賀鋒堅(jiān)

（長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410019）

在礦產(chǎn)開(kāi)采行業(yè)發(fā)展中，礦區(qū)探測(cè)技術(shù)水平不斷提高，其中，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)發(fā)展迅速，操作方式便捷，并且探測(cè)效率較高，被廣泛應(yīng)用于礦區(qū)探測(cè)中，可為礦產(chǎn)資源開(kāi)采利用提供可靠依據(jù)。因此，亟需對(duì)地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在礦區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究。

1 地質(zhì)雷達(dá)基本原理

地質(zhì)雷達(dá)是由主機(jī)、發(fā)射天線、接收天線、顯示器以及傳輸線所組成的。在地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，由發(fā)射天線向地下發(fā)射寬頻帶高頻電磁波，在介質(zhì)內(nèi)部，在電磁波信號(hào)傳遞過(guò)程中，如果介質(zhì)界面介電差比較大，則會(huì)發(fā)生反射、折射或者透射，如果在兩種介質(zhì)中，介電常數(shù)的差異比較大，則其所反射的電磁波能量也比較大。當(dāng)天線接收到反射電磁波后，即可將反射波傳遞至主機(jī)中，主機(jī)可對(duì)反射電磁波運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)記錄，具體包括波形、幅度等，然后再利用信息化處理技術(shù)，即可形成探測(cè)掃描圖像，通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行分析，即可了解礦區(qū)探測(cè)目標(biāo)實(shí)際情況。

2 地質(zhì)雷達(dá)在礦區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用

（1）在礦山邊坡探測(cè)中的應(yīng)用。某些礦區(qū)邊坡長(zhǎng)期受到地表水以及地下水影響，局部出現(xiàn)孔隙或者空洞問(wèn)題，邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較差。在邊坡勘察中，可利用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，對(duì)空洞以及孔隙進(jìn)行準(zhǔn)確探測(cè)，為邊坡加固治理提供可靠依據(jù)。當(dāng)?shù)刭|(zhì)雷達(dá)設(shè)備發(fā)出電磁波后，電磁波在空氣以及水的影響下，能夠?qū)吰铝芽p等隱患進(jìn)行探測(cè)，體現(xiàn)出介質(zhì)變化實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)反射波振幅以及頻率進(jìn)行分析，即可確定探測(cè)結(jié)果。

（2）在礦區(qū)地下管線探測(cè)中的應(yīng)用。礦區(qū)地下管線的主要作用包括能源供應(yīng)、信號(hào)傳輸?shù)?。在礦區(qū)新建項(xiàng)目施工中，如果沒(méi)有對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)勘察而組織施工，則會(huì)造成地下管線被破壞，對(duì)此，需做好地下管線探測(cè)工作。地下管線介質(zhì)與周圍物質(zhì)介質(zhì)差異比較大，可利用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)，通過(guò)對(duì)反射電磁波脈沖進(jìn)行分析，即可確定地下管線布設(shè)位置以及埋深。

（3）在礦區(qū)軟土地基探測(cè)中的應(yīng)用。在礦區(qū)地質(zhì)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(yīng)力因素影響后容易發(fā)生變形，另外，在成巖的影響下，軟土地基承載能力比較差。對(duì)此，可利用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)對(duì)礦區(qū)軟土地質(zhì)進(jìn)行探測(cè)，在對(duì)軟土地層厚度進(jìn)行探測(cè)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生間斷的反射波，而軟土地層含水量比較大，因此，地質(zhì)雷達(dá)反射視周期比較低。

（4）在礦區(qū)基巖面探測(cè)中的應(yīng)用。在礦區(qū)地質(zhì)勘察中，有些探測(cè)區(qū)域基巖面起伏比較大，通過(guò)利用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)，能夠?qū)鶐r面起伏實(shí)際情況進(jìn)行準(zhǔn)確探測(cè)。

3 地質(zhì)雷達(dá)在礦區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用實(shí)例

3.1 礦區(qū)概況

在某煤礦勘察范圍內(nèi)，隱蔽災(zāi)害發(fā)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(fù)讀比較大，探測(cè)位置為煤層進(jìn)風(fēng)巷以及回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面。在巷道掘進(jìn)施工過(guò)程中，采用雷達(dá)探測(cè)技術(shù)對(duì)巷道進(jìn)行超前探測(cè)，以準(zhǔn)確識(shí)別探測(cè)前方50m范圍內(nèi)是否有災(zāi)害源，為巷道掘進(jìn)安全控制奠定基礎(chǔ)。

3.2 雷達(dá)探測(cè)方法

在對(duì)掘進(jìn)工作面進(jìn)行超前探測(cè)時(shí)，分別采用50MHz以及200MHz天線，在具體的探測(cè)過(guò)程中，組織探測(cè)人員托舉雷達(dá)天線，緊貼掘進(jìn)工作面，并沿測(cè)線連續(xù)滑動(dòng)，做好打標(biāo)定位處理，綜合考慮系統(tǒng)配置情況以及天線滑行速度設(shè)定空間采樣率，同時(shí)，主機(jī)需對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)反射波狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)記錄，進(jìn)而形成雷達(dá)剖面。需要注意，在雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，雷達(dá)應(yīng)保持穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)，兩天線之間的平行距離應(yīng)保持不變。

