采礦工程中探地雷達技術探析范文

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摘要：

主要分析研究的是探地雷達技術及其應用，通過闡述探地雷達技術的理論基礎、解釋原理及發展歷程等基本內容，結合采礦工程的實際要求，探究在采礦工程中探地雷達技術的實際應用，以期能夠為相關研究人員提供重要的參考資料。

關鍵詞：

采礦工程；探地雷達技術；應用

0引言

中國幅員遼闊、地大物博，擁有眾多地下資源，其中豐富的礦產資源一直是中國社會發展和經濟建設中最為重要的一種資源，是中國實現長久穩定發展和繁榮富強壯大的基石，因此采礦工程正在中國各地如火如荼地開展建設當中。而其中至關重要的一項技術即為探地雷達技術，通過使用該項技術能夠幫助采礦工程更加準確地了解周邊巖層情況及地質環境，同時還能夠有效檢測整體工程質量，在此背景之下，研究探地雷達技術在在礦工程中的應用具有極其重要的研究價值。

1探地雷達技術的簡要概述

1.1發展歷程

探地雷達技術最早誕生于20世紀初期，由兩位德國籍科學家Letmbach、Lowy首次提出，經過半個多世紀的發展之后，探地雷達技術已經初具雛形，并且開始應用于包括冰層和巖鹽等介質當中，但此時該項技術具有明顯的局限性，即只能運用在電磁波吸收非常弱的介質當中。直到20世紀70年代中后期，在電子技術的誕生及迅速發展之下，探地雷達技術與現代化的數據處理技術相結合，其實際應用范圍得到空前擴大，除了可以運用在電磁波吸收弱的介質當中之外，還可以用于土層、煤層等介質中，其實際運用范圍涉及考古、巖石勘探、工程及建筑物內部勘探甚至是礦產資源探測當中。在20世紀80、90年代探地雷達技術被引入中國以來，經過廣大科學研究工作人員多年的共同努力，探地雷達技術已經被廣泛運用在采礦工程當中并取得了良好的成效。

1.2理論基礎

探地雷達技術其實是一種依靠彈性波傳播理論，是對于地下介質，對超高頻短脈沖電磁波傳播規律進行深入研究的技術。這主要是由于位移電流在地質介質當中占據著至關重要的地位，而介質的介電性質幾乎可以直接影響甚至決定頻散較少的高頻寬頻電磁波的傳播速度，而這與彈性波傳播理論具有極高的相似性，二者均嚴格遵循波動方程，只不過在變量方面存在些許不同的物理差異，但電磁波和彈性波之間具有相同的形式，因此結合合成波的原理可以將脈沖電磁波解構成為若干頻率存在差異的正弦電磁波，也就是說正弦波傳播理論及特征是探地雷達技術的重要理論基礎[1]。

1.3解釋原理

無論是在哪一種應用范圍內，使用探地雷達技術的根本目標就是得到最終的地質解釋資料，而這需要建立在拾取反射波的基礎之上。對電磁波組標志進行有效識別則是與波形特征等具有緊密聯系。在介質中進行傳播活動時，電磁波組的傳播路徑，包括電磁場的具體強度、波形等將會隨之發生變化，此時運用探地雷達技術能夠以剖面圖的形式對位于反射波組當中的同相軸進行追蹤和表現，進而判斷出地層是否存在斷裂情況，最后依據真實可靠的地質鉆探資料，明確反射波組當中蘊含的真實地質含義，形成基于整個探測區角度下的成果圖將會成為采礦工程設計的重要參考資料。

2探地雷達技術在采礦工程中的具體應用

2.1對巷道圍巖松動圈進行探測

中國在經過漫長的研究發展歷程后，對巷道圍巖松動圈支護理論進行不斷豐富和完善，并且與探地雷達技術進行充分結合，最終使得其能夠熟練靈活運用在采礦工程尤其是探測巷道圍巖松動圈工作當中。但值得注意的是，確定巷道圍巖松動圈的初始值是完成這一工作的核心與關鍵，直接決定著對巷道圍巖松動圈進行探測的成功與失敗。在過去工作人員通常會選擇使用超聲波探測技術、鉆粉法、位移計法等各種方式進行探測，但無論是哪一種方法均會對巷道圍巖造成不同程度的破壞，無法保證圍巖能夠始終保持其原始狀態，而這將直接導致探測松動圈終值的準確性、精密性大大降低，甚至最終影響整個采礦工程的質量。而使用探地雷達技術之后，通過配置超過200Hz的高頻天線，通常情況下在不超過10m的探測深度范圍內可以將精度控制在5cm以內，同時不會對巷道圍巖造成任何損壞[2]。比如在采礦工程中，通過應用探地雷達技術進行直接探測，發現在大約200m多的圍巖深處中顯示存在一條強烈的反射回波信號，在對電磁波組同相軸進行追蹤之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215m范圍內的圍巖雷達波無規律，能夠清楚地看到有較大裂隙，代表此位置為破碎區。在此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對巖石的位置厚度進行探測

