天隆集團(tuán)有限責(zé)任公司武家塔露天煤礦,內(nèi)蒙古　鄂爾多斯　017209）

地質(zhì)雷達(dá)在露天煤礦地下廢棄巷道探測中的應(yīng)用

張廷邦,李彬

（神東天隆集團(tuán)有限責(zé)任公司武家塔露天煤礦,內(nèi)蒙古鄂爾多斯017209）

摘要：結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)在武家塔露天煤礦地下廢棄巷道探測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并利用現(xiàn)場鉆機(jī)鉆探方式驗(yàn)證了探測結(jié)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(shí)例可供其它工程參考。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；廢棄巷道；機(jī)鉆探

1　工程概況

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

2　探測原理

地質(zhì)雷達(dá)是一種寬帶高頻電磁波信號探測介質(zhì)分布的非破壞性的探測儀器。它通過天線連續(xù)拖動的方式獲得斷面的掃描圖像。雷達(dá)利用向地下發(fā)射高頻電磁波，電磁波信號在物體內(nèi)部傳播時遇到不同介質(zhì)的界面時，就會反射、透射和折射。介質(zhì)的介電常數(shù)差異越大，反射的電磁波能量也越大；反射的電磁波被與發(fā)射天線同步移動的接收天線接收后，通過雷達(dá)主機(jī)精確記錄反射回的電磁波的運(yùn)動特征，并根據(jù)發(fā)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(dá)到檢出物體內(nèi)部的缺陷位置、深度及密實(shí)度等。

再通過數(shù)據(jù)的技術(shù)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(biāo)物的實(shí)際情況。

根據(jù)上述原理，可用地質(zhì)雷達(dá)探測出巖層中的裂隙、節(jié)理面以及空洞、破碎區(qū)域的位置、深度和范圍。

其工作原理示意圖如下：

地質(zhì)雷達(dá)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(dá)根據(jù)測得的雷達(dá)波走時，自動求出反射物的深度z和范圍。

圖1　探地雷達(dá)的工作原理及其探測方法

3　現(xiàn)場探測

3.1參數(shù)的選擇

天線中心頻率選擇兼顧目標(biāo)深度、目標(biāo)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(yīng)該盡量使用中心頻率較低的天線。本工程根據(jù)現(xiàn)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(diǎn)數(shù)：850，疊加次數(shù)：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(dá)天線，來回?cái)?shù)次，直到數(shù)據(jù)重復(fù)性較好為止。

4　數(shù)據(jù)分析處理及結(jié)果

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集后，對數(shù)據(jù)的技術(shù)處理至關(guān)重要也相對復(fù)雜。處理步驟如下：

使用GroundVison2數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，Re fl exw二維數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行了預(yù)處理、增益調(diào)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(shù)據(jù)輸入→數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(dá)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(dá)圖像為40#平臺上的第一條測線，可以清楚的看到旁邊鉆機(jī)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(jì)為采空區(qū)已經(jīng)整體沉陷。

以上雷達(dá)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(jīng)旁邊出露巖面，證實(shí)了在此深度確實(shí)存在巖體空洞和破碎。

5　鉆機(jī)鉆探驗(yàn)證

針對地質(zhì)雷達(dá)探測到的空洞位置，在現(xiàn)場沿測線方向布置了兩排3米*3米的孔網(wǎng)參數(shù)，用鉆機(jī)進(jìn)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(jié)論

（1）地質(zhì)雷達(dá)對結(jié)構(gòu)無任何損傷破壞作用，方便、精度高；

（2）地質(zhì)雷達(dá)采集的數(shù)據(jù)有較好的重復(fù)性，測點(diǎn)解釋可靠性較好，定性解釋結(jié)果比較準(zhǔn)確；

圖4

（3）采用鉆機(jī)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(xiàn)：

[1]曾昭發(fā),劉四新,王者江,薛建.地質(zhì)雷達(dá)方法原理及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社,2006（06）.

[2]李大心.地質(zhì)雷達(dá)方法及應(yīng)用[M].北京：地質(zhì)出版社,1994.