在地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，雷達(dá)設(shè)置參數(shù)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)采集質(zhì)量以及探測(cè)結(jié)果精度產(chǎn)生較大影響，對(duì)此，應(yīng)根據(jù)探測(cè)目標(biāo)實(shí)際情況合理設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)。另外，在本次探測(cè)中，采用兩種頻率的雷達(dá)天線，要求根據(jù)不同天線的地質(zhì)探測(cè)任務(wù)采用的采樣時(shí)窗。

3.3 雷達(dá)數(shù)據(jù)處理

在地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)工作完成后，即可收集雷達(dá)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行預(yù)處理以及后處理，避免隨機(jī)干擾的影響，提升雷達(dá)圖像分辨率，突出異常數(shù)據(jù)，進(jìn)而為數(shù)據(jù)解釋奠定基礎(chǔ)。在地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)處理中，首先創(chuàng)建工程項(xiàng)目，去除干擾數(shù)據(jù)，然后根據(jù)雷達(dá)數(shù)據(jù)特征選擇濾波方式以及濾波參數(shù)，在經(jīng)過(guò)多次調(diào)試后即可到達(dá)良好的處理效果。

3.4 探測(cè)結(jié)果分析

在不同電性介質(zhì)中，電磁波傳播特征以及反射波特征有所不同，在礦區(qū)巷道災(zāi)害源超前探測(cè)中，主要的介電性差異包括巖土結(jié)構(gòu)異常、破碎帶、陷落柱等。

（1）陷落柱探測(cè)。在本次地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)中，200MHz雷達(dá)探測(cè)陷落柱結(jié)果如圖1所示，回風(fēng)巷道寬度為4m，通過(guò)對(duì)圖1進(jìn)行分析可見(jiàn)，在掘進(jìn)前方5.5m～7.0m以及9.0m～12.0m位置出現(xiàn)強(qiáng)反射區(qū)，在黑色虛線位置，反射波同向軸錯(cuò)段，異常區(qū)域界面下陷，并且內(nèi)部反射幅度差異比較大，該位置有巖石破碎，為陷落柱發(fā)育區(qū)域。

（2）破碎帶探測(cè)結(jié)果。200MHz雷達(dá)探測(cè)破碎帶結(jié)果如圖2所示，通過(guò)對(duì)圖2進(jìn)行分析可見(jiàn)，從上部自掘進(jìn)工作面左側(cè)至右側(cè)黑色虛線位置有反射異常區(qū)，條寬為50cm，為小型破碎帶。另外，在巷道掘進(jìn)前方4m～7m，出現(xiàn)強(qiáng)反射區(qū)域，其相位與周邊介質(zhì)所反射的圖像相同，因此，為巖體結(jié)構(gòu)異常區(qū)。

圖1 200MHz雷達(dá)探測(cè)陷落柱結(jié)果

圖2 200MHz雷達(dá)探測(cè)破碎帶結(jié)果

通過(guò)利用50MHz雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)，結(jié)構(gòu)異常區(qū)邊界不清晰，并且沒(méi)有反映出條帶狀破碎帶，主要原因在于，50MHz雷達(dá)的探測(cè)進(jìn)度比較低，無(wú)法準(zhǔn)確探測(cè)出級(jí)別比較小的破碎帶。另外，在巷道掘進(jìn)前方32m～36m位置有條帶狀強(qiáng)反射，寬度為1m，為破碎帶。

通過(guò)對(duì)該巷道進(jìn)行掘進(jìn)施工，對(duì)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證分析，在探測(cè)面1.5m～4.0m位置有破碎帶，另外，在距探測(cè)面4m～8m位置，煤礦資源為塊狀，并且硬度較大，與200MHz地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果相同。除此以外，在距探測(cè)面30m～35m位置有破碎帶，與50MHz地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果大致相同，由此可見(jiàn)，200MHz地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)精度更高。

（3）煤巖交界面探測(cè)結(jié)果。根據(jù)50MHz雷達(dá)探測(cè)煤巖交界面結(jié)果，進(jìn)風(fēng)巷道工作面前方26m～32m有層面反射信號(hào)，并且反射信號(hào)比較強(qiáng)，層面連續(xù)，為煤層與巖石層交界。通過(guò)巷道掘進(jìn)探測(cè)，在距離探測(cè)面25m～34m位置地層扭曲，并且有砂巖地層，與探測(cè)結(jié)果相同。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要結(jié)合實(shí)例，對(duì)地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在礦區(qū)地質(zhì)探測(cè)中的應(yīng)用方式進(jìn)行了詳細(xì)探究。在地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征創(chuàng)建超前探測(cè)模型，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置地質(zhì)雷達(dá)參數(shù)，并對(duì)雷達(dá)反射回波特征圖譜進(jìn)行科學(xué)合理的結(jié)石分析，進(jìn)而充分發(fā)揮地質(zhì)雷達(dá)超前預(yù)報(bào)功能，保障礦產(chǎn)資源開(kāi)采的安全性。