在計算礦體儲量及評估該礦可采程度工作當中需要確定煤層當中待采礦層厚度及開采放頂煤時頂煤厚度，與此同時，需要準確了解開采空間與如奧灰等重要巖層的相對位置關系，這也是保障開采工作能夠順利安全完成的必要條件。在A煤礦當中有三個鉆孔，通過分析可以得知由于受到爆破及巖層自身裂隙發育等影響，可以從圖1當中看出整體的雷達圖像并未呈現出明顯的規整性波形，反而給人一種雜亂無章的感覺；另外，探測圖顯示出煤層剖面呈現起伏形態，并且存在大概11cm～12cm厚的偽頂。偽頂雖然和煤層性質近乎一樣，但是其厚度要遠小于煤層，并且雷達波不會顯示出分層現象。而煤層下方是砂巖，工作人員通過探地雷達技術探測的采礦區煤層具體位置及厚度之后，便可以繪制出相應的等厚線圖，作為設計采礦區開采的重要指導。

2.3對地質實際構造等進行探測

由于真實的開礦現場環境復雜，經常會發生各種各樣的地質異常情況，如斷層、礦層沖刷、陷落柱等，假如此時在確定位置或在搜尋礦體的工作當中使用巷探、鉆探等技術方法，不僅無法有效節約時間，節省人力與物力，甚至有可能影響工作的安全性，造成不必要的經濟損失和資源浪費。而使用探地雷達技術則能夠有效解決這一問題，一般情況下在不超過100m的范圍內，探地雷達技術可以實現無損探測，即在探測過程中幾乎不會對地質構造等造成任何損害，這對于在探測地質構造當中可能存在水害等安全隱患時將有效保障其安全性。在此基礎之上，工作人員除了能夠得到比較理想的探測參數，還可以以此為依據參數對斷層的位置、走向等進行合理推斷，從而進一步提升采礦工程的質量。

2.4探測采空區及含水情況

所謂采空區具體來說指的是在天然的地質運動或人工挖掘后，地表會在下面形成或大或小的“空洞”，即人們通常意義上的采空區。而采空區對于采礦工程來說是一個比較巨大的安全隱患，稍有不慎，采礦所需的機械設備甚至是工作人員將極有可能墜落在采空區當中，進而造成嚴重的經濟損失和人員傷亡。因此在采礦工程當中應用探地雷達技術可以對采空區進行有效探測，避免此類事故的發生。在A礦區當中由于前人的多次挖采導致在淺部煤層當中出現了一個非常明顯的采空區。通過圖像顯示，大約在0m～16m的位置處存在明顯異常，而大約在910m深度的位置處還出現不太完整的雙曲線形態圖，這種波形的出現代表著穹形空洞；而在觸底后波幅逐漸增加，但是很快隨著不斷增加的深度，波幅迅速減小直至消失。因此最終顯示出的成果圖能夠準確反映出在該采空區當中蘊含豐富的水及淤泥等物質，并且吸收了大量電磁波能量。

3結語

通過研究論述可以得知，基于電磁波理論下產生的探地雷達其實就是一種將地質資料作為重要參考，尤其適合用于弱磁介質為主的采礦工程項目中的一項探測技術。通過運用探地雷達技術可以在最大程度上保護圍巖的基礎之上對其進行探測，并保持較高的精準度；另外還可以在一定范圍內有效探測確定礦層的厚度、位置等基本資料，并直接探測出斷層的走向；對于采空區中的地下空洞等也可直接進行探測，從而真實了解到實際含水情況，對整體的填充質量進行科學評估，以此檢驗采礦工程的整體質量。鑒于探地雷達技術擁有眾多優勢功能，因此在未來采礦工程當中還需要多多運用該項技術，并積極進行探索研究，以便能夠進一步擴大探地雷達技術的使用范圍。

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］.巖土工程學報，1998(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，2001(9)：1-4.

作者:楊德 單位:山西煤炭運銷集團泰安煤業有限公司