羅俊森

摘要：本文經(jīng)闡述探地雷達技術(shù)之理論基礎(chǔ)、解釋原理、發(fā)展歷程等，結(jié)合采礦工程之具體要求，探究了探地雷達技術(shù)于采礦工程之具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：采礦工程；探地雷達技術(shù)；應(yīng)用

我國礦產(chǎn)資源始終為經(jīng)濟建設(shè)至關(guān)重要資源之一，故采礦工程正于我國各地?zé)峄鸪斓剡M行。其至關(guān)重要技術(shù)之一為探地雷達技術(shù)，經(jīng)采用該技術(shù)能夠助采礦工程更精確了解周邊巖層等，故該技術(shù)于礦工程中之應(yīng)用很有必要。

1探地雷達技術(shù)簡述

1.1發(fā)展歷程。探地雷達技術(shù)出現(xiàn)在上世紀初，由兩位德國籍科學(xué)家Letmbach河、和Lowy第一次提出，經(jīng)50多年發(fā)展后，其初具雛形，并且開始應(yīng)用在包括冰層、巖鹽等媒介中，而當時該項技術(shù)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(shù)誕生及迅速發(fā)展時，探地雷達技術(shù)跟現(xiàn)代化之數(shù)據(jù)處理技術(shù)相結(jié)合，其具體應(yīng)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(yīng)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(shù)進入我國，經(jīng)廣大科研究人員多年共同努力，其已經(jīng)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(chǔ)。探地雷達技術(shù)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(guī)律進行深度研究技術(shù)。這主要是由于位移電流于地質(zhì)媒介中占據(jù)著特別關(guān)鍵之地位，而媒介之介電性質(zhì)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(jié)合合成波之原理可以將脈沖電磁波解構(gòu)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(shù)之重要理論基礎(chǔ)[1]。

1.3解釋原理。無論于哪種運用范圍內(nèi)，用探地雷達技術(shù)根本目標為得到最終地質(zhì)解釋資料，而這需要建立于拾取反射波基礎(chǔ)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(guān)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(xiàn)變化，此時運用探地雷達技術(shù)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(xiàn)，進而判斷出地層是不是有斷裂，最終憑真實可靠地質(zhì)鉆探資料，明確反射波組中蘊含真實地質(zhì)含義，形成基于整個探測區(qū)角度下成果圖將會成為采礦工程設(shè)計關(guān)鍵資料。

2探地雷達技術(shù)于采礦工程中之具體應(yīng)用

2.1對巷道圍巖松動圈實行探測。我國經(jīng)漫長研究發(fā)展歷程后，對巷道圍巖松動圈支護理論持續(xù)豐富，并且跟探地雷達技術(shù)很好結(jié)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(shù)、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(tài)，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(zhì)量。采用探地雷達技術(shù)后，經(jīng)配置超過200赫茲高頻天線，一般于不超過10米探測深度內(nèi)可將精度控制于5厘米內(nèi)，同時不會對巷道圍巖造成任何破壞[2]。像于采礦工程中，經(jīng)采用探地雷達技術(shù)進行直接探測，發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(nèi)之圍巖雷達波無規(guī)律，能夠清楚地看到有較大裂隙，代表此位置為破碎區(qū)。于該基礎(chǔ)上工作人員能夠明確巷道圍巖松動圈厚度，并以此為根據(jù)指導(dǎo)設(shè)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(guān)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(jīng)分析可知因受到爆破、巖層自身裂隙發(fā)育等，可看出整體雷達圖像并未呈現(xiàn)出顯著之規(guī)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(xiàn)起伏形態(tài)，并且有大概十厘米一二假頂。假頂雖與煤層性質(zhì)近乎一樣，而其厚度要遠小于煤層，且雷達波不會出現(xiàn)分情形。而煤層下方為砂巖，工作人員經(jīng)探地雷達技術(shù)探測之采礦區(qū)煤層具體位置及厚度后，便可繪制出相應(yīng)等厚線圖，作設(shè)計采礦區(qū)開采關(guān)鍵要指導(dǎo)。

2.3對地質(zhì)實際構(gòu)造等實行探測。因真實開礦現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，往往出現(xiàn)一些地質(zhì)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(jié)約時間，節(jié)省人力、物力，反而可能干擾工作安全性。用探地雷達技術(shù)則能有效解決此問題，通常于≤100米范圍內(nèi)，探地雷達技術(shù)可實現(xiàn)無損探測，即于探測過程中幾乎不會對地質(zhì)構(gòu)造等造成破壞，這對探測地質(zhì)構(gòu)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(chǔ)上，工作人員除了能得到比較理想探測參數(shù)，亦可依此為參數(shù)對斷層之位置等合理判斷，從而進一步提高采礦工程質(zhì)量。

2.4探測采空區(qū)和含水情形。采空區(qū)指在天然之地質(zhì)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(qū)。采空區(qū)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(shè)備甚至是工作人員將極有可能墜落于采空區(qū)當中，造成重大經(jīng)濟損失、人員傷亡。故采礦工程中用其可對采空區(qū)有效探測，預(yù)防事故之。于A礦區(qū)中由于前人多次挖采令淺部煤層當中出現(xiàn)非常明顯采空區(qū)。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(xiàn)不太完整雙曲線形態(tài)圖，此波形出現(xiàn)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(xiàn)成果圖能準確反映出此采空區(qū)含豐富水、淤泥，且吸收了大量電磁波能量。

結(jié)語：綜上，基于電磁波理論產(chǎn)生探地雷達為一種將地質(zhì)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(shù)。因該技術(shù)有許多優(yōu)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(shù)之運用。

參考文獻

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

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